El Internet de las cosas (IoT) ha transformado la forma en que conectamos y nos comunicamos con los dispositivos, y LoRaWAN se ha consolidado como un actor destacado dentro de la conectividad IoT. En los últimos años, LoRaWAN ha tenido un crecimiento notable en popularidad.
¿Qué significa LoRaWAN?
LoRaWAN significa “Long Range Wide Area Network” (red de área amplia de largo alcance). Combina la tecnología de radio de la capa física llamada LoRa (Long Range) con el protocolo de la capa MAC (Wide Area Network) para crear un estándar de comunicación completo, diseñado específicamente para aplicaciones del Internet de las cosas. LoRaWAN es una red de área amplia y bajo consumo (LPWAN), con más de 225 millones de nodos finales LoRa/LoRaWAN y disponibilidad mundial (LoRa Alliance, 2021). Cada vez más organizaciones de distintos sectores adoptan LoRaWAN para sus despliegues de IoT, y con buenos motivos.
En este blog vamos a ver el importante crecimiento de cobertura y la creciente popularidad de LoRaWAN, y por qué puede ayudar a empresas e industrias que quieren aprovechar el potencial de la conectividad IoT.
¿Qué es un protocolo de comunicación?
Para entender qué es LoRaWAN y cómo funciona, es esencial comprender el concepto de protocolo de comunicación inalámbrica. Los protocolos de comunicación suelen compararse con la interacción y los idiomas humanos. Sin embargo, en los protocolos, en lugar de personas que se comunican con palabras, hay dispositivos que envían y reciben datos de forma inalámbrica.
Los protocolos de comunicación inalámbrica le indican a tu dispositivo cómo leer, enviar y procesar datos inalámbricos, y con qué frecuencia hacerlo. Por ejemplo, al hablar de LoRaWAN, la expresión “downlink” representa los datos transmitidos desde el servidor hacia el gateway o el dispositivo, y “uplink” representa el mensaje que tu dispositivo ha enviado. Así que LoRaWAN, en este caso, decidirá la frecuencia con la que envía y procesa los downlinks y uplinks.
¿Qué es LoRaWAN?
LoRaWAN es un protocolo de comunicación inalámbrica diseñado para dispositivos IoT, desarrollado y mantenido por la LoRa Alliance. Utiliza tecnología LPWAN, conocida por su cobertura de largo alcance, su bajo consumo de energía y su escalabilidad. Estas características han convertido a LoRaWAN en una solución de red cada vez más popular.
Cobertura de largo alcance:
La cobertura de largo alcance de LoRaWAN permite que los dispositivos se comuniquen a lo largo de varios kilómetros en entornos rurales o urbanos. Esta característica lo hace adecuado para casos de uso en los que los dispositivos están repartidos por grandes áreas, como en la agricultura inteligente, el monitoreo ambiental y el seguimiento de activos. Además, la cobertura de largo alcance es posible gracias al uso de modulación de espectro ensanchado, que le permite alcanzar un rango de varios kilómetros con bajo consumo de energía, lo que lo hace ideal para aplicaciones IoT de largo alcance. Sin embargo, el alcance de un dispositivo LoRaWAN todavía puede verse afectado por obstrucciones e interferencias en la señal.
Bajo consumo de energía
Los dispositivos que funcionan con LoRaWAN suelen poder operar con energía de batería durante períodos prolongados. La larga duración de la batería se logra mediante el uso de la tasa de datos adaptativa (ADR) y el enrutamiento optimizado de paquetes, que ayudan a ahorrar energía y a extender la vida útil de la batería de los dispositivos. El bajo consumo de energía de LoRaWAN lo convierte en una opción valiosa para despliegues de IoT en lugares remotos o de difícil acceso, donde reemplazar o recargar baterías con frecuencia puede no ser viable.
Escalabilidad
LoRaWAN es muy escalable, ya que puede admitir muchos dispositivos en una sola red. La escalabilidad de LoRaWAN es posible gracias a su arquitectura de red en estrella de estrellas, donde los dispositivos finales se comunican directamente con un gateway, y se pueden conectar varios gateways a un servidor de red central. Esto permite una comunicación eficiente y fiable entre un gran número de dispositivos y gateways dentro de una red LoRaWAN.
¿Cómo funciona LoRaWAN?
Como ya mencionamos, LoRaWAN opera con una arquitectura de red en estrella de estrellas formada por dispositivos finales, gateways y un servidor de red central. Los dispositivos finales, como sensores o dispositivos, se comunican directamente con los gateways, que actúan como puente entre los dispositivos finales y el servidor de red central. El servidor de red central gestiona la red y permite la comunicación entre los dispositivos finales y el servidor de aplicaciones. La imagen de abajo representa la arquitectura en estrella de estrellas de LoRaWAN.
La comunicación entre los dispositivos finales, o nodos, y los gateways en LoRaWAN se basa en la técnica de modulación LoRa, que permite la comunicación de largo alcance con bajo consumo de energía.
Los dispositivos finales transmiten datos a los gateways mediante modulación de espectro ensanchado, que permite que los datos se transmitan en un amplio rango de frecuencias. Los gateways reciben los datos de los dispositivos finales y luego los reenvían al servidor de red central a través de una conexión basada en IP, como Ethernet, Wi-Fi o celular.
Gateways LoRaWAN
Los gateways LoRaWAN son componentes de infraestructura esenciales que actúan como intermediarios entre los dispositivos finales y el servidor de red. Estos gateways reciben los datos transmitidos por los dispositivos compatibles con LoRaWAN y los reenvían al servidor de red a través de conexiones IP estándar (Ethernet, Wi-Fi, celular). Por lo general, un solo gateway puede cubrir varios kilómetros cuadrados y admitir miles de dispositivos finales, según el entorno y la ubicación del gateway.
Los gateways LoRaWAN modernos vienen en varias formas, desde unidades de exterior de grado industrial diseñadas para soportar condiciones ambientales adversas hasta modelos compactos de interior para despliegues más pequeños. Muchos gateways cuentan con capacidades multicanal, lo que les permite escuchar varias frecuencias de forma simultánea y recibir señales de numerosos dispositivos a la vez. Al elegir gateways LoRaWAN, hay que considerar factores como los requisitos de cobertura, las opciones de alimentación (red eléctrica o energía solar), la conectividad de retorno (Ethernet, celular, Wi-Fi) y los requisitos ambientales.
Los dispositivos finales transmiten datos a los gateways mediante modulación de espectro ensanchado, que permite que los datos se transmitan en un amplio rango de frecuencias. Los gateways reciben los datos de los dispositivos finales y luego los reenvían al servidor de red central a través de una conexión basada en IP, como Ethernet, Wi-Fi o celular.
Clases de dispositivos LoRaWAN
LoRaWAN también admite varias clases de dispositivos, entre ellas la Clase A, la Clase B y la Clase C. Los dispositivos de Clase A solo pueden recibir mensajes de downlink después de enviar un mensaje de uplink; esta característica es una de las razones por las que los dispositivos de Clase A son el tipo de dispositivo LoRaWAN más eficiente en consumo de batería. Abren dos ventanas cortas de recepción con retardos fijos después de cada transmisión de uplink. Si el servidor de red no responde durante esas ventanas, el dispositivo debe esperar hasta el siguiente uplink para recibir un downlink.
Los dispositivos de Clase A son adecuados para aplicaciones que no requieren comunicación de downlink frecuente u oportuna, como el monitoreo ambiental o el seguimiento de animales. Un ejemplo de este tipo de dispositivo sería el STREGA Smart-Valve Lite Edition; su batería está diseñada para durar más de diez años, lo que demuestra la longevidad de la batería en la Clase A.
Los dispositivos de Clase B son similares a los de Clase A, pero abren ventanas de recepción adicionales en horarios programados. Utilizan una señal de baliza periódica de la red para sincronizar sus relojes y abrir ‘ping slots’ para recibir mensajes de downlink. Los dispositivos de Clase B tienen menor latencia que los de Clase A, pero consumen más energía porque pasan más tiempo en modo activo.
Los dispositivos de Clase B son ideales para aplicaciones que requieren comunicación de baja latencia con dispositivos alimentados por batería, como la detección de incendios o de fugas de agua.
Los dispositivos de Clase C son los más simples y tienen la menor latencia. Escuchan constantemente los mensajes de downlink de la red, salvo cuando están transmitiendo un mensaje de uplink. Al estar activos la mayor parte del tiempo, son el tipo de dispositivo LoRaWAN que más energía consume. Los dispositivos de Clase C son ideales para dispositivos con alimentación externa que necesitan comunicación continua con la red, como tomas de corriente inteligentes o cámaras de seguridad. Muchos dispositivos LoRaWAN pueden funcionar como Clase A y C, lo que permite adaptarse a la preferencia del cliente. Un ejemplo de un dispositivo que funciona tanto como A como C es el sensor Watteco In’O.
¿Es seguro LoRaWAN?
La seguridad de LoRaWAN se garantiza mediante varios mecanismos, como el cifrado de extremo a extremo, la autenticación y las verificaciones de integridad. LoRaWAN utiliza el Estándar de Cifrado Avanzado (AES) con una clave de 128 bits para el cifrado de extremo a extremo, lo que garantiza una comunicación segura entre los dispositivos finales y el servidor de aplicaciones. Además, LoRaWAN también admite la autenticación mutua entre los dispositivos finales y el servidor de red, lo que impide que dispositivos no autorizados accedan a la red.
¿Cómo se compara LoRaWAN con otras opciones de conectividad IoT?
LoRaWAN suele ser la mejor opción al comparar las distintas alternativas de conectividad IoT, según tus necesidades. Las redes celulares, como 4G LTE y 5G, ofrecen amplia cobertura y altas tasas de datos, pero pueden resultar costosas en cuanto a módulos de dispositivos, planes de datos y consumo de energía. En cambio, LoRaWAN ofrece cobertura de largo alcance con bajo consumo de energía, lo que lo hace adecuado para despliegues de IoT rentables en distintos casos de uso.
Wi-Fi se usa ampliamente para redes de área local (LAN) y ofrece altas tasas de datos y baja latencia. Sin embargo, tiene un alcance limitado y solo puede ser adecuado para comunicación de corto alcance o conectividad remota. Por otro lado, LoRaWAN ofrece un alcance mucho mayor que Wi-Fi, y su bajo consumo de energía permite una mayor duración de la batería.
Zigbee es un protocolo de comunicación inalámbrica de bajo consumo y corto alcance que se usa habitualmente en la automatización del hogar y en aplicaciones de control industrial. Ofrece redes en malla, que permiten a los dispositivos formar una red y comunicarse entre sí. En cambio, LoRaWAN proporciona un alcance más amplio y una arquitectura de red en estrella de estrellas, lo que simplifica el despliegue y la gestión de la red y reduce los costos de infraestructura.
Sigfox es otra opción de conectividad LPWAN para aplicaciones IoT. Utiliza una red propietaria y ofrece cobertura global, pero tiene limitaciones en cuanto a tasas de datos y tamaño de los mensajes. LoRaWAN ofrece tasas de datos más altas y mensajes de mayor tamaño, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren más datos. LoRaWAN también ofrece más flexibilidad en cuanto a arquitectura de red y personalización, ya que es un estándar abierto.
Cómo implementar y gestionar redes LoRaWAN
Para implementar y gestionar una red LoRaWAN se requiere una planificación, configuración, monitoreo y escalado cuidadosos. Empieza por identificar los requisitos de red de tu caso de uso y los proveedores de red, teniendo en cuenta factores como el área de cobertura, el número de dispositivos, la tasa de datos y las necesidades específicas de la aplicación. Esto ayudará a determinar el tipo y número de gateways, sensores, proveedores de red y otros componentes de red que se necesitan.
Al seleccionar un proveedor de LoRaWAN, ten en cuenta factores como la cobertura de la red, la fiabilidad y los precios. Algunos proveedores populares son The Things Network, Senet, Actility y Everynet. Senet está desplegado en más de 29 estados y cubre más de 1300 ciudades en Estados Unidos, atendiendo a una población de más de 55 millones de personas. Everynet cubre más de 650 ciudades en EE. UU., y la imagen de abajo muestra la cobertura LoRaWAN de Everynet en EE. UU.
(Fuente: Everynet)
Es fundamental evaluar las capacidades de cada proveedor y su compatibilidad con los requisitos de tu red para tomar una decisión informada. Es importante elegir no solo un proveedor que pueda dar soporte a tu red ahora, sino también en el futuro, a medida que escalas y amplías tus proyectos de IoT.
Luego, considera los gateways LoRaWAN y los servidores de red adecuados que cumplan con los requisitos de tu red. Realiza un estudio del sitio para identificar las mejores ubicaciones para los gateways, teniendo en cuenta factores como la altura, la línea de visión, la interferencia y la redundancia. Una vez instalados, configura y registra los gateways en el servidor de red LoRaWAN definiendo los parámetros de red y registrándolos para su autenticación y gestión. A partir de ahí, configura además los ajustes de red, como la tasa de datos, el plan de canales y los ajustes de seguridad, según los requisitos de tu caso de uso. Monitorea con regularidad el rendimiento de la red y usa herramientas de gestión de red para resolver problemas y vigilar el estado de la red.
A medida que crece tu despliegue de IoT, escala y amplía tu red LoRaWAN agregando más gateways, registrando nuevos dispositivos finales y gestionando los recursos de red de forma más eficiente. Implementa medidas de seguridad apropiadas para proteger tu red LoRaWAN y tus datos, incluidos mecanismos de cifrado, autenticación y autorización. Mantén los dispositivos y el software actualizados con los últimos parches de seguridad para protegerte frente a posibles vulnerabilidades.
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Además de potentes capacidades de gestión de aplicaciones, TagoIO también ofrece funciones de seguridad avanzadas para proteger tu red LoRaWAN y tus datos. Nuestra plataforma admite mecanismos de cifrado, autenticación y autorización para garantizar la seguridad de tus datos en tránsito y en reposo. Además, con TagoIO puedes actualizar tus dispositivos y software con los últimos parches de seguridad para protegerte frente a posibles vulnerabilidades.
A medida que crece tu despliegue de IoT, TagoIO facilita el escalado y la ampliación de tu aplicación. Nuestra plataforma te permite agregar más gateways y conectar nuevos dispositivos finales de forma sencilla y eficiente. Con TagoIO, puedes centrarte en tu negocio principal mientras nosotros nos encargamos de la complejidad de implementar y gestionar una red LoRaWAN. Contáctanos hoy para saber más sobre cómo TagoIO puede ayudarte a alcanzar tus objetivos de IoT.
