Guía del sensor LoRaWAN: Casos de uso y tipos

Este artículo es una introducción a los sensores de red de área extensa de largo alcance (LoRaWAN) y por qué son importantes. Explica las ventajas de desplegar un sensor LoRaWAN, qué es un sensor de Internet de las Cosas (IoT), qué tipos de sensores hay disponibles y el principio de funcionamiento de los sensores LoRaWAN, seguido de algunos tipos diferentes de sensores LoRaWAN. Por último, concluiremos con las ventajas de utilizar sensores LoRaWAN en su aplicación IoT. 

¿Qué es LoRaWAN y por qué es importante? 

Como ya se ha comentado en artículos anteriores, LoRaWAN son las siglas de "Long Range Wide Area Network", un protocolo de red que se asienta sobre la modulación de radio LoRa. Se ha popularizado con el avance de las alianzas que promueven LoRa en aplicaciones de Internet de las Cosas (IoT). Estas prometedoras características incluyen: 

• Funcionamiento de largo alcance: Las aplicaciones IoT LoRaWAN pueden establecer communicación de largo alcance que abarca hasta 13 km en un entorno rural y hasta ~ 10 km en un entorno urbano. 
• Bajo consumo de energía: Los dispositivos LoRaWAN habilitados por la modulación de radio LoRa consumen poca energía en comparación con otras redes de área amplia (WAN) como la communicación celular. 
• Conexión segura: Los dispositivos habilitados para LoRa cuentan con encriptación AES de 128 bits para asegurar la transmisión de información. 
• Mayor duración de la batería: Los dispositivos LoRa desplegados suelen funcionar con baterías y tendrían una vida útil de unos 10 años. 
• Bajo coste de los dispositivos 

Estas características hacen de LoRaWAN una opción popular para la WAN de baja potencia (LPWAN) Aplicaciones IoT que requieren una carga útil y un ancho de banda reducidos. 

¿Qué es el sensor LoRaWAN? 

Los sensores LoRaWAN son los dispositivos finales desplegados en una red LoRaWAN. Entran dentro de las grandes categorías de sensores IoT. Por lo tanto, merece la pena analizar qué es un sensor IoT.  

Un sensor IoT es el dispositivo final encargado de interactuar con el entorno físico. Adquieren valores de parámetros físicos y los convierten en señales que luego lee un nodo inteligente, como un microcontrolador. La principal característica de un sensor IoT es que transmite los datos físicos recogidos a través de Internet al nodo inteligente. Para facilitar la conexión a Internet se utilizan ampliamente diferentes medios de communicación inalámbricos como Wi-Fi y celular. 

Una vez entendido brevemente qué es un sensor IoT, veamos qué son los sensores LoRaWAN. Los sensores LoRaWAN son un tipo de sensor IoT en el que el medio de communicación inalámbrica es la modulación de radio LoRa. Estos tienen inherentemente las características ventajosas de la modulación de radio LoRa que hemos comentado antes. Los sensores LoRaWAN actuarían como sensores IoT normales, aparte de estas características inherentes. Sin embargo, están personalizados para ser desplegados en redes LoRaWAN en lugar de en redes WAN convencionales. 

La necesidad de este tipo de sensores LoRaWAN surgió debido a las numerosas aplicaciones que emplean la modulación de radio LoRa. Esto se debió a su bajo coste y consumo de energía, lo que los hace ideales para sensores alimentados por batería. Además, los sensores LoRaWAN pueden transferir información a larga distancia, lo que los hace superiores a los sensores IoT convencionales. Además, debido al uso de la modulación de radio LoRa, pueden funcionar muy bien en entornos donde puede haber más interferencias y ruido.  

Principio de funcionamiento del sensor LoRaWAN

Los sensores LoRaWAN constan de dos elementos principales: 

• Elemento sensor 
• Módulo LoRa 

El elemento sensor se encarga de adquirir o detectar los parámetros físicos deseados. Estos pueden variar entre diferentes elementos sensores como acelerómetros, elementos sensores de temperatura, sensores de presión, etc.  

El módulo LoRa actúa como el módulo de radio o el módulo communication. Esto permite la modulación de radio LoRa para permitir la transferencia de datos del sensor de recogida a una unidad inteligente. También es responsable de habilitar medidas de seguridad como la encriptación adecuada para permitir la modulación de radio LoRa. Los módulos LoRa no transmiten datos de forma continua y tienen una velocidad de transmisión limitada. Esto, sin embargo, añade latencia en la communicación. Los sensores LoRaWAN se dividen en tres clases principales, dependiendo de su modo de transmisión de datos como en el enlace de recepción: 

• Clase A: Pueden recibir información en las ventanas de recepción especificadas. 
• Clase B: Disponen de ventanas de recepción adicionales, pero están planificadas de antemano. 
• Clase C: recibirían información a menos que estuvieran transmitiendo datos, de ahí su menor latencia. Sin embargo, estos dispositivos consumen mucha energía. 

Idealmente, los sensores LoRaWAN communicarían los datos del sensor a un Pasarela LoRa en la LoRaWAN, o en algunos casos se communicaría directamente con un nodo central, como un servidor. A continuación, esta información es procesada por un nodo central, como un servidor local o un servidor en la nube, donde el usuario puede acceder a su aplicación y supervisarla. 

Tipos de sensores LoRaWAN 

Los sensores LoRaWAN pueden dividirse en diferentes categorías en función del tipo de aplicación que se utilice. Las redes LoRaWAN son populares en los siguientes sectores verticales: 

• Aplicaciones de vigilancia: Los dispositivos LoRaWAN pueden enviar información en forma de ráfagas cortas de mensajes, por lo que son adecuados para aplicaciones que no requieren una vigilancia ininterrumpida 
• Aplicaciones seguras: Debido a las características de seguridad inherentes, los sensores LoRaWAN se ven favorecidos en aplicaciones que requieren alta seguridad 
• Aplicaciones de largo alcance: Los sensores LoRaWAN pueden transmitir información a larga distancia, por lo que son un candidato ideal en la supervisión de activos que requieren un funcionamiento de largo alcance 

Los tipos de sensores LoRaWAN varían en función de los sectores verticales y las distintas aplicaciones. En este artículo, repasaremos brevemente algunos de los sensores LoRaWAN common. 

• Sensores de movimiento 

Se utilizan para detectar el movimiento en aplicaciones como la supervisión de activos, la seguridad doméstica, las aplicaciones de automatización y el seguimiento de la ocupación. Los sensores de movimiento pueden detectar el movimiento de personas y objetos. A continuación, activarán una alarma o realizarán un recuento del movimiento detectado. Existen varios sensores de movimiento commerciales que se adaptan a las diferentes aplicaciones de los usuarios. 

• Sensores de seguimiento 

Los sensores LoRaWAN de seguimiento son útiles para rastrear activos en sectores como las cadenas de suministro. Suelen montarse sobre objetos o personas para rastrearlos a grandes distancias. La principal ventaja de los sensores de seguimiento LoRaWAN, en comparación con otros dispositivos de seguimiento, es su eficiencia energética. 

• Sensores medioambientales 

Estos son los sensores LoRaWAN más populares que se utilizan actualmente. Los sensores LoRaWAN medioambientales pueden medir el nivel de CO2, la humedad, la temperatura, la calidad del aire, etc., y se utilizan ampliamente en agricultura inteligente, aplicaciones de vigilancia de catástrofes, ciudades inteligentes y en otros servicios públicos. En la actualidad, existe una gran demanda de sensores medioambientales LoRaWAN, debido a su bajo consumo y menor coste de mantenimiento. 

¿Por qué utilizar el sensor LoRaWAN? 

Es posible que desee considerar los sensores LoRaWAN en su aplicación si comprueba los siguientes factores: 

• Uso de la red LoRaWAN para permitir el funcionamiento a larga distancia 
• Utilización de dispositivos finales alimentados por pilas, lo que limita el consumo de energía admisible. 
• La presencia de numerosas fuentes de ruido e interferencias en el entorno operativo. Un buen ejemplo de este tipo de entorno es una planta de automatización 
• La seguridad y la fiabilidad son factores clave en la aplicación 

Sin embargo, las razones para elegir sensores LoRaWAN no se limitan a los factores impulsores mencionados, sino que dependen de la naturaleza de la aplicación del usuario. 

Ventajas del sensor LoRaWAN

Algunas de las principales ventajas del despliegue de sensores LoRaWAN son: 

• Son fáciles de desplegar. Además, el coste de mantenimiento es muy bajo en comparación con otras soluciones IoT como Wi-Fi. 
• Los sensores LoRaWAN utilizan la espectro de frecuencias sin licenciaque no requiere costes adicionales de licencia 
• Su bajo consumo y largo alcance las convierten en una popular solución de red LPWAN 
• Con la creación de Alianza LoRaLos sensores basados en LoRa cuentan con apoyo y reconocimiento mundial 
• Batería de larga duración 
• Conexión segura y fiable 

Conclusión 

En conclusión, podemos decir que los sensores LoRaWAN son una solución popular para su aplicación IoT si el rango de operación y la duración de la batería son sus principales preocupaciones. No obstante, los sensores LoRaWAN garantizan la fiabilidad de las aplicaciones IoT de red de área extensa.