¿Qué es la tecnología LoRa y cómo funciona? Una guía detallada

Si has estado al tanto de las tendencias tecnológicas o te interesa el Internet de las Cosas (IoT), probablemente hayas oído hablar de las palabras de moda "LoRa" o "LoRaWAN". Se ha debatido ampliamente en entradas de blog sobre su influencia en las ciudades inteligentes, la agricultura, la monitorización industrial y otros campos relacionados con el IoT. Quizás ya sepas que está relacionada con la comunicación inalámbrica y las redes de largo alcance. En este blog, te daré una visión general de qué es LoRa, cómo funciona, sus principales beneficios, aplicaciones y consejos para empezar.

¿Qué es la tecnología LoRa?

LoRa, abreviatura de Largo Alcance, es una tecnología inalámbrica de radiofrecuencia que permite la comunicación de largo alcance y bajo consumo entre dispositivos. Es justo lo que su nombre indica, y el largo alcance implica la creación de conexiones inalámbricas con alcance mucho mayor que las tecnologías tradicionales como el wifi o el Bluetooth.

“LoRa® es la capa física o modulación inalámbrica utilizada para crear el enlace de comunicación de largo alcance… LoRa® se basa en la modulación de espectro ensanchado por chirp… LoRa® es la primera implementación de bajo costo para uso comercial”. Una descripción técnica de LoRa® y LoRaWAN™ de la Alianza LoRa

Según la definición anterior, queda claro que LoRa no es un protocolo de comunicación, sino una técnica de modulación, una forma de codificar datos en ondas de radio para que los dispositivos puedan comunicarse entre sí de forma eficiente. Al combinarlo con la pila de protocolos LoRaWAN, podemos construir una red de comunicación integral de largo alcance para dispositivos IoT.

La mayoría de la tecnología inalámbrica sigue este equilibrio: más alcance = más potenciaPero LoRa rompe este patrón. A diferencia de la modulación ASK y FSK tradicionales, LoRa se basa en la modulación de espectro ensanchado por chirp (CSS), que puede aumentar considerablemente el alcance de la comunicación, alcanzando un alcance de transmisión de varios kilómetros con un consumo de energía extremadamente bajo.

La historia de LoRa

Para entender LoRa en el contexto correcto, es necesario que echemos un vistazo rápido a la historia de la comunicación LoRa.

Las bases de la tecnología LoRa moderna actual fueron desarrolladas por Nicolas Sornin y Olivier Seller, ambos franceses, en 2009. Posteriormente, en 2010, fundaron la empresa Cycleo junto con François Sforza. Inicialmente, se centraron en la industria de la medición de gas, agua y electricidad. En 2012, Semtech adquirió Cycleo.

No fue hasta febrero de 2015 que se formó LoRa Alliance®, una alianza sin fines de lucro, para estandarizar y promover LoRaWAN (antes llamado LoRaMAC), un protocolo de comunicación construido sobre la modulación LoRa.

A lo largo de la década de 2010, hubo muchas implementaciones de LoRa y LoRaWAN, y esto condujo a una popularidad generalizada de la tecnología, especialmente en Europa y a algunas historias de éxito tempranas notables.

A principios de la década de 2020, el campo de las LPWAN (redes de área amplia de baja potencia) había generado un interés global sustancial, hasta el punto de que había varias tecnologías competidoras como NB-IoT y Sigfox compitiendo por dominar el mercado.

Según la normativa Informe de fin de año de LoRa Alliance 2024Existen más de 350 millones de nodos finales y 6.9 millones de puertas de enlace con circuitos integrados LoRa implementados en todo el mundo. La Alianza LoRa es actualmente una de las alianzas de IoT más grandes del mundo. También hemos empezado a observar una creciente popularidad de los dispositivos LoRa y LoRaWAN. Se espera que el mercado de IoT de LoRa y LoRaWAN crezca de 8.0 millones de dólares en 2024 a... $ 32.7 2029 millones de dólares por.

¿Cómo funciona LoRa?

Una arquitectura de red LoRaWAN consta de nodos LoRa, puertas de enlace LoRa, el servidor de red y el servidor de aplicaciones. En una arquitectura LoRaWAN, los nodos suelen tener una topología en estrella, con puertas de enlace que forman un puente transparente. La comunicación con los nodos finales suele ser bidireccional, lo que significa que la puerta de enlace puede recopilar datos de los nodos finales, pero también puede enviarles comandos.

Nodos LoRa: Los nodos terminales son los elementos de la red LoRa donde se realiza el control o la detección. Normalmente funcionan con baterías y se ubican remotamente. Los nodos terminales envían datos a todas las puertas de enlace cercanas y los transmiten periódicamente, no 24/7.

Puerta de enlace LoRa: La puerta de enlace recibe los datos de los nodos terminales LoRa y los canaliza a un servidor de red. Una puerta de enlace LoRa suele constar de un módulo de radio LoRa, un microprocesador y un medio de conexión a Internet.

La puerta de enlace convierte los datos recibidos de los nodos LoRa a formato TCP/IP a través de la red de retorno (Ethernet, 3G, 4G, Wi-Fi, etc.) y los envía al servidor de red. La puerta de enlace LoRa admite transceptores multicanal y multimodulación, e incluso la demodulación simultánea de señales en el mismo canal. No almacenan datos y actúan únicamente como reenviadores de paquetes al servidor de red. Una puerta de enlace puede conectar numerosos dispositivos terminales. Un SX1301 con 8 canales puede gestionar aproximadamente 1.5 millones de paquetes al día, lo que permite el envío de un paquete por hora a unos 62,500 XNUMX dispositivos.

Servidor de red: El servidor de red administra la red. Filtra los paquetes duplicados causados por múltiples puertas de enlace que reciben los mismos datos, realiza comprobaciones de seguridad, gestiona el tráfico y el enrutamiento de las puertas de enlace, controla la velocidad adaptativa y reenvía mensajes al servidor de aplicaciones.

Servidor de aplicaciones: El servidor de aplicaciones procesa datos del servidor de red, analiza datos de sensores, admite funciones como visualización de estado y alertas en tiempo real y, opcionalmente, puede enviar respuestas al nodo final.

Beneficios y desventajas de la tecnología LoRa

Comprender las características de LoRa es fundamental para determinar sus posibles aplicaciones. Analicemos en profundidad sus ventajas y desventajas para ayudarle a determinar cuál es su mejor opción.

Beneficios de LoRa:

• De largo alcance: Conecta dispositivos a una distancia de hasta 15-20 km en zonas rurales y de 2-5 km en zonas urbanas. Ofrece cobertura a escala urbana y una buena penetración en edificios.
• Bajo consumo y larga vida útil: Diseñado para un uso de bajo consumo con una batería con una duración de hasta 10 años. Por ejemplo, MOKOSmart Sensor de aparcamiento LoRaWAN LW009 Puede funcionar hasta 5 años.
• Alta capacidad: Una única puerta de enlace LoRa puede gestionar millones de mensajes desde miles de nodos finales.
• Bajo costo: Baja inversión inicial en infraestructura, banda de frecuencia ISM libre y sensores de nodo final económicos.
• Estándar abierto: LoRaWAN es mantenido por LoRa Alliance. Impulsa la rápida implementación y la interoperabilidad de dispositivos.

Desventajas de LoRa:

• Baja velocidad de transmisión: LoRa tiene un ancho de banda relativamente estrecho y su capacidad de transmitir a largas distancias se obtiene a costa de tasas de datos más bajas, lo que lo hace adecuado para redes de sensores, no para aplicaciones con gran cantidad de datos.
• Carga útil limitada: LoRa solo admite paquetes de datos pequeños, con una capacidad máxima de aproximadamente 242 bytes por transmisión. Esto lo hace menos adecuado para casos de uso que requieren grandes transferencias de datos.

Aplicaciones de la tecnología LoRa

La tecnología inalámbrica LoRa se utiliza ampliamente en diversas aplicaciones. Su amplio alcance y bajo consumo permiten implementar nodos finales en una amplia variedad de lugares, tanto dentro de edificios como en zonas remotas, para transmitir paquetes con información importante a la puerta de enlace. A continuación, se presentan algunas aplicaciones comunes de LoRa:

Ciudades inteligentes – Medición inteligente, monitoreo ambiental, estacionamiento inteligente, alumbrado público, gestión de residuos y más.

Cadena de suministro y logística – Seguimiento y monitorización de activos, monitorización de la cadena de frío, gestión de flotas.

Agricultura – Monitoreo de suelos, control de riego, seguimiento de ganado.

IoT industrial – Monitoreo de equipos, mantenimiento predictivo, automatización.

Monitoreo de infraestructura – Vigilar las vías del tren, puentes y túneles para detectar cualquier cambio físico.

Departamento de Servicios Públicos – Red inteligente, medición de gas/agua, detección de fugas, generación de energía distribuida.

Casas y edificios inteligentes – Control de HVAC e iluminación, gestión energética, monitorización de ocupación de salas.

LoRa vs LoRaWAN: ¿cuál es la diferencia?

LoRa describe la capa física inferior; las capas de red superiores estaban ausentes. LoRaWAN es uno de los numerosos protocolos desarrollados para describir las capas superiores de la red. LoRaWAN es un protocolo de capa de control de acceso al medio (MAC) basado en la nube, pero actúa principalmente como protocolo de capa de red para gestionar la comunicación entre los dispositivos de nodo final y las puertas de enlace LPWAN, como protocolo de dirección, mantenido por la LoRa Alliance. La versión 1.0 de la especificación LoRaWAN se publicó en junio de 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 de comunicación y arquitectura

Juntos proporcionan la solución completa que incluye tanto la conectividad de largo alcance como una arquitectura de comunicación de red flexible.

LoRa frente a otras tecnologías inalámbricas

Existen algunas diferencias entre LoRa y otras tecnologías IoT como NB-IoT, Sigfox y LTE-M. Algunas de las más importantes son:

LoRa opera en bandas ISM sin licencia en lugar de utilizar espectro con licencia como las redes celulares.

LoRa utiliza una técnica de modulación CSS (Chirp Spread Spectrum) única en comparación con los esquemas de modulación que utilizan otros protocolos.

LoRa tiene protocolos de seguridad menos robustos que otros como NB-IoT.

LoRa tiene capacidades de larga distancia más robustas que otros como WiFi o Bluetooth.

LoRa se utiliza principalmente para aplicaciones de largo alcance y bajo consumo, como el monitoreo ambiental y la agricultura inteligente, mientras que otros protocolos como LTE-M son más adecuados para aplicaciones como la telemática de vehículos y las aplicaciones de IoT móviles.

Tecnología LoRa: conceptos que debes conocer

Al comenzar a explorar el mundo de LoRa, comprender la tecnología puede resultar abrumador. Para ayudarte a empezar, aquí tienes varios conceptos clave que debes conocer:

• • LoRa (largo alcance): Esta es la capa física o modulación inalámbrica utilizada para crear el enlace de comunicación de largo alcance. Se basa en la modulación de espectro ensanchado por chirp.
  • LoRaWAN (red de área amplia LoRa): Un protocolo abierto construido sobre LoRa que define la arquitectura del sistema y el protocolo de comunicación para dispositivos que utilizan LoRa.
  • LoRaWAN Clase A, B, C: Diferentes clases de operación de dispositivos en LoRaWAN:
    • Clase A: La clase de mayor eficiencia energética donde los dispositivos solo escuchan mensajes de enlace descendente brevemente después de enviar una transmisión de enlace ascendente.
    • Clase B: Permite ranuras de enlace descendente programadas a través de balizas sincronizadas en el tiempo, lo que ofrece un equilibrio entre eficiencia energética y latencia.
    • Clase C: Escucha continuamente los mensajes de enlace descendente, excepto cuando transmite, lo que proporciona la menor latencia pero el mayor consumo de energía.
  • LPWAN (red de área amplia de baja potencia): Un tipo de red de comunicación inalámbrica diseñada para permitir comunicaciones de largo alcance a una tasa de bits baja entre elementos como sensores que funcionan con una batería.
  • ADR (velocidad de datos adaptativa): Una característica de LoRaWAN que optimiza las velocidades de datos, el tiempo de transmisión y el consumo de energía en la red.
  • ISM (Industrial, Científico y Médico): Se trata de bandas de radio que están reservadas internacionalmente para el uso de la energía de radiofrecuencia con fines industriales, científicos y médicos.
  • TTN (La Red de las Cosas): Una red de datos de IoT global, abierta y de colaboración colectiva que utiliza LoRaWAN.
  • ABP (Activación por personalización): Un método de activación de dispositivos LoRaWAN donde las claves de seguridad están codificadas directamente en el dispositivo.
  • SF (Factor de propagación): Un parámetro en LoRa que determina la tasa de chirrido, lo que afecta la velocidad de datos y el rango de comunicación.

  ¿Qué es la Alianza LoRa?

  Al igual que con muchos otros sistemas, se creó un organismo industrial para desarrollar y luego promover el sistema inalámbrico LoRa en toda la industria, llamado Alianza LoRaSe lanzó en febrero de 2015. Como afirma la Alianza, se creó para proporcionar un estándar global abierto para conectividad LPWAN IoT segura y de nivel de operador.

  Aunque LoRa fue desarrollado esencialmente por Semtech, la apertura del estándar permitió que fuera adoptado por un amplio número de empresas, haciendo crecer el ecosistema y obteniendo una participación significativamente mayor, una variedad más amplia de productos y un aumento general en el uso y la aceptación.

  Los miembros fundadores de la LoRa Alliance incluyen Actility, Cisco, Eolane, IBM, Kerlink, IMST, MultiTech, Sagemcom, Semtech y Microchip Technology, así como los principales operadores de telecomunicaciones: Bouygues Telecom, KPN, SingTel, Proximus, Swisscom y FastNet (parte de Telkom Sudáfrica).

  Introducción a la tecnología LoRa

  Básicamente, cualquiera puede configurar su propio sistema de comunicación LoRa. Dado que LoRa funciona en la banda de frecuencias sin licencia, no se requieren costos de licencia para las frecuencias. Si busca cubrir solo un área limitada con LoRaWAN, tiene mucho sentido operar sus propias puertas de enlace y servidores. ¿Desea construir su propio...? Soluciones LoRaWAN¡Es más fácil de lo que crees! Puedes empezar a usar diversos dispositivos y soluciones MOKOSmart LoRaWAN.

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