Hub LoRaWAN con Raspberry Pi y RAK833

Este proyecto surgió de la necesidad de crear un punto concentrador para una aplicación de monitoreo distribuido en campo, en la que varios dispositivos remotos usaban comunicación LoRa y tenían que enviar sus datos a la infraestructura local del cliente.

La solución formaba parte de un sistema mayor, usado en aplicaciones de monitoreo remoto, y exigía un gateway capaz de recibir los datos de los nodos distribuidos, concentrarlos y entregarlos a la red Ethernet del cliente.

ECK participó en el desarrollo del hardware de este hub, integrando la alimentación por PoE, la interfaz Ethernet, una Raspberry Pi y el concentrador LoRaWAN RAK833, además de las protecciones necesarias para instalarlo a la intemperie.

Del LoRa en campo al procesamiento local

La arquitectura del sistema se basaba en comunicación LoRa entre los dispositivos remotos y un punto concentrador instalado en altura.

Ese concentrador recibía los paquetes de los nodos de campo y los enviaba a la infraestructura del cliente.

En la práctica, el hub hacía de puente entre la red de radio y la red local.

Eso permitía que muchos dispositivos repartidos en un área extensa transmitieran información sin necesidad de tender un cable individual hasta el punto de procesamiento.

RAK833 como concentrador LoRaWAN

Para la capa de concentración LoRaWAN se usó el RAK833 WisLink LPWAN Concentrator.

El RAK833 es un concentrador LoRaWAN basado en el SX1301, en formato mini PCIe, desarrollado para integrarse en gateways y plataformas embebidas.

Ofrece varios canales de recepción simultánea y se usó junto con una Raspberry Pi, que ejecutaba el software necesario para recibir y reenviar los datos de la red LoRaWAN.

La combinación de RAK833 y Raspberry Pi permitía aprovechar bibliotecas y herramientas ya disponibles para este tipo de aplicación, lo que reducía la complejidad del desarrollo de la capa de protocolo.

Raspberry Pi como núcleo del gateway

La Raspberry Pi funcionaba como núcleo de procesamiento del hub.

Recibía los datos del concentrador RAK833, trataba el flujo de comunicación y enviaba esa información por la interfaz Ethernet a la red local del cliente.

El procesamiento final de la información se hacía en una computadora o servidor ubicado en la propia instalación.

Esta arquitectura permitía separar el gateway de radio de la lógica específica de la aplicación, manteniendo el hub enfocado en recibir, concentrar y reenviar los datos.

Ethernet y alimentación por PoE

Uno de los requisitos importantes del proyecto era simplificar la instalación física del equipo.

El hub se instalaba en altura, por lo que no era conveniente usar cables separados para datos y alimentación.

Por eso, la entrada Ethernet usaba PoE.

El mismo cable que llevaba los datos también daba la energía necesaria para alimentar la Raspberry Pi, el concentrador y la electrónica auxiliar.

Esta solución reducía el cableado y facilitaba la instalación y el mantenimiento del equipo.

Diseño para instalación en torre

Como el hub quedaba instalado en altura y expuesto a la intemperie, la electrónica tenía que considerar condiciones más severas que una aplicación interior convencional.

Se incorporaron protecciones contra sobretensiones y descargas, sobre todo en las interfaces que dejaban el equipo expuesto al entorno y al cableado externo.

Este cuidado era importante para aumentar la confiabilidad del conjunto y reducir el riesgo de fallas por eventos eléctricos y atmosféricos.

Integración entre radio y red local

Desde el punto de vista funcional, el equipo interconectaba dos dominios: los dispositivos remotos que transmitían por LoRa y la infraestructura Ethernet del cliente.

Los datos recibidos por el concentrador los procesaba la Raspberry Pi y se enviaban a la red local, donde el sistema del cliente hacía el procesamiento final.

Esta arquitectura permitía mantener el sistema de radio concentrado en un solo punto e integrar los datos recibidos directamente a la infraestructura de TI existente.

Desarrollo de hardware para gateway LoRaWAN

El papel de ECK fue convertir la combinación de Raspberry Pi, concentrador RAK833, Ethernet y PoE en un equipo utilizable en campo.

Eso incluyó el desarrollo de la interfaz de alimentación, la integración mecánica y eléctrica de los módulos, la conexión de red y la protección adecuada para operar a la intemperie.

El desafío no era simplemente conectar módulos listos, sino crear un producto robusto, instalable y adecuado al entorno real de uso.

Aplicación en sistemas distribuidos

Las soluciones basadas en LoRa y LoRaWAN son especialmente adecuadas para aplicaciones con muchos puntos remotos, bajo volumen de datos y necesidad de comunicación a larga distancia.

En este tipo de sistema, el gateway cumple una función central: concentrar los datos recibidos de muchos nodos y ponerlos a disposición para su procesamiento.

Este proyecto muestra cómo esa función puede implementarse con un concentrador LoRaWAN dedicado, una plataforma Linux embebida y una interfaz Ethernet con PoE.

ECK desarrolló el hardware necesario para convertir esa arquitectura en un hub listo para operar en campo.

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