Introducción a LoRa
La tecnología de comunicación LoRa es una de las comunicaciones de corta distancia en la tecnología de comunicación del Internet de las Cosas. Las mismas tecnologías de comunicación de corta distancia incluyen Bluetooth, WIFI, Zigbee, etc.
LoRa es la abreviatura de Long Range en inglés. Es un tipo de tecnología de comunicación Low PowerWide Area Network (LPWAN). Se trata de una tecnología de transmisión de datos de ultra larga distancia y bajo consumo lanzada por Semtech en 2013. En el pasado, antes de la aparición de LPWAN, parecía que la única opción era entre larga distancia y bajo consumo de energía. La aparición de la tecnología inalámbrica LoRa ha cambiado el equilibrio entre la distancia de transmisión y el consumo de energía. No sólo puede conseguir una transmisión a larga distancia, sino que también tiene las ventajas de un bajo consumo de energía y un bajo coste. La red LoRa se forma como se muestra en la siguiente figura. Los nodos remotos pueden conectarse al servidor back-end de la red a través de múltiples pasarelas, cargar datos y enviarlos a la nube o al servidor. En la red LoRa, cada nodo no está conectado a los demás. Primero debe estar conectado a la pasarela antes de poder conectarse al host central, o transmitir datos a otro nodo a través del host central. Los mensajes de los nodos terminales pueden transmitirse a varias pasarelas al mismo tiempo, y los mensajes también pueden ampliarse mediante puentes entre pasarelas.
Composición de la red LoRa
La red LoRa se compone principalmente de cuatro partes: terminal (puede llevar incorporado un módulo LoRa), pasarela (o estación base), servidor y nube. Los datos de las aplicaciones pueden transferirse en ambas direcciones.
Alianza LoRa La Alianza LoRa es una organización abierta y sin ánimo de lucro liderada por Semtech en marzo de 2015. Entre sus miembros fundadores figuran la francesa Actility, la china AUGTEK y Royal Dutch Telecom kpn. En menos de un año, la alianza ha desarrollado más de 150 empresas miembros, incluidos muchos fabricantes de peso como IBM, Cisco y Orange de Francia. Hay un gran número de empresas en cada eslabón de la cadena industrial (fabricantes de hardware para terminales, fabricantes de chips, fabricantes de pasarelas de módulos, fabricantes de software, integradores de sistemas, operadores de redes). La apertura de esta tecnología dificulta la competencia y la cooperación. La adecuación ha promovido el rápido desarrollo y la prosperidad ecológica de LoRa.
Características técnicas de LoRa
(1) Sensibilidad -148dBm, distancia de comunicación >15km;
(2) Costes de infraestructura mínimos, utilizando pasarelas/concentradores para ampliar la capacidad del sistema.
(3) Duración de la batería >5 años, corriente de recepción 10mA, corriente de reposo <200nA
(4) Banda de frecuencias sin licencia, bajo coste para nodos/terminales
Ventajas de la tecnología LoRa
(1) Larga distancia, la distancia de transmisión puede alcanzar los 8 km, área amplia
(2) Fácil de construir y desplegar, puede instalarse y utilizarse en la mayoría de los lugares.
(3) Bajo consumo y larga duración de la batería
(4) Bajo consumo de energía y larga duración de la batería. El precio del terminal LoRa ronda los 100-200 €.
Desventajas técnicas de LoRa
(1) Interferencias en el espectro: Con el aumento de dispositivos y redes LoRa, existen interferencias de espectro entre ellos.
(2) La red debe construirse de nuevo
(3) La tecnología está demasiado concentrada: La tecnología LoRa está demasiado concentrada en Semtech, lo que no favorece el desarrollo de la industria
Protocolo LoRaWAN [ampliado
LoRaWAN es un estándar de red de área extensa de bajo consumo (LPWAN) basado en el protocolo de capa MAC de código abierto lanzado por la LoRa Alliance. Esta tecnología puede proporcionar redes locales, nacionales o mundiales para dispositivos inalámbricos alimentados por batería. LoRaWAN se dirige a algunas necesidades básicas de la Internet de los objetos, como la comunicación bidireccional segura, la comunicación móvil y los servicios de identificación de localización estática. Esta tecnología permite una interoperabilidad sin fisuras entre dispositivos inteligentes sin necesidad de complejas configuraciones locales, lo que da a los usuarios, desarrolladores y empresas del ámbito de la IO libertad de funcionamiento.
La arquitectura de red LoRaWAN es una topología típica en estrella. En esta arquitectura de red, la pasarela LoRa es un relé de transmisión transparente que conecta el dispositivo terminal y el servidor central back-end. La pasarela y el servidor están conectados a través de IP estándar, y el dispositivo terminal utiliza un único salto para comunicarse con una o más pasarelas. Hay comunicación bidireccional entre todos los nodos y pasarelas, y también se admiten operaciones como actualizaciones de la nube para reducir el tiempo de comunicación con la nube.
La comunicación entre el terminal y la pasarela se realiza a partir de distintas frecuencias y velocidades de transmisión de datos. La selección de la velocidad de transmisión requiere un compromiso entre la distancia de transmisión y el retardo del mensaje. Gracias al uso de la tecnología de espectro ensanchado, las comunicaciones con diferentes velocidades de transmisión no interferirán entre sí, y se creará un conjunto de bandas de frecuencia "virtualizadas" para aumentar la capacidad de la pasarela. La velocidad de transmisión de datos de LoRaWAN oscila entre 0,3 kbps y 37,5 kbps. Para maximizar la duración de la batería del dispositivo terminal y la capacidad de toda la red, el servidor de red LoRaWAN controla la velocidad de transmisión de datos y cada vez mediante un esquema de velocidad de datos adaptativa (ADR). La potencia de salida de radiofrecuencia de un dispositivo terminal. La red de área extensa con cobertura nacional se dirige a aplicaciones IoT como la construcción de infraestructuras críticas, la transmisión de datos personales confidenciales o los servicios públicos sociales. En lo que respecta a la comunicación segura, LoRaWAN utiliza generalmente el cifrado multicapa para resolver el problema: 1. Clave de red única (EU164) para garantizar la seguridad de la capa de red; 2. Clave de aplicación única (EU164) para garantizar la seguridad de la comunicación terminal a terminal en la capa de aplicación; 3. La clave especial (EUI128) perteneciente al dispositivo. La red LoRaWAN divide los equipos terminales en tres categorías: A/B/C según las diferentes aplicaciones reales: Clase A: equipo terminal de comunicación bidireccional. Este tipo de dispositivo terminal permite la comunicación bidireccional, y la transmisión ascendente de cada dispositivo terminal va acompañada de dos ventanas de recepción descendente. La ranura de transmisión del dispositivo terminal se basa en sus propias necesidades de comunicación, y su ajuste fino se basa en una base de tiempo aleatoria (protocolo ALOHA). Los equipos terminales pertenecientes a la clase A tienen el menor consumo de energía durante la aplicación. Después de que el terminal envíe una señal de transmisión de enlace ascendente, el servidor puede realizar rápidamente una comunicación de enlace descendente. En cualquier momento, la comunicación de enlace descendente del servidor sólo puede seguir a la comunicación de enlace ascendente.
Aplicaciones típicas de Lora
Yacimiento petrolífero inteligente
Los yacimientos petrolíferos inteligentes utilizan diversos dispositivos de detección de mediciones en línea y en tiempo real, como diversos instrumentos y otros dispositivos de detección de información instalados en pozos de petróleo y gas, oleoductos, equipos de procesamiento, transformación, almacenamiento y transporte de petróleo y gas, para conectarse a la red de la empresa o a Internet, una red de intercambio de información y comunicación para lograr la identificación, el posicionamiento, el seguimiento, la supervisión y la gestión inteligentes.
Seguimiento logístico
Un requisito importante para el seguimiento o posicionamiento del mercado es la duración de la batería del terminal. El seguimiento logístico puede servir de ejemplo práctico de despliegue híbrido. Las empresas de logística pueden desplegar redes en los lugares necesarios según las necesidades de posicionamiento, que pueden ser en almacenes o vehículos de transporte. En estos casos, las estaciones base portátiles resultan muy útiles. LoRa puede proporcionar una solución de despliegue de este tipo. Al mismo tiempo, LoRa tiene la característica de que la comunicación es relativamente más estable cuando se mueve a gran velocidad. LoRa es más adecuado para el seguimiento logístico.
Agua inteligente
Los asuntos hídricos inteligentes detectan el estado operativo de los sistemas urbanos de suministro y drenaje de agua en tiempo real a través de equipos de supervisión en línea, como registradores digitales, redes inalámbricas y medidores de calidad y presión del agua, y utilizan un método visual para integrar orgánicamente los departamentos de gestión del agua y las instalaciones de suministro y drenaje de agua para formar el "Internet de las Cosas de los Asuntos Hídricos Urbanos", y pueden llevar a cabo el análisis y procesamiento oportunos de la información masiva sobre asuntos hídricos, y realizar los correspondientes resultados de procesamiento para ayudar a la toma de decisiones y sugerencias, y gestionar todo el proceso de producción, gestión y servicio del sistema de asuntos hídricos de una manera más refinada y dinámica, logrando así un estado "inteligente".
Agricultura inteligente
Para la agricultura se necesitan urgentemente sensores de bajo consumo y bajo coste. La aplicación de sensores como los de temperatura y humedad, dióxido de carbono y salinidad es de gran importancia para aumentar el rendimiento agrícola y reducir el consumo de agua. Estos sensores necesitan cargar datos con regularidad. LoRa es muy adecuado para estos escenarios.
Edificio inteligente
Para la renovación de edificios, se añaden sensores como los de temperatura y humedad, seguridad, gases nocivos y monitorización del flujo de agua, y la información de monitorización se carga periódicamente, lo que facilita la supervisión de los gestores y la hace más cómoda para los usuarios. En general, la comunicación de estos sensores no necesita ser especialmente frecuente ni garantizar una calidad de servicio especialmente buena, y una pasarela doméstica portátil puede satisfacer las necesidades. Por tanto, LoRa es una opción más adecuada en este escenario.