LoRa

LoRa

Un módulo LoRa
Desarrollado por	Cicloo, Semtech
Tipo de conector	Interfaz de comunicación SPI/I2C
Hardware compatible	SX1261, SX1262, SX1268, SX1272, SX1276, SX1278
Alcance físico	>10 kilómetros (6,2 mi) en perfectas condiciones

LoRa (de " Lo ng Ra nge") es una técnica de comunicación por radio física patentada . ^[1] Se basa en técnicas de modulación de espectro ensanchado derivadas de la tecnología de espectro ensanchado por chirp (CSS). ^[2] Fue desarrollada por Cycleo, una empresa de Grenoble, Francia , y patentada en 2014. ^[3] Cycleo fue posteriormente adquirida por Semtech . ^[4]

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network ) define el protocolo de comunicación y la arquitectura del sistema. LoRaWAN es un estándar oficial de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), ITU-T Y.4480. ^[5] El desarrollo continuo del protocolo LoRaWAN está gestionado por la LoRa Alliance, una organización abierta y sin fines de lucro de la que Semtech es miembro fundador.

Juntos, LoRa y LoRaWAN definen un protocolo de red de área amplia y bajo consumo de energía (LPWA) diseñado para conectar de forma inalámbrica dispositivos que funcionan con baterías a Internet en redes regionales, nacionales o globales, y se enfoca en requisitos clave de Internet de las cosas (IoT), como comunicación bidireccional , seguridad de extremo a extremo, movilidad y servicios de localización. El bajo consumo de energía , la baja tasa de bits y el uso de IoT distinguen a este tipo de red de una WAN inalámbrica que está diseñada para conectar usuarios o empresas y transportar más datos, utilizando más energía. La tasa de datos de LoRaWAN varía de 0,3 kbit/s a 50 kbit/s por canal. ^[6]

LoRa utiliza bandas de frecuencia de radio de sub-gigahercios sin licencia EU868 ( 863–870/873 MHz ) en Europa ; AU915/AS923-1 (915–928 MHz) en América del Sur ; US915 (902–928 MHz) en América del Norte ; IN865 (865–867 MHz) en India ; y AS923 (915–928 MHz) en Asia ; ^[7] LoRa permite transmisiones de largo alcance con bajo consumo de energía. ^[8] La tecnología cubre la capa física , mientras que otras tecnologías y protocolos como LoRaWAN cubren las capas superiores. Puede alcanzar velocidades de datos entre 0,3 kbit/s y 27 kbit/s, dependiendo del factor de expansión. ^[9]

LoRa es una de las tecnologías de redes de sensores inalámbricos de bajo consumo más populares para la implementación de la Internet de las cosas, y ofrece comunicación de largo alcance en comparación con tecnologías como Zigbee o Bluetooth, pero con velocidades de datos más bajas. ^[10]

Los dispositivos LoRa tienen capacidades de geolocalización que se utilizan para trilaterar las posiciones de los dispositivos a través de marcas de tiempo de las puertas de enlace. ^[11]

LoRa utiliza una modulación de espectro ensanchado patentada que es similar a y un derivado de la modulación de espectro ensanchado chirp (CSS). Cada símbolo está representado por un chirp desplazado cíclico sobre el intervalo de frecuencia ( ) donde es la frecuencia central y el ancho de banda de la señal (en hercios). El factor de ensanchamiento (SF) es un parámetro de radio seleccionable de 5 a 12 ^[12] y representa la cantidad de símbolos enviados por bit y además determina cuánto se dispersa la información en el tiempo. ^[2] Hay diferentes frecuencias iniciales del chirp desplazado cíclico (la frecuencia instantánea aumenta linealmente y se envuelve hasta cuando alcanza la frecuencia máxima ). ^[13] La tasa de símbolos está determinada por . LoRa puede intercambiar la tasa de datos por la sensibilidad (asumiendo un ancho de banda de canal fijo ) seleccionando el SF, es decir, la cantidad de propagación utilizada. Un SF más bajo corresponde a una tasa de datos más alta pero una peor sensibilidad, un SF más alto implica una mejor sensibilidad pero una tasa de datos más baja. ^[14] En comparación con un SF más bajo, enviar la misma cantidad de datos con un SF más alto necesita más tiempo de transmisión, conocido como tiempo en el aire. Más tiempo en el aire significa que el módem transmite durante más tiempo y consume más energía. Los módems LoRa típicos admiten potencias de transmisión de hasta +22 dBm. ^[12] Sin embargo, las regulaciones del país respectivo pueden limitar adicionalmente la potencia de transmisión permitida. Una mayor potencia de transmisión da como resultado una mayor potencia de señal en el receptor y, por lo tanto, un mayor presupuesto de enlace, pero a costa de consumir más energía. Existen estudios de medición del rendimiento de LoRa con respecto al consumo de energía, las distancias de comunicación y la eficiencia de acceso al medio. ^[15] Según el Portal de desarrollo de LoRa, el alcance proporcionado por LoRa puede ser de hasta 3 millas (4,8 km) en áreas urbanas y hasta 10 millas (16 km) o más en áreas rurales (línea de visión). ^[16]${\displaystyle f_{0}-B/2,f_{0}+B/2}$$estilo de visualización f_{0}}$${\estilo de visualización B}$${\displaystyle M=2^{\mathrm {SF} }}$$estilo de visualización f_{0}-B/2$$estilo de visualización f_{0}+B/2$${\displaystyle R_{s}=B/2^{\mathrm {SF}}}$${\estilo de visualización B}$

Además, LoRa utiliza codificación de corrección de errores hacia adelante para mejorar la resistencia contra interferencias. El alto alcance de LoRa se caracteriza por altos presupuestos de enlace inalámbrico de alrededor de 155 dB a 170 dB. ^[17] Los extensores de alcance para LoRa se denominan LoRaX.

Dado que LoRa define la capa física inferior, faltaban las capas de red superiores. LoRaWAN es un protocolo que se desarrolló para definir las capas superiores de la red. LoRaWAN es un protocolo de capa de control de acceso al medio (MAC) basado en la nube, pero actúa principalmente como un protocolo de capa de red para gestionar la comunicación entre las puertas de enlace LPWAN y los dispositivos de nodo final, como un protocolo de enrutamiento mantenido por LoRa Alliance.

LoRaWAN define el protocolo de comunicación y la arquitectura del sistema para la red, mientras que la capa física de LoRa permite el enlace de comunicación de largo alcance. LoRaWAN también es responsable de gestionar las frecuencias de comunicación, la velocidad de datos y la energía para todos los dispositivos. ^[18] Los dispositivos en la red son asincrónicos y transmiten cuando tienen datos disponibles para enviar. Los datos transmitidos por un dispositivo de nodo final son recibidos por múltiples puertas de enlace, que reenvían los paquetes de datos a un servidor de red centralizado. ^[19] Luego, los datos se reenvían a los servidores de aplicaciones. ^{[20] [21]} Esta tecnología muestra una alta confiabilidad para la carga moderada, sin embargo, tiene algunos problemas de rendimiento con el envío de reconocimientos. ^[22]

En la comunicación inalámbrica, particularmente en las aplicaciones de IoT, la prevención de colisiones es esencial para una comunicación confiable y una eficiencia espectral general. Anteriormente, LoRaWAN se ha basado en ALOHA como protocolo de capa de control de acceso al medio (MAC), pero para mejorar esto, la Recomendación técnica TR013 de LoRa Alliance ^[23] introdujo CSMA-CA , que no debilita las ventajas de modulación distintivas de LoRa, como la ortogonalidad del factor de propagación ^[15] y la capacidad para una comunicación por debajo del nivel de ruido . ^[15] El empleo de la técnica CSMA basada en CAD especificada en TR013 ^[23] supera las limitaciones de depender de la detección basada en la intensidad de la señal recibida (RSS), que no puede mantener las dos ventajas mencionadas de la modulación LoRa. Por lo tanto, la implementación de TR013 mejora la eficiencia espectral de LoRaWAN y garantiza una comunicación más confiable entre dispositivos, incluso en entornos congestionados. ^[23] TR013 se basa en el LMAC ^[24] y es la primera colaboración entre la industria y la academia de LoRa Alliance que ha dado como resultado una Recomendación Técnica. ^{[25] [26]}

• Enero de 2015: 1.0 ^{[27] [28]}
• Febrero de 2016: 1.0.1 ^[29]
• Julio de 2016: 1.0.2 ^[30]
• Octubre de 2017: 1.1, agrega la Clase B ^[31]
• Julio de 2018: 1.0.3 ^[32]
• Octubre de 2020: 1.0.4 ^[33]

LoRa Alliance es una asociación abierta, sin fines de lucro, cuya misión declarada es apoyar y promover la adopción global del estándar LoRaWAN para implementaciones de IoT a gran escala, así como implementaciones en ubicaciones remotas o de difícil acceso.

Los miembros colaboran en un ecosistema dinámico de fabricantes de dispositivos, proveedores de soluciones, integradores de sistemas y operadores de redes, que ofrecen la interoperabilidad necesaria para ampliar la IoT en todo el mundo mediante redes públicas, privadas, híbridas y comunitarias. Las áreas clave de enfoque dentro de la Alianza son la agricultura inteligente, los edificios inteligentes, las ciudades inteligentes, la industria inteligente, la logística inteligente y los servicios públicos inteligentes.

Entre los principales miembros contribuyentes de la LoRa Alliance se incluyen Actility, Amazon Web Services , Cisco , Everynet, Helium , Kerlink, MachineQ, una empresa de Comcast , Microsoft , MikroTik , Minol Zenner, Netze BW, Semtech, Senet, STMicroelectronics , TEKTELIC y The Things Industries. ^[34] En 2018, la LoRa Alliance tenía más de 100 operadores de red LoRaWAN en más de 100 países; en 2023, hay casi 200, que brindan cobertura en casi todos los países del mundo. ^[35]

El 1 de octubre de 2024, Cisco anunció que "saldrá del espacio LoRaWAN" sin ninguna migración planificada para las puertas de enlace Cisco LoRaWAN. ^[36]

• DASH7 : una alternativa abierta y popular a LoRa
• IEEE 802.11ah : estándar no propietario de bajo consumo y largo alcance
• CC430 : un SoC transceptor RF sub-1 GHz y MCU
• NB-IoT : Internet de las cosas de banda estrecha
• LTE Cat M1  – Tecnología de dispositivos celulares
• MIoTy : tecnología LPWAN sub-GHz para redes de sensores
• SCHC : compresión de encabezado de contexto estático
• Dispositivo de corto alcance  – Clase de transmisor de radio
• Helium (criptomoneda) : protocolo LoRaWAN combinado con tecnología blockchain
• Amazon Sidewalk : una red inalámbrica en malla desarrollada por Amazon
• Meshtastic : un protocolo de red en malla de código abierto popular que utiliza LoRa

• Olivier Bernard André Seller. "Método de comunicación inalámbrica", patente estadounidense n.º 9.647.718. 9 de septiembre de 2015.
• Lee, Chang-Jae, Ki-Seon Ryu y Beum-Joon Kim. "Detección periódica de distancias en un sistema de acceso inalámbrico para estaciones móviles en modo de suspensión". Patente estadounidense n.º 7.194.288. 20 de marzo de 2007.
• Ghoslya, Sakshama (17 de abril de 2019). "Cómo generar símbolos LoRa". Todo sobre LoRa y LoRaWAN .
• Quigley, Thomas J. y Ted Rabenko. "Reducción de latencia en un sistema de comunicaciones". Patente estadounidense n.º 7.930.000. 19 de abril de 2011.
• Bankov, D.; Khorov, E.; Lyakhov, A. "Sobre los límites del acceso al canal LoRaWAN". Conferencia internacional de 2016 sobre ingeniería y telecomunicaciones (EnT) : 10–14.
• Seneviratne, Pradeeka. "Introducción a las redes de radio LoRa con Arduino: creación de redes IoT inalámbricas de bajo consumo y largo alcance". Apress, 2019, ISBN de libro electrónico 978-1-4842-4357-2 , ISBN de tapa blanda 978-1-4842-4356-5 , Ed: 1  

• Alianza LoRa
• Portal para desarrolladores de LoRa
• Sitio web de Cycleo en Wayback Machine (archivado el 29 de julio de 2011)