Para que Internet de las cosas sea una realidad, esto es, cientos o miles de objetos de la vida cotidiana conectados y enviando información de su estado o entorno, es necesaria la aparición de nuevos estándares que solucionen los problemas que pueden surgir relacionados con el consumo de batería, el área de cobertura, interferencias en edificios, etc.
Eb los proyectos que involucran IoT ¿hay problemas de conectividad con una red WiFi debido a que las conexiones son complicadas, no hay infraestructura, no hay red o la señal es muy deficiente?, ¿existe otro modo de transmitir datos a una nube sin usar una señal WiFi o de telefonía celular? Si para la primera pregunta la respuesta fue afirmativa, se tiene una buena noticia que es afirmativa y que responde a la segunda pregunta, los estándares LPWAN.
Los estándares de comunicación LPWAN o Low Power Wide Area Networks, trabajan con redes inalámbricas de área extensa y bajo consumo energético para Internet de las cosas. Con las redes LPWAN no se pueden transmitir grandes cantidades de datos o información; pero sí hacerlo a grandes distancias, por ello resultan ideales para comunicaciones que impliquen pequeñas cantidades de datos como las que requieren los dispositivos inteligentes de las ciudades conectadas, fábricas inteligentes o los dispositivos de Internet de las Cosas de zonas aisladas.
Las redes LPWAN emplean diferentes frecuencias de transmisión y también responden a estándares propios. Algunas de las más importantes son las redes NB-IoT (Narrowband for the Internet of Things), ancho de banda estrecho para dispositivos conectados. Esta red, diseñada específicamente para el IoT, ya sufrió un importante avance el pasado año, cuando Vodafone y Deutsche Telekom efectuaron la primera conexión en roaming, y ya tiene previstos despliegues en no pocas regiones del planeta.
Las redes LTE-M son también importantes protagonistas en los últimos tiempos, y de hecho Orange ya trabaja con ellas para sus propios dispositivos conectados, mientras Vodafone apuesta por el NB-IoT. Las LTE-M están basadas en el 4G actual aunque con protocolos específicos y muy agresivos de ahorro de energía que hacen que estén apagados siempre que no necesiten transmitir. Con las LTE-M se obtienen velocidades de aproximadamente 100 kbit/s.
Además de estas redes, basadas en la infraestructura de comunicaciones telefónica móvil, hay otras como las RPMA, con un alcance de más de 10 kilómetros, como las redes ELTRES, o LoRaWAN, que emplean protocolos similares al WiFi, o como Sigfox, que llegan a los 600 bit/s de transmisión.
LoRaWAN es un protocolo de red que usa la tecnología LoRa para comunicar y administrar dispositivos LoRa, se compone de dos partes principalmente: gateways y nodos, los primeros son los encargados de recibir y enviar información a los nodos y los segundos, son los dispositivos finales que envían y reciben información hacia el gateway. LoRaWAN se puede usar en Conexiones punto a punto (P2P) o máquina a máquina, redes de sensores en ciudades, campo o industria, Redes IoT donde NO se requiere transferir voz o video, Tracking de vehículos, animales o personas, Redes privadas que no requieren conectarse a servicios en la nube o donde no hay cobertura celular. En resumen, es una tecnología muy flexible para solucionar diversos y variados problemas. Gracias a su largo alcance y bajo consumo esto la hace una tecnología barata y fácil de implementar.
SigFox, similar a LoRaWAN, es una red privada, es una compañía francesa fundada en 2009 que proporciona el servicio de red de cobertura amplia de bajo consumo. Fue creada para que funcione e interactúe con dispositivos de bajo consumo con tasas de transferencias de datos de hasta 12 bytes.
Estas son algunas de las más importantes y conocidas pero existen otras muchas como las redes EC-GMS-IoT, Weightless o las DASH7 que están de momento en fases muy primitivas de desarrollo.
En este TFG se podría hacer un estado del arte de todas ellas. Después se trabajaría con el estándar LoRaWAN, ya que el grupo de investigación RAAP cuenta con el primer Gateway de esta tecnología en Castilla-La Mancha, así como de múltiples nodos con los que poder hacer interesantes pruebas experimentales. En este TFG se realizaría un completo banco de pruebas, con la que el alumno resolvería un problema cercano a una aplicación real y conocería a fondo esta tecnología
Objetivos
Los objetivos principales de este TFG son conocer a fondo los nuevos estándares que posibilitan el despliegue de las redes LPWAN y realizar un despliegue de red experimental LoRaWAN en el que se incluyen un Gateway (instalado en el tejado del I3A) y distintos nodos, para realizar una evaluación del funcionamiento de esta tecnología.
Metodología
Inicialmente se distinguen las siguientes fases en el plan de trabajo:
- Estudiar los distintos estándares para redes LPWAN actuales
- Estudiar a fondo el estándar LoRaWAN
- Aprender el funcionamiento y programación del Gateway LoRaWAN, así como de los nodos disponibles para poder montar una red experimental de pruebas
- Plantear el escenario de pruebas simulando una aplicación real
- Realizar las pruebas
- Mostrar y explicar los resultados obtenidos
- Realizar las conclusiones del trabajo realizado y los posibles trabajos futuros
Competencias
[CO1] Capacidad para diseñar, desarrollar, seleccionar y evaluar aplicaciones y sistemas informáticos, asegurando su fiabilidad, seguridad y calidad, conforme a principios éticos y a la legislación y normativa vigente.
[CO11] Conocimiento y aplicación de las características, funcionalidades y estructura de los Sistemas Distribuidos, las Redes de Computadores e Internet y diseñar e implementar aplicaciones basadas en ellas.
[TI4] Capacidad para seleccionar, diseñar, desplegar, integrar y gestionar redes e infraestructuras de comunicaciones en una organización.
[TI6] Capacidad de concebir sistemas, aplicaciones y servicios basados en tecnologías de red, incluyendo Internet, web, comercio electrónico, multimedia, servicios interactivos y computación móvil.
[UCLM2] Capacidad para utilizar las Tecnologías de la Información y la Comunicación.
[UCLM3] Correcta comunicación oral y escrita.
[SIS3] Aprendizaje autónomo.