¿Qué es LoRaWAN y para qué se utiliza?

¿Buscas una red inalámbrica que conecte dispositivos con batería en edificios, campus y ciudades, sin costosos planes de datos? Esta guía explica qué es LoRaWAN , cómo funciona, las clases de dispositivos más comunes, sus especificaciones por región y dónde se adapta mejor.

¿Qué es LoRaWAN?

El término «LoRaWAN» se refiere al protocolo y la arquitectura del sistema de red de área amplia de baja potencia (LPWAN). La capa física de LoRaWAN se basa en la modulación LoRa, que proporciona comunicación a larga distancia entre dispositivos inteligentes, pasarelas y usuarios finales. El alcance de cobertura de LoRaWAN puede llegar hasta los 15 km, mucho mayor que el de Wi-Fi; además, LoRaWAN es más económico de implementar que las tecnologías celulares de IoT (en zonas remotas). El protocolo LoRaWAN cumple con los requisitos del Internet de las Cosas (IoT), como la comunicación bidireccional, la seguridad de extremo a extremo, la movilidad y los servicios de localización.

¿Cómo funciona LoRaWAN?

LoRaWAN utiliza la modulación LoRa para transmitir pequeños paquetes de datos a largas distancias con bajo consumo de energía. Emplea una topología de estrella de estrellas: los dispositivos (nodos finales) transmiten a las pasarelas cercanas, y varias pasarelas pueden recibir el mismo mensaje. Las pasarelas reenvían los paquetes a un servidor de red a través de IP, que elimina los duplicados, verifica la seguridad y enruta los datos verificados al servidor o aplicación correspondiente.

¿Qué es una puerta de enlace LoRaWAN?

El gateway LoRaWAN es un dispositivo que proporciona cobertura LoRaWAN, similar a una red celular, permitiendo que los dispositivos LoRaWAN se comuniquen con el servidor y la aplicación de su propietario. En resumen, actúa como puente entre el mundo físico y el virtual. El gateway recibe los datos de los dispositivos LoRaWAN y los reenvía al servidor de aplicaciones , que los almacena y los distribuye a las aplicaciones según sea necesario. También admite la comunicación en sentido contrario, desde aplicaciones en la nube a dispositivos físicos.

TEKTELIC es uno de los principales proveedores de gateways LoRaWAN , diseñados para ofrecer una comunicación fiable, segura y rentable entre sensores y aplicaciones de usuario final. Ofrecemos gateways para interiores y exteriores con un consumo energético mínimo y una amplia cobertura de frecuencia. Por ejemplo, nuestro gateway KONA Micro IoT proporciona cobertura en interiores con conectividad permanente y batería de respaldo de hasta 4 horas, lo que lo convierte en la opción ideal para zonas con frecuentes cortes de luz que requieren la transmisión y recepción continua de datos.

En cuanto a los gateways para exteriores, una de las opciones más versátiles es el KONA Macro IoT Gateway , diseñado para soportar condiciones climáticas adversas y desplegarse en exteriores. Con una clasificación IP-67, puede operar en un rango de temperatura de -40 °C a +60 °C, lo que le permite satisfacer los requisitos de los despliegues más exigentes. El KONA Macro puede conectar un gran número de dispositivos IoT a la red, lo que facilita su despliegue en aplicaciones exigentes como azoteas y torres, maximizando el alcance y la cobertura y, por lo tanto, reduciendo el coste total del despliegue.

¿Qué son los sensores LoRaWAN?

Los sensores LoRaWAN son dispositivos que utilizan el protocolo LoRaWAN para intercambiar datos con una puerta de enlace y su servidor de red. Se emplean en la implementación de LoRaWAN para aplicaciones como el seguimiento de activos, la monitorización de condiciones ambientales y la recopilación de otros tipos de datos desde ubicaciones remotas. Estos sensores consumen poca energía y tienen un largo alcance. Admiten un control adaptativo de la velocidad de datos, lo que permite configurar su funcionamiento de forma flexible para transmitir datos de manera eficiente tanto a largas como a cortas distancias.

LoRa, LoRaWAN y LPWAN

LoRa, LoRaWAN y LPWAN son tecnologías de red de área amplia de bajo consumo energético que se utilizan para habilitar el Internet de las Cosas (IoT) . Ofrecen diversas ventajas para las aplicaciones de IoT, como largo alcance, bajo consumo de energía y rentabilidad. Si bien LoRaWAN y LPWAN comparten muchas características, cada tecnología ofrece métricas de rendimiento distintas en términos de latencia, rendimiento, distancias cubiertas, etc.

LoRa

LoRa (Long Range Radio) es una tecnología de capa física de bajo consumo y largo alcance que se utiliza para transmitir datos inalámbricos a largas distancias . Emplea la modulación de espectro ensanchado por chirrido (chirp spread spectrum) como método de modulación, enviando datos a través de ondas de radio para ofrecer enlaces robustos de largo alcance y una penetración profunda en interiores o subterráneos, a la vez que reduce el consumo de energía y amplía el alcance de transmisión. LoRa es ideal para aplicaciones que requieren bajas tasas de datos y una amplia cobertura, como el seguimiento remoto de activos y la comunicación máquina a máquina (M2M).

LoRaWAN

LoRaWAN (Red de Área Amplia de Largo Alcance) es una infraestructura de red inalámbrica segura y escalable para aplicaciones de IoT. Las redes LoRaWAN están diseñadas para proporcionar una comunicación fiable y de bajo coste para los dispositivos conectados. Se basa en la tecnología de capa física LoRa y utiliza una topología de estrella de estrellas, con pasarelas que conectan los dispositivos finales al servidor de red central, y admite diferentes clases de dispositivos para adaptarse a las diversas necesidades de las aplicaciones.

LPWAN

LPWAN (Red de Área Amplia de Baja Potencia) es un término genérico que se refiere a las tecnologías de redes inalámbricas diseñadas para ser energéticamente eficientes y proporcionar comunicación de datos de largo alcance. Se centra en aplicaciones de baja velocidad de datos, como las redes de sensores, y es ideal para aplicaciones que requieren bajo consumo de energía y amplia cobertura. LPWAN no necesariamente se utiliza con LoRa. Puede basarse en alguna de las tecnologías, como LoRaWAN, entre otras, Sigfox, NB-IoT, Weightless, etc.

Clases de LoRaWAN

En LoRaWAN hay 3 clases de dispositivos con diferentes capacidades y diferentes perfiles de consumo de energía: Clase A, Clase B y Clase C.

La clase A es la más económica. Los dispositivos de esta clase funcionan con una batería que dura varios años, ya que solo están activos durante un breve periodo: la transmisión de datos según un horario programado y un tiempo adicional inmediatamente después para permitir la comunicación con la red. El resto del tiempo, el dispositivo permanece en modo de ahorro de energía.

Se basa en un diseño de comunicación tipo Aloha que permite la comunicación no programada iniciada únicamente por un dispositivo final e incluye dos breves ventanas de recepción (Rx1 y Rx2) tras la transmisión ascendente. Durante estas ventanas de recepción, la red puede enviar datos descendentes al dispositivo, una característica ideal para aplicaciones que requieren una comunicación rápida una vez finalizadas las transmisiones ascendentes.

La clase B es un modo de comunicación que mejora la clase A al permitir que los dispositivos programen ventanas de transmisión de enlace descendente durante intervalos de ping específicos. Esto permite que las aplicaciones envíen mensajes de control durante estos intervalos sin esperar un mensaje saliente del dispositivo. Los dispositivos de clase B deben haber logrado la sincronización temporal con la red antes de poder recibir estos mensajes de enlace descendente desde la puerta de enlace.

Una vez que un dispositivo de Clase B se ha sincronizado correctamente, entra en modo de recepción durante sus intervalos de ping para garantizar que pueda recibir cualquier comunicación de enlace descendente de la red. Por lo tanto, la Clase B ofrece una latencia mucho menor que su predecesora, la Clase A; este modo reduce el consumo de batería en comparación con el modo en el que el receptor está siempre encendido, como en la Clase C. 

La clase C es un modo de dispositivo final que permite la comunicación con dispositivos desde una puerta de enlace prácticamente en cualquier momento. Requiere más energía que sus contrapartes de clase A o B, pero ofrece la menor latencia al enviar datos desde la aplicación a un dispositivo final.

En resumen: Clase A → mayor duración de la batería, mayor latencia de descarga; Clase B → ventanas de descarga programadas y latencia predecible; Clase C → menor latencia con mayor consumo de energía (ideal para actuadores). Elija la clase según la rapidez con la que necesite controlar el dispositivo y la duración de la batería.

Casos de uso de LoRaWAN

LoRaWAN se utiliza ampliamente en edificios inteligentes , agricultura , el sector médico, la industria del petróleo y el gas , y también es adecuada para ciudades inteligentes, logística y aplicaciones de IoT industrial , entre muchas otras . Actualmente, las implementaciones de LPWAN más comunes/de mayor volumen son:

1. Medición del consumo de agua, gas y electricidad;

2. Seguimiento, utilización y seguridad de activos y personas;

3. Gestión de instalaciones e inmuebles;

4. Diversas aplicaciones industriales, principalmente para mantenimiento preventivo, reducción de costos y aumento de la eficiencia;

5. Diversas ciudades inteligentes incluyen alumbrado público, estacionamiento, recolección de basura, monitoreo de infraestructura crítica y medio ambiente.

TEKTELIC dispone de una variedad de productos para cada sector industrial y una lista de proyectos realizados con éxito.

Edificios inteligentes

Para edificios inteligentes, ofrecemos un monitor de temperatura y humedad llamado COMFORT. Este sensor es un dispositivo todo en uno para el monitoreo de las condiciones interiores. Mide la luz, las vibraciones, la temperatura y la humedad, y detecta fugas, puertas o ventanas abiertas o cerradas.

TEKTELIC ha proporcionado COMFORT a uno de los grupos de construcción y regeneración más importantes del Reino Unido para supervisar el entorno de la oficina y garantizar un lugar de trabajo saludable. Gracias al sensor COMFORT, los gestores del edificio pudieron solucionar los problemas de ventilación y mantener unas condiciones climáticas óptimas en el interior.

Otro dispositivo que ofrecemos para la monitorización del ambiente interior es el sensor de calidad del aire BREEZE , diseñado para monitorizar los niveles de CO2, la temperatura y la humedad en tiempo real. Resulta útil para edificios residenciales y comerciales, así como para instituciones públicas como colegios, universidades y bibliotecas. Está totalmente integrado con la infraestructura LoRaWAN y puede añadirse a cualquier red de sensores que su empresa ya tenga.

Agricultura inteligente

La agricultura inteligente es otra de nuestras áreas de interés, y ofrecemos al mercado los sensores de humedad del suelo CLOVER y KIWI . Ambos sensores monitorizan la humedad y la temperatura del suelo, así como la temperatura y la humedad ambiental, y pueden detectar la luz. Tienen una autonomía de hasta 10 años, por lo que puede olvidarse de los constantes cambios y recargas de baterías; simplemente instale el sensor y obtenga mediciones actualizadas durante un máximo de 10 años. La única diferencia entre CLOVER y KIWI reside en su método de instalación. CLOVER se monta directamente en la superficie, mientras que KIWI cuenta con un soporte elevado y puede instalarse en un árbol o palo de madera con sondas externas.

Nuestros sensores KIWI ya han demostrado su eficacia en el Jardín Botánico La Sapienza de Roma y en la granja Brook House de Bromyard. En ambos casos, contribuyeron a solucionar el problema de la programación del riego y proporcionaron los datos necesarios para mantener la salud de las plantas, además de facilitar la monitorización ambiental en grandes extensiones de jardines y granjas. La principal ventaja de estos sensores reside en su conectividad inalámbrica y su batería de larga duración, características de las que carecen la mayoría de los demás dispositivos.

Sector Sanitario

En el sector sanitario, LoRaWAN se utiliza para monitorizar y rastrear pacientes, dispositivos médicos y otros datos relacionados con la salud. Gracias a la implementación de LoRaWAN, los profesionales sanitarios pueden realizar un seguimiento de los datos de los pacientes en tiempo real, lo que les permite responder con rapidez a los cambios en su estado y tomar decisiones informadas. Además, ayuda a reducir los costes asociados a la recopilación manual de datos, así como a mejorar la monitorización de los pacientes y sus resultados clínicos.

TEKTELIC ya ha detectado el rápido avance del sector sanitario y ha lanzado al mercado varios dispositivos portátiles de monitorización de la salud. En primer lugar, nuestro dispositivo eDOCTOR , diseñado para medir constantes vitales como la frecuencia cardíaca, la temperatura, la frecuencia respiratoria, la expansión torácica y la postura corporal, además de detectar la tos y los estornudos, entre otras funciones. El dispositivo es fácil de usar y configurar, y proporciona datos en tiempo real que pueden monitorizarse y analizarse en un smartphone o un ordenador.

Otro dispositivo de monitorización de la salud que ofrece TEKTELIC es la pulsera eBEAT . Con eBEAT, los profesionales médicos pueden controlar la frecuencia cardíaca, la temperatura corporal y los niveles de oxígeno en sangre de los pacientes. Gracias a su batería de larga duración y su elegante diseño, eBEAT es el dispositivo ideal para la telemedicina y la monitorización remota de pacientes durante el día.

Industrial

En la industria del petróleo y el gas, LoRaWAN se puede utilizar para monitorear y gestionar oleoductos, plataformas de perforación y otros activos remotos. Con la implementación de LoRaWAN, las empresas pueden monitorear los niveles de producción de petróleo y gas, detectar posibles fugas y contaminación, y garantizar la seguridad y el cumplimiento de las regulaciones de la industria. Esta tecnología también ayuda a las empresas a detectar y responder de forma rápida y precisa ante cualquier evento o problema inesperado.

TEKTELIC ofrece el rastreador GPS industrial ORCA , ideal para el seguimiento de activos en tránsito o en almacenes. Este dispositivo único integra tecnologías LoRaWAN, GPS y BLE, lo que le permite transmitir datos de ubicación tanto en interiores como en exteriores. Su rango de temperatura de funcionamiento abarca desde -40 °C hasta +70 °C, lo que lo hace apto para las condiciones más exigentes.

Los sensores LoRaWAN más comunes

Los sensores LoRaWAN más comunes son:

• Sensores ambientales
• Sensores de movimiento
• rastreadores de ubicación

Estos sensores pueden utilizarse para diversas aplicaciones, como la monitorización de las condiciones ambientales, la ocupación y el seguimiento de activos.

Los sensores ambientales se utilizan para monitorizar la temperatura y la humedad del ambiente . Son de uso común en oficinas, edificios residenciales y otros espacios interiores. Entre los ejemplos de estos sensores se encuentran TEKTELIC VIVID y COMFORT . Ambos están diseñados para monitorizar la humedad, la temperatura y el movimiento en interiores, con el fin de optimizar el ambiente dentro del edificio. Se pueden configurar de forma inalámbrica, lo que permite personalizar aplicaciones, comportamientos, umbrales e informes, facilitando así diversas aplicaciones de IoT para hogares y oficinas inteligentes.

Los sensores de movimiento permiten controlar la ocupación en determinadas áreas de un edificio y facilitan el seguimiento de los activos. Con los detectores de movimiento, los usuarios pueden rastrear los movimientos de personas y objetos en la organización y optimizar la gestión del flujo de personas. Además, los sensores de movimiento se pueden conectar a sistemas de reserva de salas para una planificación y gestión de reuniones más eficaz. VIVID es uno de los sensores de movimiento más efectivos gracias a su lente PIR y sus diversas opciones de enmascaramiento. Además, se puede conectar a la tableta TEMPO Display para obtener actualizaciones en tiempo real sobre la ocupación de las salas y el estado de las reuniones. TEMPO se sincroniza con Microsoft Outlook y Google Calendar, por lo que no se necesita ningún software adicional para su uso.

Los localizadores GPS son necesarios para rastrear los activos durante su transporte. También se pueden usar para localizar a los empleados en zonas peligrosas del lugar de trabajo. Estos dispositivos suelen ser pequeños y se fijan fácilmente a los activos sin necesidad de equipos de montaje adicionales. Por ejemplo, TEKTELIC SEAL es un localizador GPS y LoRaWAN portátil, compacto y elegante, diseñado para el seguimiento de personal tanto en interiores como en exteriores. Su batería tiene una autonomía de hasta 12 meses, lo que lo convierte en una inversión rentable para cualquier empresa.

Alternativas a LoRaWAN

Si bien LoRaWAN® se ha convertido en uno de los estándares LPWAN más adoptados, no es la única opción para conectar dispositivos IoT de bajo consumo. Dependiendo de la aplicación, también se pueden considerar otras tecnologías inalámbricas como Sigfox, NB-IoT, Mioty, Wi-Fi o redes celulares tradicionales. Cada una presenta sus propias ventajas e inconvenientes.

También cabe mencionar Zigbee, un popular protocolo de red en malla ampliamente utilizado en hogares inteligentes y automatización de edificios. Zigbee es energéticamente eficiente y de bajo costo, pero está diseñado para comunicaciones de corto alcance (decenas de metros) . A diferencia de LoRaWAN, requiere implementaciones de malla densas y no cubre grandes áreas exteriores ni urbanas. Para aplicaciones como iluminación inteligente, climatización y electrodomésticos, Zigbee funciona bien en interiores, pero para sensores de largo alcance alimentados por batería en campus o ciudades, LoRaWAN suele ser la mejor opción.

¿Cuáles son los beneficios de LoRaWAN?

La implementación de LoRaWAN tiene uno de los mayores impactos en la duración de la batería del nodo, la capacidad de la red, la calidad del servicio, la seguridad y una variedad de programas que dan servicio a la red.

Consumo de energía inteligente

Un nodo LoRaWAN intercambia información cuando tiene datos listos para enviar. Este protocolo se conoce comúnmente como método Aloha. Por el contrario, en una red celular o síncrona, los nodos suelen tener que activarse para sincronizarse con la red y comprobar los mensajes. Esta sincronización consume una cantidad considerable de energía y es la principal causa de la reducción de la duración de la batería.

Capacidad de red

Muchas redes existentes utilizan una arquitectura de red en malla. En una red LPWAN en malla, los nodos finales individuales reenvían información de otros nodos para aumentar el alcance de comunicación y el tamaño de la celda. Si bien esto aumenta el alcance, también añade complejidad, reduce la capacidad y disminuye la duración de la batería, ya que los nodos reenvían y reciben información irrelevante de otros nodos. Por ello, la arquitectura en estrella de largo alcance de LoRaWAN es la más adecuada para preservar la duración de la batería de los dispositivos cuando se dispone de conectividad de largo alcance y para ayudar a las pasarelas y redes a gestionar millones de mensajes con alta escalabilidad.

Calidad y seguridad del servicio

En LoRaWAN, los nodos no están conectados a una puerta de enlace específica. En cambio, los datos transmitidos por un nodo suelen ser recibidos por múltiples puertas de enlace y reenviados al servidor de red central, donde los mensajes se verifican y se envían de forma segura a su aplicación. 

La inteligencia y la complejidad se transfieren a los servidores de red que gestionan la red y que filtran los paquetes redundantes recibidos, realizan comprobaciones de seguridad, programan confirmaciones a través de la puerta de enlace óptima, gestionan la velocidad de datos de forma adaptativa y mucho más. Si el nodo es móvil o está en movimiento, no es necesario transferir el control de una puerta de enlace a otra, lo cual es una característica clave que permite la aplicación de seguimiento de activos.

Especificaciones de LoRaWAN

La especificación LoRaWAN varía según la región, en función de la normativa específica de cada país donde se implemente el sistema. Fue definida por primera vez en enero de 2015 por la LoRa Alliance. Como miembro patrocinador de la LoRa Alliance , TEKTELIC ofrece productos y soluciones LoRaWAN específicamente para Europa y Norteamérica . Además, algunos productos ya cuentan con soporte en determinados países de Asia y Oriente Medio.

LoRaWAN para Europa

LoRaWAN define un plan de canales regional para la UE basado en el espectro de 863-870 MHz. Se permite el funcionamiento sin licencia en esta banda de frecuencia con una potencia de transmisión de 14 dBm, siempre que se respete una limitación del ciclo de trabajo de transmisión inferior al 1 %.

LoRaWAN para América del Norte

La banda ISM en Norteamérica abarca de 902 a 928 MHz. LoRaWAN utiliza 64 canales de 125 kHz de ancho de banda, que van desde 902.3 MHz hasta 914.9 MHz, además de 8 canales de 500 kHz de ancho de banda, que van desde 903 MHz hasta 914.2 MHz para los canales de enlace ascendente. Los canales de enlace descendente, también de 500 kHz de ancho de banda, van desde 923 MHz hasta 928 MHz. En Norteamérica, la potencia máxima de transmisión está restringida a menos de 30 dBm si se opera como un dispositivo de salto de frecuencia en más de 50 canales; otras regulaciones permiten operar a un nivel de potencia reducido, 20 dBm, al saltar sobre un número menor de canales. Según la FCC, no existe un límite de ciclo de trabajo, pero sí un tiempo máximo de transmisión de 400 milisegundos por mensaje.

¿Es seguro?

Sí, LoRaWAN es seguro por diseño. Utiliza claves AES-128 y cifrado de extremo a extremo para las cargas útiles de las aplicaciones. Al conectarse, los dispositivos obtienen dos claves de sesión de 128 bits: NwkSKey para la integridad de la red y AppSKey para la confidencialidad a nivel de aplicación.

Limitaciones de LoRaWAN

A pesar de sus numerosas ventajas, LoRaWAN presenta algunas limitaciones que deben tenerse en cuenta antes de su adopción.

En primer lugar, LoRaWAN no ofrece cobertura ubicua. A diferencia de las redes celulares, es común querer implementar LoRaWAN en áreas sin cobertura de red. Afortunadamente, es posible colaborar con operadores de redes LoRaWAN para ampliar su cobertura a la zona de interés o implementar y operar una red empresarial propia. En algunas zonas, The Things Network puede funcionar como una opción pública de LoRaWAN en lugar de construir una red empresarial privada.

En segundo lugar, las aplicaciones que requieren dispositivos móviles necesitan cobertura en las áreas por donde se desplazarán sus dispositivos. Esto puede requerir acuerdos de roaming con operadores de red vecinos. Es probable que sus dispositivos puedan desplazarse por un área mayor que la de la red que desea utilizar; en este caso, la cooperación con redes vecinas puede ser muy útil.

En tercer lugar, LoRaWAN tiene una velocidad de datos limitada , inferior a 50 kbps. Esto la hace inadecuada para aplicaciones que requieren velocidades de datos más altas, como la transmisión de vídeo o audio.

¿Es rápido?

LoRaWAN no es especialmente rápido, pero está diseñado para comunicaciones de bajo consumo y largo alcance que requieren bajas tasas de datos. Las tasas de datos pueden variar desde 0.3 kbps hasta 50 kbps, con un alcance de hasta 15 km (10 millas). Por lo tanto, si necesita enviar mediciones e informes, es rápido, pero no será la mejor opción para enviar vídeos o imágenes.

Al mismo tiempo, si aborda la decisión de elegir el protocolo LoRaWAN teniendo en cuenta todas las limitaciones y, lo que es más importante, el propósito de su implementación, podrá obtener todos los beneficios de la tecnología LoRaWAN mencionados anteriormente.

Resumen corto

La red LoRaWAN funciona donde otras redes no pueden utilizarse debido a la distancia, el alto consumo de energía, el elevado tráfico o la falta de cobertura. Donde los servicios de ingeniería no pueden instalar el cableado, surge la antena LoRaWAN. Este estándar está diseñado para conectar dispositivos que envían pequeñas cantidades de información a largas distancias con un consumo mínimo de energía (lo que repercute positivamente en el precio de los sensores). La apertura del estándar, la durabilidad de los equipos de red, la alta eficiencia energética, la ausencia de barreras regulatorias y la flexibilidad de las soluciones convierten a LoRaWAN en una de las tecnologías más adoptadas para implementaciones de IoT de largo alcance y bajo consumo.

Por eso, si busca una red fiable para infraestructuras o dispositivos IoT que le permitan crear un entorno inteligente, debería considerar la conectividad LoRaWAN. Para obtener información más detallada sobre la tecnología LoRaWAN, no dude en ponerse en contacto con nuestro equipo de ventas.