plataforma lora de multitech para aplicaciones...
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Isabel Rodriguez Larumbe
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2 de Marzo
Plataforma Lora de Multitech
para aplicaciones IoT
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Agenda:
1. MULTITECH
2. Tecnologias de Acceso RF y necesidades
3. ¿Qué es LoRa WAN?
4. Plataforma LoRaWAN Low-Power Long-Range
5. Platfoma MultiTech’s Lora IoT
6. La nube “Device HQ”
7. Aplicaciones
Agenda
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Cellular M2M Gateways, Modems,
Dongles, Routers & productos IoT
específicos para aplicaciones
industriales
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MultiTech Systems
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MultiTech Systems
• Más de 40 años en aplicaciones maquina-maquina (M2M)
• Más de 80 patentes
• 22 milliones de dispositivos conectados en miles de clientes
en todo el mundo
• Oficinas centrales en U.S (Minneapolis), R&D ,
produccion,certificación y soporte• 150,000+ sq ft
• ISO 9001:2008 and ISO13485, CE, UL, IPC
• Members of PTCRB, GCF, LoRa Alliance
• EMEA office - London, UK
• Global Support & Distribution paths
• Propiedad de la compañia, oficinas y facilidades
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• Duración de la batería ( + 5 años)
• Comunicaciones de bajo coste
• Alcance en exteriores y buena penetracion en interiores
• Aplicaciones de exterior y en ambientes hostiles
• Infraestructura de bajo coste
• Comunicaciones robustas
• Movilidad
• Escalable
• Implementación sencilla
Necesidades de la comunicación IoT
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Tecnologías de acceso RF
PANShort Range(personal area
network)
Communicating Devices
Well established standards
VENTAJAS:• Movilidad• Domotica, interiores• Corto alcance
DVENTAJAS:• duración de la bateria• Alcance
Low-Power WANLong Range w/ Battery
Internet of Objects
Nuevos estándares
VENTAJAS:• largo alcance• duración de la bateria• Bajo coste (sin licencias*)
DESVENTAJAS• pocos datos
CellularLong Range w/ Power
Traditional M2M
standards
VENTAJAS:• Long range• High data-rate • Coverage
DESVENTAJAS:• Battery life
Source: Semtech
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10mtrs *
300mtrs*30mtrs
3km *
¿Qué es LoRaWAN?
Long range and low powerAt +14dbm output power,
868MHz
• In Sub-GHz>5km dense urban
>13km suburban > 80VLOS
Robust communication• Not susceptible to
interference from WiFi,
Bluetooth, GSM, LTE, etc
High accuracy localization
and ranging• Modulation format permits
high accuracy localization
• Not RSSI based and accounts
for multi-path and fading
• Permits high volume
additional features
Improved network capacity• Connect more nodes
• Additional capacity
for features
* Approximate range
FSK
Alcance
16+ Km
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Misión:• Estandarizar Low Power Wide Area Networks para las aplicaciones IoT, M2M,
smart-city y aplicaciones industriales
• Lanzamiento publicitario en el MWC, Barcelona 2015
• Una de las alianzas de crecimiento más rápido
• Los miembros son de la industría de las telecomunicaciones
MultiTech:• Uno de los miembros fundadores
• Miembros clave en 3 de los 4 comites de direccion
• Estrategía
• Tecnología
• Certificación – MultiTech tiene la vice presidencia
Otros Miembros:• Microchip, ISMT, Actility, Bouygues, KPN, Fastnet, Belgacom/Proximus, IBM etc.
http://lora-alliance.org
ALIANZA LoRA
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CARACTERÍSTICAS
• Duración de la batería de 7 a 10 años
• Pocos datos1,000 bytes al día
• Bajo coste de las comunicaciones
• Buena penetración en aplicaciones de
interior
• Gran alcance en exteriores
• Seguridad en las comunicaciones
LoRaWAN Low-Power Long-Range
La red IoT para sensores y telemedida
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• Los servidores LoRa de redes publicas y privadas tienen que estar
certificados LoRaWAN Class A para garantizar la interoperabilidad.
• Lo nodos “End Device” mDots y el Gateway “Conduit” de Multitech
tienen la certificación LoRaWAN 1.0
• Si utilizamos el Gateway de Multitech para nuestra red privada , el
Gateway integra el servidor “LoRaWAN que realiza la autenticación
de los nodos de nuestra red.
• Si utilizamos el Conduit en una red pública, se puede configurar
como “packet forwarder” y los nodos “End Devices” realizan la
autenticación en los servidores de la red pública que tienen que estar
certficados LoRa WAN.
Topología redes públicas y privadas Lora IoT
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• La comunicación entre los nodos LoRa y el Gateway utiliza la modulación Chirp Spread Spectrum modulation (CSS) que modula los datos sobre diferentes canalesde frecuencia y velocidad. El Gateway se adapta a las condiciones de transmission de los nodos finales.
• El rendimiento de la comunicación se tiene que adaptar al alcance, velocidad de datos y ancho de banda.Optimizar alguno de estos párametros sacrifica los otros.
• La velocidad se puede configurar de 0.25 kbps a 11 kbps y afecta al alcance y al tamaño de los paquetes. Máximo alcance se obtiene con menos velocidad y tamaños de paquetes pequeños. Maxima velocidad se consigue a costa de reducirel alcance.
• La velocidad está directamente relacionada con el “spreading factor” que determinala cantidad de datos redundantes que se envían en la transmisión . Un valor alto del ” spreading factor SF “significa muchos datos redundantes y por tanto máximoalcance con baja velocidad
• LoRaWAN soporta el adaptive data rate (ADR) que optimiza la duración de la batería del nodo final ajustando dinámicamente la velocidad en función de las condiciones del entorno. ADR se soportará en las siguientes versions del Conduit de Multitech.
• La utilización de ACK reduce el ancho de banda
Comunicación LORA
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Class A: Slot de recepción después de cada transmisión
Cada transmission de datos del mDot al Gateway abre dos ventanas de recepción de 1 segundo. La segunda ventana se abre solo si en la primera no se ha recibido nada.
Class B: Los slots de recepción son establecidos en unos tiemposdeterminados
Class C end-devices siempre tienen la ventana de recepción abiertaexcepto cuando transmiten.
MultiTech soporta de momento solo Clase A end-devices peropróximamente se soportará Clase B y C
Clases de End Devices
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Red Lora LPWAN para IoT
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• Multitech junto con Semtech, ARM e IBM han construido la plataforma de red estandar LoRaWAN para cumplir con losrequerimientos de las aplicaciones IoT de bajo coste.
• Semtech proporciona el chip de radio • 10 mile (16+km) de alcance en exeriores
• 1-3 mile (1.6-5km) de alcance en interiors
• Bandas libre ISM (868, 915Mhz) sin coste de licencias
• Otras frecuencias de la banda ISM en el future (433Mhz etc.)
• ARM proporciona el Sistema operativo “ mbed “• Da la inteligencia al sensor
• IBM Research nos da su nube, cloud y sus herramientas• Bluemix IoT Foundation & Node-RED para gestionar los dispositivos, las cosas
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• SX1301 es el módulo de Semtech multi canal y bidireccional que permite la comunicación de
centenas a miles de dispositivos conectados con 8 canales simultáneos
• El compromiso entre el alcance, velocidad de datos de 0.3kbps a 50kbps y bajo consumo se
consigue con el algoritmo ADR (Adaptative Date Rate) que juega con la relación señal ruido SNR,
el nivel de señal RSSI y la pérdida de paquetes PER para obtener el máximo rendimiento en
función de la calidad de la señal de radio
• Un modulo SX1301 puede recibir hasta 8 paquetes simultaneamente pero solo transmite 1.
Un promedio serian 3500 equipos por Gateway si los mdots envían cada hora y solo la mitad
requieren ACK´s
Tecnología Lora
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Platafoma MultiTech Lora IoT
Estandar LoRaWAN 1.0 aprobado y listoInteroperable con otras redes LoRaWAN 1.0
Gateway fIexible IoT– MultiConnect® Conduit™
• Conexión cellular, etherney & otras interfaces
• Plataforma abierta y programable Linux, Java & Node.js
• Entorno gráfico de desarrollo con Node-RED
• Permite la conexion de miles de dispositivos
Tarjetas de conexión MultiConnect® mCards™
mCards
• GPIO, Serial, Semtech LoRa™, Ethernet, Wi-Fi/BLE….
MultiConnect® mDots™
• Nodos LorRa, Largo alcance (16Km) , bajo consumo
• Gran penetracion en interiores
DeviceHQ™ - primera tienda de aplicaciones IoT en la nube• Personaliza, despliega, gestiona y crece con la plataforma
mDot™
GPIO
Serial
Ethernet
mCard™
LoRa™
Conduit™
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• Produccion• LoRaWAN Ready - 868 MHz (EU) & 915 MHz (NAM)
• Semtech SX1301 concentrator chip/s
• Serial RS232/485 both DTE & DCE variants
• GPIO
• mCards previstas en 2016• Ethernet
• Xbee foot print interface
• Wi-Fi and Bluetooth Low Energy
• Posibles en el futuro
• CAN bus
• Active RFID …
• GNSS Tracker with accelerometer and gyro for dead reckoning
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Versiones mCards Intercambiables
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• Módulos Mdot programmables con “ mbed “
CPU – Cortex M4 (STMicro STM32F411)
Memory - 512K Flash, 128K RAM, 1M SPI Flash
• Tecnología RF Semtech LoRa™ SX1272 (868 or 915 MHz)
• 4 años de batería
• Muy buen rendimiento en interiores
• Alcance de 16km con linea de vista y de 1.6 a 5km en entornos
urbanos
• Comunicación duplex bidireccional
• Previsto en el futuro RS485 a 6LowPan
• Comunicaciomes robustas, confirmación de entrega con Ack´s para
aplicaiones críticas
• Velocidad de 293bps-20Kbps+ LoRa up to 300Kbps FSK
• Certificados FCC/CE con las liberias ARM mbed
• Capacidad en el futuro de gestionar el nodo final remotamente
MultiConnect®
mDot™
- Long Range, Low Power RFConectando las cosas
mDot Interfaces:
Analog, Digital, UART, I2C, & SPI
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• Especificaciones– MultiConnect® mDot™
• Certificaciones FCC/CE con las librerias ARM® mbed
• Comunicación bidireccional para aplicaciones críticas
• LoRaWAN 1.0 velocidad 293 bps – 20 Kbps+, up to 300 Kbps
MultiConnect® mDot™
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Microprocesador ARM Cortex-M de STmicrolectronic del modulo mDotSTM32F411RE
Memoria flash/RAM para la aplicación embebida 512 KB Flash (400 KB customer usable), 128 KB RAM
Entradas/salidas6 I/O, 2 analógicas , SPI, I2C, y UART. La asignación por defectode las GPIO´s coincide con la huella del módulo Xbee.
Especificaciones convertidor A/DResolución de 12 bits, Rango: 0-3.3 VDC for VCC > 3.6 VDC
2.4 Mbps máximo
Interfaces mDOT
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Kit Lora LPWAN completo y autónomo
mDot LoRaWAN Ready Module
• Protección IP67-de exterior para los nodos mDot &
Conduit
• Resistente al agua y ambientes hostiles
No Requiere infraestructura
• Batería de resplado de (72 hours)
• Alimentación AC, POE, Solar Panels & de Turbine
Despliegue rápido y fácil en cualquier sitio
• Agricultura, plantas industrials
• Smart Cities - Top of buildings
• Green Energy Generation sites
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MultiConnect mDot BOX-prueba de concepto
Permite un test rápido del rendimiento de
la tecnología LoRa de Multitech
Medida del alcance y penetración en
interiores
Los datos de los sensors de humedad,
presión, acelerómetro, temperatura,
luminosidad y posición GPS se envían del
Gateway a la plataforma de nube o se
muestran en el PC
Características
• Batería 9V
• GPS con antenna interna
• Sensores: acelerómetro, presión, altitud, temperatura
y luminosidad
• Display
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• Pruebas de alcance . El mDotBox envía un mensaje al Gateway y recibe la respuesta.
• Pruebas de alcance, barrido a distintasvelocidades, factor de spread y potencias de transmission..
• LoRa demostración de usuarioSe recoge el valor de los sensores y se envíaen tiempo real al Gateway periódicamente o cuando se pulsa un botón
• El display muestra las distintas opciones.
Demostración con el mDot BOX
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MultiConnect mDot - EVB
Las mismas prestaciones que el MultiConnect mDot BOX pero sin GPS
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Precios
Conduit MSRP eau Mass
Production
Serial
MTCDT-210
MTCDT-H5-210
$299
$449
End June 2015
mCards MSRP eau Mass
Production
Serial
MTAC-MFSER-
DCE
MTAC-MFSER-
DTE
$40 Now
GPIO
MTAC-GPIO $40 Now
LoRaMTAC-LORA-
868/915$170
End June 2015
mDot MSRPeau Mass
Production
Surface Mount
LGAMTDOT-915-M1-
TRC
$29.95 Sampling now
MP July 2015mDot™
GPIO
Serial
Ethernet
mCard™
LoRa™
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• mLinux – Personalizable & Highly Integrated Development Target
• Entorno robusto , versátil y sofisticado para desarrolladores SW expertos
• El control completo del firmware pemite los desarrollos a medida y personalizados
• Su flexibilidad facilita la integracion y escalabilidad de cualquier aplicacion IoT
• Node-RED – Application Enablement Platform
• Simple interfaz gráfica GUI para un desarrollo inmediato de ingenieros de sistemas IT
• Conjunto de nodos para manejar funciones estandares (entradas/salidas) Ideal para desarrollo de prototipos y pruebas de concepto
• Despliegues fáciles y rápidos y escalables
MultiConnect Conduit:
Plataformas de desarrollo
Plataforma mLinux o Node-RED
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Linux DistributionMultiConnect
Conduit™
Open Embedded/Yocto• Linux Build Tools• Distribution Customization• Linux Kernel 3.12 & Yocto1.6
Application Development• Extensive Language Support with
Java, Perl, Python, C/C++, Ruby,
JavaScript, etc…
• Packages including SQL database,
web server, core utilities, etc…
Product Customization• Custom SKU development• Custom firmware flashing• Custom overlay and kitting
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Application Enablement - Node-Red
Tus datos a tu manera
• El mismo lenguaje del gateway a la
web
• Programación gráfica
Solution Gestionable (DeviceHQ)
• Gestion de dispositivos en la nube
• Tienda de aplicaciones en la nube
Personalización
• Libreria de nodos ya predefinidos
• Nodos = entradas, funciones o
salidas
• Los nodos tienen variables
estructuradas
• El usuario crea sus propios nodos
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• LoRa
• GPIOs
• Serial
• Wi-Fi/BLE
• GPS & Accelerometer
• Etc…
Input Nodes
• Formatting
• Filtering
• Rules & Thresholds
• Basic Analytics
• Etc….
Process Nodes • SMS Messages
• E-mail & Twitter
• Platforms: ILS, Axeda, Bluemix…
• HTTP(S)
• TCP, UDP, and SSL
• Etc…
Output Nodes
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Entorno de desarrollo mbed modulo mDOT
https://developer.mbed.org/compiler/#nav:/mDot_LoRa_Connect_Example
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¿Por qué usar DeviceHQ?
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Reduce el coste y la complejidad de la gestión de los dispositivos remotos
• Simplifica el despligue con una configuracion minima
Lleva la inteligencia al nodo final de la red
• Procesa el evento en el punto de incidencia, no en el servidor central
Plataforma abierta a desarrolladores
• Reduce el coste comparado con una solucion a medida
Escalable
• Pasamos de gestionar una unidad a muchas de forma inmediata y sencilla
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http://www.multitech.net/developer/
http://www.multitech.net/developer/software/
Información de la plataforma NodeRED en
http://nodered.org/
Instructiones básicas
http://nodered.org/docs/getting-started/first-flow.html
Avanzadas
http://nodered.org/docs/getting-started/second-flow.htm
http://www.semtech.com/wireless-rf/lora/LoRa-FAQs.pdf
l
Documentación
Proprietary & Confidential | © 2014 Multi-Tech Systems, Inc. All rights reserved. 45
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• Smart City
• Medida de contadores
• Aparcamienros
• Seguridad, alarmas
• Control de iluminación
• Agricultura inteligente
• Sensores ambientales
• Ferroviales
• Monotorizacion de vías de tren
• Land/bank slippage
• Sensores para el Metro
• ascensores
• Contenedores
• Basuras
• Salud, monitorización
• Alarmas
• Mantenimiento de edificios
• Campus Universitarios
• Oficinas
• Hoteles
LPWAN aplicaciones
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Sensores lora ya en el mercado
Sensor de
ultrasonidos con
conectividad LORA
https://www.semtech.com/lora/ecosystem/
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Aplicaciones críticas- contadores de agua enterrados
• Contador de agua y modem LORA a 2 m
• Potencia RF is 14dBm
• Spreading factor SF12
• Distancia la Gateway 25 m.
Resultados excelentes
• Nivel de señal recibida .105dbm
Fuente: Spotel
http://embeddedexperience.blogspot.com.es/