Explicación de LoRa y razones clave para su uso

Explicación de LoRa y razones clave para su uso

Barcelona, enero de 2020

Qué significa para la comunicación inalámbrica basada en el IoT

Barcelona, enero de 2020
La creciente adopción de las tecnologías del Internet Industrial de las Cosas (IIoT) ha intensificado la necesidad de comprender mejor cómo funcionan los sistemas de IoT, qué opciones hay disponibles en el mercado y qué los diferencia en términos de rendimiento. Cuando se utiliza la tecnología IoT para supervisar los riesgos de los activos o las infraestructuras críticas, todos estos elementos ayudan a garantizar la fiabilidad de las operaciones. Latecnología de red LoRa, en particular, suele ser la solución industrial más común para conectar sensores inalámbricos y transmitir datos.
En este artículo, Albert Zaragoza, CTO del líder mundial del IoT, Worldsensing, analiza las opciones de conectividad y ofrece detalles sobre cómo hacer más comprensibles los sistemas de red.

Albert_Zaragoza_CTO_WorldsensingAlbert Zaragoza, CTO de Worldsensing

P: Cada vez más sectores industriales adoptan las tecnologías de la IO para mejorar sus programas de gestión de riesgos, optimizar sus operaciones y reducir costes. Desde el punto de vista técnico, ¿cuáles son los retos actuales de la IoT?

El IoT ha sido ampliamente adoptado por muchos sectores y empresas, pero no podemos olvidar que el ecosistema es todavía joven. Muchos proveedores de tecnología IoT son bastante nuevos en cuanto a los retos que suponen la construcción de hardware, las comunicaciones y el software.
La interoperabilidad, es decir, la capacidad de intercambiar y hacer uso de la información, entre todos los nodos y sensores de diferentes proveedores es un claro reto. Todavía estamos lejos de que diferentes plataformas, estructuras de datos e interfaces intercambien datos de forma efectiva para beneficiar a los usuarios finales.
La seguridad es otro reto que no sólo debe preocupar al ecosistema del IoT, sino a todas las empresas del mundo. Deben adoptarse mecanismos de encriptación para garantizar la integridad de los datos, y los usuarios finales deben tener pleno control sobre quién puede ver y manejar sus datos.
Además, los datos del IoT viajan por redes de transmisión inalámbricas y un claro reto es asegurar que un gran número de dispositivos sensores puedan transmitir datos sin causar ninguna pérdida de datos debido a la congestión de la red, las interferencias o la suplantación de identidad externa.
Sin duda, nos esperan tiempos desafiantes pero emocionantes en el espacio de la IO.

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Stands de Worldsensing y LoRa Alliance durante el Smart City Expo World Congress en noviembre de 2019

P: Para conectar de forma inalámbrica "cosas" que funcionan con baterías a Internet en redes regionales, nacionales o mundiales, se necesita un sistema de comunicación por radio. ¿Existen diversos sistemas o redes para ello? ¿Podría explicarlo?

Entender el problema que intentamos resolver o los requisitos del caso de uso es clave para seleccionar la tecnología adecuada para el trabajo. Existen muchas tecnologías de comunicación inalámbrica, pero podemos dividirlas en tres grupos:

  • De corto alcance,
  • Celular,
  • De largo alcance.

Las de corto alcance incluyen tecnologías como Bluetooth, NFC/RFID o Zigbee, entre muchas otras, pero definitivamente no están adaptadas a escenarios que requieren comunicaciones a larga distancia.
Las tecnologías celulares [2G, 3G, 4G, etc.] pueden proporcionar una mayor cobertura, pero también consumen mucha energía del dispositivo y no son ideales para su uso con dispositivos de baja potencia.
Las características mencionadas y las necesidades de muchos casos de uso industrial del IoT han estimulado el desarrollo de una nueva ola de tecnologías de comunicación inalámbrica conocida como red de área amplia de baja potencia o LPWAN. Ejemplos de implementaciones de LPWAN son IoT de banda estrecha (NB-IoT), Sigfox o LoRa, por nombrar algunos. Son ideales para entornos industriales y están ganando popularidad debido a sus características de comunicación de largo alcance, baja potencia y bajo coste.

P: Según esto, LoRa es uno de los protocolos disponibles para las comunicaciones LPWAN. Por qué Worldsensing ha decidido utilizar LoRa y no una de las otras redes que ha mencionado?

Nuestros clientes necesitan supervisar operaciones que exigen una amplia cobertura de comunicaciones y una excelente disponibilidad de la conexión al mismo tiempo. Para garantizarlo, hay que tener en cuenta cuatro factores importantes, el primero de los cuales es la cantidad de datos que se pueden transmitir. El volumen de datos tiene un impacto directo en el consumo de energía de los dispositivos sensores, que funcionan con baterías y deben durar años. El alcance, es decir, la distancia que recorren los datos, también afecta a la duración de las baterías. Por último, la facilidad de despliegue es primordial cuando se trabaja en entornos industriales.
La tecnología LoRa nos ofrece el equilibrio adecuado entre todos estos elementos, en particular:

  • Cobertura: garantiza una gran distancia de transmisión, con un alcance probado de hasta 15 km o 9 millas.
  • Bajo consumo de energía: la duración de la batería es de hasta 10 años.
  • Eficiencia de costes: especialmente en la monitorización a largo plazo, la tecnología LoRa puede ser más eficiente en costes que las soluciones tradicionales, al reducir la mano de obra.
  • Escalabilidad: añadir y/o sustituir nodos a la red a medida que el proyecto evoluciona es fácil y transparente para el operador, manteniendo la integridad de los datos.
  • Fiabilidad: ha demostrado ser robusto y tiene una fuerte protección contra las interferencias.
  • Seguridad: la protección y la privacidad de los datos se consiguen mediante la encriptación AES 128 en múltiples niveles para todos los datos que se envían desde los sensores al servidor de aplicaciones y de vuelta.

Además, LoRa es una tecnología de capa física que modula señales en las bandas de frecuencia industriales, científicas y médicas por debajo de los GHz. Nos permite crear y desplegar redes privadas en las ubicaciones de nuestros clientes, sin restricciones. Esto es una gran ventaja en comparación con Sigfox y el Internet de las Cosas de banda estrecha, que están controlados por los operadores de red.
Contar con el programa de certificación y conformidad de LoRa Alliance, que garantiza la interoperabilidad de todos los productos y tecnologías LoRaWAN®, también es estupendo para el ecosistema. Esta comunidad se está convirtiendo en la alianza más grande y de más rápido crecimiento en el sector tecnológico. Trabaja constantemente en la mejora de las capacidades de la tecnología LoRa: recientemente nos sorprendió que se batiera un récord mundial de distancia en la transmisión de datos.
En definitiva, con LoRa podemos garantizar la disponibilidad y mejorar la precisión de los datos, lo que es muy importante para nosotros para servir a nuestros clientes y socios con eficacia.

P: ¿Existen otros elementos que puedan afectar significativamente al rendimiento y la calidad de la transmisión de datos?

Cuando se habla de cómo los diferentes componentes y dispositivos se comunican de forma inalámbrica dentro de una red de IoT, es clave definir y seleccionar la estrategia de topología correcta. Las topologías difieren en gran medida en cuanto a las características de seguridad, el consumo de energía, el coste y la complejidad, por lo que elegir la correcta es esencial para evitar problemas en el futuro.
Cuando se diseña una solución de red inalámbrica para el IoT, se pueden utilizar dos topologías principales: estrella y malla. Una topología en estrella organiza los dispositivos en torno al controlador central, también conocido como puerta de enlace. Por otro lado, una topología en malla conecta cada dispositivo a otro con un enlace punto a punto.
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Diagramas de topologías de red: estrella (izquierda) y malla (derecha)

Podemos enumerar las siguientes ventajas y desventajas de cada topología cuando se aplica a escenarios de redes inalámbricas de IoT.
Ventajas de la malla:

  • Gestiona grandes cantidades de tráfico. Varios dispositivos pueden transmitir datos simultáneamente.
  • El fallo de un dispositivo no provoca una interrupción de la red ni de la transmisión de datos. Necesita disponer de mecanismos de autorreparación en la red para ser implementado.

Topología de malla - Desventajas:

  • Muy caro de instalar. Especialmente para escenarios de larga distancia, la cantidad de repetidores necesarios aumenta rápidamente.
  • Configuración y gestióncomplicadas de la red, debido al elevado número de conexiones.
  • Alto consumo de energía. A pesar de la baja potencia de transmisión, los nodos deben estar despiertos y escuchando todos los mensajes que necesitan ser retransmitidos.
  • Vulnerabilidad a los ataques de seguridad. Una brecha en uno de los nodos pone en peligro toda la red.

Topología en estrella - Ventajas:

  • Loscostes y el esfuerzo deinstalación se controlan gracias a la menor complejidad para configurar la red. El concentrador se instala en un punto central y los nodos se van añadiendo a medida que se necesitan durante la vida del proyecto.
  • Lared puede ampliarse fácilmente. Los nuevos nodos se conectan directamente al concentrador sin afectar al resto de la red.
  • Menor consumo de batería de los nodos. Se puede controlar mejor, ya que se calcula fácilmente en función de la cantidad de comunicación con el centro.
  • Resiliencia. El mal funcionamiento de un solo nodo no afecta al resto de la red.

Topología en estrella - Desventajas:

  • Para las redes más pequeñas, el coste del concentrador puede representar una gran inversión.
  • Punto único de fallo. El mal funcionamiento del concentrador provoca la caída de toda la red. Es crucial elegir un socio experto con soluciones sólidas y probadas y mecanismos de supervisión fiables.

P: ¿Existen aplicaciones o sectores específicos en los que el uso de LoRa sea más adecuado o pueda traducirse en un beneficio significativo?

Por lo general, LoRa se adapta perfectamente a proyectos complejos que presentan retos de supervisión muy específicos, como las operaciones de minería a cielo abierto que suelen abarcar grandes áreas o los grandes proyectos de construcción.
En los proyectos de construcción y construcción de túneles, en los que los puntos de monitorización suelen estar repartidos a lo largo de varios kilómetros, los operadores necesitan que los datos se transmitan a largas distancias mediante dispositivos que necesitan muy poca energía y no dependen de la cobertura de la señal. En realidad, este es un requisito del mercado geotécnico en general. Hay que tener en cuenta que para la construcción de túneles, en particular, la dimensión de cada proyecto suele abarcar más de 3 km o 1,9 millas, y la distancia entre los puntos de monitorización también puede ser significativa (más de 100 m o 110 yardas).
Obviamente, esto también es válido para la monitorización de infraestructuras y activos críticos en los que no es posible interrumpir el servicio por el impacto que ello supondría. Estos activos dependen de la transmisión de datos para gestionar operaciones que necesitan un rendimiento sin interrupciones.
LoRa será una ventaja allí donde se necesite un programa de monitorización fiable en tiempo real para garantizar la integridad de cualquier estructura, como puentes, presas, edificios u otras infraestructuras.
Además, LoRa ofrece la posibilidad de desplegar redes privadas, lo que permite al usuario tener el control y ser independiente de los grandes operadores de red. Para los proyectos en los que esto es un requisito, LoRa es la opción más adecuada.
Para más información, póngase en contacto con nosotros en [email protected]

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IoT

Acerca de Worldsensing

Worldsensing es un pionero mundial del IoT. Fundada en 2008, la empresa experta en monitorización de infraestructuras presta servicio a clientes de más de 70 países, con una red de socios globales para impulsar conjuntamente la seguridad en minería, construcción, ferrocarril y salud estructural.

Worldsensing tiene su sede en Barcelona y cuenta con presencia local en el Reino Unido, Norteamérica y Sudamérica, Singapur, Australia y Polonia. Entre sus inversores figuran Cisco Systems, McRock Capital, ETF, Kibo Ventures, JME Ventures y Bentley Systems.

 

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