Tecnología LoraWan

Tecnología LoraWan

LoraWan es un protocolo de comunicación que se basa en redes de baja potencia y  banda ancha, LPWAN (Low Power Wide Area Network), como es la tecnología Lora. Estás redes están diseñadas para dispositivos con un bajo consumo energético y con una alcance  de comunicación hasta 20 km de distancia en condiciones óptimas.

No obstante, antes de entrar en más detalle sobre la tecnología LoraWan es importante definir y aclarar las diferencias entra Lora y LoraWan, ya que como se ha visto en el anterior párrafo son cosas distintas.

Lora

Lora es una tecnología patentada de propiedad de Smentech Corporation, que funciona en banda ISM (Bandas de radio reservadas para usos industriales, científicas y médicas). Básicamente es un tipo de modulación de radiofrecuencia que entre sus principales ventajas destacan:

  • Alta tolerancia a las interferencias
  • Basado en modulación Chirp
  • Bajo consumo energético
  • Alta sensibilidad para recibir datos (-168 dB)
  • Largo alcance, llegando hasta 20 km en campo abierto
  • Baja transferencia de datos (hasta 255 bytes)
  • Conexión punto a punto
  • Frecuencia de trabajo en Europa: 868 Mhz

Todas estas propiedades hacen de Lora una tecnología ideal para redes IoT en ciudades inteligentes o en zonas de baja cobertura celular.

LoraWan

LoraWan  es un protocolo de red que usa la tecnología Lora y que se implementa en la parte superior de la capa física de Lora. LoraWan es la encargada de especificar como se realizan las comunicaciones y la arquitectura de la red.  En la siguiente imagen se presenta la jerarquía la estructura de capas de la red LoraWan, similar al modelo OSI.

Jerarquía por capas de la arquitectura LoraWan
Jerarquía por capas de la arquitectura LoraWan

El diseño que define LoraWan al protocolo Lora sobre las comunicaciones y la arquitectura de la red permite aumentar las bondades de Lora, entre las que destacan:  

  • Topología de red en estrella
  • Mayor capacidad de red.
  • Mayor seguridad de la red.
  • Soporte para 3 clases de nodos
  • Administración de dispositivos más eficientes.
  • Permite la implementación de redes públicas y privadas

Estructura de una red LoraWan

Cuando se implementa una red LoraWan o se quiere hacer uso de la tecnología LoraWan, la primera decisión que se debe tomar es si se va hacer uso de una red LoraWan pública o se va a crear una red privada. Según el tipo de red que se decida utilizar, el coste de implementación y recurrente variaran, por lo que es importante tener en cuenta las diferencias.

Por un lado existen las redes públicas, implementadas por empresas de terceros, en las cuales el cliente final únicamente debe pedir permiso al operador de la red para conectar su equipo final a cambio de un monto económico. Actualmente el operador de la red LoraWan en Francia es Orange y en España no hay actualmente ninguna empresa que la esté implementando. Esta solución te permite reducir los costes de implementación a cambio de un recurrente mensual o anual.

Por el otro, hay la opción de crearse una red privada LoraWan, lo que significa que no únicamente se deberán instalar los dispositivos finales, sino también los nodos que den cobertura Lora a los dispositivos. Además, será el cliente final o el integrador de gestionar los diferentes nodos para el correcto funcionamiento de la red. Esta solución aumenta los costes de implementación pero reduce a prácticamente 0 los costes recurrentes.

A continuación se detallan un poco más las diferencias entre una red privada o una red pública LoraWan.

Arquitectura de una red LoraWan pública

La arquitectura de una red LoraWan pública es una tipología de red de redes en Estrella, en la que cada elemento final se comunica con varias puertas de enlace que se comunican con un servidor final. La primera estrella está formada por los dispositivos finales y las puertas de enlace, y la segunda estrella está formada por las puertas de enlace y un servidor de red central. En este caso las puertas de enlaces son un puente transparente entre los dispositivos finales y el servidor de red central.

Si se detalla cada elemento que participa en una red LoraWan encontramos:

  1. Dispositivos finales: recopilan datos y los transmiten upstream. También reciben comunicación desde el servidor de aplicaciones.
  2. Concentrador / Puerta de enlace: actúa como un puente entre los dispositivos finales i el servidor de red. Recibe y envía datos mediante Lora a los sensores finales y envía y recibe mensajes mediante la red celular.
  3. Servidor de red: se conecta a varias puertas de enlace, ya sea por cable o inalámbrica y se encarga de eliminar mensajes duplicados, decide la compuerta a que debe actuar a un mensaje enviado, gestiona equipos finales, etc.
  4. Servidor de web: es la aplicación final donde se gestionan los datos recogidos y se determinan las acciones de los dispositivos finales.

En la siguiente imagen se ve la estructura de una red LoraWan pública y sus 4 elementos.

Arquitectura de una red LoraWan pública
Arquitectura de una red LoraWan pública

Arquitectura de una red LoraWan privada

Como su nombre indica, estas redes son propiedad del cliente final y por tanto, la estructura utilizada se debe adecuar a las necesidades de cada cliente. La estructura de una red LoraWan puede ser muy versátil,  por lo que es importante analizar en detalle cuales son las necesidades de cada cliente con el objetivo de definir la arquitectura que mejor se adapte a ellas sin incurrir en sobre costes. Hoy en día, las tipologías de redes privadas que más nos encontramos tienen las siguientes características:

  • Red LoraWan con una o pocas puertas de enlace para instalaciones pequeñas donde no se requiera cubrir grandes superficies ni se necesite conectar grandes cantidades de equipos finales.
  • Redes LoraWan sin servidor que gestiona lo nodos y donde los datos se envían directamente desde el concentrador a la aplicación final. Enfocado a redes pequeñas donde no hay problemas de mensajes duplicados ni la necesidad de localización GPS.

Resaltar que cuando hablamos de una instalación pequeña de LoraWan nos podemos referir a redes de 1000 equipos finales o más.

Aplicaciones de una red LoraWan

Gracias a todas las bondades que proporciona la tecnología LoraWan, existen un sinfín de aplicaciones donde poder usarla:

  • Recogida de datos distribuidos: Consumo energético, consumos de agua, valores atmosféricos, etc.
  • Redes IoT para Smart Cities: Medida de cualquier tipo de dato de interés de forma inalámbrica. También posibilita el accionamiento de equipos finales. Ejemplos: Valores de calidad del aire, valores de calidad del agua, seguimiento de estado como plazas de parking ocupadas, etc.
  • Redes IoT en industria, agricultura: Seguimiento del estado de proceso o de variables de interés para la cosecha (Humedad del suelo, condiciones ambientales, etc.)
  • Control de instalaciones
  • Tracking de vehículos, animales o personas.
  • Etc.