LoRa: Una tecnología LPWAN para IoT
En este artículo intentaremos explicar de forma sencilla que son la tecnología, y las redes LoRa.
En los últimos años se está oyendo hablar mucho de las redes LPWAN (Low-Power Wide Area Network) o redes de bajo consumo y área extensa. LoRa es una de las tecnologías LPWAN y cuenta con grandes ventajas para proyectos de Internet de las Cosas o IoT (Internet of Things), con dispositivos alimentados por baterías.
Pero, ¿qué es LoRa?
LoRa es una tecnología inalámbrica al igual que WiFi, Bluetooth, LTE, SigFox o Zigbee. LoRa utiliza un tipo de modulación en radiofrecuencia, como la AM o la FM o el PSK; pero patentado por Semtech una importante empresa fabricante de chips de radio.
Esta tecnología de modulación se llama Chirp Spread Spectrum, o CSS, y se usa en comunicaciones militares y espaciales desde hace décadas. La gran ventaja de la misma es que puede lograr comunicaciones a largas distancias (típicamente kilómetros) y tiene gran solidez frente a las interferencias.
Fig. Espectro de la modulación LoRa
La tecnología LoRa fue originalmente desarrollada por Semtech, pero actualmente está administrada por la “LoRa Alliance”. De este modo, cualquier fabricante de hardware que desee trabajar con esta tecnología debe estar certificado por la alianza.
Ventajas de LoRa
Entre las principales ventajas de LoRa se encuentran las siguientes:
- Alta tolerancia a las interferencias
- Alta sensibilidad para recibir datos (-168dB)
- Basado en modulación “chirp“
- Bajo Consumo (hasta 10 años con una batería*)
- Largo alcance 10 a 20km
- Baja transferencia de datos (hasta 255 bytes)
- Conexión punto a punto
- Frecuencias de trabajo: 868 Mhz en Europa, 915 Mhz en América, y 433 Mhz en Asia
Todo esto hace que ésta sea una tecnología ideal para conexiones a grandes distancias y para redes de IoT en las que se necesiten sensores que no dispongan de corriente eléctrica de red. Por ello, tiene grandes posibilidades de aplicación para Smart Cities o ciudades inteligentes, lugares con poca cobertura celular cómo por ejemplo aplicaciones agrícolas o ganaderas en el campo, o para construir redes privadas de sensores y/o actuadores.
Banda ISM
Lora utiliza el espectro sin licencia como parte de la banda de radio ISM (Industrial, Científica y Médica).
En toda Europa, se utiliza un plan de frecuencias sin licencia en torno a los 868Mhz, mientras que en Estados Unidos es 915Mhz y en Asia 433Mhz.
El uso de una banda sin licencia del espectro radioeléctrico, hace que sea fácil para cualquiera configurar su propia red y hacer uso de ella.
Para utilizar la tecnología LoRa con el fin de comunicar dispositivos de IoT, existen dos alternativas:
- Crear una red propia.
Será necesario comprar los chips LoRa y desarrollar unos gateways y nodos propios. Como ventaja, el usuario podrá ajustar y adaptar dicha red a sus necesidades, aunque deberá encargarse del mantenimiento de la misma. - Usar un operador de red.
Actualmente, varios operadores están empezando a ofrecer redes LoRaWAN en ciertas áreas, como es el caso de Orange. De este modo, pueden contratarse planes de conectividad con estas compañías evitando así el mantenimiento de la red. Esta opción tiene como desventaja que el operador puede dejar de ofertar este servicio.
Muchos operadores de telecomunicaciones han comenzado a adoptar LoRaWAN y están brindando conectividad junto con los servicios de telefonía en muchos países alrededor del mundo, si bien en España para nada es este el caso.
Pero una única tecnología no puede resolverlo todo y en muchos casos hay concesiones que hay que asumir.
LoRa cumple con la necesidad de dispositivos a batería de bajo costo que necesiten enviar datos a larga distancia; pero no sirve para enviar datos con gran ancho de banda.
Aplicaciones de LoRa
Gracias a su largo alcance y bajo consumo, LoRa permite gran cantidad de aplicaciones. Cómo es una tecnología muy económica y fácil de implementar, tanto la comunidad maker como los profesionales, la están adoptando en muchos proyectos.
Un ejemplo sencillo y fácil de construir es un tracker o rastreador GPS que utiliza shields LoRa y Arduino, bastante bien documentado en el siguiente enlace de Instructables.
Otro ejemplo muy interesante es el siguiente vídeo de Youtube en el que construyen un nodo de bajo coste:
Comparativa SigFox vs LoRa
Anteriormente mencionamos SigFox. SigFox es también una tecnología inalámbrica para IoT. Aunque ambas tecnologías se posicionan de manera similar en el mercado de IoT, tienen importantes diferencias entre sí.
Sigfox es cómo LoRa una tecnología LPWAN. Ambas utilizan señales de gran alcance que pasan libremente a través de objetos sólidos y que requieren poca energía.
Estas características hacen que ambas pueda cubrir fácilmente áreas grandes y también alcanzar objetos subterráneos.
Sigfox admite hasta 140 mensajes de 12 bytes máximo cada uno, de enlace ascendente por día, y hasta 4 mensajes de enlace descendente de 8 bytes diarios.
Para comenzar a integrar SigFox, además de adquirir un módulo de radio compatible hay que contratar un plan de suscripción para cada dispositivo (a partir de 1$ al año).
Si bien SigFox aspira a convertirse en un operador global de IoT, la LoRa Alliance desea proporcionar una tecnología que permita a otras empresas habilitar un IoT global. A diferencia de SigFox, la LoRa-Alliance no desea posicionarse como un proveedor de red. Su objetivo es desarrollar un estándar y vender chips. Esto significa que no hay un único monopolio en la red LoRa como pasa con SigFox.
En Europa, ambas utilizan la misma banda de frecuencias y logran alcances similares; pero difieren en otros aspectos…
Comunicación
A diferencia de SigFox, los módulos LoRa estándar pueden operar de forma bidireccional. Así, utilizando el mismo módulo de radio, un receptor puede transformarse en transmisor en cualquier momento dado y viceversa. Por lo tanto, LoRa es más adecuado para situaciones en las que sea necesario actuar sobre un determinado sistema.
Integración de datos
En lo que respecta a la integración de los datos, SigFox ofrece una API muy simple. En cambio, LoRa ofrece una API de bajo nivel altamente configurable, que posibilita diferentes optimizaciones. Por lo tanto, la integración del módulo de radio LoRa es más complicada que SigFox, pero mucho más configurable.
Tamaño de los mensajes
Los mensajes de SigFox están limitados por diseño a 12 bytes. Para cumplir las regulaciones, en LoRa los mensajes no deben durar más de cinco 5 segundos en el aire.
Seguridad
Ambas tecnologías ofrecen funciones de seguridad. Sin embargo, solo SigFox es capaz de identificar y autenticar los dispositivos. Por otro lado, ninguna de las dos tecnologías ofrece comunicaciones encriptadas.
