Desde hace un tiempo atrás, se viene hablando del Internet de las Cosas (IoT por sus siglas en inglés, the ‘Internet of Things’), y su impacto en aplicaciones diversas como industria, agricultura y ganadería, cuidado de la salud, casas, edificios y ciudades, etc. Esto puede manifestarse de distintas formas, como por ejemplo, en un aumento de la productividad, baja de costos, mayor eficiencia en las operaciones, mejor control y seguimiento de las actividades; siempre creando un impacto positivo en las actividades y sus resultados.
Dentro de las tecnologías que hacen posible el funcionamiento de IoT, se encuentran las comunicaciones inalámbricas, entre las cuales existe un creciente interés en aquellas que proveen largas distancias en su cobertura, pero con un muy bajo consumo energético. Se las conoce cómo LPWAN (Low-Power Wide Area Networks, Red de área amplia de baja potencia) y están siendo utilizadas en aplicaciones donde se requieren amplias coberturas de comunicación para dispositivos que operan con baterías.
Si bien existen diversas tecnologías LPWAN, cómo por ejemplo LTE CATM1 y NB-IoT (tecnología celular de baja potencia), hoy nos concentramos en una tecnología que está siendo adoptada en forma muy rápida en todo el mundo, y se denomina LoRa/LoRaWAN.
Transmisión de datos
LoRa (abreviación de Long Range, rango amplio en inglés) es una técnica de modulación de señales de radio de espectro ensanchado, patentada por la empresa Semtech (EEUU), que posee la capacidad de transmitir datos a través de largas distancias, con un muy bajo consumo de energía; algo atípico en los sistemas de radiofrecuencia los cuales, en general, requieren mayor potencia para transmisiones de mayor alcance. Esta tecnología logra alcances en el orden de varios kilómetros, aunque cabe destacar que a bajas velocidades de transmisión y ancho de banda, lo que no lo hace propicio para transmisiones de audio o video. Sin embargo, en el caso de IoT donde se transmiten pequeños paquetes de datos con una frecuencia relativamente baja (tal vez, un par de veces por día), estas limitaciones no afectan su uso. Por el contrario, dado el excelente alcance logrado y el muy bajo consumo de energía, hace que esta tecnología sea perfecta para dispositivos instalados en áreas rurales, cubriendo largas distancias y con baterías cuya carga puede durar varios años.
Por otro lado, una organización creada específicamente para promover este tipo de redes basadas en LoRa, llamada LoRa Alliance, ha desarrollado la especificación de LoRaWAN, que es un protocolo de redes diseñado para conectar en forma inalámbrica a internet, dispositivos operados por batería, proveyendo comunicación bi-direccional, seguridad de punta a punta, movilidad y servicios de localización. Esta especificación logra estandarizar el uso de LoRa y permite crear redes a gran escala. Dado que la modulación LoRa trabaja en la banda ISM (banda de radio reservadas para fines industriales, científicos y médicos, que no requieren licencia para su uso), y cada país ha asignado una banda específica para este propósito, LoRa Alliance define los parámetros regionales, entre los cuales se encuentra el Plan de Frecuencia (banda de frecuencias a utilizar; por ejemplo EU 863-870 para Europa, y US 902-928 para EEUU y Canadá. En el caso de Argentina, se ha adoptado la banda AU 915-928 (utilizada en Australia).
Arquitectura de una red LoRaWAN
En una red LoRaWAN, los nodos (o dispositivos) transmiten datos a través de concentradores o gateways (puertas de enlace conectados a internet), los cuales a su vez, reenvían la información a un servidor de red, donde una vez procesado el paquete, es re-direccionado a su destino final; un servidor de aplicaciones para su uso específico. Los servidores de red gestionan el protocolo LoRaWAN y permiten, por ejemplo, adaptar las velocidades para que nodos muy alejados (lo que implica señal débil), puedan aún comunicarse con una puerta de enlace.
Un dato importante es que los nodos no están asociados a un concentrador específico, sino que cuando transmiten, la señal puede ser recibida por más de una puerta de enlace en la zona de cobertura, por lo que el servidor de red será el encargado de descartar la información duplicada. De esta forma, las puertas no deben procesar paquetes de datos sino solo reenviar los mismos al servidor de red. Por esta razón, los gateways son capaces de procesar mayor tráfico sin verse saturados en su capacidad de proceso.
Más aplicaciones
Un aspecto interesante de LoRaWAN es que permite implementar redes no sólo privadas sino también públicas, por lo que en este último caso, permite compartir las puertas (gateways) entre distintos usuarios. Esto llevaría a un escenario donde una ciudad entera podría servir nodos instalados por distintos usuarios, sin la necesidad de instalar sus propias puertas. Es decir, a medida que se instalan puertas en distintas zonas sin cobertura, se habilita el servicio para múltiples e independientes usuarios. Dado que el protocolo provee seguridad de punta a punta, no existe riesgo de utilizar puertas ajenas, puesto que la información viaja encriptada y solo se puede descifrar su contenido, una vez recibido por el usuario de dispositivo que envía los datos. Sumando a esto el hecho de que las coberturas logradas por LoRa son en el orden de kilómetros, un relativamente bajo número de concentradores instalados en distintos puntos de una ciudad, lograría el objetivo de proveer el servicio de conectividad en forma ubicua.
LoRaWAN se está utilizando en aplicaciones rurales tales como control de seguimiento en ganado, agricultura de precisión, riego inteligente, etc. donde en general se requieren coberturas de largas distancias, pero a su vez, muy bajo consumo de energía de modo que los dispositivos instalados puedan operar por varios años sin cambiar sus baterías. Eventualmente, en otros artículos detallaremos estas aplicaciones y la forma en que IoT está revolucionando estos campos de aplicaciones.
*El autor es Ingeniero mendocino. Silicon Valley, California Instructor de IoT en Stanford.
Edición y producción: Miguel Títiro.
