smartcities: soluciones en lora
TRANSCRIPT
1603-NA-PO-LoRa
1
SMARTCITIES: SOLUCIONES EN LORA
Próximamente, el mercado de las ciudades inteligentes estallará con gran fuerza
en el mundo IoT. Nuevas aplicaciones en control ambiental, seguridad, adecuación
flexible de las infraestructuras de la ciudad para la coordinación de los servicios de
emergencias, eficiencia en los transportes públicos y turísticos, gestión de aparcamientos,
control de alumbrado y consumo eléctrico, optimización en la recogida de basuras, y otros,
van a hacer la vida de los ciudadanos más segura, sana, eficiente y cómoda.
Para conseguir estos objetivos, las ciudades dispondrán de una red de sensores
inteligentes. Estos recogerán datos en tiempo real que ofrecerán, tanto a los ciudadanos
como a los organismos oficiales, información de gran calidad para adecuar el
funcionamiento de la ciudad y para ayudar a las personas a tomar las decisiones más
eficientes respecto a movilidad y demás servicios públicos.
Para la conexión de la red de sensores y actuadores, entre las diferentes tecnologías de
comunicaciones candidatas, destaca LoRa, diseñada con el propósito específico de atender
a este mercado.
LoRa y LoRa Alliance
LoRa (Long Range) es un protocolo de comunicaciones
inalámbricas que opera en las bandas libres.
LoRa está definido por la LoRa Alliance. Ésta, consiste es una unión de más de 140
empresas, abierta, sin ánimo de lucro, creada en Marzo de 2015 para la definición y puesta
1603-NA-PO-LoRa
2
en marcha de LoRa. Como miembros destacados se encuentran IBM, Cisco, Semtech y
Bouygues Telecom.
LoRaWAN: LoRa Wide Area Network
LoRa Alliance define LoRaWAN, se trata de una especificación estándar de red de
bajo consumo y amplio ancho de banda pensada para ser implementada en el mundo
IoT, en redes regionales, nacionales y globales. LoRaWAN pretende proporcionar servicios
de movilidad, localización y comunicación bidireccional segura para dispositivos inteligentes
en el mundo IoT.
La especificación LoRaWAN varía dependiendo de la región. En Europa se define la
banda de trabajo de 867-869MHz; en América, 902-928MHz; en China, 470-510MHz; y
en Japón, 920-925MHz. En el caso de Europa, se definen diez canales: dos simples (LoRa y
FSK) y ocho múltiples. La potencia máxima permitida por la ETSI es de 14dBm, excepto
para la banda G3, que permite hasta 27 dBm.
La topología de red típica en LoRaWAN es una malla formada por los nodos
finales, los gateways y los servidores:
Los gateways se encargan de enviar los datos de los nodos finales a los servidores
Los gateways se conectan con los servidores mediante conexiones estándar IP,
mientras que los dispositivos finales se conectan con uno o más gateways mediante
comunicación inalámbrica directa, sin dispositivos intermedios. En general, la
comunicación es bidireccional, si bien también es posible utilizar multicasting.
La comunicación entre los dispositivos finales y los gateways tiene lugar en diferentes
canales de frecuencias y diferentes tasas de transferencia de datos, dependiendo
del tipo de comunicación y la duración del mensaje. Para optimizar la capacidad de los
gateways, se aprovecha al máximo el ancho de banda, creando una serie de canales
virtuales con tasas de datos que varían desde 0.3kbps hasta 50kbps.
Los dispositivos LoRa se basan en módulos de comunicaciones LoRa, diseñados a partir de
chips de comunicaciones LoRa. LoRa Alliance dispone de un programa de certificación que
garantiza el funcionamiento correcto en redes LoRaWAN de aquellos dispositivos que la
obtienen.
1603-NA-PO-LoRa
3
LoRa es de fácil instalación, económico, adaptable, flexible y ofrece
comunicación bidireccional; así como seguridad y encriptado de datos. El consumo es
muy bajo, hecho que permite que las baterías de los dispositivos puedan suministrar
alimentación durante más de una década. El envío de datos es funcional tanto en espacios
abiertos como cerrados, incluso para servicios de localización.
Soluciones para LoRa
El desarrollo de un dispositivo LoRa empieza en el módulo de comunicaciones
LoRa, que debe comunicar el resto del dispositivo a la red. Si bien la utilización de
un módem LoRa integrado en un diseño electrónico requiere de cierto grado de diseño
electrónico y programación, el fabricante Wireless-Tag ya ofrece módulos con
módems LoRa y microcontroladores de bajo consumo integrados, con carcasa de
protección y conector para antena.
De esta forma se acelera no sólo el time-to-market, sino que
también se facilita el diseño de la aplicación final,
pudiendo aplicar la tecnología LoRa sin necesidad de
conocimientos previos específicos propios de
comunicaciones por radio.
La oferta de Wireless-Tag comprende tres módulos: WT900M, WT801 y WT801LP, capaces
de cubrir hasta más de 5km. Mientras el WT900M está posicionado en el mercado asiático
(trabaja por defecto a 433MHz), los modelos WT801 y WT801LP están diseñados para el
mercado Europeo (868 MHz); WT801 como módulo LoRa de configuración libre y
WT801LP como módulo LoRa compatible con LoRaWAN de clase A.
Estos tres módulos son de bajo consumo. Integran un transceptor capaz de abarcar
distancias mayores que los transceptores FSK y OOK actuales. El módem LoRa interno
ofrece una sensibilidad de señal de hasta -144.1dBm (WT900-M) y -144.1dBm (WT801 y
WT801LP), hecho que permite incrementar la distancia de transmisión a baja potencia. De
esta forma es posible evitar el uso de repetidores, simplificar el diseño y reducir el
coste final de la solución. Trabajan en un rango de 2.6V a 3.6V y disponen de cuatro
1603-NA-PO-LoRa
4
modos de trabajo (normal/awake/low power/set). En modo awake consume tan solo 15
mA (WT900-M) y 13mA (WT801 y WT801LP). En modo low power, el consumo se reduce
a 1,13uA (WT900-M) y 1.3uA (WT801 y WT801LP). Esto eso, con una sencilla batería de
Litio de 3.6V / 3.6Ah, estos módulos podrían funcionar durante muchos años.
Los módulos WT900M y WT801 permiten seleccionar elección múltiple de canales, la
velocidad del puerto serie, la transmisión de potencia y la frecuencia de emisión, entre
otros parámetros.
El modelo WT801LP está especialmente diseñado para ofrecer compatibilidad
LoRaWAN de clase A, integra las técnicas de modulación LoRa patentadas por Semtech,
que combinan modulación espectral y algoritmos avanzados de detección y corrección de
errores, que otorgan gran robustez de señas e inmunidad a interferencia interbanda.
Finalmente, cabe destacar que WT801LP dispone de UART, hecho que facilita su montaje y
uso en cualquier PCB.
En Monolitic somos distribudores oficianles de Wirless-Tag para los mercados
español y portugués, disponiendo así de una amplia gama de productos para las
Comunicaciones Industriales en entornos IoT. Contacta con nosotros para más
información: [email protected].