Método de despliegue progresivo de nodos LoRa en cavidades para mantener la comunicación con el exterior
Introducción
Las comunicaciones en el interior de las cavidades constituyen uno de los principales problemas operativos en las intervenciones de espeleosocorro. La atenuación producida por la roca, los cambios de dirección de las galerías, los pozos, estrechamientos y salas, así como la ausencia de línea de visión directa, hacen que los sistemas de radio convencionales pierdan rápidamente cobertura.
Las tecnologías basadas en LoRa (Long Range) ofrecen una alternativa especialmente interesante debido a su elevada sensibilidad de recepción y a su capacidad para mantener enlaces de comunicaciones con señales muy débiles.
Sin embargo, en una cavidad no resulta adecuado determinar previamente una distancia fija entre repetidores. Dos puntos separados por 200 metros pueden presentar un enlace excelente, mientras que otros separados por apenas 30 o 40 metros pueden quedar incomunicados debido a un cambio de dirección, un meandro o una zona de elevada atenuación.
Por este motivo se propone un método de despliegue progresivo, en el que los nodos repetidores se van instalando durante el avance del equipo de comunicaciones y su ubicación se determina en función de la calidad real del enlace radioeléctrico. El objetivo fundamental es: Avanzar por la cavidad manteniendo en todo momento una ruta de comunicación activa entre el equipo de exploración y el exterior.
Anteriormente en el ecosistema Meshtastic, utilizábamos dos nodos, uno fijo con la variable Range Test en 15 segundos. Esto es, cada 15 de segundos emitía un bip. Con otro nodo meshtastic avanzábamos por la cueva hasta dejar de oír el bip (avanza mientras pita) Al dejar de recibir el bip, retrocedíamos al punto anterior en el que oímos el bip y allí colocábamos un nodo Meshcore para la red prdincipal. El socorrista con el nodo emisor se desplazaba a la posición de este nodo y repetíamos el proceso.
Tendido Meshcore. Aplicación Signal Tester. (https://meshcore.kyblsoft.cz/) Solo para navegadores Edge o Chrome
Concepto general
El sistema se basa en crear una cadena de nodos LoRa:
Exterior → Repetidor 1 → Repetidor 2 → Repetidor 3 → … → Equipo de comunicaciones
Cada nuevo repetidor se instala antes de que el enlace existente alcance una situación crítica.
De esta manera, la red se construye progresivamente desde la entrada de la cavidad hacia el interior.
Esquema conceptual
La principal diferencia respecto a un despliegue convencional es que la posición de cada repetidor no se determina únicamente por contacto positivo con el anterior, sino por la calidad del enlace con el nodo anterior y la capacidad de mantener una ruta funcional hacia el exterior.
Arquitectura del sistema
Una configuración operativa puede realizarse con tres tipos de equipos:
Nodo A — Exterior
Situado fuera de la cavidad o en la boca de entrada. Su función es constituir el punto de referencia de la red y mantener la conexión con el PMA.
Nodo B — Punta de comunicaciones
Es transportado por el equipo de tendido de comunicaciones del espeleosocorro. Se conecta mediante Bluetooth a un teléfono móvil que permite visualizar el estado de la comunicación.
Nodo N — Repetidor
Es el equipo que se deposita en la cavidad cuando el enlace comienza a degradarse. Una vez colocado, pasa a formar parte de la infraestructura permanente o semipermanente de comunicaciones.
La configuración puede repetirse tantas veces como sea necesario:
A → N1 → N2 → N3 → N4 → B
Tecnología MeshCore
Una implementación especialmente interesante de este método es MeshCore, un sistema de comunicaciones malladas basado en LoRa.
MeshCore permite utilizar diferentes tipos de nodos, entre ellos:
- Companion Radio.
- Repeater.
- Room Server.
Para este procedimiento se emplearían principalmente Companion Radio para el nodo exterior y el equipo de punta de comunicaciones, y Repeater para los nodos que se van instalando en la cavidad.
La utilización de un firmware específico de repetidor permite que los nodos instalados dentro de la cavidad retransmitan automáticamente el tráfico recibido.
Configuración de los equipos
Una posible configuración sería:
| Equipo | Hardware | Firmware | Función |
| A | Heltec V3 / RAK4631 | Companion BLE | Exterior, Boca de cueva |
| B | Heltec V3 / RAK4631 | Companion BLE | Punta comunicaciones |
| N1 | Heltec V3 / RAK4631 | Repeater | Primer repetidor |
| N2 | Heltec V3 / RAK4631 | Repeater | Segundo repetidor |
| N3 | Heltec V3 / RAK4631 | Repeater | Tercer repetidor |
Todos los nodos deben utilizar una configuración LoRa compatible:
- Banda de frecuencia correspondiente a la región.
- Ancho de banda.
- Spreading Factor.
- Coding Rate.
- Potencia de transmisión.
- Parámetros de red.
Principio fundamental: no utilizar una distancia fija
Uno de los errores más habituales al diseñar una red LoRa en una cavidad sería establecer una regla como:
«Instalar un repetidor cada 200 metros.»
Este criterio puede resultar completamente inadecuado.
La propagación de radio en una cavidad depende de numerosos factores:
- Geometría de la galería.
- Sección de la galería.
- Curvas.
- Meandros.
- Pozos.
- Salas.
- Estrechamientos.
- Humedad.
- Tipo y geometría de la roca.
- Orientación de las antenas.
- Posición del nodo respecto al suelo.
- Presencia de agua.
- Obstáculos.
- Interferencias radioeléctricas.
Por ello, la distancia debe ser una consecuencia de la calidad del enlace y no el criterio principal para determinar la ubicación del repetidor.
Despliegue progresivo
El procedimiento comienza con el nodo exterior A (Boca de Cueva).
El responsable de punta de comunicaciones lleva consigo el nodo B.
Inicialmente: A ───────────────────── B
Mientras B mantiene un enlace de calidad suficiente con A, el equipo puede continuar avanzando. La aplicación móvil permite comprobar:
- Existencia de comunicación.
- Ruta utilizada.
- Número de saltos.
- RSSI.
- SNR.
- Último contacto.
- Pérdida de paquetes.
Determinación del primer repetidor
A medida que el espeleólogo penetra en la cavidad, el enlace comienza a degradarse.
Un ejemplo hipotético:
| Distancia | RSSI | SNR | Estado |
| 50 m | -65 dBm | +8 dB | 🟢 Bueno |
| 100 m | -74 dBm | +5 dB | 🟢 Bueno |
| 150 m | -83 dBm | +2 dB | 🟢 Aceptable |
| 200 m | -94 dBm | -3 dB | 🟠 Marginal |
| 250 m | -106 dBm | -9 dB | 🔴 Muy débil |
No es recomendable esperar hasta perder completamente la comunicación. Cuando el enlace alcanza una zona de degradación, el equipo puede decidir colocar el primer repetidor. La red se construye detrás del grupo de comunicaciones
Una de las principales ventajas del método es que el equipo no tiene que transportar previamente todos los repetidores hasta el fondo de la cavidad, ni andar esperando a la reagrupación del nodo emisor del pitido. El tamaño del grupo de comunicaciones se reduce a la mitad y el tiempo de progresión se mejora.
La red se construye progresivamente: Cada repetidor queda situado en una posición que ha sido determinada por las condiciones reales de propagación.
Si transmitimos la ubicación precisa de estos repetidores al PMA que los sitúa sobre la topografía, a lo largo de la intervención de socorro, y conociendo el “path trace”, podemos conocer su situación en “tiempo real” durante el operativo.
Mantener la conexión con el exterior
El aspecto fundamental del procedimiento es que el responsable de tendido no debe limitarse a comprobar si tiene conexión con el repetidor más próximo. Debe comprobar que existe una ruta completa.
Path Trace
Para verificar la continuidad de la red puede utilizarse el sistema de Path Trace de MeshCore. Esto permite conocer la ruta utilizada y estudiar la calidad de los diferentes saltos. La información de cada salto resulta especialmente útil para determinar cuál es el enlace más débil de la cadena.
RSSI y SNR
Dos parámetros fundamentales durante el despliegue son:
RSSI
Indica la potencia de la señal recibida. Se expresa en dBm y, normalmente, cuanto menos negativo sea el valor, mayor será la potencia recibida.
Valores aproximados:
| RSSI | Interpretación |
| -50 dBm | Excelente |
| -70 dBm | Muy bueno |
| -80 dBm | Bueno |
| -90 dBm | Aceptable |
| -100 dBm | Débil |
| -110 dBm | Muy débil |
Estos valores deben considerarse orientativos, no como límites universales.
SNR
Indica la relación entre señal y ruido. Es especialmente interesante para determinar el margen real del enlace.
Un enlace con:
RSSI = -100 dBm puede seguir siendo perfectamente utilizable si el entorno presenta poco ruido y el SNR es suficiente. Por ello, RSSI no debe utilizarse de forma aislada para decidir la ubicación de un repetidor.
Criterio de decisión
Se propone utilizar tres estados operativos:
🟢 ENLACE ESTABLE
Existe ruta hasta el exterior y el enlace presenta suficiente margen. Continuar avanzando.
🟠 ENLACE MARGINAL
La ruta continúa funcionando, pero el margen de señal disminuye o comienza a producirse pérdida de paquetes. Preparar la instalación de un nuevo repetidor.
🔴 ENLACE PERDIDO
No existe una ruta fiable hasta el exterior. Detener el avance y recuperar la conectividad.
Este sistema permite convertir una medición radioeléctrica compleja en una decisión operativa sencilla.
La aplicación móvil: Probador de señal MeshCore
(https://meshcore.kyblsoft.cz/)
El objetivo final es que el espeleólogo no tenga que interpretar continuamente valores técnicos.
Elección de la posición del repetidor
La posición óptima de un repetidor no es necesariamente el punto donde se pierde la señal.
Debe buscarse una posición en la que existan márgenes de seguridad hacia ambos lados.
El repetidor debe quedar suficientemente próximo al nodo anterior para garantizar el enlace hacia el exterior y suficientemente próximo al siguiente punto de avance para proporcionar cobertura hacia el interior.
En consecuencia, la posición se determina mediante una optimización práctica:
Máxima distancia de avance posible manteniendo un margen radioeléctrico suficiente en ambos sentidos.
Particularidades de las cavidades
El método resulta especialmente apropiado para cavidades porque permite reaccionar ante cambios bruscos de geometría. Una galería recta puede presentar una propagación excelente, mientras que una curva puede requerir un nodo adicional. También pueden existir zonas en las que un pequeño desplazamiento del nodo mejore considerablemente el enlace. Por ello, cuando el enlace sea marginal, antes de instalar un nuevo repetidor puede ser conveniente realizar pequeños desplazamientos:
- elevar la antena;
- alejarla de paredes;
- modificar su orientación;
- situarla en una zona más abierta;
- evitar depresiones o zonas excesivamente cerradas.
Ventaja frente a un despliegue previamente planificado
El método convencional podría intentar establecer: «Un repetidor cada 150 metros.»
El método propuesto funciona de forma diferente: «Coloque el siguiente repetidor cuando el margen radioeléctrico del enlace existente alcance el umbral operativo establecido.»
Esto hace que la red se adapte automáticamente a la morfología de la cavidad. No existe una distancia predeterminada.
Ventajas para espeleosocorro
El sistema presenta varias ventajas potenciales:
Despliegue progresivo No es necesario conocer previamente todas las posiciones de los repetidores.
Adaptación a la cavidad La ubicación se decide según las condiciones reales de propagación.
Control de la comunicación exterior El equipo puede comprobar continuamente la existencia de una ruta hasta la superficie.
Diagnóstico RSSI, SNR, número de saltos y trazado de ruta permiten identificar el punto débil de la red.
Recuperación Si un repetidor falla, el sistema permite identificar el punto de ruptura de la red y sustituir el nodo.
Procedimiento operativo propuesto
El procedimiento completo puede resumirse en:
Fase 1 — Preparación
- Configurar el nodo exterior.
- Configurar el nodo del explorador.
- Preparar los repetidores.
- Comprobar antenas.
- Comprobar alimentación.
- Verificar comunicación antes de entrar.
Fase 2 — Entrada
A → B
El explorador avanza manteniendo comunicación.
Fase 3 — Primer repetidor
Cuando el enlace se aproxima al límite operativo:
A → N1 → B
Se coloca N1.
Fase 4 — Continuación
El explorador continúa:
A → N1 → B
Fase 5 — Segundo repetidor
Cuando el enlace vuelve a ser marginal:
A → N1 → N2 → B
Fase 6 — Repetición
Se continúa hasta alcanzar el objetivo:
A → N1 → N2 → N3 → N4 → … → B
Fase 7 — Verificación
Se realiza periódicamente un Path Trace para comprobar la continuidad completa de la red.
Principio fundamental del sistema
El concepto puede resumirse en una única regla: El equipo de exploración nunca debe avanzar deliberadamente hasta perder la comunicación con el exterior. Cada nuevo repetidor se instala antes de que el enlace existente deje de ser fiable. De esta manera, la red se despliega progresivamente detrás del equipo de rescate y mantiene una cadena de comunicación desde el interior hasta la superficie.
Conclusión
El despliegue progresivo de nodos LoRa constituye una estrategia especialmente adecuada para comunicaciones de emergencia en cavidades de geometría desconocida.
Frente a una planificación basada exclusivamente en distancias teóricas, el método propuesto utiliza la calidad real del enlace radioeléctrico como criterio para determinar la posición de cada repetidor.
El sistema se construye progresivamente:
Exterior → N1 → N2 → N3 → … → Equipo de comunicaciones en punta
y cada nuevo nodo se instala cuando el enlace existente comienza a aproximarse a su límite operativo.
La utilización de MeshCore permite complementar esta estrategia con información de:
- RSSI;
- SNR;
- pérdida de paquetes;
- número de saltos;
- vecinos;
- rutas;
- Path Trace.
El resultado es un sistema en el que la posición de los repetidores no se decide antes de entrar en la cavidad, sino que se determina durante el propio avance, utilizando las condiciones reales de propagación.
Para un sistema de comunicaciones destinado a espeleosocorro, este enfoque permite convertir la colocación de los repetidores en un proceso dinámico:
avanzar → medir → identificar degradación → colocar repetidor → verificar ruta exterior → continuar.
El objetivo final no es conseguir simplemente el mayor alcance posible entre dos radios, sino mantener una ruta de comunicación fiable entre el equipo que se encuentra en el interior de la cavidad y el exterior durante todo el despliegue.
