Amazon Web Services (AWS) IoT para LoRaWAN: tendencia clave de IoT para 2023 y más allá

AWS IoT es la plataforma revolucionaria de Amazon para respaldar implementaciones a gran escala de dispositivos IoT. Los dispositivos y las puertas de enlace de IoT no solo se pueden configurar, organizar y administrar a través de esta plataforma, sino que AWS IoT también proporciona una integración perfecta con los importantes recursos informáticos y de almacenamiento de los servicios basados en la nube de AWS, entre los que se incluyen:

• Amazon S3
• AWS Appsync
• Amazon SageMaker
• Análisis de AWS IoT
• Amazon CloudFront.

En 2020, Amazon Web Services estableció una importante asociación de colaboración con LoRa Alliance que ha llevado al lanzamiento de AWS IoT Core para LoRaWAN. Esto representa un avance significativo en la adopción de la tecnología de red LoRaWAN, que ahora podría convertirse fácilmente en líder del mercado y establecer estándares de la industria para IoT. También es probable que Amazon aumente su cuota de mercado y haga avances para convertirse en un proveedor dominante de servicios de IoT.

Donna Moore, directora ejecutiva y presidenta de LoRa Alliance, dijo sobre la colaboración: "La rápida aceleración del crecimiento en las redes LoRaWAN privadas y públicas ha sido clave en la expansión de las implementaciones de LoRaWAN en todo el mundo. El lanzamiento de AWS IoT Core for LoRaWAN por parte de AWS ofrece una solución innovadora para acelerar las implementaciones de redes privadas al ofrecer un método simple, confiable y basado en la nube que permite a los clientes implementar redes LoRaWAN privadas de manera fácil y rentable".

En esta guía completa se explica qué es AWS IoT Core para LoRaWAN y cómo se puede utilizar para conectar y administrar dispositivos y gateways de LoRa IoT. También explora cómo funcionan las redes LoRa y las características de la tecnología de redes LoRaWAN que las hacen competitivas.

LoRaWAN es una solución de red de IoT común

LoRaWAN es una solución de red líder en IoT que ha eclipsado a otras  tecnologías de redes de área amplia de baja potencia (LPWAN) como Bluetooth o WiFi para redes IoT. Los dispositivos IoT suelen estar basados en sensores, funcionan con baterías y transmiten sus datos a largas distancias. LoRa es una tecnología de red que puede cumplir con los requisitos de este tipo de dispositivo IoT común, exactamente como proporciona conectividad a largas distancias mientras consume muy poca energía. LoRaWAN ya tiene una reputación establecida por su rendimiento en el soporte de aplicaciones de IoT tan diversas como el monitoreo ambiental en granjas y edificios y la telemetría de equipos industriales.

¿Qué es AWS IoT?

AWS IoT es una plataforma de red de IoT proporcionada por Amazon Web Services (AWS). Los sensores y dispositivos de IoT en red pueden conectarse a través de AWS IoT para intercambiar datos que se pueden procesar, analizar y almacenar utilizando la importante potencia informática de la nube de AWS.

Se puede utilizar únicamente para la conexión y administración de dispositivos IoT o en asociación con los servicios en la nube de AWS para crear software para soluciones de IoT llave en mano. AWS IoT también es capaz de administrar la integración con otras aplicaciones y redes de IoT, lo que significa que las tecnologías más adecuadas y actualizadas se pueden utilizar en soluciones de IoT para consumidores, el sector comercial y la industria.

AWS IoT se puede utilizar con cuatro protocolos clave de IoT que se utilizan para la transferencia de datos de dispositivos y aplicaciones de IoT a AWS IoT Core:

• Red de área amplia de largo alcance (LoRaWAN)
• Cola de mensajes y transporte de telemetría (MQTT)
• MQTT sobre Websockets Secure (WSS)
• Protocolo de transferencia de hipertexto - Seguro (HTTPS)

El resto de este artículo se ocupará de AWS IoT Core para LoRaWAN como medio de transferencia de datos de AWS IoT.

AWS IoT Core para LoRaWAN

AWS IoT Core for LoRaWAN es una nueva característica de AWS IoT que permite la conexión directa de dispositivos IoT inalámbricos que utilizan LoRa con acceso a la nube de AWS. Proporciona un medio robusto y seguro para conectar dispositivos IoT a la nube sin necesidad de proporcionar y configurar un servidor intermediario. Se utiliza para administrar los dispositivos IoT conectados y las puertas de enlace en una red. Los clientes de AWS pueden configurar sus propias redes LoRaWAN privadas con AWS IoT para administrar los dispositivos de sus participantes a escala para aplicaciones empresariales y comerciales. AWS IoT Core for LoRaWAN puede admitir miles de millones de dispositivos con un rendimiento de mensajes de billones, lo que permite dirigir los datos a destinos específicos en la nube de AWS de forma segura y coherente. A continuación, los servicios de AWS se pueden utilizar para actuar sobre los datos transferidos desde los dispositivos LoRaWAN conectados.

AWS IoT Core para LoRaWAN no requiere un servidor de red (LNS) de LoRaWAN

En el caso de los dispositivos LoRaWAN, AWS IoT Core for LoRaWAN significa que no se requiere un servidor de red LoRaWAN (LNS) para establecer una conexión de datos. La provisión de servidores de red puede ser un desafío con redes LoRa privadas que requieren el gasto y la experiencia para configurar un servidor interno o pagar por un LNS administrado. Con AWS IoT Core para LoRaWAN, los ingenieros de redes ahorran el tiempo y las complejidades de la LNS al conectar dispositivos y gateways directamente a AWS de una manera casi plug-and-play.

Acerca de LoRa

LoRaWAN es un protocolo de red de área amplia y baja potencia (LPWA) especificado por LoRa Alliance. Fue desarrollado en Francia y luego vendido a la empresa estadounidense Semtech. Ahora está supervisado por la LoRa Alliance, que publica los protocolos y estándares de red LoRa.

Esta tecnología de red inalámbrica se utiliza para conectar sensores alimentados por baterías y dispositivos IoT a Internet para que puedan transferir los datos que han generado y gestionarse de forma remota. Las LoRaWAN son capaces de soportar un flujo bidireccional de tráfico y las redes varían en escala y alcance. LoRaWANS abarca cualquier cosa, desde redes locales hasta cobertura de grandes regiones o incluso países. Las redes LoRa también pueden admitir funciones que son críticas para las redes de IoT, incluido el cifrado de extremo a extremo, la movilidad y el seguimiento, y la localización de los nodos de la red de transmisión.

LoRa opera en las partes sin licencia del espectro radioeléctrico, lo que lo convierte en un método rentable para admitir un gran número de conexiones de dispositivos IoT. Utiliza la modulación Chirp Spread Spectrum (CSS) para ajustar el ancho de banda de los datos transferidos para una velocidad y un consumo de energía óptimos. El protocolo de red LoRaWAN es de código abierto, lo que significa que cualquiera puede usarlo para configurar su propia red LoRaWAN. Los conjuntos de chips LoRa utilizados en dispositivos IoT han disminuido de tamaño y mejorado en el consumo de energía con el tiempo, lo que ha llevado a la adopción generalizada de esta tecnología.

Las redes LoRaWAN proporcionan mucho menos ancho de banda que otras tecnologías inalámbricas para IoT. Lo compensa a través del método de modulación que utiliza, el Chirp Spread Spectrum (CSS). Su forma de onda de banda estrecha es resistente a las interferencias y significa que los datos se pueden transferir a largas distancias, ya que las ondas de radio no pierden energía tan rápidamente como las señales de banda ancha.

Características notables de LoRaWAN:

1. Como su nombre indica, la tecnología LoRaWAN puede soportar comunicaciones de largo alcance que pueden superar las 10 millas (16,1 km) donde hay una línea de visión.
2. La señal LoRa tiene una penetración profunda en el edificio.
3. También es capaz de soportar redes de alta capacidad.
4. Las redes LoRaWAN tienen un bajo consumo de energía, lo que las hace ideales para dispositivos alimentados por batería que pueden no transmitir con frecuencia. La duración de la batería de hasta 10 años es común y se puede mejorar mediante ajustes en la latencia y la cantidad de datos transmitidos por el dispositivo en una sola transmisión.
5. Estas redes y los participantes tienden a ser de bajo mantenimiento.
6. Los costos son más bajos que los de las soluciones de redes celulares para IoT
7. La velocidad de datos de las redes LoRa es de 0,3 kbit/seg a 37 kbit por segundo
8. El tamaño máximo de la carga útil está limitado a 241 bytes.
9. La modulación CSS permite ajustar el ancho de banda utilizado.
10. Las transmisiones de datos LoRa son resistentes a las interferencias dentro y fuera de banda, al desvanecimiento y al desplazamiento Doppler
11. LoRa puede proporcionar localización a través de nodos participantes en lugar de GPS que consume mucha energía, lo que ahorra batería y costos.

Estructura de red de AWS IoT Core para LoRAWAN

Las redes LoRa de Amazon Web Services tienen una  topología de red de estrella de estrellas. Las gateways LoRaWAN y los dispositivos IoT se conectan directamente a AWS IoT Core, que es el centro o hub de la red. Se trata de una topología híbrida que tiene grupos de redes de inicio configuradas como nodos que rodean un concentrador central o un nodo raíz. Es este nodo central el que controla la red y gestiona los flujos de datos. Esta topología es ventajosa porque es fiable, flexible y fácil de escalar. Las fallas en la red están contenidas dentro de un subconjunto particular de nodos y no derriban toda la red.

Los dispositivos IoT descendentes se comunican con AWS Core a través de gateways LoRaWAN conectadas y administradas por AWS IoT.

• Los dispositivos IoT de los participantes utilizan el protocolo de comunicación LoRa para conectarse y transferir datos a su puerta de enlace LoRaWAN más cercana.
• Las gateways LoRaWAN están conectadas directamente a AWS Core. Esto se logra utilizando LoRa Basics Station, un software de puerta de enlace patentado desarrollado por Semtech que se utiliza para administrar y transferir los flujos de datos desde los dispositivos posteriores al AWS Core.
• A continuación, AWS IoT Core for LoRaWAN administra las gateways de LoRaWAN y los dispositivos IoT participantes de acuerdo con los protocolos y políticas de dispositivos IoT. AWS IoT puede comunicarse a través de la puerta de enlace con los dispositivos y también reenviar datos a destinos específicos basados en la nube. AWS IoT Core también puede enviar datos a otras aplicaciones y servicios permitidos mediante una variedad de técnicas de mensajería.

Más sobre LoRa Basics Station

LoRa Basics Station es un software de código abierto que utilizan las gateways de LoRa para conectarse a AWS Core for LoRa o a un servidor de red LoRa (LNS) en configuraciones de red alternativas (IoT). Ha reemplazado al reenviador de paquetes UDP y ahora proporciona la forma preferida de conectar puertas de enlace para que puedan transferir datos para la computación periférica o basada en la nube. El protocolo utilizado está diseñado para simplificar la gestión de la red IoT, especialmente cuando son grandes. LoRa Basics Station tiene ventajas clave que incluyen:

• Una interfaz central para actualizar y configurar la puerta de enlace
• Provisión de seguridad de la capa de transporte (TLS) y autenticación basada en tokens
• Gestión del plan de canales

Conexión de gateways y dispositivos a AWS IoT Core for LoRaWAN

Solo las gateways y los dispositivos aprobados se pueden conectar a AWS IoT Core for LoRaWAN. AWS proporciona un catálogo de dispositivos de socios que describe las puertas de enlace y los dispositivos calificados que son compatibles con LoRaWAN AWS IoT Core. Las gateways y los dispositivos se agregan a AWS Core a través de la interfaz de la consola. Existe una alternativa a la API inalámbrica para agregar un gran número de dispositivos y gateways a AWS IoT Core de una manera más eficiente y automatizada.

Las gateways, los dispositivos, los perfiles y los destinos que están conectados a AWS Core for LoRaWAN tienen convenciones de nomenclatura específicas, y AWS asigna ID únicos a cada componente de la red que se pueden editar a algo más específico para ayudar a administrar las redes más fácilmente. Los componentes de red también se pueden etiquetar a través del núcleo central de AWS.

Procesamiento de datos de dispositivos IoT por parte de AWS IoT Core para LoRaWAN

Los datos enviados por los dispositivos IoT a AWS a menudo se codifican para conservar el ancho de banda. Los proveedores de dispositivos a menudo tienen idiosincrasias únicas que son específicas del dispositivo o la versión de LoRaWAN que utiliza el dispositivo. Si se utilizan otros servicios en la nube de AWS en el procesamiento o la administración de los datos, es posible que sea necesario convertirlos a un formato compatible.

AWS IoT Core for LoRaWAN tiene una funcionalidad que puede decodificar los mensajes de los dispositivos, presentándolos en un formato que puede ser utilizado fácilmente por otros servicios web de Amazon. Las reglas necesarias para decodificar los datos de los dispositivos IoT se pueden configurar a través de AWS IoT Core for LoRaWAN proporcionando el formato de datos utilizado por el dispositivo IoT, el servicio que utilizará los datos transferidos y el formato que requiere el servicio de destino.

Las antenas son hardware de misión crítica para AWS IoT Core para LoRaWAN

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Antenas LoRa de Data Alliance para AWS IoT Core para redes LoRaWAN

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