Antecedentes:
Las comunicaciones en cueva durante una exploración de larga duración o en un rescate es un tema complicado. Inicialmente se solucionaba con el tendido de un cable genefónico. Con el avance de la tecnología han ido apareciendo distintos métodos inalámbricos que o bien trabajaban con frecuencias muy cortas (NICOLA) o bien inyectan la señal en la roca (TEDRA), utilizando ésta como conductor de la señal. Estas últimas presentan una ventaja de facilidad y ligereza, pero un gran inconveniente de fiabilidad y alcance (siempre menos de 1 km.)
Los nuevos avances tecnológicos de comunicaciones han permitido la aparición de tres tecnologías de comunicación inalámbrico, dos de ellas muy conocidas por el público en general (bluetooth y wi-fi) y otra menos conocida como LoRa.
Bluetooth es una tecnología de punto a punto (conexión entre dos teléfonos móviles por ejemplo) que estén muy próximos entre ellos.
Encambio wi-fi permite, a partir de un router, conectar diferentes equipos en una red en estrella a una distancia algo mayor.
Las necesidades de la industria, la agricultura o el medio ambiente han favorecido la aparición de la tecnología LoRa (Long Range) largo alcance. Este es un eufemismo pues, ciertamente, en comparación de wi-fi y Bluetooth, alcanzar 2,5 km es largo alcance, pero no son cientos o miles de kilómetros. (con antenas unidireccionales y una topografía apropiada se puede alcanzar los 30 km)
El desarrollo de la tecnología LoRa comenzó alrededor del año 2009 y se consolidó a nivel comercial unos años después. Aquí te resumo su evolución:
Línea de tiempo resumida
| Año | Evento clave |
| 2009 | Los ingenieros franceses Nicolas Sornin, Olivier Seller y François Sforza comienzan a desarrollar una técnica de modulación basada en Chirp Spread Spectrum (CSS), originalmente para comunicaciones militares. |
| 2012 | Se funda Cycleo, una empresa francesa que patenta esta tecnología bajo el nombre “LoRa”. |
| 2012–2013 | Semtech Corporation (EE. UU.) compra Cycleo y adquiere sus patentes, marcando el inicio de la era comercial de LoRa. |
| 2015 | Se crea la LoRa Alliance, una organización global para estandarizar y promover la red LoRaWAN (el protocolo de red sobre LoRa). |
| 2016 en adelante | Surgen implementaciones abiertas y proyectos comunitarios, como Meshtastic, Helium, The Things Network, etc. |
En el año 2022 compañías mineras comienzan a interesarse por esta tecnología para el uso subterráneo.
En octubre del 2023 la compañía polaca SYBET presenta en la revista de minas australiana The Australian Mining Review su sistema de comunicaciones SWAR system
A finales del año 2023 un equipo británico comienza un proyecto que denominan “Vangelis” a través del cual desarrollan un sistema de comunicaciones subterráneo basado en la tecnología LoRa partiendo de cero. Crean sus propias radios LoRa ensamblando componentes hasta crear un producto funcional pero que requiere de gran pericia electrónica. La Fundación ESOCAN con su proyecto de Red Meshocan pretende simplificar la configuración de la red Vangelis a través de radios LoRa ya existentes en el mercado configuradas para su uso subterráneo.
foto proyecto VangelisLoRa
LoRa utiliza bandas de radiofrecuencia UHF de subgigahercios sin licencia (en Europa la frecuencia autorizada es la EU 868 MHz)
El módulo de radio LoRa es un tipo de radio módem para transmitir datos a baja velocidad pero de largo alcance basado en Sx1262 de Semtech. Puede alcanzar varios kilómetros de distancia. Es un módulo transceptor de bajo consumo diseñado para operar en las bandas sin licencia ISM (Industrial Scientific Medical) (Wikipedia) Emite con 0,5 w de potencia.
Este proyecto se basa en hardware bajo licencia Arduino, que desarrolla software y hardware libres, así como una comunidad internacional que diseña y manufactura placas de desarrollo de hardware para construir dispositivos digitales y dispositivos interactivos que puedan detectar y controlar objetos del mundo real. Arduino se enfoca en acercar y facilitar el uso de la electrónica y programación de sistemas embebidos en proyectos multidisciplinares. Los productos son distribuidos como hardware y software libre, bajo la Licencia Pública General de GNU (GPL) y la Licencia Pública General Reducida de GNU (LGPL), permitiendo la manufactura de las placas Arduino y distribución del software por cualquier individuo. Las placas Arduino están disponibles comercialmente en forma de placas ensambladas o también en forma de kits hazlo tú mismo (Wikipedia)
A su vez los nodos que utilizamos se controlan con software Meshtastic®, que es un protocolo inalámbrico descentralizado que le permite utilizar radios LoRa de bajo costo como una plataforma de comunicación fuera de la red en áreas sin infraestructura de comunicaciones existente o confiable. Este proyecto es 100% impulsado por la comunidad y de código abierto. Permite que las personas con dispositivos adecuados se comuniquen sin necesidad de una operadora de telefonía móvil o Internet. Es ideal para uso en exteriores, emergencias y lugares sin opciones de comunicación habituales.
La tecnología LoRa prioriza la comunicación a larga distancia con bajo consumo de energía. Es bueno para enviar pequeños paquetes de datos a largas distancias sin tener que cambiar las baterías con frecuencia. Wi-Fi proporciona internet más rápido en distancias cortas pero consume más energía. En conclusión, elegir entre LoRa y Wi-Fi depende de si tu proyecto necesita velocidad (Wi-Fi) o distancia y eficiencia (LoRa).
Sin embargo, donde la cobertura de comunicaciones es escasa o incluso inexistente y donde no siempre hay acceso a la energía eléctrica, las tecnologías que pueden ayudar a sobrellevar estas carencias son bienvenidas.
En este sentido, la tecnología LoRa soluciona tanto el alcance de la red, como la falta de energía eléctrica. Es que LoRa permite comunicar dispositivos hasta 30 kms en campo abierto, con un mínimo consumo de energía en los nodos remotos.
LoRa es una tecnología de modulación del tipo spread spectrum (amplio espectro). Esto le permite tolerar ruido, caminos múltiples de señal y el efecto Doppler, mientras mantiene muy bajo el consumo de energía. El costo de lograr esto es el ancho de banda, que es muy bajo comparado con otras tecnologías inalámbricas. (Rodrigo Hernandez)
Meshtastic
Cada radio LoRa tiene un chip LoRa y otro Bluetooth por el que se comunica con el teléfono móvil del usuario (así como un puerto USB-C para conectar a un PC). Un nodo solo puede enlazarse con un teléfono. Además un nodo puede no estar enlazado al teléfono y servir de puente en la red.
Meshtastic es una red en malla de mensajes cortos (máximo 200 caracteres) y datos ligeros que funciona con radios LoRa sin cobertura de telefonía móvil, sin wi-fi y sin infraestructura central, compuesta por nodos que todos escuchan y reenvían lo que oyen. Ejemplo: imaginemos que estamos en casa con nuestra radio LoRa y queremos enviar un mensaje a otra persona con acceso utilizando la red Mestastic de nuestra comunidad. A partir de nuestro nodo enviamos el mensaje, y este irá saltando de nodo en nodo hasta llegar al destinatario.
Cuando envías un mensaje desde la aplicación Meshtastic, este se retransmite a la radio mediante Bluetooth, Wi-Fi/Ethernet o conexión serie. La radio emite el mensaje y, si no recibe confirmación de ningún otro dispositivo tras un tiempo determinado, lo retransmitirá hasta tres veces si no contacta con otro nodo antes.
Los mensajes en Meshtastic no son instantáneos, aunque pueden ser muy rápidos dependiendo de las condiciones de la red. Cada paquete se envía con un intervalo y confirmaciones para evitar interferencias o pérdidas, así que hay un pequeño retardo.
No son instantáneos como en internet, pero sí lo suficientemente rápidos para mensajería de emergencia, chat básico, o datos de sensores, incluso sin cobertura celular.
La velocidad de entrega depende de varios factores:
| Distancia entre nodos |
| Cuanto más lejos, más lento (el paquete viaja más saltos). | |
| Número de hops (saltos) | |
| Cada salto añade unos 1–3 segundos aprox. | |
| Ancho de banda y configuración LoRa (region, modem preset) | |
| Afecta la velocidad de transmisión (entre ~100 bps y ~20 kbps). |
Puesto que cada nodo recibe y rebota el mensaje, si no se le pone ningún tipo de restricción este mensaje podría saturar la red al entrar en bucles infinitos
Por este motivo cuando una radio receptora captura un paquete, comprueba si ya ha escuchado ese mensaje. Si lo ha escuchado, lo ignora. Si no lo ha escuchado, lo retransmite.
Por cada mensaje que una radio retransmite, reduce en uno el «límite de saltos». Cuando una radio recibe un paquete con un límite de saltos de cero, no retransmite el mensaje.
Dados los diversos casos de uso y escenarios que admite Meshtastic, la mayor parte del protocolo se basa en la inundación , lo que significa que cada nodo retransmite un paquete que recibe hasta alcanzar un límite de saltos determinado. Sin embargo, una diferencia importante en Meshtastic es que, antes de retransmitir, un nodo escucha durante un breve periodo para comprobar si otro nodo ya ha retransmitido el paquete. En caso afirmativo, no lo retransmitirá. Por lo tanto, «inundación controlada» es un término más adecuado.
El principio es el siguiente: si un nodo de la malla recibe un paquete con un HopLimit distinto de cero, lo decrementará e intentará retransmitirlo en nombre del nodo emisor original. Para facilitar que los nodos más alejados inunden el mensaje y, por lo tanto, este llegue a mayor distancia, la ventana de contención para un mensaje de inundación depende de la relación señal/ruido (SNR) del paquete recibido. El tamaño de la ventana de contención es pequeño para una SNR baja, de modo que los nodos más alejados tienen más probabilidades de inundar primero y los nodos más cercanos que detecten esto se abstendrán de hacerlo. Una excepción a esta regla son los nodos configurados en modo ROUTER de retransmisión REPEATER, que tienen mayor prioridad para retransmitir y lo harán incluso si detectan que otro nodo está retransmitiendo.
Esta limitación en el número de saltos (máximo 7) se puede mejorar con la topología de la malla diseñada sin bucles, trabajando con la red «Mosquito», programando los nodos en Zero Hop Repeater y una asignación de roles a las radios correcta. Además, la comunidad científica que da soporte a esta comunidad está trabajando para poder comunicar en línea y P2P sin esta limitación.
La radio almacena una pequeña cantidad de paquetes (alrededor de 30) en su memoria para cuando no esté conectada a una aplicación cliente. Si la memoria se llena, reemplazará los paquetes más antiguos únicamente con los mensajes de texto entrantes más recientes.
A nivel de radio, una malla Meshtastic es un conjunto de nodos que comparten el mismo factor de propagación LoRa, frecuencia central y ancho de banda. Un nodo solo puede pertenecer a una malla de radio; no verá ni responderá a mensajes de nodos que utilicen valores diferentes para esta configuración. Para que se forme una malla, los nodos deben compartir los mismos valores.
Estos valores se agrupan en «preajustes» que se pueden seleccionar fácilmente en la sección de configuración de LoRa. Los preajustes facilitan que los nodos configuren los mismos parámetros de radio.
Sobre esta red de radio se encuentran los canales. Una red lógica se forma mediante un canal con un nombre y una clave de cifrado específicos. El canal predeterminado en una red de radio es el canal 0, con un nombre en blanco y la clave de cifrado AQ==.
Los nodos pueden pertenecer a un máximo de 8 canales en la red de radio. Se puede crear un canal personalizado para uso de un grupo específico (CANALESOCAN). Solo los nodos configurados con el mismo nombre de canal y clave de cifrado podrán leer y visualizar los mensajes en dicho canal. Sin embargo, todos los nodos de la red de radio recibirán y podrán retransmitir mensajes (según su función), independientemente de la configuración del canal. En resumen, un nodo que no pertenece a tu canal puede hacer de puente en la red para transmitir tu mensaje sin tener acceso a él.
Próximamente…….
Composición de la red Meshocan:
Configuración de la red Meshocan:
Tendido de la red.
Anexos:
Cálculo de cuenca visual para la creación de la red exterior PMA-Boca de cueva.
Flaseo del firmware.
Configuración de nodos
