¿Imaginas un mundo donde los dispositivos pueden “hablar” entre sí a kilómetros de distancia, incluso en lugares donde la señal de celular no llega?
Si bien hay soluciones WiFi para comunicación con soluciones MESH, la banda en la que opera WiFi lo hace muy susceptible a interferencia y a degradarse ampliamente con obstáculos como edificios y árboles pero está el tema de que WiFi consume bastante recursos de cómputo y por lo tanto de energía.
Pero si quisieramos enviar solo paquetes de datos pequeños para dar estatus de sensores que no queremos cablear y con pequeñas baterías WiFi no sería en absoluto una opción.
Esa es la magia detrás de LoRa y LoRaWAN, tecnologías que están revolucionando el Internet de las Cosas (IoT) y cambiando la manera en que gestionamos información en áreas remotas. Hoy exploraremos cómo funcionan LoRa y LoRaWAN, con un nivel de detalle técnico pero sencillo de comprender..
¿Qué es LoRa y LoRaWAN?
LoRa (Long Range) es una tecnología de radiofrecuencia desarrollada para comunicaciones de larga distancia usando baja potencia. Lo innovador de LoRa es que permite cubrir distancias de hasta 15 kilómetros en áreas rurales y entre 3 y 5 kilómetros en zonas urbanas, todo con una eficiencia energética impresionante. LoRa se especializa en enviar pequeños paquetes de datos que se actualizan cada cierto tiempo, lo que la hace ideal para dispositivos de IoT que no requieren comunicación constante.
Por otro lado, LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) es el protocolo de red que organiza cómo los dispositivos que usan LoRa “hablan” entre sí. Mientras LoRa representa la tecnología de radio (la “voz”), LoRaWAN establece las reglas de comunicación para coordinar y optimizar el tráfico de información.
Frecuencias y Bandas de Radiofrecuencia Utilizadas
Para operar en áreas extensas y sin interferencias significativas, LoRa utiliza bandas de radiofrecuencia sin licencia, que varían según la región:
- En Europa, la banda más común es 868 MHz.
- En América del Norte, la frecuencia más usada es 915 MHz también conocida como banda de 33 centímetros en alusión a la longitud de onda.
- En Asia y otros países, las bandas utilizadas pueden ser de 433 MHz y 923 MHz.
Estas frecuencias se encuentran en las bandas ISM (Industrial, Científica y Médica) que son libres de licencia y permiten una cobertura más amplia. LoRa utiliza modulación de espectro ensanchado de chirp (CSS, por sus siglas en inglés), una técnica en la que las señales se “estiran” en frecuencia, lo que las hace menos susceptibles a interferencias y más estables en condiciones difíciles.
Tamaño de los Paquetes y Control de Errores
LoRaWAN envía pequeños paquetes de datos que pueden variar en tamaño según la aplicación y configuración, con una tasa de transferencia de hasta 253 kbps y paquetes de alrededor de 255 bytes. Esto es suficiente para sensores que envían información como temperatura, humedad, o posición GPS. Al ser una tecnología de baja tasa de datos, los dispositivos no están diseñados para enviar grandes volúmenes de información, pero pueden transmitir información crítica de manera confiable.
Control de Errores
Para asegurar que los datos lleguen correctamente, LoRaWAN incorpora un control de errores basado en verificación de redundancia cíclica (CRC) en cada mensaje. Esto permite verificar que el paquete recibido sea el mismo que se envió. Además, utiliza un sistema de confirmación opcional: los dispositivos pueden enviar mensajes sin esperar respuesta (modo no confirmado) o solicitar una confirmación del gateway (modo confirmado). Este último modo garantiza que el mensaje se ha recibido correctamente y es ideal para aplicaciones críticas, aunque consume un poco más de batería.
¿Cómo Funciona LoRa?
A nivel técnico, LoRa modula las señales utilizando una técnica única de espectro ensanchado de chirp. Esto significa que, en lugar de emitir señales en una frecuencia fija, estas se “barren” en un rango de frecuencias cercano. Este “barrido” hace que LoRa sea extremadamente robusto ante el ruido y las interferencias, y permite una gran sensibilidad, logrando conectar dispositivos a largas distancias sin mucha potencia de transmisión.
LoRa también usa un factor de expansión (Spreading Factor, SF), que determina la velocidad y alcance de la transmisión. A mayor factor de expansión (por ejemplo, SF12), la velocidad de transmisión es menor, pero el alcance y la capacidad de penetración aumentan, lo cual es ideal en áreas con obstáculos. Este ajuste es clave, ya que permite un balance entre consumo de energía, alcance y tasa de datos.
Casos de Uso de LoRa y LoRaWAN
¿Dónde es útil LoRa y LoRaWAN? A continuación, algunos ejemplos que muestran cómo esta tecnología transforma sectores clave:
- Agricultura Inteligente: Sensores para monitorear humedad del suelo, temperatura, o calidad del agua en áreas extensas y remotas. En campos grandes, donde cables o repetidores son inviables, LoRaWAN permite que los sensores envíen datos al servidor a través de gateways con un consumo mínimo de energía.
- Ciudades Inteligentes: Sistemas de alumbrado público, monitoreo de estacionamientos, y sensores de calidad de aire son ideales para LoRaWAN, ya que estos sensores suelen estar dispersos en grandes áreas y no necesitan estar conectados en tiempo real, solo transmitir cada cierto tiempo.
- Monitoreo Ambiental: En parques nacionales o zonas ecológicas remotas, LoRaWAN conecta sensores de temperatura, humedad y contaminación del aire. Su alta capacidad de alcance permite que estos sensores operen sin la necesidad de infraestructura de red.
- Seguimiento de Activos: En transporte y logística, LoRaWAN permite rastrear la ubicación de contenedores o mercancías. Aunque no da datos en tiempo real, sí envía actualizaciones periódicas para controlar activos en movimiento.
¿Dónde No Funciona Bien LoRa y LoRaWAN?
Como toda tecnología, LoRa y LoRaWAN tienen limitaciones. No son adecuadas para aplicaciones que requieren datos constantes, de alta velocidad o con grandes volúmenes de información:
- Transmisión de Video o Imágenes en Tiempo Real: Dado que LoRaWAN está diseñado para enviar pequeños paquetes, no tiene la capacidad de transmitir grandes volúmenes de datos necesarios para video o imágenes.
- Entornos con Interferencias Electromagnéticas: Si bien LoRa es resistente al ruido, entornos industriales con alto nivel de interferencia electromagnética (como fábricas pesadas) pueden obstaculizar la transmisión.
- Lugares con Alta Densidad de Dispositivos: Aunque LoRaWAN soporta muchos dispositivos, no es ideal en zonas congestionadas donde cada dispositivo necesita enviar datos en tiempo real, como en edificios con sistemas de monitoreo que requieren actualizaciones constantes.
Conclusiones
LoRa y LoRaWAN están revolucionando el IoT al permitir que dispositivos se conecten a larga distancia usando baja potencia. Con su capacidad para enviar datos en pequeñas dosis y su resistencia en ambientes difíciles, estas tecnologías son perfectas para aplicaciones en entornos rurales y urbanos, desde granjas hasta ciudades inteligentes.
Esta tecnología también comienza a florecer en aplicaciones de Domótica dentro de casas o empresas donde se requiera instalar sensores o dispositivos que notifican su estatus para facilitar la automatización.
En un mundo hiperconectado, estas tecnologías nos acercan a un futuro donde cada sensor, cada dispositivo, puede enviar información sin importar cuán lejos se encuentre y nos da capacidad de sensarlo y automatizarlo casi todo.
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