Si está trabajando con dispositivos en red, es posible que haya oído hablar de los casos de uso 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 pueden hacer las soluciones LoRaWAN. En este articulo, miramos la arquitectura, características clave de la tecnología central, y los últimos casos de uso de LoRaWAN donde se usa.
¿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 se están beneficiando de los casos de uso de LoRaWAN u 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.
Qué distingue 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. Esto se debe al largo alcance de comunicación y a 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 duración 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..
Arquitectura LoRaWAN
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.
Escenarios para casos de uso de LoRaWAN
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.
¿Cuántos casos de uso de LoRaWAN hay?
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Seguimiento de activos
Muchas industrias necesitan realizar un seguimiento de la ubicación y el estado de los equipos valiosos para mejorar la planificación y las operaciones.. Los sensores LoRaWAN miden la velocidad de los activos, carga, temperatura y humedad, posición, vibración y otros datos y combine datos históricos y en tiempo real para recomendar el mantenimiento antes de que ocurran problemas. Con acceso a datos de rendimiento de activos, puede optimizar su programa de producción y al mismo tiempo recibir una notificación cuando un activo es robado o excede su alcance previsto.
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Supervisión del dispositivo antirretorno
Todos los clientes de agua industrial requieren dispositivos de prevención de reflujo en las entradas de servicio de agua., que previenen la contaminación al permitir que el agua fluya en una dirección en lugar de la otra. Ser capaz de detectar la presencia de reflujo con un monitor de línea basado en LoRaWAN y enviar inmediatamente una alerta por SMS o correo electrónico a los administradores de las instalaciones es importante para la salud y la seguridad de los trabajadores y los sistemas de fabricación..
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Monitoreo de la cadena de frío
LoRaWAN es ideal para aplicaciones de cadena de frío en los sectores de alimentos frescos y atención médica. Uso de la solución de cadena de frío LoRaWAN, puede rastrear el estado de temperatura y humedad de un producto e informar el estado de temperatura y humedad al sistema si el estado del producto es anormal, evitando que el producto pierda características o incluso se rompa.
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Monitoreo de temperatura y humedad del suelo
Para agricultura y paisajismo, el riego adecuado es la clave para mejorar los cultivos. Los suelos en diferentes regiones requieren diferentes cantidades de agua, y el detector de temperatura y humedad LoRaWAN se puede usar para tomar decisiones más informadas en función de la temperatura y la humedad del suelo medidas, aumentar la producción y reducir el desperdicio de agua.
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Detección de fugas
Cuando los recursos de la Tierra, como el agua, gas o productos quimicos, son escasos, la clave para resolver este dilema es evitar la fuga de recursos tanto como sea posible. El agua dentro y fuera de las instalaciones industriales será monitoreada por los sensores de inmersión en agua y detección de fugas de agua LoRaWAN.. El sistema alertará al administrador de la instalación para que responda y resuelva rápidamente cuando ocurra una falla o se detecte una anomalía..
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Logística y transporte
La tecnología LoRaWAN permite a las organizaciones de logística y cadena de suministro realizar un seguimiento de los activos que deben transportarse a largas distancias en tiempo real.. Los vehículos y la carga se pueden monitorear fácilmente en tiempo real en grandes áreas geográficas y entornos hostiles debido a las características de larga distancia y bajo consumo de energía de la tecnología., así como geolocalización sin GPS. Un sistema de seguimiento de flotas conectado con la red LoRaWAN puede mantener las flotas en el campo por más tiempo, reduciendo así los costes, mejorar la seguridad, proporcionar visibilidad de los problemas de mantenimiento, y mejorar la eficiencia operativa en todos los ámbitos.
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Monitoreo de estacionamientos
Se ha demostrado que encontrar espacios de estacionamiento disponibles aumenta las emisiones de carbono y la congestión del tráfico.. Mediante el despliegue de sensores LoRaWAN en plazas de aparcamiento, Se pueden proporcionar conteos de vehículos precisos y detección en las entradas y salidas de los estacionamientos.. Los flujos de ingresos municipales y comerciales se incrementarán mediante la captura de datos de estacionamiento en tiempo real, lo que mejora la utilización general del espacio de estacionamiento..
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Manejo de plagas
Es necesario proteger las instalaciones y las personas de la contaminación., daño, y roedores. sin embargo, la inspección manual lleva mucho tiempo y consume cantidades de recursos materiales y mano de obra. La solución de gestión de plagas conectada de LoRaWAN mejora la visibilidad y permite el monitoreo en tiempo real desde cualquier lugar. Impermeable, las trampas robustas brindan una opción segura para los rodenticidas. Sencilla aplicación móvil y emparejamiento web, alertas en tiempo real cuando se necesita servicio, mejore la eficiencia y reduzca los costos de los programas de control de roedores en exteriores e interiores.
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Monitoreo ambiental
Muchas ciudades costeras experimentan inundaciones prolongadas durante las mareas moderadas a altas que tienden a dejar las carreteras y caminos cercanos en aguas intransitables.. Estos problemas se pueden resolver monitoreando la calidad del aire., precipitaciones y otros factores ambientales. Las unidades de energía solar resistentes a la intemperie montadas en la parte superior de puentes y postes de luz miden de forma remota los niveles de agua en tierra o sobre cuerpos de agua utilizando tecnología LoRaWAN y sensores ultrasónicos.. Estos sistemas de monitoreo ambiental en tiempo real miden los niveles climáticos extra locales y la calidad del aire para predecir inundaciones e informar a los ciudadanos sobre condiciones peligrosas..
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Seguridad Pública
Casi todas las industrias requieren soluciones integradas de seguridad y protección. Las soluciones de seguridad pública de IoT brindan a los servicios de emergencia tecnologías innovadoras que ayudan a reducir el riesgo y mejorar la seguridad personal. La tecnología LoRaWAN se está integrando en dispositivos portátiles personales, como etiquetas de identificación, y está equipada con un botón de emergencia para enviar SOS instantáneos e información de ubicación del usuario.. Estas soluciones, desplegado en campus empresariales y universitarios, están diseñados para abordar el intervalo de ataque de 1 segundo y 7 segundos 911 intervalo de llamadas para soluciones basadas en teléfonos móviles.
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Utilización del espacio
Los empleados son cada vez más móviles y cambian rápidamente a un “cualquier momento, en cualquier sitio” filosofía de trabajo. Como resultado, el espacio de oficina puede estar inactivo o sobrevendido, dependiendo de flujos impredecibles de empleados y visitantes. Aprovechar el espacio se ha convertido en un reto logístico para las empresas. Los datos de ocupación obtenidos de los sensores LoRaWAN eliminan las conjeturas y brindan a los equipos inteligencia procesable para mejorar las prácticas en el lugar de trabajo, y aumentar la productividad de los empleados.
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Supervisión de trampas de vapor
El vapor es ampliamente utilizado en varias industrias.. Los procesos de calentamiento por vapor en las fábricas impulsan las turbinas en las centrales eléctricas. Una trampa de vapor filtra los gases no condensados y el vapor condensado sin dejar escapar el vapor. Las trampas de vapor fallan en promedio 10 a 30 por ciento por año, resultando en una ineficiencia costosa y derrochadora. La prueba de trampas de vapor es un proceso que requiere mucha mano de obra y generalmente se realiza manualmente una vez al año.. El sistema de monitoreo de trampas LoRaWAN permite a las empresas consultar con frecuencia su recuento de trampas para detectar fallas. Los datos se transmiten de forma segura al sistema de gestión de edificios en línea, proporcionar informes de panel que muestren si hay trampas que necesitan reparación.
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Monitoreo de tanques
Un sistema confiable para monitorear los niveles de combustible es esencial. Las empresas de suministro de combustible son socios clave en las operaciones de la cadena de suministro industrial inteligente donde el agotamiento del combustible puede ser perjudicial. Sin los medios para medir los niveles de combustible de forma remota, las entregas de camiones son a menudo ineficientes, aumentando los costos operativos y complicando la prestación del servicio al cliente. El nivel del tanque y otros datos valiosos se pueden enviar a través de la red a la solución de monitoreo de tanques utilizada por la empresa de suministro.. Además, las operaciones industriales pueden predecir con precisión el uso de combustible. De este modo, Los rollos de camiones y su huella de carbono pueden reducirse.
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Monitoreo de temperatura
Mantener la temperatura adecuada para los activos valiosos es importante para el cuidado de la salud, servicio de comida, y otras industrias. Los cambios de temperatura pueden conducir a una pérdida catastrófica del producto. Además del daño a los recursos, estos incidentes también pueden causar marca, reputación, imagen pública y otras pérdidas para las empresas. Con sensores de baja potencia, El monitoreo remoto de temperatura y humedad de LoRaWAN brinda a las empresas la capacidad de tomar lecturas y registros históricos para auditorías de cumplimiento.. Las medidas de seguridad y la protección rentable son proporcionadas por múltiples configuraciones de umbral.
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Gestión de recursos hídricos
Edificios comerciales, plantas de procesamiento de alimentos y bebidas, hoteles, supermercados, y los lavaderos de autos producen desechos de agua debido a los derrames, fugas, y daños al equipo. La notificación y la respuesta instantáneas son clave para reducir los riesgos de cumplimiento y, al mismo tiempo, reducir los costos. Al implementar sistemas de medición LoRaWAN para reemplazar procesos obsoletos que requieren mucha mano de obra, la solución de gestión del agua, compuesto por sensores LoRaWAN, proporciona a los municipios una huella hídrica total detallada. Las soluciones de medidores de agua inteligentes permiten el acceso remoto a los datos de uso y las cuentas de facturación, mejorar la eficiencia operativa y generar ingresos adicionales por servicios.
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Monitoreo de botes de basura
El sistema detectó y monitoreó automáticamente las ubicaciones, niveles de llenado de contenedores, y frecuencias de extracción, permitiendo a los operadores de flotas gestionar el estado de las órdenes de trabajo en tiempo real, y reducir los costos de mano de obra. Las soluciones de monitoreo de desechos basadas en LoRaWAN reducen los gastos y el tiempo de recolección. Las alertas de notificación automática brindan una planificación de ruta inteligente para los proveedores de servicios de recolección cuando los contenedores alcanzan un umbral predefinido y eliminan el acceso innecesario y los contenedores de desbordamiento para los usuarios finales..
Beneficios de aplicar casos de uso de LoRaWAN
- Ultra bajo consumo de energía, la duración de la batería puede incluso alcanzar los diez años o más
- En muchos casos de uso de LoRaWAN, los datos y/o las transferencias de datos no son constantes, por lo que el bajo ancho de banda lo hace ideal para implementaciones prácticas de IoT
- Las conexiones son de bajo costo, fácil de configurar y rápido de implementar debido a su estructura simple
- Una capa de cifrado AES permite a las personas usar LoRaWAN de forma segura sin preocuparse por los riesgos de seguridad de la red.
- Alianza tecnológica abierta, un estándar abierto y libre
- El rango de cobertura y comunicación remota de LoRaWAN es una de las grandes diferencias entre estas y otras tecnologías.
- Se pueden conectar miles de puntos finales mediante una puerta de enlace LoRa, debido a su naturaleza de alta capacidad
Qué casos de uso de LoRaWAN proporciona MOKOSmart
MOKOSmart se centra en proporcionar Soluciones LoRaWAN con más de diez años de experiencia. Nuestros casos de uso de LoRaWAN incluyen principalmente los siguientes. Por supuesto, hay mas soluciones, puede contactarnos para más información.
- Ubicación Bluetooth
- Soluciones de seguimiento de activos
- Soluciones GPS para interiores
- IoT portátil para todas las industrias
- Medidor inteligente IoT
- Soluciones de cadena de frío
