El internet de las cosas (IoT) está impulsando la demanda de conectividad inalámbrica en todas las industrias. Las empresas de industrias que van desde la cadena de suministro hasta la infraestructura quieren monitorear de forma inalámbrica activos remotos, seguimiento de envíos, digitalizar equipos, y más. Pero muchas tecnologías inalámbricas como WiFi y Bluetooth por sí solas no son suficientes para estos casos de uso de largo alcance.. Ingrese LoRa: un estándar inalámbrico emergente que es como Bluetooth con esteroides. Parece muy adecuado para implementaciones de redes de IoT a gran escala con sus capacidades de largo alcance y bajo consumo de energía.. en este blog, Daré una descripción general de qué es LoRa., cómo funciona, sus beneficios clave, aplicaciones, y consejos para probarlo tú mismo.
La definición de la tecnología LoRa
LoRa significa radio de largo alcance y está dirigido principalmente al Internet de las cosas. (IoT) y redes M2M. Es una especie de nuevo enfoque de modulación inalámbrica diseñado precisamente para conectividad de largo alcance y comunicaciones de bajo consumo.. Esta tecnología permitirá que las redes públicas o de múltiples inquilinos conecten varias aplicaciones que se ejecutan en la misma red..
El protocolo LoRa incluye una serie de capas diferentes que incluyen aplicaciones y dispositivos para comunicaciones seguras, cifrado en la red. Cada puerta de enlace LoRa individual tiene la capacidad de manejar hasta millones de nodos. Las señales pueden extenderse una distancia significativa, lo que significa que se requiere menos estructura, hacer que la construcción de una red sea más rápida y mucho más económica de implementar.
Fue desarrollado inicialmente por Cycleo de Grenoble., Francia, que fue adquirida por Semtech en 2012. Mas tarde, una alianza sin fines de lucro estandarizó LoRaWAN – un protocolo de comunicación construido sobre la modulación LoRa. LoRaWAN define la arquitectura del sistema, mientras que LoRa proporciona conectividad física de largo alcance..
Arquitectura de red LoRa
La arquitectura LoRaWAN consta de nodos finales, pasarelas, el servidor de red y el servidor de aplicaciones. En cuanto a la arquitectura auténtica para la red LoRa, los nodos suelen estar en una topología de estrella de estrellas con puertas de enlace que forman un puente transparente. Estos mensajes de retransmisión entre el servidor de red central y los dispositivos finales en el backend. La comunicación a los nodos del punto final suele ser bidireccional, pero también es posible soportar la operación de multidifusión, y esto es útil para características como mensajes similares de distribución masiva o actualizaciones de software.
- Sensor LoRa: Los puntos finales son los elementos de la red LoRa donde se realiza el control o la detección.. Normalmente están ubicados de forma remota.
- LoRa gateway: La puerta de enlace recibe las infraestructuras de los puntos finales LoRa y luego las transfiere al sistema de retorno. Esta parte de la red LoRa puede ser celular, Ethernet, o cualquier otro enlace de telecomunicaciones inalámbrico o cableado. Las puertas de enlace están conectadas al servidor de red utilizando conexiones IP típicas. De este modo, los datos utilizan un protocolo típico pero se pueden conectar a cualquier red de telecomunicaciones, ya sea privado o público. En vista de la semejanza de una red LoRa con la de una red celular, Las puertas de enlace LoRaWAN a menudo se pueden ubicar junto con una estación base celular. De este modo, pueden usar capacidad adicional en la red de retorno.
- Servidor de red LoRa: El servidor de red LoRa tiene éxito en la red y como parte de su función., actúa para eliminar paquetes duplicados, adapta las velocidades de datos, y acuse de recibo de horarios. La evaluación de la forma en que se puede desplegar y conectar hace que sea muy fácil desplegar una red LoRa.
- Servidor de aplicaciones: Luego, una computadora remota puede controlar las acciones de los puntos finales o recopilar datos de los puntos finales; la red LoRa es casi translúcida.
¿Cómo funciona la tecnología LoRa?
La tecnología inalámbrica LoRa utiliza modulación de espectro ensanchado, que propaga una señal de banda estrecha sobre un ancho de banda de canal más amplio. Su magia inalámbrica de largo alcance proviene de algunas optimizaciones inteligentes:
Chirp Spread Spectrum (CSS)
Esta es la técnica de modulación de capa física utilizada por la radio LoRa. CSS funciona tomando una señal sinusoidal y cambiando su frecuencia linealmente con el tiempo, creando una señal de chirrido. Esta señal luego se modula en una frecuencia portadora..
Al hacer sonar la señal en un ancho de banda más amplio, LoRa distribuye la energía en un rango de frecuencia más amplio. Esto aumenta la resistencia a las interferencias y al ruido., mientras mejora la recepción de la señal en la puerta de enlace.
Tasa de datos adaptable (ADR)
Este es el método de LoRa para optimizar dinámicamente las velocidades de datos entre los dispositivos del nodo final y las puertas de enlace.. Usando ADR, Los nodos pueden cambiar a velocidades de datos más rápidas cuando la interferencia es baja y cambiar a velocidades de datos más robustas cuando la interferencia aumenta..
Esta optimización garantiza las mejores velocidades de datos en condiciones cambiantes del canal., maximizar tanto la duración de la batería de los nodos como la capacidad general de la red.
Juntos, CSS y ADR le dan a LoRa su impresionante alcance y resistencia con un uso mínimo de energía.. Las señales parecen ruido para otros sistemas., mejorar la seguridad.
Características y beneficios clave de la tecnología LoRa
Echemos un vistazo más profundo a algunos de los beneficios destacados de la tecnología de radio LoRa.:
- Conectividad de largo alcance– Habilitación de rangos de 15+ km en entornos rurales y 5+ km en áreas urbanas. Permite cobertura a escala de ciudad, y se consigue una buena penetración en los edificios.
- Baja potencia– Entre 10 mA y 100 nA en modo de suspensión. Dependiendo de la aplicación, la duración de la batería es 2 a 15 años. Reduce drásticamente los costos de mantenimiento..
- Transmisiones seguras– El cifrado AES de 128 bits protege los datos y evita la manipulación.
- Geolocalización precisa– Las señales pueden señalar la ubicación con una precisión de decenas de metros sin GPS. Útil para el seguimiento de activos.
- Bandas de espectro global – 868 megahercio (863–870 MHz, dividido en varias subbandas) en Europa y 915 MHz en los Estados Unidos. El período de uso del canal está limitado por las regulaciones de muchos países. (ciclo de trabajo).
- Comunicación bidireccional– Envíe datos hacia arriba y presione la configuración hacia abajo. Los dispositivos de comunicación LoRa permiten control remoto.
- Alta capacidad– Una única puerta de enlace LoRa puede manejar millones de mensajes diariamente desde miles de dispositivos.
- Estándar abierto– LoRaWAN es una especificación abierta supervisada por la organización sin fines de lucro LoRa Alliance. Impulsa la adopción y la interoperabilidad.
Conceptos básicos de la tecnología LoRa
Hay varios elementos clave de la tecnología LoRa.. Algunas de sus características clave incluyen las siguientes:
- Hasta millones de nodos
- Batería de larga duración; en diez años
- De largo alcance; 15-20 km.
Hay varios elementos de la tecnología LoRa que brindan conectividad y funcionalidad generales..
Pila de protocolos LoRa: LoRa Alliance también ha definido una pila de protocolos abiertos. La creación de esta pila de código abierto ha permitido que surja el concepto de LoRa porque todos los diferentes tipos de empresas involucradas en el desarrollo de LoRa, despliegue, y el uso han podido unirse para crear una solución de bajo costo y fácil de usar para la conectividad a todo tipo de dispositivos IoT conectados..
Diseño de red LoRa: Además de los elementos de RF del sistema inalámbrico LoRa, hay algunos otros elementos de la arquitectura de red, incluida la presencia de la arquitectura general del sistema, Servidor, backhaul, y computadoras de aplicación. La arquitectura general a menudo se menciona como LoRaWAN.
LoRa PHY / Interfaz RF: La capa física LoRa o PHY es clave para el funcionamiento del sistema.. Rige los aspectos de la señal de RF que se transmite entre los nodos o puntos finales, es decir. LoRa Gateway y los sensores son donde se reciben las señales. La capa física o la interfaz de radio gobierna aspectos de la señal, incluido el formato de modulación., niveles de potencia, frecuencias, señalización entre los elementos transmisores y receptores, y otros temas relacionados.
Modulación LoRa
La tecnología LoRa es la modulación inalámbrica o física (PHY) capa de silicio, Se utiliza para crear el enlace de comunicación de largo alcance..
La capa física LoRa utiliza una forma de modulación de espectro extendido. El sistema de modulación LoRa utiliza pulsos controlados por frecuencia lineal de banda ancha. El nivel de aumento o disminución de frecuencia con el tiempo se utiliza para codificar los datos que se transmitirán, como; una forma de modulación chirp.
Este tipo de modulación permite a los sistemas inalámbricos LoRa demodular señales que están a 20 dB por debajo del nivel de ruido cuando la demodulación se combina con la corrección de errores de reenvío, FEC. En comparación con un sistema FSK tradicional; El presupuesto de enlace para un sistema LoRa puede ofrecer una mejora de más de 25dB.
Como resultado del punto de que la transmisión se extiende de forma pseudoaleatoria, Puede ser difícil de detectar para los usuarios que no son LoRa y parece ruido.. Esto puede respaldar la seguridad del sistema..
Una ventaja adicional del sistema es que la modulación chirp y el sistema, en general, son tolerantes a los desplazamientos de frecuencia y, como resultado,, Es posible utilizar un oscilador de cristal básico con un 20-30 Aceptación de ppm en lugar de un oscilador que paga la temperatura., TCXO. Esto puede proporcionar algunos buenos ahorros de costos dentro del circuito electrónico del nodo.
Seguridad de red LoRa
El tema de la seguridad de la red se está volviendo gradualmente importante. Como tal, las redes LoRa requieren altos niveles de seguridad para evitar los problemas de cualquier sistema.
Para alcanzar los niveles de seguridad requeridos para las redes LoRa, se han utilizado varias capas de encriptación:
Clave específica del dispositivo (EUI128).
La clave de red única (EUI64) garantiza la seguridad a nivel de red.
Clave de aplicación única (EUI64) certificar seguridad de extremo a extremo.
El uso de estas capas de cifrado garantiza que la red LoRa permanezca adecuadamente segura.
Aplicaciones de la tecnología LoRa
La tecnología inalámbrica LoRa se coloca preferiblemente para usarse en una variedad de aplicaciones. Las capacidades de largo alcance y bajo consumo significan que los puntos finales se pueden implementar en una amplia variedad de lugares., dentro y fuera de los edificios y aún tienen la capacidad de comunicarse con la puerta de enlace. Como el sistema es fácil de implementar y puede usarse para una gran cantidad de IoT, Cosas de internet, y máquina a máquina, aplicaciones, M2M. Aquí hay algunas aplicaciones LoRa comunes:
Ciudades inteligentes – Medición inteligente, monitoreo ambiental, estacionamiento inteligente, alumbrado público, gestión de residuos y más.
Logística en la cadena de suministros – Seguimiento y monitoreo de activos, monitoreo de la cadena de frio, Gestión de flotas.
Agricultura – Monitoreo del suelo, control de riego, seguimiento de ganado.
IoT industrial – Monitoreo de equipos, mantenimiento predictivo, automatización.
Monitoreo de infraestructura – Monitorear las vías del tren, puentes, Túneles para cualquier cambio físico..
Utilidades – Red inteligente, medición de gas/agua, detección de fugas, generación de energía distribuida.
Automatización de edificios – Control de climatización e iluminación., gestión energética, monitoreo de ocupación de habitaciones.
Cuidado de la salud – Seguimiento de activos, sensores de dispositivos médicos, seguimiento del paciente.
Al por menor – Gestión de inventarios en almacenes., geomarketing a través de balizas.
LoRa y LoRaWAN – Cual es la diferencia?
LoRa describe la capa física inferior, las capas superiores de redes estaban ausentes. LoRaWAN es uno de los numerosos protocolos que se desarrollaron para describir las capas superiores de la red.. LoRaWAN es un control de acceso a medios basado en la nube (MAC) protocolo de capa, pero actúa principalmente como un protocolo de capa de red para gestionar la comunicación entre dispositivos de nodo final y puertas de enlace LPWAN, como protocolo de dirección, mantenido por la Alianza LoRa. Versión de especificación LoRaWAN 1.0 fue lanzado en junio 2015.
LoRaWAN Define la arquitectura del sistema y el protocolo de comunicación para la red., mientras que la capa física LoRa permite el enlace de comunicación de largo alcance.
Entonces en resumen:
LoRa = modulación de capa física
LoRaWAN = protocolo y arquitectura de comunicación
Juntos proporcionan una solución completa que incluye conectividad de largo alcance y una arquitectura de comunicación de red flexible..
¿Qué es la Alianza LoRa??
Como con muchos otros sistemas, Se creó un organismo industrial para desarrollar y promover el sistema inalámbrico LoRa en toda la industria llamado Alianza LoRa. Fue lanzado en marzo. 2015. Como dice la Alianza, fue configurado para proporcionar un estándar global abierto para seguridad, conectividad IoT LPWAN de nivel de operador.
Aunque LoRa había sido desarrollado esencialmente por Semtech, La apertura del estándar permitió que fuera adoptado por un amplio número de empresas., haciendo crecer el ecosistema y ganando una participación significativamente mayor, Una mayor variedad de productos y un aumento general en el uso y aceptación.
Los miembros fundadores de LoRa Alliance incluyen Actility, Cisco, Eolane, IBM, Kerlink, IMST, MultiTech, Sagemcom, Semtech, y tecnología de microchip, así como operadores de telecomunicaciones líderes: Bouygues Telecom, KPN, SingTel, Proximus, Swisscom, y FastNet (parte de Telkom Sudáfrica).
Comenzando con la tecnología LoRa
Básicamente, todos pueden operar sus propias comunicaciones LoRa. Dado que LoRa funciona en el rango de frecuencia no asignado, no son necesarios costos de licencia para frecuencias. Si solo tiene que configurar un LoRaWAN en un área limitada, el funcionamiento de sus propios gateways y servidores puede tener sentido. Buscando construir sus propias soluciones LoRa y LoRaWAN? A continuación se muestran algunas formas en las que MOKOSmart puede ayudarle a empezar con la tecnología LoRa.:
– MOKOSmart ofrece una variedad de Sensores LoRaWAN para el seguimiento de activos, monitoreo ambiental, detección de estacionamiento y más.
– Nuestras puertas de enlace LoRaWAN tienen carcasas IP66 y rendimiento LoRa y Bluetooth integrado..
– Proporcionamos puertas de enlace Bluetooth LoRaWAN para conectar dispositivos Bluetooth.
– Asegúrese de realizar pruebas piloto con pequeñas implementaciones de prueba para evaluar la cobertura y el rendimiento en el mundo real..
– Tómese el tiempo para diseñar la arquitectura completa del sistema de un extremo a otro.
– Únase a LoRa Alliance para colaborar y acceder a recursos.
– Con nuestros sensores, pasarelas, y módulos LoRa, puede construir rápidamente redes IoT de largo alcance.
Con dispositivos LoRa IoT fáciles de integrar de MOKOSmart, puede incorporar rápidamente conectividad inalámbrica de largo alcance en sus aplicaciones de IoT. Solicite ayuda para comenzar con la tecnología LoRa.
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