LoRaWAN: Una de las tecnologías de IoT más interesantes del mercado!

Una de las tecnologías de IoT más interesantes del mercado

Si está trabajando con dispositivos en red, Es posible que haya oído hablar de LoRaWAN en un momento u otro. Es un protocolo de red de largo alcance.. Permite la conexión en red de cosas con Internet incluso en rangos más largos con bajo consumo de energía.. Esto resuelve uno de los grandes problemas a los que se han enfrentado las aplicaciones dentro del Internet de las cosas hasta ahora.. Con una duración de la batería de hasta cinco años y bajos costes de mantenimiento para la red de sensores, LoRaWAN se puede utilizar para una amplia variedad de aplicaciones nuevas.

Esto le brinda una breve descripción general de lo que puede hacer LoRaWAN. En este articulo, miramos la arquitectura, características clave de la tecnología central, y los últimos casos de uso en los que se utiliza.

¿Qué es la tecnología LoRaWAN??

Lo bueno de esta tecnología es que se basa en un estándar abierto. Utiliza un espectro sin licencia como parte de la banda de frecuencia ISM (“Industrial, Científico, y medico”, alemán: Industria, Ciencia y medicina). En Europa, LoRaWAN utiliza el 868 Rango de frecuencia de MHz, mientras que en los EE.UU. 915 Se libera la banda de frecuencia de MHz. Mediante el uso del espectro sin licencia, es muy fácil de configurar y usar su propia red. Muchos operadores de telecomunicaciones ya están utilizando LoRaWAN y ofrecen la tecnología como parte de su oferta de servicios en numerosos países del mundo.. Comcast, KPN, naranja, SK Telecom y muchos otros proveedores están implementando activamente lanzamientos a gran escala en sus mercados.. Esto hace que LoRaWAN sea aún más interesante como tecnología porque es compatible con las redes de diferentes operadores. – largo y pequeño.

El estándar LoRaWAN es monitoreado por LoRa Alliance, que a su vez consiste en más de 500 miembros que apoyan el protocolo y alinean muchos de sus componentes, productos, y servicios con LoRaWAN. Estos incluyen empresas como MOKOSMART, BRAZO, Cisco, Pastilla, y ST.

Lo que distingue a LoRa de LoRaWAN?

Comencemos con la definición de LoRa – qué es exactamente y en qué se diferencia de LoRaWAN? LoRa es una tecnología inalámbrica similar a tecnologías más comunes como Wi-Fi o WLAN, Bluetooth, LTE, y Zigbee. sin embargo, la tecnología a menudo no cubre todos los requisitos, lo que significa que los usuarios deben aceptar compromisos. LoRa satisface la demanda de bajo costo, dispositivos que funcionan con baterías que pueden transmitir datos a grandes distancias. sin embargo, LoRa no es la solución adecuada para la transmisión de datos en grandes anchos de banda. LoRa es una tecnología que convierte los datos que se transmiten en ondas electromagnéticas. Esta técnica también se conoce como espectro ensanchado chirrido,se ha utilizado en comunicaciones militares y espaciales durante décadas. Se debe al largo alcance de comunicación y la baja susceptibilidad a las interferencias..

LoRaWAN, por otra parte, es el protocolo MAC para la red de nodos LoRa de alto rendimiento basado en Internet de las cosas, que cubren rangos largos y requieren poca energía. Utiliza las ventajas de Lora descritas anteriormente y optimiza la vida útil de la batería y la calidad del servicio para los nodos LoRa.. El protocolo es completamente bidireccional, que asegura una transmisión de mensajes confiable (confirmación). Se proporciona cifrado de extremo a extremo con fines de seguridad y protección de datos., registro por aire de notas finales y funciones de multidifusión. El estándar también garantiza la compatibilidad con las redes LoRaWAN en todo el mundo..

La arquitectura LoRaWAN consta principalmente de cuatro elementos:

• Nodos finales

• Puerta de enlace (estaciones base / enrutador)

• Servidor de red

• Servidor de aplicaciones

Nodos finales

Los nodos finales son dispositivos físicos de hardware que están equipados con funciones de sensor, una cierta cantidad de potencia informática y un módulo de radio para traducir los datos en una señal de radio. Estos dispositivos finales pueden transmitir datos a la puerta de enlace y también recibirlos. Incluso con una batería pequeña, Pueden durar varios años si se ponen en modo de suspensión profunda para optimizar el consumo de energía..

Cuando un dispositivo envía un mensaje a la puerta de enlace, esto se conoce como “enlace ascendente”. La respuesta que recibe el terminal de la pasarela se llama “enlace descendente”. Sobre esta base, se hace una distinción entre tres tipos de dispositivos finales:

• Clase A

• Clase B

• Clase C

Los dispositivos de clase A tienen el menor consumo de energía en comparación con las otras dos clases. sin embargo, estos solo pueden recibir un enlace descendente si han enviado un enlace ascendente. Los dispositivos de clase A son adecuados para la transmisión de datos a intervalos de tiempo. (p.ej. cada 15 minutos) o para dispositivos que envían datos basados ​​en eventos (p.ej. si la temperatura sube por encima 21 grados o cae por debajo 19 grados).

Los nodos finales de clase B permiten más espacios de mensajes para enlaces descendentes que los de clase A. Esto reduce la latencia de los mensajes pero también es menos eficiente energéticamente.

Finalmente, la clase C tiene una ventana de recepción continua que solo se cierra cuando el dispositivo envía un mensaje de enlace ascendente. Por lo tanto, esta es la variante de menor eficiencia energética, que a menudo requiere una fuente de corriente constante para funcionar.

Pasarelas

Las puertas de enlace también se conocen como módems o puntos de acceso.. Una puerta de enlace también es un dispositivo de hardware que recibe todos los mensajes LoRaWAN de los dispositivos finales. Estos mensajes luego se convierten en una matriz de bits que se pueden transmitir a través de redes IP convencionales.. La puerta de enlace está vinculada al servidor de red que transmite todos los mensajes..

Las puertas de enlace son transparentes y tienen una potencia informática limitada. Las tareas más complejas se llevan a cabo en el servidor de red.. Según el uso y el tipo, las pasarelas están disponibles en dos versiones:

Pasarelas para uso en interiores, p.ej. MKGW2-LW, MOKOSMART.

Servidor de red

Todos los mensajes de las puertas de enlace se envían al servidor de red. Aquí es donde tienen lugar los procesos de procesamiento de datos más complicados.. El servidor de red es responsable de:

1. Enrutamiento / reenvío de mensajes a la aplicación correcta;

2. La selección de la mejor puerta de enlace para mensajes de enlace descendente. Esta decisión generalmente se toma sobre la base de un indicador de calidad del enlace., que a su vez se calcula mediante el RSSI (Indicación de intensidad de señal recibida) y el SNR (Relación señal a ruido) de paquetes que se recibieron previamente;

3. Eliminar mensajes duplicados cuando los reciben varias puertas de enlace;

4. Descifrar los mensajes enviados desde los nodos finales y cifrar los mensajes enviados de vuelta a los nodos;

5. Las puertas de enlace generalmente se conectan al servidor de red en un protocolo de Internet cifrado (IP) enlace. La red generalmente incluye la puesta en servicio de la puerta de enlace y una interfaz de monitoreo que permite al proveedor de red administrar las puertas de enlace., remediar fallas, monitorear alarmas, etc.. …

Servidor de aplicaciones

El servidor de aplicaciones es donde se encuentra la aplicación de IoT. – esto es particularmente útil para los datos capturados con dispositivos finales. En la mayoría de los casos, Los servidores de aplicaciones se ejecutan a través de una nube pública o privada., que está conectado al servidor de red LoRaWAN y maneja el procesamiento específico de la aplicación. La interfaz con el servidor de aplicaciones está controlada por el servidor de red..

• Funciones LoRaWAN

• Comunicación bidireccional

Un terminal puede transmitir datos a la puerta de enlace y también recibirlos de acuerdo con la configuración. Estos ajustes también se pueden recuperar dentro de la aplicación..

Localización

Una función interesante de LoRaWAN es la localización sin necesidad de GPS. Esto es particularmente útil para los sistemas de seguimiento y sensores, ya que ahorra batería y se puede mantener de forma más económica que los métodos convencionales..

Escalabilidad

LoRaWAN fue diseñado para grandes implementaciones de IoT en las que miles de dispositivos están conectados en red con una cantidad manejable de puertas de enlace.. Estas pasarelas pueden monitorear múltiples canales y procesar múltiples mensajes al mismo tiempo.

Otra propiedad importante de LoRaWAN es la velocidad con la que se pueden transmitir los datos.. Hay diferentes velocidades de datos que se pueden utilizar para la transmisión.. Estos también se denominan factores de propagación. (SF). Una transmisión más lenta permite un rango más largo y confiable.

Por ejemplo, imagina que estás hablando con alguien muy cercano a ti. Puede hablar muy rápido en esta situación y su contraparte entiende todo lo que dice.. Cuando hablas con alguien que está lejos de ti, tienes que hablar mucho más lento para que te entiendan. Este principio también se aplica al protocolo LoRaWAN.

Tasa de datos adaptable

Con LoRaWAN, la red también puede optimizar automáticamente la velocidad a la que el dispositivo transmite sus datos. Esta función se llama velocidad de datos adaptativa (o ADR) y es particularmente importante para aumentar la capacidad de una red LoRaWAN. ADR nos permite escalar fácilmente la red agregando otra puerta de enlace. Por esta puerta de enlace, muchos dispositivos finales ahora ajustan automáticamente su factor de expansión. Como resultado, los dispositivos individuales son más cortos “en el aire”, lo que significa más capacidad para la red.

La tasa de datos adaptativa (abreviatura: ADR) es un mecanismo simple que ajusta la velocidad de datos de acuerdo con las siguientes reglas:

Si la intensidad de la señal de radio (también llamado “presupuesto de enlace”) es alto, la velocidad de datos se puede aumentar;

Si el presupuesto de enlace es bajo, la velocidad de datos se puede reducir.

La seguridad

Es importante que cada LPWAN utilice una solución de seguridad integral. LoRaWAN usa dos niveles de seguridad: uno para la red y otro para la aplicación. La seguridad de la red garantiza la autenticidad del dispositivo final en la red., mientras que el nivel de aplicación asegura que el operador de red no tenga acceso a los datos de la aplicación de los usuarios finales. El cifrado AES se utiliza para el intercambio de claves.

El nivel de red se encarga de identificar el nodo. Verifica si un mensaje realmente proviene de un dispositivo específico y también se considera una verificación de integridad. También puede cifrar comandos MAC.

El nivel de aplicación se utiliza para el descifrado y cifrado de cargas útiles..

Ambas claves están encriptadas con 128 bit AES en modo ECB.

Casos de uso y áreas de aplicación

LoRaWAN ha encontrado su lugar en el mercado en términos de aplicaciones y áreas de aplicación. Gracias a sus propiedades únicas, LoRaWAN es más adecuado para escenarios como estos:

1. Acceso a la electricidad (electricidad) es limitado o restringido;

2. Las ubicaciones son físicamente difíciles de acceder o muy remotas.;

3. La cantidad de dispositivos finales es significativamente mayor en comparación con las conexiones convencionales de teléfonos móviles.;

4. Los dispositivos finales no tienen que enviar mensajes continuamente.

 

 

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