LoRaWAN

Descubre la mayor revolución para el Internet de las Cosas (IoT)

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¿Qué es?

LoRaWAN es una tecnología para comunicar pequeños dispositivos electrónicos empleados en la denominada Internet de las Cosas (IoT)

¿Cómo funciona?

Utiliza las frecuencias de 433 MHz, 868 MHz y 915 MHz así como diferentes velocidades de transmisión. LoRaWAN se encarga de gestionar la comunicación y LoRa es la tecnología base de comunicación

Arduino

Es muy sencillo conectar tu proyecto Arduino o Raspberry PI a un gateway LoRa que recoja los datos o les envie actualizaciones

LoRa vs Sigfox

SigFox es otra tecnología de comunicación LPWAN pero propietaría y bajo licencia de uso. 

¿Qué es LoRa y LoRaWAN?

LoRaWAN es una especificación de redes LPWAN (Low Power Wide Area Network). Atendiendo a los niveles OSI, sería el nivel 2 (red). Es lo que se conoce como MAC (Media Access Control). Digamos que LoRaWAN se encarga de unir diferentes dispositivos LoRa gestionando sus canales y parámetros de conexión: canal, ancho de banda, cifrado de datos, etc.


En el nivel 1 de OSI, nivel físico, encontramos la tecnología LoRa de comunicación. Esta tecnología permite el envio y recepción de información punto-a-punto. Lo que caracteriza a un dispostivo LoRa es su largo alcance con un mínimo dispositivo.  Para ello emplea la técnica de espectro ensanchado, donde la señal a mandar utiliza más ancho de banda que el necesario teorícamente pero que permite una recepción de múltiples señales a la vez que tengan distinta velocidad. 


El "padre" de LoRa es la empresa Semtech, que desarrolló la tecnología y posee la patente. Ahora la fundación LoRa Allience, se encarga del desarrollo del estandar y su evolución. 

¿A que llamamos "long range"? Pues según algunas fuentes estamos hablando de distancias de hasta más de 20 Km (bajo unas condiciones muy favorables).


Las frecuencias de comunicaciones que LoRa usan son principalmente las de la banda ISM, aunque la tecnología puede operar en cualquier frecuencia por debajo del 1 GHz


El uso de estas frecuencias se debe a que mientras se respete los valores de emisión, cualquier persona o empresa puede hacer uso de ella sin necesidad de licencia.


Así pues, LoRa suele operar en las bandas 433 MHz, 868 MHz y 915 MHz. Según el pais, estas bandas pueden estar restringidas. Por ejemplo en Europa no se puede usar la 915 Mhz.





¿Cómo funciona?

Los parámetros de comunicación LoRa son:

  • canal dentro de la banda: frecuencia central que representa el canal. El canal 10 dentro de la banda 868 MHz tiene un valor de 865.200.000 Hz. 
  • "spreading factor" (SF): define el número de bits usados para codificar un símbolo. A mayor SF, menor velocidad de transferencia tendremos pero mayor inmunidad a interferencias.
  • "coding rate" (CR): indica la forma de codificar para corección de errores. Es decir, según la técnica especificada, añade símbolos de control para saber si los datos son correctos o no e incluso poder determinar los valores correctos.
  • bandwidth (BW): indica el ancho de frecuencia que vamos a usar.

En decodingLoRa puedes saber más de cómo funciona a nivel físico. Lo interesante es saber que debido a la ortogonalidad de modulación y el uso de especto ensanchado se puede decodificar múltiples señales a pesar de usar la misma frecuencia. Esta característica dota a LoRa de "canales virtuales". 

Establecer una comunicación punto-a-punto con LoRa es relativamente sencillo. Para distancias muy cortas (menos 1 KM) no suele haber mucho problema.


La cosa se complica para distancias más grandes. Porque además de usar unas antenas con mayor ganancia y que sean visibles directamente unas a las otras sin obstáculos de por medio, es necesario una correcta configuración de canal, velocidad, etc.


Aquí es donde entra en escena LoRaWAN, subiendo de nivel y encargandose también de cifrar los datos para que ajenos no hagan uso de ellos. 


Lo único de lo que debemos de preocuparnos es de registrar e identificar nuestro dispositivo dentro de la red. 


The Things Network, usa LoRaWAN y está montando una gran red de dispositivos IoT por todo el mundo. 


Arduino y mundo maker

Poco a poco LoRa va teniendo presencia en el mundo maker y ya es posible realizar proyectos en plataformas como Arduino o Raspberry PI


Exiten varias empresas que comercializan shields y módulos para integrar, desde LoRa a incluso LoRaWAN. 


Al final todas estas soluciones integran en su base el chip de radio de Semtech. Los principales ICs usados son el SX1272, SX1276 y SX1278


La mayoría de integradores añaden circuiteria adicional para que sea prácticamente plug&play ponerse a desarrollar con LoRa.


La comunicación con los microcontroladores se hace mediante SPI


Entre los principales productos encontramos:


  • SX1278 LoRA + ESP32 (WiFi/Bluetooth SoC), ideal para empezar y practicar en el mundo LoRa. Tiene pantalla OLED y se puede programar desde Arduino IDE.. Coste aproximado: 20€.
  • Libelium Waspmote LoRa, producto de calidad, bien acabado y precio acorde a la calidad. Disponible para Arduino y Raspberry PI. Coste: unos 59€.
  • LoPy, SoC que lleva WiFi+Bluetooth 4+LoRa, ideal para prototipar en Python (Micropython) proyectos y experimentar con LoRa. Coste: unos 60€
  • ModTronix inAir4/9/9B, módulo que requiere cierto montaje pero que no es para nada complejo. Fácil de integrar en una protoboard. Precio muy económico, unos 15€.
  • HopeRF, módulo más complejo que integrar, pues lo ideal es integrarlo sobre PCB. Precio muy económico, no llega a 10€.
  • Open Source LoRa Gateway. Si no quieres complicarte mucho la vida para intercomunicar tus dispositivos LoRa pero te quieres reservar el derecho a poder modificar en un futuro, este es tu Gateway. Coste aproximad: 100€.


Existen algunas soluciones que directamente implemetan LoRaWAN (no siendo posible acceder a bajo nivel). Soluciones como la de Microchip, RN2483

Si te haces con alguno de estos módulos verás que hay varias librerías disponibles en GitHub


En este post,  A DIY low-cost LoRa gateway, te cuentan cómo puedes empezar con LoRa y construirte diferentes elementos como nodos y gateways. Además explica cómo conectar algunos de los módulos descritos anteriormente. 


Un gateway es un elemento LoRa que tiene interfaz con otra tecnología de comunicaciones. Lo habitual es que esa interfaz sea hacia Internet. Es el elemento en la cadena que dota a LoRa de la capacidad de Internet de las Cosas (IoT).


Aquí podemos ver un ejemplo a modo "Hola Mundo" (simplificado) para Arduino:


void setup() {


    sx1272.ON();

    sx1272.setMode(1);

    sx1272._enableCarrierSense=true;

    sx1272.setChannel(DEFAULT_CHANNEL);

    sx1272.setPowerDBM((uint8_t)MAX_DBM); 

    sx1272.setNodeAddress(node_addr);


}


void loop() {


    sx1272.CarrierSense();

    sx1272.setPacketType(PKT_TYPE_DATA);


    sx1272.sendPacket(DEFAULT_DEST_ADDR, "hola", 4);

¡LoRa funcionando en 10 minutos!

Ya no hay excusa para que formes parte de la IoT Revolution

Hemos probados varios Kits e incluso desarrollado PCB con módulos Semtech. Si lo que quieres es experimentar rápidamente con la tecnología lo suyo es este Kit con SoC ESP32 (WiFi/Bluetooth 4). Lo ideal es pillar 2 para que puedas hacer todas las pruebas que quieras.

LoRa vs SigFox

Además de LoRa, existen otras tecnologías LPWAN en el mercado. Tecnologías como SigFox, que cobra $1 por dispositivo y año conectado, y donde toda su tecnología es privada. Se describen asi mismos como la primera compañia en proporciona una tecnología de conexión celular global para el Internet de las Cosas. Es una de las empresas más prometedoras de Francia. 

Su funcionamiento se basa en tecnología de ancho de banda ultraestrecho (UNB).  Un dispositivo puede mandar hasta 140 mensajes al día de 12 bytes como máximo. 


Tanto LoRa como Sigfox tienen como objetivo que tus proyectos IoT se conecten a su red de comunicaciones. ¿Con cuál te quedas?

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