Diseño de una puerta de enlace de bajo costo con tecnología LoRa que sirve a múltiples dispositivos

Área de la Ciencia:

• Redes de comunicaciones inalámbricas
• Internet de las cosas (IoT)
• Ingeniería de radiofrecuencias

Sus antecedentes:

• Las redes de área amplia de baja potencia (LPWAN) enfrentan desafíos de escalabilidad y eficiencia debido a los numerosos dispositivos conectados.
• El protocolo ALOHA prevaleciente en las redes LoRaWAN contribuye a las colisiones de datos y limita la utilización del espectro.
• Las puertas de enlace de un solo canal existentes luchan con el rendimiento en entornos con redes coexistentes e interferencias.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y desarrollar una pasarela LoRaWAN de doble canal rentable para aplicaciones de Internet de las Cosas (IoT).
• Investigar la detección de actividad del canal (CAD) y la asignación dinámica del canal para la reducción de colisiones y la optimización del espectro.
• Evaluar el rendimiento de la puerta de enlace de doble canal propuesta en entornos reales propensos a interferencias.

Principales métodos:

• Desarrollo de una pasarela LoRaWAN de bajo coste y de doble canal.
• Implementación de algoritmos de detección de actividad de canal (CAD) y de asignación dinámica de canal.
• Pruebas experimentales en entornos con coexistencia de redes inalámbricas e interferencias.

Principales resultados:

• La puerta de enlace de doble canal logró una tasa de entrega de paquetes (PDR) superior al 94% en los factores de propagación SF7 a SF12.
• Se observaron mejoras significativas en el PDR y la reducción de la pérdida de paquetes en comparación con las pasarelas de un solo canal.
• Las puertas de enlace de un solo canal en condiciones idénticas mostraron un PDR entre el 80% y el 85%.

Conclusiones:

• La puerta de enlace LoRaWAN de doble canal propuesta mitiga efectivamente las colisiones y mejora la utilización del espectro.
• La puerta de enlace demuestra un rendimiento superior, en particular en entornos difíciles con múltiples redes coexistentes.
• Esta solución es factible y beneficiosa para las implementaciones de IoT de pequeña a mediana escala que requieren una transmisión de datos confiable.