En este blog hablamos de redes y tecnologías inalámbricas, principalmente en bandas no licenciadas. LoRa es una de esas tecnologías, y nos permite conectar equipos a larga distancia normalmente para aplicaciones IoT.

La forma en que recogemos información de nuestro entorno está cambiando, cada vez queremos medir más parámetros, durante más tiempo, pero tener operadores que busquen la información es uno de los costos más elevados de cualquier operación.

Ahora, queremos tener información de las farolas de una ciudad, de su consumo, de la cantidad de luz que dan, para hacerlas más eficientes. Hay farolas que tienen conexión a gran velocidad y un panel táctil para dar detalles sobre el tiempo, el municipio, calidad del aire, etc. Esto es relativamente sencillo de hacer, porque las farolas están conectadas por cableado eléctrico y muchas veces, de forma paralela, a una red de fibra óptica.

Imaginen que deseamos trasladar toda esa conectividad a objetos que no están conectados y que además pueden ser móviles, por ejemplo contenedores de basura, para saber su posición y estado (si están llenos o vacíos, Cuántas veces se han abierto, etc), plazas de estacionamiento en la calle (con un sensor que comunica cuando están ocupadas), árboles de un parque, para monitorizar su salud y evitar que se puedan caer, mascotas, animales salvajes, losas de una acera, para saber cuántas veces han sido pisadas. Las posibilidades son infinitas igual que el número de “cosas” que se pueden conectar y mandar información.

Para conectar todos esos objetos y sensores y crear una red de información que pueda gestionar todos esos datos es que se crea LoRa y LoRaWan

¿Qué es LoRa?

LoRa es un protocolo inalámbrico de larga distancia y baja velocidad, que permite la conexión de sensores y otros dispositivos con un mantenimiento y gasto de energía mínimo, haciendo que las baterías puedan durar años.

Gracias a estas características, LoRa es ideal para IoT, donde las cosas y dispositivos se conectan para mandar o recibir información o cambios de estado a grandes distancias sin casi intervención de los operadores.

Para poder manejar correctamente la información que llega de los dispositivos se crea toda una arquitectura de red llamada LoRaWan, que contiene Gateways, que son los transmisores radio en la parte de red y que se comunican directamente con todos los sensores y varios servidores, de red, de aplicación, de seguridad, etc.

Principales características de LoRa

Como dijimos anteriormente hay varias características de LoRa que lo hacen especial y lo diferencian de otros protocolos y tecnologías inalámbricas.

• Largo alcance. LoRa está hecho para trabajar en ciudades y poder pasar a través de los edificios y obstáculos. Puede llegar en estas condiciones hasta unos 3 Km. En zonas abiertas puede llegar hasta unos 20 Km.
• Baja transmisión de datos. La velocidad no lo es todo. Para LoRa no es importante transmitir gran cantidad de datos. Ya veremos porque. LoRa puede transmitir menos de 1Kbps.
•  Bajo consumo. Este puede ser el punto más importante. Permite tener dispositivos con baterías muy pequeñas que no necesiten ningún tipo de intervención durante años. Estos dispositivos serían muy baratos y con un costo de mantenimiento muy pequeño.
• Gran cantidad de dispositivos conectados. En un solo Gateway se pueden conectar miles de dispositivos, más que teléfonos móviles en una red móvil. Así al tener varios Gateways, se pueden tener cientos de miles de equipos conectados de forma muy barata, mandando información sobre las condiciones que están monitorizando.

Estas características, mencionadas arriba, son las que hacen de LoRa un protocolo perfecto para conectar sensores o actuadores. El protocolo y la red LoRaWan están diseñados específicamente para conectar estos dispositivos y se prevé que puedan ser millones. Por ello la posibilidad de conectar gran cantidad de equipos y poder gestionarlos de forma sencilla hace que esta tecnología sea una de las que se ha adoptado más rápidamente.

Ventajas de LoRa y LoRaWan

Hay otros protocolos que también quieren cubrir el mismo segmento de mercado, el internet de las cosas y conexiones inalámbricas de largo alcance. El principal competidor de LoRa es Sigfox, un protocolo privado de la empresa del mismo nombre. LoRa es también desarrollado de forma privada, pero está siendo adoptado de forma abierta y hay muchos fabricantes haciendo dispositivos para conectar a las redes LoRa.

La principal ventaja de LoRa y que lo diferencia de otros protocolos como 5G u otros de telefonía móvil es su bajo consumo. Si bien hay otras formas de conexión inalámbrica de largo alcance, ninguna tiene un consumo tan bajo. Esto permite que los sensores sean muy pequeños y puedan utilizar pilas de botón. Una consecuencia adicional es que esto abarata mucho el costo de los sensores y permite poder usarlos casi en cualquier parte.

LoRa trabaja en frecuencias no licenciadas, típicamente 868 MHz en Europa, 433 MHz en Asia y 915 MHz en Estados Unidos.

También la configuración en estrella de la red LoRaWan permite que un mismo sensor pueda ser recibido por varios Gateways. La red recoge esa información la procesa y solo se queda con la que mejor se recibió. Como los sensores no están conectados a un solo punto de la red, sino que transmiten a todos a la vez, hace que la transmisión sea mucho más robusta que en otras tecnologías y que tenga mejor alcance. Por el contrario otras tecnologías, como Bluetooth, WiFi, y 3G/4G/5G, tienen que conectar el dispositivo a un receptor, que será el único con el que se comunicará en un momento dado.

Redes LoRa y LoRaWan

Es posible crear tu propia red de LoRa y LoRaWan y empezar a conectar dispositivos y monitorizar la información deseada, pero hay operadores que dan este servicio, utilizando la infraestructura que ya tienen desplegada, como torres y casetas, donde pueden instalar gateways de LoRa. Estos operadores venden el servicio para dar la conexión.

Recuerden que la información que llega a los Gateways tiene que ser enviada después hasta el centro de procesamiento de esos datos, que en ocasiones puede estar a muchos kilómetros. Para ello es necesario una red troncal, de fibra, o cualquier otro medio.

Los clientes para este tipo de redes pueden ser ciudades, que quieren ser más eficientes y medir parámetros dentro de sus fronteras y pueden llegar a tener miles o millones de sensores o actuadores de todo tipo. Pero los clientes pueden ser también granjas, complejos industriales, etc., donde un solo emisor puede cubrir todo el perímetro y la implementación puede llegar a ser sencilla.

Tipos de Sensores

Dentro de la arquitectura de LoRaWan hay definidos tres tipos de dispositivos que se conectan a la red. Clase A, B y C.

Los dispositivos clase A son aquellos que solamente transmiten cuando hay un cambio de estado y están enfocados principalmente a sensores de monitorización, por ejemplo sensores de aparcamiento, que mandarán una señal cuando están ocupados y otra cuando quedan libres.

Los dispositivos clase B, son aquellos que tienen un tiempo regular para recibir instrucciones e información desde la red. Estos dispositivos son ideales para sensores y actuadores, por ejemplo cuando se detecta el nivel de agua de un tanque y se manda la señal para cerrar la llave de entrada de agua.

Los de clase C son aquellos dispositivos que están siempre transmitiendo o a la escucha, por ende gastan mucha más batería, pero el tiempo de respuesta es menor, como alumbrado, medidores eléctricos, etc.

Como vemos, cada vez necesitamos más información de nuestro ambiente, nuevas aplicaciones y formas de utilizar la información están surgiendo. En este sentido el protocolo inalámbrico LoRa ofrece una opción novedosa y con muchas ventajas para poder medir casi todo lo que está a nuestro alrededor y poder transmitir esa información a la red de datos.

LoRa fue desarrollado por la compañía Semtech y en este artículo suyo pueden encontrar muchos más detalles del funcionamiento de la tecnología.