Control No. 2 Internet de las Cosas

Nombre: Pablo Palacios

Cesar Azurdia

Control No. 2

Internet de las Cosas

EMC250

1. Explique en forma detalladas las características generales  de las Low Power, Wide Area Networks (LPWAN).  ¿Por qué estas tecnologías son únicas en comparación a otras tecnologías tradicionales?

Las características principales de esta tecnología son:

Largo alcance: Esta tecnología permite que los nodos finales y sensores se encuentren a distancia mayores de 10 Km del Gateway en espacio abierto, dependiendo de qué tipo de tecnología LPWAN es usada esta distancia puede variar, esto es beneficioso para llegar a lugares remotos donde no se puede llegar con tecnologías tradicionales.

Baja tasa de transmisión de datos: Dependiendo de la tecnología LPWAN,  la tasa de transmisión de datos es menor que 5000 bits por segundo, ya que los datos enviados son por parte de los sensores y actuadores, y estos datos solo están entre 20 y 256 bytes por mensaje, y no es constante, sino solo algunas veces al día, dependiendo de la aplicación.

Bajo consumo de energía: Tiene una batería de larga duración, de aproximadamente entre 5 y 10 años, debido a varias características como bajo requerimiento de ancho de banda, Esquemas de modulación de bajo orden y baja tasa de datos.

Lo que lo hace única comparada con las tecnologías tradicionales, son para el tipo de aplicación que está dirigida, lugares remotos, conexiones de media y alta densidad, y la más importante diferencia, el alcance y el bajo consumo de energía que necesitan, todo esto combinado con un mínimo ancho de banda necesario solo para envío de tramas pequeñas.

1. Explique en forma detallada las características técnicas que permiten que las LPWAN  sean de largo alcance y bajo consumo de energía.

Las características que permiten que LPWAN sean de largo alcance y bajo consumo de energía son:

Bajo requerimiento de ancho de banda: Como los datos a enviar por parte de los sensores son tramas pequeñas y solo varias veces al día, el ancho de banda requerido es bajo, comparado con otras tecnologías, lo que hace factible el bajo consumo de energía y el largo alcance, ya que la comunicación entre el nodo final y el Gateway no va a ser constante.

Esquema de modulación de bajo orden: El esquema de modulación de bajo orden va a permitir que tengamos mayor energía por símbolo y por bit, esto hace que sea la transmisión y datos sean menos susceptible al ruido, permitiendo el largo alcance, y como la transmisión no es constante, el consumo de energía no será constante tampoco.

Baja tasa de transmisión de datos: La baja tasa de transmisión de datos está ligada directamente al bajo consumo de energía, necesaria solo para enviar varios bits por día, haciendo eficiente energéticamente,

1. ¿Por qué la mayoría de las tecnologías LPWAN utilizan topología de estrella en lugar de una red MESH?

La mayoría de tecnologías LPWAN usan topología estrella, porque es más eficiente y conectar los puntos finales (sensores, actuadores, etc) directamente al Gateway LPWAN, sin pasar por nodos intermedios, para que este se encargue del procesamiento de datos y decisión, además de eliminar protocolos de ruteo en los endpoints, que hacen que los dispositivos consuman más energía.

Esto es posible porque los gateways LPWAN, permiten la conexión de una gran cantidad de endpoints (sensores, actuadores, etc).

1. “Al disminuir la velocidad de transmisión en una LPWAN, el doble de energía es asignado a cada símbolo” Explique en forma detallada la expresión anterior en términos del teorema de Shannon-Hartley.

El teorema de Shannon-Hartley relaciona la capacidad del canal, una cota de de cantidad máxima de datos digitales que pueden ser transmitidos sin error con un ancho de banda especifico y sometido al ruido.

Dado los la ecuación de Shannon-Hartley:

[pic 1]

[pic 2]

Si disminuimos la capacidad del canal, que en otras palabras es disminuir la velocidad de transmisión bits/segundo, además mantenemos constante el ancho de banda de banda B, el parámetro a variar es M, número de símbolos, este parámetro está relacionado con la Potencia (Energía) de la señal.

Como se disminuye la capacidad del canal, M debe reducirse, pero al estar relacionado con la potencia de la señal en un factor de raíz, necesitamos aproximadamente el doble de la energía para mantener la igualdad de la ecuación.

Por ejemplo si comparamos dos modulaciones M-aria, con la misma Energía, la Energía por símbolo de la modulación M-aria de más símbolos, será menor a la de menos símbolos y esa relación de incremento de energía esta aproximadamente en un factor de dos, ya que ya que la tasa de transmisión del canal aumenta a más cantidad de símbolos.

1. Explique por qué algunas tecnologías LPWAN utilizan direct sequence spread spectrum (DSSS) para mitigar los efectos de interferencia.

En los sistemas de banda estrecha (narrow band), las interferencias dentro de la misma banda "destruirá " el enlace de comunicación. Para esto LPWAN usa el DSSS o espectro ensanchado de secuencia directa, el cual, modulando la portadora con símbolos para difundir (ensanchar) la transmisión a través de más espectro, aumenta la ganancia de codificación y el símbolo de la profundidad,

1. Explique las diferencias técnicas entre LoRa y LoRaWAN.

LoRa solo contiene e involucra el protocolo de capa de enlace y capacidades de capa física lo que lo hace idoneo para ser utilizado en comunicaciones peer to peer entre nodos, es una tecnología de radio frecuencia (espectro ensanchado) con una banda más ancha (normalmente 125 kHz o más), Su método de frecuencia modulada utiliza ganancia de codificación para aumentar la sensibilidad del receptor, los módulos son un poco más barato que los LoRaWAN.

...