El ejemplo admonitorio de Loran y LoRaWAN

Advertencia: No confunda LoRaWAN con Loran. Ambos tienen historias fascinantes sobre cómo las tecnologías de conectividad y comunicaciones se convierten en ganadoras, y otras, en reliquias idealizadas. Si bien Loran ha cedido ante las soluciones basadas en satélites, LoRaWAN está superando cómodamente la adopción de NB-IoT, Sigfox y LTE-M para determinadas aplicaciones. Pero es importante respaldar los sistemas desfavorecidos como alternativas de casos de uso y soportes sólidos.

Hace casi 20 años, el Departamento de Seguridad Nacional de Estados Unidos desactivó la navegación de largo alcance conocida como Loran, y la nación pasó a depender principalmente de los GPS (sistemas de posicionamiento global) basados en satélites y de los radares para la navegación marina y aeronáutica. El sistema Loran de la Segunda Guerra Mundial utilizaba una red global de torres terrestres que transmitían sincrónicamente señales de radio a los receptores. Luego, este último comparó los tiempos de llegada de la señal de las torres más cercanas para determinar la ubicación geográfica con una precisión asombrosa.

Muchos expertos en seguridad y entusiastas de las comunicaciones lamentaron el abandono de Loran, ya que proporcionaba un respaldo terrestre simple y sólido para la navegación sin ninguna de las vulnerabilidades de los sistemas basados en satélites. El reemplazo digital eLoran no ha logrado ganar mucho terreno.

Es irónico que la tecnología llamada LoRaWAN (que significa red de área amplia de largo alcance) esté ahora desplazando a otras tecnologías competitivas en su campo de aplicación.

Figura 1: Loran-C, la última iteración de Loran cuando todavía funcionaba, utilizó el rango de frecuencia de 90 a 110 kHz para respaldar la extracción de datos. LoRaWAN utiliza el rango de frecuencia de 863 a 928 MHz para transmitir datos. (Fuente de la imagen: Lisa Eitel)

LoRaWAN es una tecnología de comunicación de alta eficiencia similar a un tipo de Wi-Fi de largo alcance y bajo consumo de datos para dispositivos IoT (internet de las cosas) en agricultura, servicios públicos y aplicaciones de seguimiento industrial. En resumen, emplea señales inalámbricas del protocolo de capa física en un espectro de frecuencia estrecho de 863 a 928 MHz (y la frecuencia exacta depende de la región) para transportar datos a lo largo de unos pocos kilómetros en entornos urbanos y mucho más allá de 10 km en entornos rurales. La modulación alrededor de una frecuencia central transporta datos de una manera relativamente inmune a la interferencia, incluso a lo largo de kilómetros y a través de diversas estructuras.

La adopción industrial y gubernamental ha sido constante, especialmente durante la última década. Las soluciones LoRaWAN basadas en LoRa pueden ser más rentables que las soluciones basadas en redes celulares, en parte porque LoRaWAN no depende de satélites en el espacio para operar. Además, sus componentes de red son asequibles, al igual que la proporción de capacidades LoRaWAN a los dispositivos. En este caso, el uso de frecuencias de radio sin licencia por parte de las tecnologías LoRa significa que los proveedores de componentes pueden implementar soluciones sin las barreras regulatorias de otras soluciones.

Figura 2: Los chips de RF (radiofrecuencia) sub-GHz SX1250 funcionan con el motor de banda base SX1302 de Semtech para permitir a los ingenieros diseñar puertas de enlace para redes LoRa de malla local o punto a punto, o redes LoRaWAN más potentes y de mayor alcance. Cubren cualquier banda de frecuencia por debajo de 1 GHz para admitir el uso de varias bandas sin licencia empleadas para aplicaciones de IoT. (Imagen: Semtech Corp.)

En una revancha victoriosa para los humildes (valga el juego de palabras) sistemas terrestres, el creciente dominio de LoRaWAN en las comunicaciones inalámbricas de IoT ha desplazado a la IoT de banda estrecha (NB-IoT) basada en celulares y a LTE-M en algunas aplicaciones. De hecho, LoRaWAN parece haber triunfado también sobre Sigfox.

Figura 3: Con el uso de una técnica de modulación LoRa, este transceptor de RF mantiene una sensibilidad de más de -148 dBm. Esto, sumado a un amplificador de potencia integrado de +20 dBm, lo convierte en una solución rentable de amplia aplicación. (Imagen: Semtech Corp.)

Tanto NB-IoT como LTE-M utilizan espectro con licencia y transmisión celular para transportar datos de hasta 250 kbps y 1 Mbps respectivamente. Funcionan a largas distancias y consumen solo un poco más de energía que otras opciones de protocolo de IoT para impartir conectividad a edificios inteligentes, interfaces de servicios públicos, dispositivos electrónicos portátiles y rastreadores de activos.

Al igual que LoRaWAN, la red de alta eficiencia Sigfox utiliza un espectro sin licencia para comunicar datos de 100 a 600 bps para aplicaciones intermitentes con datos bajos, como monitoreo de sistemas, alarmas remotas de máquinas, sistemas y seguimiento de ubicación simple. Pero el retraso en la adopción puso a Sigfox en dificultades financieras. Con sede en Singapur, UnaBiz ahora es propietaria de Sigfox y ha anunciado varios desarrollos nuevos durante el último año.

Afortunadamente, nunca hemos visto fallas de satélites de comunicaciones a gran escala causadas por sabotaje intencional, desechos espaciales u otras condiciones climáticas espaciales que involucren los efectos electromagnéticos de las erupciones solares, como la radiación y las tormentas geomagnéticas, por lo que nuestra hiperdependencia de estos satélites para la navegación (y el abandono del viejo Loran) no se ha cuestionado. Tampoco han surgido todavía vulnerabilidades evidentes a partir de la estandarización de LoRaWAN. Sin embargo, beneficia a las industrias cuando sistemas elegantes como Sigfox crean competencia.