Módulo LoRa vs. WiFi: ¿Cuál es mejor?

Introducción

¿Tu proyecto necesita mayor alcance que el que ofrece el WiFi? El WiFi suele ser insuficiente para muchos dispositivos IoT. Esta guía te ayudará a elegir. Analizaremos ambas tecnologías en paralelo para que encuentres el módulo LoRa que mejor se adapte  a tus necesidades. Así podrás tomar una decisión inteligente y bien fundamentada con total confianza.

¿Por qué elegir un módulo LoRa en lugar de WiFi?

Deberías optar por un módulo LoRa por su alcance inigualable y su bajo consumo de energía. He comprobado que el WiFi limita mucho el alcance y consume mucha energía, lo que lo hace poco práctico para muchos escenarios de IoT. Un módulo LoRa, en cambio, se comunica a más de 15 km y opera en frecuencias inferiores a un gigahercio.

La tecnología LoRa permite que los dispositivos funcionen durante años con una sola batería, algo que puedo confirmar personalmente gracias a nuestras implementaciones a largo plazo. En G-NiceRF  hemos demostrado que nuestro módulo LoRa con Arduino  es una alternativa fiable y económica al WiFi.

Es ideal para redes de sensores grandes y densas que requieren una eficiencia extrema. Cuando necesites comprar componentes de módulos LoRa para un proyecto importante, estos son los factores que realmente importan. La pregunta "¿Qué es un módulo LoRa?" se responde con su rendimiento superior en condiciones adversas.

¡Los fundamentos de un módulo LoRa!

A. ¡  Tecnología de modulación central y espectro ensanchado!

Exploremos los fundamentos de la tecnología LoRa. Verás cómo su modulación personalizada logra una distancia y fiabilidad asombrosas.

1.  Mecánica del espectro ensanchado por chirrido (CSS)

Esta es la técnica fundamental que hace posible la comunicación LoRa. Es una forma ingeniosa de enviar señales muy robustas.

§ Modulación de frecuencia lineal

This technique captures signal information by creating a chirp signal. The radio frequency in the modulation increases or decreases linearly over a set time. This method allows the Semtech LoRa module to engrave signals onto radio waves, which is how we achieve such clear long-distance communication. The SX1278 LoRa module is a great example of this in action.

§High Interference Immunity

LoRa technology is famous for its strong anti-interference performance. Its spread spectrum technology is a huge leap compared to older GFSK and FSK modulations. Therefore, your SX1278 LoRa module Arduino setup tends to work perfectly, in fact, even in systems with many disruptive signals. I've deployed them in noisy industrial environments without a hitch.

§Below -139dBm Noise

Floor Very high sensitivity allows the LoRa module to capture signals that are extremely weak. Most LoRa devices can receive data that is well below the noise floor. For instance, the sensitivity of an LoRa1276 module can be as low as -139dBm.

2. Adaptive Spreading Factors (SF)

This subsection will be about Spreading Factors. These configurations are used to optimize the communication range in relation to the data transfer speed.

§SF7-SF12 Range

The LoRa module operates on spanning factors from SF7 to SF12. The LoRa1276 C1 module can use a low factor like SF7, which results in higher data throughput. Conversely, a high factor like SF12 dramatically increases the range.

§Quasi-Orthogonal Signals

Different spreading factors are nearly orthogonal. This means signals using different SF settings do not interfere with each other. For example, an Adafruit LoRa module gateway can simultaneously receive multiple signals on the same channel.

§Data Rate vs Range

With LoRa, you have a trade-off. A device can achieve longer ranges but with lower data rates. For example, to maximize the LoRa module range, the data rate might need to be set as low as 293 bps.

3. LoRa Data Rate (ADR)

LoRaWAN uses Adaptive Data Rate as a core part of the system. ADR helps optimize the network's performance against the overall power usage of each device.

§Network-Managed Optimization

The network server automatically optimizes the data rate for every device. This improves the performance of the LoRa1276 C1 with no manual changes needed from you.

§Maximizes Battery Life

Devices are able to last over 10 years when optimally used in the field. ADR helps devices spare a significant amount of battery power, in particular when they are closer to a gateway.

§Dynamic Rate Adjustment

La velocidad de datos varía según las condiciones de conexión. La velocidad de datos de un dispositivo aumenta cuando está cerca de una puerta de enlace. Este proceso dinámico garantiza que el módulo ebyte LoRa funcione siempre de forma óptima.

4.  Ancho de banda de comunicación variable

El ancho de banda de comunicación es un factor clave. Afecta directamente a la velocidad de datos y a la sensibilidad del módulo.

-  Ancho de banda de señal de 125 kHz:  Un ancho de banda de 125 kHz es bastante común en un módulo LoRa. Esto proporciona un buen equilibrio entre velocidad de datos y alcance para muchas aplicaciones.

Compromiso entre ancho de banda y sensibilidad: Recuerde   que usar un mayor ancho de banda reduce ligeramente la sensibilidad del módulo LoRa rylr896. Debe encontrar el equilibrio según sus necesidades.

-  Reduce las colisiones:  El ancho de banda variable también ayuda a reducir las colisiones de señal dentro de la red. Esto permite que el sistema procese las transmisiones de manera más eficiente.

B.  Parámetros operativos de radiofrecuencia (RF).

Esta sección trata sobre las normas de radiofrecuencia. LoRa utiliza diferentes bandas sin licencia en todo el mundo.

1.  Bandas ISM globales sin licencia

Aquí nos centraremos en las diferentes bandas de frecuencia ISM. Estas se utilizan para las comunicaciones LoRa en varios países.

§ Europa 868MHz

En esta región, la banda más común para LoRa es la de 868 MHz. El módulo LoRa de 868 MHz  forma parte de la banda ISM y puede utilizarse para largas distancias. Un transmisor LoRa de 868 MHz está sujeto a las regulaciones locales sobre el ciclo de trabajo.

§ Norteamérica 915 MHz

Para la comunicación dentro de Norteamérica, la frecuencia designada es la banda de 915 MHz. Esto proporciona una conexión potente. Ofrecemos el módulo LoRa de 915 MHz, que cuenta con la certificación FCC  y cumple con todos los requisitos locales para un módulo LoRa de 915 MHz.

§ Asia 433MHz

En Asia se utiliza principalmente la banda de 433 MHz. Esta frecuencia tiene buena penetración en estructuras, por lo que el módulo LoRa de 433 MHz  funciona a la perfección en numerosos proyectos urbanos y de interior. Nuestro módulo LoRa de 433 MHz es muy popular en esta región.

2.  Sensibilidad excepcional del receptor

Esta sección analiza la extraordinaria sensibilidad del receptor de un módulo LoRa y cómo contribuye a lograr su increíble alcance.

§ Hasta -148 dBm

Muchos módulos LoRa alcanzan niveles de sensibilidad de -148 dBm, una de las mejores sensibilidades de recepción del mercado. Esta capacidad garantiza la recepción fiable incluso de las señales más débiles.

§ Presupuesto de enlace alto de 175 dB

Esta es una de las mayores ventajas de los dispositivos LoRa, ya que ofrece a los usuarios un margen de enlace de hasta 175 dB. Esto, junto con su alta sensibilidad, garantiza conexiones sólidas para su módulo LoRa rak3172.

§ Penetración de señal superior

El módulo LoRa de 433 MHz transmite señales fácilmente a través de obstáculos como paredes y suelos gruesos. Los módulos LoRa se conectan sin problemas dentro de estas barreras, manteniendo su plena funcionalidad. El alcance del módulo LoRa es impresionante incluso en interiores.

3.  Potencia de transmisión ajustable (Tx)

En esta sección, analizamos cómo se puede ajustar la potencia de transmisión. Esto le ayudará a optimizar el módulo LoRa para obtener el máximo alcance o la mayor duración de la batería.

§ Hasta +22 dBm

Muchos módulos admiten potencia de salida ajustable; algunos, como el módulo LoRa RA-02, alcanzan hasta +22 dBm. Este nivel de potencia es más que suficiente para lograr enlaces de larga distancia.

§ Control de potencia adaptativo

La red también puede ajustar automáticamente el nivel de potencia. Esta función ayuda a ahorrar la mayor cantidad de batería posible manteniendo una conexión estable. Es fundamental para lograr un rendimiento prolongado y sin problemas.

§ Corriente de transmisión baja de 18 mA

Con una salida de +10 dBm, la corriente de transmisión es de tan solo unos 18 mA. Esto demuestra el bajísimo consumo de energía del módulo, lo que lo hace ideal para dispositivos alimentados por batería.

C.  Estructura de datos y protocolos de seguridad.

En esta sección, nos centraremos en los paquetes de datos LoRaWAN. También abordaremos las medidas utilizadas para proteger los datos transmitidos.

1.  Enmarcado de paquetes LoRaWAN

Esta sección examina el paquete de datos en el sistema LoRaWAN, incluyendo el tamaño de su búfer y las comprobaciones de integridad.

§ Búfer FIFO de 256 bytes

Los módulos LoRa suelen tener un búfer FIFO de 256 bytes. Este almacena temporalmente los paquetes de datos entrantes y salientes, lo que ayuda a gestionar el flujo de datos en tu módulo LoRa Adafruit 32u4.

§ Preámbulo y encabezado

Cada paquete LoRa comienza con un preámbulo y una cabecera. El preámbulo permite que el receptor se sincronice con los datos entrantes. La cabecera contiene información importante sobre la carga útil del módulo LoRa sx1276, como su tamaño y tasa de codificación.

§ Integridad de la carga útil CRC

Los datos están protegidos mediante una comprobación de redundancia cíclica (CRC). El emisor calcula un valor CRC y el receptor lo verifica. Esto significa que su módulo LoRa sx1272 filtra automáticamente los paquetes corruptos.

2.  Topologías de red compatibles

Aquí verás las distintas maneras de organizar una red LoRa. Cada una tiene ventajas específicas para los sistemas IoT.

§ Arquitectura de Estrellas

Normalmente, LoRaWAN utiliza una topología de estrella de estrellas. Los dispositivos finales se comunican con las pasarelas en una red en estrella. Luego, las pasarelas envían datos a un servidor de red central, que forma una segunda estrella. Es una parte fundamental de la topología de LoRaWAN.

§ Enlaces punto a punto

Un módulo LoRa también puede utilizarse para la comunicación punto a punto. Esto resulta práctico para conectar directamente dos dispositivos y es frecuente verlo en sistemas básicos de control remoto.

§ Protocolo privado LoRa

Muchas aplicaciones de IoT utilizan módulos LoRa con un protocolo privado. Esto permite implementar funciones personalizadas dentro de la red. Incluso podemos ayudarle a definir un protocolo privado que se ajuste a sus necesidades específicas.

3.  Seguridad de datos integrada

La seguridad de la red LoRa se basa en varias herramientas integradas. Estas funciones protegen su red contra los ataques comunes a dispositivos IoT.

§ Estándar de cifrado AES128

Los módulos LoRa utilizan un cifrado AES128 robusto. Los datos se cifran desde el dispositivo final hasta el servidor de la aplicación. Esto garantiza la privacidad y seguridad de las comunicaciones de su módulo Murata LoRa.

§ Claves de autenticación del dispositivo

Todos los dispositivos deben usar claves de autenticación únicas. Esto garantiza que solo los dispositivos autorizados puedan acceder a la red. Esta regla ayuda a prevenir la suplantación de identidad al usar un módulo LoRa rak811.

§ Protección integral

Cada dispositivo cuenta con seguridad integral garantizada. Los datos de su aplicación se cifran desde el sensor hasta el servidor de la aplicación. La seguridad es una prioridad absoluta en todas las soluciones que ofrecemos.

D.  Componentes e interfaces de hardware clave.

Esta sección analiza el interior de un módulo LoRa. Consideraremos los chips principales y las interfaces utilizadas.

1.  Chips transceptores Core Semtech

En el corazón de la tecnología LoRa, todos los potentes módulos LoRa funcionan con chips Semtech. Estos ofrecen una alta eficiencia para satisfacer las demandas del mercado.

§ SX1262 y SX1268: En cuanto a eficiencia, los chips SX1262 y SX1268 son difíciles de superar. Un módulo LoRa SX1262 es perfecto para dispositivos IoT alimentados por batería gracias a su bajo consumo y alta sensibilidad. Un módulo LoRa LLCC68 también se ajusta a esta categoría. 

§ SX1276 y SX1278: Los transceptores SX1276 y SX1278 son algunos de los más populares de LoRa. Estos módulos tienen un precio razonable y un buen rendimiento, lo que los hace ideales para diversos dispositivos IoT. El módulo LoRa SX1276 para Arduino es una opción común entre los makers. 

§ LR1121 de doble banda: El chip LR1121 admite las bandas sub-GHz y de 2,4 GHz, una característica clave para aplicaciones globales. Utilizamos estos chips en nuestros dispositivos LoRa más adaptables. 

2.  Interfaces de comunicación física

Esta sección describe las principales conexiones físicas para conectar un módulo LoRa a un microcontrolador u otro dispositivo. La distribución de pines del módulo LoRa es fundamental.

§ SPI para transceptores: La mayoría de los módulos transceptores utilizan una interfaz SPI. SPI permite la comunicación dúplex completa. Esto permite acceder directamente a los registros del chip LoRa a través del módulo LoRa STM32. 

Comunicación serie UART: Muchos módulos completos utilizan una interfaz UART. El módulo LoRa RYLR998 de 868/915 MHz con interfaz UART es un excelente ejemplo que simplifica el desarrollo. Un módulo LoRa estándar suele ofrecer esta opción . 

§ RS232/RS485 industrial: Para entornos industriales exigentes, se suelen utilizar interfaces RS232 y RS485. Se eligen por su capacidad para gestionar largas distancias y proporcionar la máxima fiabilidad. 

3.  Osciladores de cristal de alta precisión

Cada módulo LoRa depende de una fuente de reloj precisa para una comunicación estable. Utilizamos osciladores de cristal de alta calidad en todos nuestros módulos.

§ Estabilidad TCXO de 0,5 ppm: Un oscilador de cristal con compensación de temperatura (TCXO)  con una estabilidad de 0,5 ppm proporciona una fuente de reloj muy precisa, incluso cuando las temperaturas cambian. 

Cristal de activación de 64 kHz: Un cristal de 64 kHz es muy útil para tareas de bajo consumo. Puede activar el microcontrolador desde un modo de suspensión profunda, ahorrando así valiosa batería para su módulo LoRa Reyax. 

§ Características térmicas de baja deriva: Todos los componentes se eligen por su baja deriva térmica. Esto es importante para mantener estables los parámetros de comunicación en un amplio rango de temperaturas. 

E.  ¡Aplicaciones industriales de alta potencia con LoRa6500Pro!

Nuestro LoRa6500Pro está diseñado para los trabajos industriales más exigentes. Ofrece una potencia increíble y funciones de red avanzadas.

1.  Potencia de salida máxima de 5 W

Este módulo LoRa de alta potencia está diseñado para aplicaciones que requieren el máximo alcance y potencia. Le ahorra tiempo y costes al evitar la implementación de gateways adicionales.

§ Potente transmisor de +37 dBm

Este módulo ofrece una transmisión potente de +37 dBm, equivalente a una potencia de salida de 5 W. Lo hemos diseñado para aplicaciones que requieren el mayor alcance y la mejor penetración de señal.

§ Área abierta de más de 15 km

Con esta potencia, se puede alcanzar un alcance de más de 15 km en espacios abiertos. Este alcance extremo resulta útil en agricultura o monitorización remota. Utilizando un módulo LoRa de 1 W como este, se pueden cubrir grandes áreas con un mínimo de gateways.

§ Amplio rango de 9-30 V

Con un rango de voltaje de 9 V a 30 V, el módulo funciona con facilidad, lo que simplifica su aplicación en diversos sistemas de alimentación industrial. Nuestro diseño garantiza un funcionamiento estable con una amplia gama de fuentes de alimentación.

2.  Redes de malla avanzadas con LoRa6500Pro

Puedes usar este módulo para aprender más sobre las redes Mesh . Esta capacidad avanzada permite que los módulos formen una red autorreparable de amplia cobertura que no está limitada por la distancia.

§ Función de enrutamiento automático

Gracias a las capacidades de malla, los módulos adquieren la capacidad de enrutamiento autónomo. Cada módulo se convierte en un enrutador potencial para los demás. Los paquetes de datos encuentran la ruta más óptima hacia su destino a través del módulo LoRa RYLR998.

§ Nivel de salto ilimitado

With a Mesh network, coverage can be extended with an unlimited number of hops. Each module passes data to the next one, so distance is no longer a constraint. This is a powerful feature we have used to build large, seamless networks.

§Blind-Zone-Free Coverage

A network of multiple modules has no blind zones. This works well for large buildings or complex industrial areas. Reliable communication is possible everywhere with a LoRa module with antenna.

3. Robust Industrial-Grade Design In LoRa6500Pro

This section analyzes the design features that make our module sturdy enough for industrial use.

§Integrated ESD Protection

The module's sensitive electronics are protected with integrated ESD. This protection guards the module against electrostatic discharge. Because we pay great attention to design, you can count on its reliability for industrial automation.

§-40°C To +85°C

These modules have been thoroughly tested across extreme temperature ranges. They will perform reliably whether in a frozen warehouse or a hot factory floor.

§RoHS And Reach Certified

You are assured that our LoRa6500Pro module is certified. We make sure it is compliant with both RoHS and Reach standards for environmental safety.

4. Multi-Level Interface Options In LoRa6500Pro

The different interface levels are described here. They provide flexibility for connecting to various industrial systems.

- TTL Level Support: Microcontrollers can connect with modules easily via TTL. This is a straightforward interface for most embedded applications.

- RS232 Standard: In addition, a standard RS232 serial interface is provided for legacy industrial equipment.

- RS485 For Long Distances: You can use RS485 for wired installations over very long distances. It is a robust standard for industrial networking.

LoRa Module vs. WiFi: A Range Comparison!

This section will compare the communication range of LoRa and WiFi. You will appreciate how LoRa technology triumphs over what WiFi offers for IoT.

· 15-20km Rural: In our rural trials, our modules consistently achieved a range of 15 to 20 km. This is helpful in smart agriculture or environmental monitoring. A single gateway can cover a large expanse of land. A LoRa transmitter and receiver is a great value for your project.

· 2-5km Urban: Our studies show LoRa is best for urban settings, as it can reach 2 to 5 km even with large obstacles. The sub-gigahertz signal penetrates buildings much better than the 2.4 GHz WiFi signal. You can link sensors throughout a smart city and access them using a LoRa module for long range connectivity without needing many access points.

· Deep Penetration: We have deployed sensors in WiFi-inaccessible zones like basements and underground vaults. This is possible due to the excellent signal penetration of a long range LoRa module. These are ideal for smart metering and infrastructure monitoring. The value of a what is LoRa module becomes clear here.

· Single-Hop Wireless: Our networks are designed in a straightforward single-hop manner to improve reliability. End nodes communicate directly to one or more gateways. This approach helps maintain lower latency and reduces points of failure compared to multi-hop Mesh networks. This knowledge helps to explain how LoRa module works.

· Star-Of-Stars Topology: For most large-scale deployments, we encourage a star-of-stars topology for its scalability and robustness. End nodes form a star around gateways. The gateways then connect to the central network server, which is an essential part of the core LoRa topology.

LoRa Module vs. WiFi: Technical Comparison!

Power Consumption Of A LoRa Module!

The key figures below make an incredibly compelling case as to why LoRa reigns supreme for battery-powered devices. The LoRa module power consumption is a major advantage.

· 1.3µA Sleep Current: Our specially designed firmware for the SX1278 LoRa module optimizes for a very low sleep current of 1.3µA. This allows the device to sleep while the Real-Time Clock operates, guaranteeing an extended battery lifespan for your IoT sensors.

· 10+ Year Battery: A single battery lasting over a decade is a feat we have achieved with some of our devices. This is possible due to the low power LoRa module design. This drastically decreases maintenance cost, making it a cheap LoRa module solution in the long run.

· Low 18mA Transmit: When sending signals at +10dBm, we have recorded the transmit current at a low 18mA. This is very efficient even when the device is active. This capacity is crucial for your Bluetooth LoRa module.

· Adaptive Power Level: Battery life is extended due to the automated adaptive power level feature. The system automatically adjusts the device's power based on its distance from the gateway. This makes your LoRa1276 C1 module even more efficient.

•  Recepción FSK de 4,2 mA: El consumo de corriente durante la recepción FSK es muy bajo. 4,2 mA es un consumo mínimo, lo que demuestra la alta eficiencia de alimentación de su módulo GPS LoRa. 

¡Comparativa del consumo energético de los módulos LoRa!

¡5 consejos para seleccionar el mejor módulo LoRa por WiFi!

Elegir el módulo LoRa adecuado para tu proyecto es fundamental para el éxito. Te ofrecemos 5 consejos para ayudarte a tomar la mejor decisión.

•  915 MHz Norteamérica: Si su proyecto se encuentra en Norteamérica, debe seleccionar un módulo para la banda ISM de 915 MHz. Este es un requisito legal. Ofrecemos un módulo LoRa con certificación FCC para que su producto esté listo para el mercado. Con nuestro módulo LoRa de 915 MHz,  tendrá la seguridad de estar listo para su uso. 

·  868 MHz Europa: Para implementaciones en Europa, un módulo LoRa de 868 MHz es la opción ideal. Esta banda está disponible para usos de IoT en esta región. Ofrecemos módulos con certificación CE-RED para garantizar que su módulo LoRa de 868 MHz cumpla con la normativa. 

Salida de +37  dBm: Para distancias muy largas, se recomienda la salida de +37 dBm de un módulo LoRa de alta potencia. Este nivel de potencia de 5 W está disponible en nuestro LoRa6500Pro. Para las aplicaciones de control remoto más exigentes, recomendamos un módulo LoRa de 1 W como este. 

Certificación FCC/CE-RED: Usar  un módulo LoRa certificado reduce el riesgo y acelera la comercialización. Las pruebas regulatorias pueden ser complejas y costosas si un módulo no cuenta con certificación previa. Los módulos LoRa de Microchip son una excelente opción. 

Interfaz SPI/UART: Un  módulo LoRa con interfaz SPI o UART es el más fácil de usar. Para integrarlo con un módulo LoRa en Raspberry Pi o un LoRa1276 C1, nuestros ingenieros ofrecen código de ejemplo y soporte, lo que simplifica el proceso. 

¡Preguntas frecuentes!

Presentamos respuestas a preguntas frecuentes para ampliar sus conocimientos sobre la tecnología LoRa.

¿Cuál es el alcance máximo de un módulo LoRa de 22 dBm?

Según nuestra experiencia, un módulo de 22 dBm puede alcanzar entre 10 y 15 km en condiciones de línea de visión directa. La ganancia de la antena y el terreno pueden influir en la distancia total. Una prueba de alcance LoRa es la forma más eficaz de comprobarlo en condiciones reales.

¿Qué es el protocolo de dispositivo LoRaWAN Clase A?

El dispositivo LoRaWAN de Clase A es el que ofrece mayor autonomía. Lo utilizamos en la mayoría de nuestros módulos de sensores. Los dispositivos envían un mensaje de enlace ascendente y, a continuación, abren dos breves ventanas de enlace descendente para recibir mensajes. Este diseño de protocolo prolonga la duración de la batería en todos los dispositivos LoRaWAN.

¿LoRa admite las bandas de 2,4 GHz y sub-GHz?

Sí, algunos chips LoRa avanzados, como el LR1121, son compatibles tanto con el módulo LoRa de 2,4 GHz como con las bandas sub-GHz. Los módulos de doble banda que ofrecemos brindan esta flexibilidad. La banda sub-GHz proporciona el máximo alcance, mientras que la de 2,4 GHz ofrece velocidades de datos más altas.

¿Qué velocidad de datos ofrece el Factor de Propagación 12?

El factor de propagación 12 (SF12) ofrece el mayor alcance, pero la menor velocidad de datos LoRa. Las pruebas indican que esta velocidad ronda los 293 bps. Es ideal para sensores estáticos que transmiten paquetes de datos pequeños con poca frecuencia, maximizando así el alcance en una red LoRa de radiofrecuencia.

¿La banda ISM de 868 MHz no requiere licencia en Europa?

Sí, en Europa, la banda de 868 MHz es una banda ISM sin licencia. Por eso la utilizamos para nuestros clientes europeos. Esto significa que pueden implementar sus dispositivos con un módulo LoRa de 868 MHz sin pagar tarifas de licencia de espectro, lo que la convierte en una solución de bajo coste.

Conclusión

LoRa ofrece un alcance superior y un consumo energético muy bajo para proyectos de IoT donde el WiFi no puede competir. Ahora conoce las principales diferencias técnicas para elegir con confianza el módulo LoRa más adecuado  . Para encontrar la solución perfecta, nuestro equipo está a su disposición. Puede obtener más información sobre nuestros productos en G-NiceRF .