Soluciones IoT con LoraWAN y TTN

LoraWAN, diseñada específicamente para la interconexión de dispositivos de bajo consumo: sensores y microcontroladores principalmente, y así dar cabida a diferentes soluciones de IoT (Internet of Things) e Industria 4.0, un término acuñado por el gobierno alemán para describir la fábrica inteligente del futuro. LoRa es el tipo de modulación en radiofrecuencia patentado con ventajas muy notables como una alta tolerancia a las interferencias, alta sensibilidad para recibir datos (-168dB), bajo consumo (hasta 10 años con una batería*), largo alcance entre 10 y 20km, baja transferencia de datos (hasta 255 bytes) y conexión punto a punto.

Esto convierte a LoRa en una tecnología muy adecuada para conexiones a larga distancia y redes IoT, aplicables a Industrias y ciudades inteligentes, lugares con poca cobertura móvil o redes privadas de sensores.

LoRaWAN es un protocolo de comunicación englobado bajo el tipo de redes LPWAN (Low Power Wide Area Network). LoRaWAN es un protocolo de red que usa la tecnología LoRa para comunicar y administrar dispositivos, se compone de dos partes principalmente: gateways y nodos, los primeros son los encargados de recibir y enviar información a los nodos y los segundos, son los dispositivos finales que envían y reciben información hacia el gateway.

Responde al siguiente esquema de topología de red y arquitectura:

LoraWAN architecture

LoraWAN architecture

En la imagen anterior puedes ver claramente cómo se compone una red LoRaWAN clásica, en la que una serie de dispositivos finales se conectan a Gateways y estos envían todo a un servidor, que por medio de una API entrega los datos a una aplicación final para el usuario.

Llegados a este punto es interesante clarificar algunos conceptos para entender la función que desempeña cada componente/dispositivo en este tipo de redes:

  • LoraWAN es un protocolo de comunicaciones LPWAN para dispositivos de bajo consumo.

  • Nodos son los dispositivos de terminación final para la recepción de los datos que se transfieren.

  • Lora Gateway son dispositivos con un mínimo firmware que hacen reenvío de paquetes mediante la comunicación de una red inalámbrica a una red TCP/IP.

  • Lora Server proporciona componentes de código abierto para construir redes LoRaWAN. Juntos forman una solución lista para usar, que incluye una interfaz API gRPC y REST.

¿Dónde puedes usar LoRa o LoRaWAN?

  • Como una conexión P2P entre el end-node y el gateway

  • Redes de sensores en industrias, campos o ciudades.

  • Redes IoT donde NO se requiere transferir voz o video.

  • En logística, mediante el tracking de vehículos u objetos transportados.

  • Redes privadas que no requieren conectarse a servicios en la nube o donde no hay cobertura.

En cualquier caso estamos hablando siempre de transmisiones muy ligeras, nada que pase de unos pocos Kb en cada envío pues esto consumiría la pila en exceso, con lo que el envio libiano de paquetes mejora la fiabilidad.

Existen muchos protocolos de comunicación inalámbrica, Bluetooth, NFC, Zigbee… y otros que entran dentro de las redes de comunicación (GSM, 3G, 4G o 5G) y que en todos los casos nos permiten transmitir datos y comunicar diversos dispositivos. Lo complicado es saber cuáles son los protocolos más adecuados en función del objetivo que estemos persiguiendo.

Cualquiera que pretenda entender el potencial y caso de uso de de IoT se dará cuenta que hay que tener conocimientos en diferentes campos: hardware (electrónica, microcontroladores y sensorización), redes, sistemas, programación, tratamiento de datos masivos (big data) e incluso resulta interesante enriquecer esa gran cantidad de datos con predicción (data mining) y aprendizaje de uso cognitivo/analítico de los datos (AI/deep learning).

Usos LoraWAN

Usos LoraWAN

The Things Network

El creciente interés por IoT en la industria ha generado que rápidamente florezcan numerosas plataformas, protocolos, sensores, microcontroladores y software para ofrecer soluciones a un mercado prácticamente virgen. Algunas de estas soluciones son "llave en mano" con lo que probablemente no sepamos que tecnologías corren detrás del servicio [...].

Si hay uno que nos ha llamado la atención es el proyecto TTN (The Things Network) pues parte del principio de neutralidad, la red está gestionada por la propia comunidad TTN y por supuesto facilita la gobernanza de los datos generados desde los nodos. El concepto de gobernanza es muy importante para soluciones de Smart City pues los datos deben ser propiedad de los ciudadanos y no de las empresas que implementan las soluciones tecnológicas.

Técnicamente también es muy interesante su integración con LoraWAN, como protocolo de comunicación, de este modo se multiplican las posibilidades de usar un Lora Server u otro tipo de servicios compatibles con su API.

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