Diseño e implementación de un protocolo de capa de aplicación para la transmisión de datos hidrometeorológicos utilizando tecnología LoRa

Las estaciones meteorológicas modernas, permiten el monitoreo en tiempo real de las variables atmosféricas. La arquitectura más usada en las Redes Inalámbricas de Sensores (Wireless Sensor Network (WSN)) se compone de nodos distribuidos en toda el área de interés, y de un gateway que es un intermediario entre los nodos y el servidor de red. Este servidor de red es el encargado de gestionar la red de dispositivos Long Range Wide Area Network (LoRaWAN), permitiendo así la presencia de múltiples gateways y la gestión centralizada de toda la red. Finalmente, el servidor central entrega los datos al usuario por medio de una aplicación. En este trabajo, se utiliza como alternativa de WSN, la tecnología de largo alcance y bajo consumo de energía Long Range (LoRa). Ésta se complementa con LoRaWAN para la comunicación de extremo a extremo. Dichas tecnologías han surgido con mucho ímpetu como una opción de soluciones de red dentro del paradigma de Internet de las Cosas (IoT). LoRa y LoRaWAN ofrecen varias ventajas para el desarrollo de sistemas de monitoreo en entornos rurales, debido a; su fácil configuración, bajo consumo energético y amplia cobertura. Por lo tanto, se convierten en las tecnologías adecuadas para cumplir con los propósitos del presente trabajo. Uno de los principales retos del presente trabajo es que la zona de interés del mismo solamente dispone de cobertura móvil de segunda generación. Esto implica que el gateway tiene como opción el uso de la tecnología Global System for Mobile communications/ General Packet Radio Service (GSM/GPRS) para subir los datos recopilados por los sensores. De tal modo que, se ha equipado al gateway con la tecnología GSM/GPRS para subir los datos al servidor. La contribución principal del presente trabajo es la propuesta del protocolo de capa de aplicación Variable Meteorological Transmission Protocol (VMTP). Este protocolo propuesto se ejecuta sobre LoRaWAN y maneja las variables meteorológicas de interés. El protocolo es capaz de ajustar dinámicamente su carga útil en función de la información meteorológica que transporta. Esto con el fin de comprimir al máximo la trama enviada y por ende reducir el consumo energético global del sistema.Modern weather stations allow real-time monitoring for atmospheric variables. The architecturemost commonly used in the Wireless Sensor Networks WSN consists of nodes distributedthrough out the area of interest, and a gateway that is an intermediary between the nodes andthe network server. This network server is responsible for managing the network of LoRaWANdevices, allowing the presence of multiple gateways and the centralized management of theentire network. Finally, the central server delivers the data to the user through an application.In this work, it is used as an alternative of WSN, the long-range technology and low powerconsumption LoRa. Also, it is complemented with LoRaWAN for end-to-end communication.These technologies have emerged with great impetus as an option of network solutions within theIoT paradigm. LoRa and LoRaWAN offer several advantages for the development of monitoringsystems in rural environments, due to; its easy configuration, low energy consumption and widecoverage. Therefore, they are the appropriate technologies to fulfill the purposes of this work.One of the main challenges of the present work is that the area of interest only has secondgeneration mobile coverage. This implies that the gateway has as an option the use of technologyGSM/GPRS to upload the data collected by the sensors. In such a way, the gateway with thetechnology GSM/GPRS has been equipped to upload the data to the server.The main contribution of the present work is the proposal of the application layer protocolVMTP. This proposed protocol runs on LoRaWAN and handles the meteorological variablesof interest. The protocol is capable of adjust dynamically its payload based on the meteorologicalinformation it carries. This is in order to compress the maximum frame sent and as aconsequence, reduce the energy consumption of the entire system.Ingeniero en Electrónica y TelecomunicacionesCuenc