LoRaWAN

LoRaWAN es un protocolo de telecomunicaciones que permite la comunicación por radio a baja velocidad de objetos de bajo consumo de energía que se comunican mediante tecnología LoRa y se conectan a Internet a través de pasarelas , participando así en el Internet de las Cosas . Este protocolo se utiliza en el contexto de ciudades inteligentes , monitoreo industrial e incluso agricultura . La tecnología de modulación vinculada a LoRaWAN es LoRa, creada en 2009 por la start-up de Grenoble Cycléo y adquirida por Semtech en 2012. Semtech promueve su plataforma LoRa a través de LoRa Alliance, de la que es miembro. El protocolo LoRaWAN en la capa física LoRa permite conectar sensores u objetos que requieren una batería de larga duración (contados en años), en un volumen (tamaño de una caja de fósforos o un paquete de cigarrillos) y un costo reducido.

LoRaWAN es el acrónimo de Red de área amplia de largo alcance que puede traducirse como " red de área amplia de largo alcance".

Descripción general

El protocolo lorawan es un protocolo de comunicación para Internet de las cosas, que utiliza una técnica de modulación de espectro ensanchado del tipo Chirp Spread Spectrum  (in) propietario llamado LoRa. Este protocolo está destinado a ser simple, económico de implementar y energéticamente eficiente en lugar de permitir altos índices de flujo. El objetivo de LoRaWAN son claramente las comunicaciones de largo alcance de bajo costo y bajo consumo de energía, en lugar de las comunicaciones de alta velocidad que consumen más CPU y energía. De hecho, los desafíos relacionados con la interconexión de objetos radican en su costo, su autonomía y su número desde el punto de vista de la red . Este bajo costo se obtiene mediante el uso de una arquitectura en estrella (más simple que una arquitectura de malla), una técnica de modulación más sencilla de implementar que la de las redes celulares convencionales, lo que reduce el costo de los componentes electrónicos que allí se encuentran. como el uso de bandas de frecuencia gratuitas (que no requieren pago por su uso). El equipo terminal utilizado es en su mayoría de bajo costo ( $ 1 a $ 5  ) por lo que se puede implementar en grandes cantidades.

El uso de frecuencias gratuitas también permite la creación de redes LoRa "privadas", es decir, no tener enlaces con un operador, capaces de cubrir un edificio, un campo como una ciudad sin tener que pagar suscripciones.

Arquitectura

Una red LoRaWAN está formada por dispositivos inalámbricos de bajo consumo que se comunican con los servidores de aplicaciones a través de puertas de enlace . La técnica de modulación utilizada entre dispositivos y pasarelas es LoRa. La comunicación entre pasarelas y servidores se establece a través del protocolo IP utilizando una red de recolección Ethernet o 3G .

La topología de la red LoRaWAN se llama estrella de estrellas porque un servidor de aplicaciones está conectado a una multitud de puertas de enlace que a su vez están conectadas a una multitud de dispositivos terminales.

En el sentido de la red, los dispositivos no están conectados a las puertas de enlace, solo los sirven como relés para llegar al servidor que administra la red, que a su vez está conectado a uno o más servidores de aplicaciones. Los paquetes enviados por los dispositivos son retransmitidos por las pasarelas después de agregar solo información sobre la calidad de la señal recibida.

Si la cobertura de radio lo permite, varias pasarelas pueden retransmitir el mismo mensaje desde un dispositivo, luego se duplica en la red de recolección, es el servidor que aloja la aplicación el que asegura la duplicación de los paquetes. Esta característica particular hace posible, en particular, localizar equipos comparando los diferentes tiempos de llegada para el mismo paquete duplicado.

Cuando el servidor debe enviar una respuesta, utiliza la información agregada por las pasarelas sobre la calidad de la señal para elegir a cuál enviar el paquete de respuesta.

LoRaWAN no permite el diálogo directo entre dos objetos conectados. Si ese diálogo debe tener lugar, se realiza a través del servidor de aplicaciones.

Modulación LoRa

Lorawan utiliza un propietario de espectro expandido modulado tipo Chirp Spread Spectrum  (in) llamado LoRa. Esta modulación se lleva a cabo principalmente en las bandas de radio ISM 868  MHz en Europa y 915  MHz en Norteamérica . El uso de la modulación CSS para el Internet de las cosas ha sido patentado por Cycléo, una empresa francesa que fue adquirida por Semtech en 2012. Esta modulación permite una distancia promedio entre una pasarela y un dispositivo de hasta 5  km en el área urbana. y 15  km en zonas rurales .

Las técnicas de modulación de espectro ensanchado como LoRa utilizan un ancho de banda mayor del que se necesita idealmente para una velocidad de bits determinada , pero aprovechan esta distribución de frecuencia para operar con una señal débil o muy ruidosa. Difundir el espectro consiste en repetir varias veces el mensaje transmitido a distintas frecuencias. La variación de frecuencia efectuada por LoRa es lineal, lo que permite a los receptores eliminar simplemente los cambios de frecuencia y los efectos Doppler inherentes a la transmisión de la señal. Esta operación permite producir transmisores LoRa a bajo costo. Esta técnica de espectro ensanchado también permite que los sensores sean menos sensibles al efecto Doppler y, por lo tanto, transmitan más fácilmente los mensajes enviados durante el viaje (en un TGV en movimiento, por ejemplo). Un estudio de 2017 midió este efecto utilizando equipos instalados en una motocicleta .

El factor de dispersión generalmente lo establece el servidor cuando se conecta un equipo terminal a la red, enviando una solicitud de medición de la relación señal / ruido.

LoRa define el factor de espectro ensanchado (SF) mediante la fórmula: siendo Rc la velocidad del mensaje transmitido (Chirp) y Rs la velocidad del símbolo a transmitir. El aumento del Spreading Factor permite cubrir una mayor distancia entre el equipo y la pasarela a expensas del ancho de banda disponible.

Los diferentes SF son ortogonales , lo que significa que se pueden recibir varias tramas al mismo tiempo en el mismo canal siempre que utilicen un SF diferente. Si dos tramas son recibidas al mismo tiempo por una pasarela con una diferencia de menos de 6  dB en el mismo canal y con el mismo SF se perderán porque es imposible diferenciarlas.

Los anchos de banda posibles a configurar para un canal son 125, 250 y 500  kHz para la banda de 868  MHz , lo que permite alcanzar una tasa de bits máxima de 22 kbit / s con un ancho de banda de 500  kHz y un factor de dispersión de 7.

El uso de frecuencias libres requiere el cumplimiento de un tiempo máximo de ocupación del canal de radio ( duty-cycle  (in) ). La ocupación máxima de canales es del 1% en Europa en la banda de 868  MHz . Sur la bande 868  MHz , la spécification LoRa impose initialement 3 canaux d'une largeur de 125  kHz communs à tous les équipements 868,10  MHz , 868,30  MHz et 868,50  MHz pour que le message d'activation puisse être reçu par el servidor. Este parámetro puede luego ser modificado por la red y permitir que el sensor distribuya sus mensajes a través de un mayor número de canales. Por tanto, los dispositivos pueden distribuir aleatoriamente sus emisiones en cada una de estas bandas respetando el tiempo de ocupación reglamentario.

LoRa permite configurar los principales parámetros de la radio mediante el parámetro Velocidad de datos. La velocidad de datos se define mediante un valor de 0 a 15 y establece el tipo de modulación, el factor de dispersión y el ancho de banda utilizado.

Tasas de datos para la banda 863-70  MHz  :

Tasa de datos (DR) Modulación Factor de propagación (SF) Banda ancha Tasa física (bit / s)
0 LoRa SF12 125  kHz 250
1 LoRa SF11 125  kHz 440
2 LoRa SF10 125  kHz 980
3 LoRa SF9 125  kHz 1.760
4 LoRa SF8 125  kHz 3 125
5 LoRa SF7 125  kHz 5.470
6 LoRa SF7 250  kHz 11.000
7 FSK 50 kbit / s 50.000
8 reservado para uso futuro

La física LoRa marco consta de un preámbulo, una cabecera , los datos y, a continuación una comprobación de error.

De acuerdo con estos parámetros, por lo tanto, es posible definir el caudal útil Rb mediante la fórmula matemática  :

LoRaWAN es un protocolo de tipo de control de acceso a medios. Su funcionamiento es más sencillo que el de las tecnologías celulares que se basan en potentes equipos terminales y, por tanto, más caro que el utilizado en el Internet de las cosas.

El protocolo no es simétrico y existen diferencias entre los mensajes de enlace ascendente que provienen de los objetos y los mensajes de enlace descendente que provienen de la aplicación y se dirigen a los objetos.

Se basa en una operación de envío de mensajes tipo ALOHA, por lo que cuando un dispositivo debe enviar datos lo hace sin comprobar si el canal que va a utilizar está disponible, y repite este envío en diferentes canales sin saber si este mensaje fue recibido con éxito. . El objeto puede solicitar un mensaje de acuse de recibo, que puede repetir automáticamente el envío si este mensaje no se ha recibido.

Los mensajes de enlace descendente enviados por la puerta de enlace tienen un costo de red más alto, porque si la puerta de enlace envía un mensaje, ya no puede escuchar los otros mensajes enviados durante este tiempo.

El protocolo define 3 clases de equipos (A, B y C). La clase A debe implementarse en todos los equipos en aras de la compatibilidad. El equipo puede cambiar de clase durante la operación.

  • Clase A: esta clase tiene el menor consumo de energía. Cuando el dispositivo tiene datos para enviar, lo hace sin control y luego abre 2 ventanas de escucha sucesivas para cualquier mensaje proveniente del servidor, los tiempos recomendados son 1 y luego 2 segundos. Estas 2 ventanas son las únicas durante las cuales el servidor puede enviar al dispositivo los datos que previamente tiene almacenados para su atención.
  • Clase B: esta clase permite un compromiso entre el consumo de energía y la necesidad de comunicación bidireccional. Estos dispositivos abren ventanas de recepción a intervalos programados mediante mensajes periódicos enviados por el servidor.
  • Clase C: esta clase tiene el mayor consumo de energía pero permite comunicaciones bidireccionales que no están programadas. El equipo tiene una ventana de escucha permanente.

El formato de los paquetes LoRaWAN se describe en el siguiente diagrama. Los tamaños de campo se indican en bits.

Aquí está la definición de los diferentes campos contenidos en un paquete LoRaWAN:

Mtype Este campo indica el tipo de mensaje (ascendente o descendente). RFU Este campo está reservado para uso futuro. Importante Este campo indica la versión del protocolo utilizada. MIC Este campo permite calcular la integridad del paquete para detectar si ha sido alterado durante su transporte. DevAddr Este campo contiene la dirección del dispositivo. FCtrl Este campo permite la adaptación del flujo y los reconocimientos. Indica la presencia de paquetes adicionales así como la longitud del campo FOpts. FCnt Este campo es un contador de tramas (incremento en cada envío). FOpts Este campo se utiliza para pasar comandos MAC (control de conectividad por un dispositivo, por ejemplo). FPort Este campo contiene el puerto de la aplicación o servicio al que se dirige el paquete.

Para poder operar en la red, se debe haber activado un dispositivo. Son posibles dos procedimientos de activación:

  • Activación por personalización (ABP): Las claves de cifrado se almacenan en el equipo;
  • Over The Air (OTAA): las claves de cifrado se obtienen mediante un intercambio con la red.

La siguiente tabla resume la información transmitida por el dispositivo final durante el procedimiento de activación.

ID de usuario Propiedad Obtención
DevAddr Identidad del dispositivo final (32 bits) Generado en OTAA, configurado en ABP
DevEUI Identidad del dispositivo final (64 bits) Configurado
APOYO Identidad de la aplicación (hace que el propietario del dispositivo final sea único) Configurado
NwkSKey Clave utilizada por el servidor y el equipo final para calcular y verificar el campo MIC Generado en OTAA, configurado en ABP
AppSKey Clave utilizada por el servidor y el equipo de punto final para cifrar y descifrar paquetes de datos Generado en OTAA, configurado en ABP
AppKey Clave utilizada por el equipo final durante el procedimiento OTAA Generado en OTAA *, inexistente en ABP

* Generada en OTAA para dispositivos finales en la versión LoRaWAN 1.1, para versiones anteriores (LoRaWAN 1.0), la clave está configurada.

El campo FOpts presente en los paquetes LoRaWAN permite que los dispositivos envíen comandos de red. El comando LinkCheckReq permite que un dispositivo final pruebe su conectividad. El resto de los comandos son utilizados por el servidor para configurar los parámetros de radio del equipo terminal, como la velocidad de datos o el canal, por ejemplo. Otros comandos le permiten comprobar el nivel de batería o la calidad de la recepción.

Consumo de energía

LoRaWAN consume poca energía . Utiliza una versión simplificada del protocolo ALOHA para la capa MAC, una topología en estrella , transmisión cíclica en cada subbanda y ha definido tres clases de dispositivos finales para trasladar la complejidad a la estación base tanto como sea posible.

El consumo de energía de los objetos (dispositivos finales) en la red LoraWan se basa en el uso de los cuatro modos principales (transmisión, recepción, espera y suspensión) y el tiempo empleado en cada modo. El estudio de Kurtoglu en 2017 modeló el consumo de energía de estos cuatro modos, con el fin de comparar el consumo de una red de sensores inalámbricos lineales de largo alcance diseñados por ZigBee o LoraWan. La comparación se realiza a partir del consumo de los componentes (para LoRaWan RN2903, Zigbee MRF24j40MD):

Equipo Voltaje (v) Intensidad de emisión (mA) Recepción de intensidad (mA) Corriente en espera (mA) Intensidad del sueño (mA)
LoraWan RN2903 3.3 124,4 13,5 2,7 2
ZigBee MRF24J40MD 3.3 140,0 25,0 - 10

El consumo de batería depende principalmente de varios factores: la cantidad de datos transferidos (en número de mensajes y / o tamaño de los mensajes), así como la potencia de transmisión requerida para transmitir estos datos y el factor de expansión del espectro (SF)

Para optimizar el consumo, el protocolo LoRaWan permite adaptar el SF y reducirlo para ahorrar energía de los periféricos, así como liberar ancho de banda de radio y por tanto limitar colisiones.

Varios experimentos han estudiado con más detalle el impacto de estos diferentes parámetros.

Geolocalización

Una de las especificidades de la red LoRaWan es la posibilidad de geolocalizar objetos mediante una técnica de tipo TDOA (Time Difference Of Arrival) o Trilateration. Las diferentes pasarelas que reciben los mismos mensajes de un objeto marcan con mucha precisión la hora de recepción de este mensaje. Siendo la distancia entre el objeto y la antena proporcional al tiempo que tarda la antena en recibir el mensaje, la resolución de una ecuación con varias incógnitas permite deducir de ella la posición del objeto siempre que los mensajes de son recibidos por al menos tres antenas diferentes.

Aspecto de capacidad

El tiempo máximo de ocupación del canal de radio (duty-cycle) impuesto por el uso de frecuencias libres es un factor que limita el número de paquetes que puede enviar un dispositivo. Por ejemplo, el resultado de la limitación del 1% en la banda de 868  MHz es un tiempo de transmisión de 36 segundos por hora por canal para cada terminal.

El uso de este tiempo de transmisión es variable en función del factor de dispersión elegido. De hecho, cuanto mayor sea el factor de dispersión, mayor será el tiempo para transmitir un paquete. Además, los factores de dispersión altos se utilizan con más frecuencia que los factores cortos en una red típica. La siguiente tabla proporciona varios ejemplos:

Tamaño de datos Factor de difusión Tiempo de transmisión
20 bytes 10 0,4 segundos
20 bytes 12 1,5 segundos
40 bytes 10 0,5 segundos
40 bytes 12 1,8 segundos

Un estudio realizado en 2017 por Ferran Adelantado muestra la evolución de la tasa de paquetes recibidos con éxito en función del número de dispositivos conectados a una pasarela mediante 3 canales. Lógicamente, el número de paquetes recibidos disminuye debido a las colisiones porque aumenta la probabilidad de que varios dispositivos usen el mismo SF simultáneamente en el mismo canal.

En general, la pérdida de datos inherente al uso de protocolo en frecuencias libres se puede resolver de dos formas:

La elección de uno u otro método depende de los casos de uso.

Otra forma de aumentar la capacidad de una red LoRaWan es aumentar la densidad de las antenas, lo que permite reducir el factor de dispersión de los sensores y, por lo tanto, liberar ancho de banda.

Ejemplos de uso

Ciudad inteligente

Se llevó a cabo un experimento con una red privada LoRa en un edificio (19 pisos) en el norte de Italia. El objetivo de esta instalación es monitorizar y controlar la temperatura y humedad de diferentes estancias, con el objetivo de reducir los costes asociados a la calefacción, ventilación y climatización. La experimentación de Marco Centaro se remonta a 2016. La instalación que comprende una pasarela, 32 sensores y el servidor de recolección, aún está operativa y se considera la solución tecnológica más adecuada para varios otros edificios.

Fanghao Yu realizó un estudio en 2017 sobre el despliegue de una red LoRaWAN para la región del Gran Londres para informar la calidad del aire y monitorear la congestión del tráfico vial. El diseño de la red mostró que era necesario instalar 19 celdas pequeñas para el centro de Londres y 28 celdas más grandes para las afueras de Londres. Se incluyen 11681 terminales en las 47 celdas hexagonales. El costo estimado del material para la calidad del aire es de £ 83.7k.

Monitoreo industrial

La simulación de Kurtoglu en 2017 muestra que LoRaWAN tiene una ventaja energética significativa sobre ZigBee para redes de sensores inalámbricos lineales de largo alcance, como sería necesario para monitorear ciertos tipos de infraestructura, como líneas de transmisión y tuberías. Además, la energía requerida para limitar el punto más alto de consumo de energía de la red, menos de 6 julios por día, es lo suficientemente baja como para permitir el suministro de la red propuesta utilizando fuentes de energía renovables como la solar.

La evaluación de LoraWAN de 2016 realizada por Petäjäjärvi de un caso de uso real de los equipos de salud de Lora muestra que el 96,7% de los paquetes se reciben en todo el campus de Oulu en Finlandia. El campus tiene una superficie de 570 metros por 320 metros, principalmente en el interior de los edificios. El resultado del estudio muestra que LoRa es una tecnología atractiva para la monitorización de pacientes, la gestión de personal en hospitales, la monitorización del bienestar del personal en el lugar de trabajo, así como la monitorización de salud y seguridad.

Zozio ha desarrollado la primera solución para interiores y exteriores para la industria basada en la red LoRa. Gracias a las balizas de alto rendimiento, ofrece una infraestructura económica y fácilmente desplegable que permite la geolocalización en 2-3 m.

Agricultura

El estudio realizado por Bellini sobre la actividad de los bovinos permite conocer su temperatura y por tanto su estado de salud, con un sensor acelerómetro para conocer su actividad. Cada animal tiene un collar con acelerómetro y conectividad inalámbrica con equipos LoRa usando la red LoRaWAN. La batería de 400  mAh con una transmisión horaria de información desde el acelerómetro a una distancia de más de 10  km , tiene una vida útil de 5 años. El costo del material es de $ 25 por 100 unidades.

Aspecto de seguridad

LoRaWAN implementa varias claves, específicas para cada equipo terminal, con el fin de garantizar la seguridad de los intercambios a nivel de red y aplicación.

Se utiliza una clave AES de 128 bits de longitud llamada Appkey para generar NwkSKey y AppSKey.

El servidor y el dispositivo final utilizan NwkSKey para generar el campo de integridad MIC presente en los paquetes. Este campo asegura que el paquete no haya sido modificado durante la transferencia por equipos maliciosos. Esta clave también se usa para cifrar el contenido de los mensajes que contienen solo comandos MAC.

AppSKey se utiliza para cifrar los datos de la aplicación presentes en el paquete. Esta clave solo asegura la confidencialidad del contenido del mensaje pero no su integridad, lo que significa que si la red y los servidores de aplicaciones están separados, el servidor de red es capaz de modificar el contenido del mensaje. Por lo tanto, la especificación LoRaWAN recomienda el uso de métodos de protección de extremo a extremo adicionales para aplicaciones que requerirían un mayor grado de seguridad.

Para garantizar de forma única la identidad de los dispositivos finales y las aplicaciones, el protocolo también define los campos DevEUI y AppEUI, cada uno con una longitud de 64 bits. DevEUI permite identificar el equipo y AppEUI permite identificar la aplicación que procesará su solicitud de acceso a la red. Estos campos se configuran en los dispositivos. Durante el procedimiento de activación de OTAA, el dispositivo envía una solicitud no cifrada al servidor que contiene los campos DevEUI y AppEUI, así como un número aleatorio de 16 bits. El servidor comprueba si el dispositivo ha utilizado previamente el número aleatorio antes de aceptar su solicitud. Si el dispositivo utilizó previamente el número, el servidor puede implementar 2 comportamientos:

Temas de seguridad

El llamado procedimiento de activación Over the Air se inicia mediante un intercambio de mensajes: JOIN REQUEST, JOIN ACCEPT entre el equipo y el servidor. La información de JOIN MESSAGE (AppEUI (8 bytes), DevEUI (8 bytes) y DevNonce (2 bytes)) se transmite en claro. Esta vulnerabilidad puede aprovecharse.

Tamaño (bytes) 8 8 2
mensaje de activación

Solicitud de ingreso

APOYO DevEUI DevNonce

El estudio de JungWoon Lee en 2017 muestra la posibilidad de cambiar un campo en particular sin descifrar el mensaje en la red LoRaWAN. Se puede usar el método Bit-flipping Bit-flipping_attack  (en) porque en la red LoraWAN el texto cifrado es predecible. JungWoon Lee proporciona una solución al cambiar la ubicación de los bytes en los marcos.

Despliegues

LoRa Alliance anuncia 62 redes de operadores públicos en servicio en diciembre de 2017, así como más de 100 países con un servicio LoRaWAN disponible.

Comparación tecnológica

LoRaWAN es una de las redes de área amplia con bajo consumo de energía, definida por el término en inglés: LPWAN (Low Power Wide Area Network) Para comparar las tecnologías presentes en la Red LPWAN, es importante distinguir el período anterior a la llegada de esta. red en primer lugar (Pre LPWAN), para ver la llegada de diferentes redes o protocolos LPWAN y finalmente compararlos.

Pre LPWAN

Los dos métodos principales de acceso a datos se basaban en redes de malla que utilizaban tecnologías de comunicación de corto alcance ( WPAN , WLAN ) en el espectro sin licencia, o en tecnologías celulares de largo alcance, principalmente 2G / GSM / GPRS .

Las tecnologías de transmisión multisalto de corto alcance, como ZigBee y Bluetooth , han sido consideradas como una forma viable de implementar el Internet de las Cosas (Internet of Things o IoT). Aunque estas tecnologías implican un consumo de energía muy bajo, la cobertura muy limitada es un obstáculo importante, especialmente cuando las aplicaciones requieren cobertura urbana. Estos tipos de redes se detallan en el artículo Enlace inalámbrico de baja potencia .

Las redes inalámbricas celulares ( 2G / GSM / GPRS ) son capaces de proporcionar una cobertura ubicua y pueden desempeñar un papel fundamental en la difusión del Internet de las cosas (Internet of Things IoT). Sin embargo, los estándares de red celular ( 2G / GSM / GPRS ) no fueron diseñados para proporcionar servicios de tipo M2M a una gran cantidad de dispositivos. Además, los módems de estos dispositivos desperdician una cantidad significativa de energía debido a la escucha constante y una gran necesidad de recibir potencia de transmisión.

LPWAN

El desarrollo de tecnologías LPWAN (Low Power Wide Area Network) debe permitir una cobertura de largo alcance de unos pocos kilómetros a unas pocas decenas de kilómetros, consumir una potencia operativa ultrabaja y tener la capacidad de admitir un conjunto variado de aplicaciones con transmisión de datos variada. requisitos. Desde un punto de vista comercial, una LPWAN debe tener el mérito de tener un bajo costo en cuanto a dispositivos, infraestructura y espectro de frecuencias.

2008 On-Ramp Wireless se fundó en 2008 y pasó a llamarse Ingenu  (en) enseptiembre 2015. Ingenu of On-Ramp Wireless fue pionero en el estándar 802.15.4k. La compañía ha desarrollado y posee los derechos de una tecnología patentada llamada RPMA (Acceso Múltiple de Fase Aleatoria). A diferencia de otras soluciones LPWAN, esta tecnología opera en la banda de 2.4  GHz pero, gracias a un diseño robusto de capa física, aún puede operar en enlaces inalámbricos de largo alcance y en los entornos de RF más desafiantes. 2009 SIGFOX , la primera tecnología LPWAN ofrecida al mercado de Internet de las cosas, se fundó en 2009. La capa física SIGFOX utiliza modulación inalámbrica de banda ultra estrecha (UNB) y el protocolo de red es propiedad de SIGFOX. El modelo de negocio de SIGFOX es el de un operador de servicios de IoT, que por tanto no necesita abrir las especificaciones de sus módulos internos. Las primeras versiones de la tecnología solo admitían la comunicación unidireccional ascendente, la comunicación bidireccional es compatible desde 2014. 2012 Adquisición de la empresa Cycleo de Grenobloise, inventora de LoRaWan, por la empresa estadounidense Semtech 2013 Weightless  (en) ha desarrollado tres estándares abiertos para LPWAN: Weightless-W, Weightless-N y Weightless -P:
  1. Weightless-W Standard lanzado en 2013, funciona en espacios en blanco de televisión (no utilizados) (470-790  MHz ).
  2. El estándar Weightless-N lanzado en 2015, amplía el alcance de Weightless-W y reduce su consumo.
2015 Las soluciones industriales Sigfox y OnRamp Wireless y LoRaWAN ingresan al mercado de IoT y al desarrollo de los estándares enumerados ETSI e IEEE. 2015-2016 3GPP  : tecnologías de acceso por radio celular; 3GPP ha desarrollado tres nuevas tecnologías para respaldar la Internet de las cosas:
  1. eMTC ( LTE Cat.M): eMTC es una evolución del trabajo desarrollado en la versión 12 de los estándares 3GPP 36.xxx, opera en las bandas LTE.
  2. NB-IoT: Internet de las cosas de banda estrecha (las especificaciones básicas se completaron en junio de 2016).
  3. EC-GSM-IoT: cobertura ampliada al Internet de las cosas de GSM; es una evolución del servicio de radio por paquetes general avanzado (E GPRS ) hacia el Internet de las cosas.

2017

Creación de la tecnología Wize, una tecnología LPWAN derivada del estándar europeo Wireless MBus EN13757 y que utiliza la frecuencia de 169  MHz . El protocolo Wize fue creado por las empresas francesas GRDF, Suez y Sagemcom. La tecnología Wize está gobernada por Wize Alliance.

Comparación técnica

Jean-Paul Bardyn, CTO de Semtech en 2016 comparó diferentes soluciones para cumplir con los requisitos de los objetos dedicados al segmento LPWAN del Internet de las cosas. Los mercados objetivo para las diferentes soluciones LPWAN son principalmente diferentes; Operar bandas con licencia es más beneficioso para ciertos servicios que requieren QoS y latencia garantizada , y las bandas sin licencia generalmente ofrecen mejor cobertura, menor costo y requieren menor potencia.

En su comparación de 2017 entre LoRa y NB-IoT, Yang muestra que ambos tipos de red tienen su lugar en el mercado de Internet de las cosas. LoRa se enfoca en aplicaciones de bajo costo. Mientras que NB-IoT está orientado a aplicaciones que requieren alta QoS y baja latencia.

Tabla comparativa
Estándar / Propietario Estandar global Modulación Banda de frecuencia Débito (arriba / abajo) Distancia Num. número de canales
UL: ascendente
DL: descendente / señales ortogonales 		Topología Función de flujo adaptativo Autenticación y cifrado
Alianza LoRa LoRaWAN CSS Banda ISM sub-GHz  : UE (433  MHz , 868  MHz ), EE. UU. (915  MHz ), Asia (430  MHz ) 0,3-37,5 kb / s (Lora)
50 kb / s (FSK) 		5  km (urbano), 15  km (rural) 10 en la UE, 64 + 8 ( UL ) y 8 ( DL ) en los EE. UU. Más varios SF Red estrella sí AES 128b
Dueño Sigfox UNB DB PSK ( UL ), G FSK ( DL ) Banda ISM sub-GHz  : UE (868  MHz ), EE. UU. (902  MHz ) 100 b / s ( UL )
600 b / s ( DL ) 		10  km (urbano), 50  km (rural) 360 canales Red estrella No cifrado no compatible
Dueño Ingenu  (en) RPMA RPMA- DSSS ( UL ), CDMA ( DL ) Banda ISM de 2,4  GHz 78 kb / s ( UL )
19,5 kb / s ( DL ) 		15  km (ciudad) 40 canales de 1  MHz , hasta 1200 señales por canal Red en estrella , red jerárquica sí Hash 16B, AES 256b
3GPP LTE -Cat M (eMTC) versión 12 UL  : SC-FDMA DL  : OFDMA Licencia UL  : 1 Mb / s
DL  : 1 Mb / s 		11  kilometros
LTE -Cat NB1 (NB-IoT) Versión 13 UL  : SC-FDMA DL  : OFDMA Licencia UL  : 20 kbit / s (un tono)
250 kbit / s (multitono)
DL  : 250 kbit / s 		1,5  km urbano, 20-40  km rural
EC- GSM , cobertura ampliada GSM 8 PSK , GMSK Licencia 240 kb / s 1,5  km urbano, 20-40  km rural
Weightless-SIG  (en) Ingrávido-W 16-QAM, B PSK , Q PSK , DBPSK 470-790  MHz 1 kb / s-10 Mb / s 5  km (urbano) 16 o 24 canales ( UL ) Red estrella AES 128b
Ingrávido-N UNB DBPSK Banda ISM sub-GHz UE (868  MHz ), EE. UU. (915  MHz ) 30 kb / s-100 kb / s 3  km (urbano) múltiples canales de 200  Hz Red estrella AES 128b
Ingrávido-P GMSK , offset-Q PSK Banda ISM sub-GHz o con licencia 200 bps-100 kb / s 2  km (urbano) múltiples canales de 12,5  kHz Red estrella AES 128 / 256b
Alianza DASH7 Protocolo de alianza DASH7 1.x G FSK Sub-GHz 433  MHz , 868  MHz , 915  MHz 9,6 - 55,6 - 166,7 kb / s 0-5  km (ciudad) 3 tipos diferentes de canales (el número depende del tipo y la región) Red en estrella , red jerárquica AES 128b
IEEE IEEE 802.15.4k DSSS , FSK Banda ISM sub-GHz y 2,4  GHz 1,5 bps - 128 kb / s 5  km (urbano) múltiples canales. El número depende del canal y la modulación. Red estrella AES 128b

Alianza Lora

LoRa Alliance es una asociación sin fines de lucro cuyo objetivo es estandarizar la red LoRaWAN para proporcionar un medio confiable para que Internet de las cosas (IoT) se conecte a Internet. Esta asociación fue creada por Semtech y muchos actores industriales forman parte de la Alianza LoRa para garantizar la interoperabilidad y estandarización de la tecnología LoRa.

Referencias

  1. Raza 2017 , p.  859
  2. Raza 2017 , p.  858
  3. LoRa Alliance 2016
  4. Raza 2017 , p.  862
  5. Augustin 2016 , p.  10
  6. Goursaud 2015 , p.  4
  7. Adelantado2017 2017 , p.  2
  8. Agustín , 2016 , p.  4
  9. Marcelis 2017 , p.  101
  10. Georgiou 2017 , p.  163
  11. Adelantado 2017 2017 , p.  3
  12. Casals , 2017 , p.  5
  13. Augustin 2016 , p.  6
  14. Mikhaylov 2017 , p.  3
  15. Augustin 2016 , p.  11
  16. Oniga 2017 , p.  422
  17. Yu , 2017 , p.  335
  18. Kurtoglu 2017 , p.  1166
  19. Bellini 2017 , p.  4
  20. Petäjäjärvi , 2017 , p.  162
  21. Centenaro 2016 , p.  sesenta y cinco
  22. Yu , 2017 , p.  339
  23. Petäjäjärvi , 2016 , p.  5
  24. "  Zozio - Accueil  " , en www.zozio.tech (consultado el 13 de enero de 2020 )
  25. Aras 2017 , p.  3
  26. Tomasin 2017
  27. Tomasin 2017 , p.  2
  28. Na 2017 , p.  718
  29. Lee 2017 , p.  551
  30. loraAllianceHome 2017
  31. Bouygues 2015
  32. 01net 2015
  33. kpn 2015
  34. swisscom 2015
  35. geko2015 2015
  36. fastnet 2015
  37. TheThingNetwork 2017
  38. TheThingNetwork, 2017 e id 2015
  39. Yu 2017 , p.  334
  40. Centenaro 2016
  41. Centenaro 2016 , p.  63
  42. Adelantado 2017 , p.  34
  43. Raza 2017 , p.  6
  44. Margelis 2015 , p.  1
  45. (en-GB) Smart Energy International , “  Wireless M-Bus abriendo nuevos caminos en aplicaciones industriales y de medición  ” , en Smart Energy International ,7 de septiembre de 2017(consultado el 26 de julio de 2019 )
  46. "  Wize, el estándar de IoT que perfora paredes y sótanos  " , en www.journaldunet.fr (consultado el 26 de julio de 2019 )
  47. Bardyn , 2016 , p.  30
  48. Yang , 2017 , p.  144-145
  49. Raza 2017 , p.  861
  50. Raza 2017 , p.  863
  51. lemagit 2016
  52. Hogar de Lora Alliance 2016
  53. Business Wire 2016

Bibliografía

Especificaciones

Publicación al comité de revisión

Varias publicaciones

Ver también

Artículos relacionados