Diseño, implementación y validación funcional de una arquitectura de monitoreo subacuático de corto alcance basada en LoRa
DOI:
https://doi.org/10.24054/rcta.v2i48.4509Palabras clave:
comunicación subacuática, LoRa, monitoreo ambiental, redes de sensores inalámbricos, telemetríaResumen
El monitoreo ambiental en ecosistemas acuáticos requiere sistemas de comunicación capaces de operar bajo las condiciones particulares del medio subacuático. En este trabajo se presenta el diseño, implementación y validación funcional de un sistema de monitoreo subacuático de corto alcance basado en la tecnología LoRa para ambientes de agua dulce. La arquitectura desarrollada integra un nodo sensor sumergido para la adquisición de variables ambientales, una boya de comunicaciones ubicada en superficie y una plataforma web para la visualización de la información en tiempo real. La comunicación entre el nodo sensor y la boya se realiza mediante un enlace LoRa en la banda ISM de 915 MHz bajo una configuración underwater-to-overwater (UW2OW), mientras que la transmisión hacia la nube se efectúa mediante Wi-Fi a 2.4 GHz. La validación funcional se realizó en un entorno controlado (piscina) y en ambientes naturales (lagunas de agua dulce), evaluando el comportamiento operativo del sistema bajo diferentes profundidades y distancias de separación entre el nodo y la boya. Los resultados muestran que la distancia máxima con recepción detectable dependió de la profundidad y del escenario evaluado, con valores comprendidos entre 1.2 y 13 m. No obstante, la pérdida de paquetes aumentó considerablemente al aproximarse a estos límites, por lo que se establecieron distancias operativas de referencia más conservadoras. Asimismo, se identifican limitaciones operativas asociadas con la profundidad, la pérdida de paquetes, el retardo de transmisión y la sensibilidad efectiva del sistema, aspectos que deben considerarse durante el despliegue de este tipo de soluciones. Los resultados obtenidos demuestran la factibilidad funcional de la arquitectura propuesta para aplicaciones de monitoreo ambiental de baja dinámica y proporcionan una base experimental para futuras optimizaciones del sistema de comunicación y de los mecanismos de despliegue en ambientes acuáticos.
Descargas
Referencias
S. Ruiz and M. Muñoz, “Análisis de propagación de las comunicaciones ópticas subacuáticas.,” Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Jul. 2022, doi: 10.47187/perspectivas.5.2.200.
F. Cuzme Rodríguez, A. Velasco Suárez, M. Domínguez Limaico, L. Suárez Zambrano, H. Farinango Endara, and M. Mediavilla Valverde, “Application for the Study of Underwater Wireless Sensor Networks: Case Study,” Lecture Notes in Networks and Systems, vol. 619 LNNS, pp. 124–136, 2023, doi: 10.1007/978-3-031-25942-5_11.
C. S. Sendra, “‘Comunicaciones inalámbricas subacuáticas a 2,4 GHz para la transmisión de datos con altas tasas de transferencia’ TRABAJO FINAL DE GRADO,” Universidad Politecnica de Valencia, Jan. 2011, Accessed: Aug. 04, 2024. [Online]. Available: https://riunet.upv.es/handle/10251/14605
R. A. Arias, “Caracterización de sistemas de comunicación RF y ópticos en aplicaciones submarinas,” Universidad Politécnica de Catalunya BarcelonaTech, Jul. 2022, Accessed: Aug. 04, 2024. [Online]. Available: https://upcommons.upc.edu/handle/2117/372768
M. Delgado, S. Chango, and Benavidez. Mateo, “Uso de la banda de 433MHz para comunicaciones subacuáticas en ambientes controlados,” Universidad de las Fuerzas Armadas (ESPE), vol. 14, no. 2, pp. 1–6, Mar. 2024, doi: 10.24133/MASKAY.V14I2.3176.
D. A. Jiménez Ballart, “Estudio de la cobertura de la modulación LoRa en la banda de 915[Mhz] en un ambiente urbano,” Universidad de Chile, Santiago de Chile, 2018. Accessed: Mar. 10, 2025. [Online]. Available: https://repositorio.uchile.cl/handle/2250/168163
H. M. Calero, “Red sensores multiservicio LPWAN LoRa, LoRaWAN, TTN y MQTT,” Universitat Oberta de Catalunya, Jan. 2023, Accessed: Aug. 04, 2024. [Online]. Available: https://openaccess.uoc.edu/bitstream/10609/147334/6/caleroherruzo20TFM0123memoria.pdf
F. Cuzme-Rodríguez, P. Otero, M. Á. Luque-Nieto, M. Domínguez-Limaico, and H. Farinango-Endara, “Underwater Wireless Sensor Networks and Cryptographic Applications,” Communications in Computer and Information Science, vol. 1648 CCIS, pp. 46–58, 2022, doi: 10.1007/978-3-031-18272-3_4.
K. Lin, T. Hao, W. Zheng, and W. He, “Analysis of lora link quality for underwater wireless sensor networks: A semi-empirical study,” Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings, APMC, vol. 2019-December, pp. 120–122, Dec. 2019, doi: 10.1109/APMC46564.2019.9038666.
A. Dala and T. Arslan, “Design, Implementation, and Measurement Procedure of Underwater and Water Surface Antenna for LoRa Communication,” Sensors 2021, Vol. 21, Page 1337, vol. 21, no. 4, p. 1337, Feb. 2021, doi: 10.3390/S21041337.
A. Pozzebon, I. Cappelli, F. Campagnaro, R. Francescon, and M. Zorzi, “LoRaWAN Transmissions in Salt Water for Superficial Marine Sensor Networking: Laboratory and Field Tests,” Sensors, vol. 23, no. 10, Art. no. 4726, 2023, doi: 10.3390/s23104726.
Heltec, “HTIT-WB32LA_V3 LoRa Node Development Kit,” Heltec Automation, vol. 1.1, Sep. 2022, Accessed: Apr. 12, 2024. [Online]. Available: https://heltec.org
Firebase, “Firebase Realtime Database,” Firebase. Accessed: Apr. 06, 2025. [Online]. Available: https://firebase.google.com/docs/database?hl=es-419
M. Serrano, “¿Qué es la protección IP65? ¿En qué se diferencia con IP67? - IkolCrane,” IkoCrane. Accessed: May 19, 2025. [Online]. Available: https://www.ikolcrane.com/aprender/que-es-la-proteccion-ip65
S. J. Carrasquero, J. C. Marín, C. Muñoz, R. Vargas, C. Vargas, and P. Tuviñez, “Parámetros químicos medidos en las aguas de piscinas de los dos... | Download Scientific Diagram,” ResearchGate, vol. 56, Jan. 2016, Accessed: Mar. 22, 2025. [Online]. Available: https://www.researchgate.net/figure/Parametros-quimicos-medidos-en-las-aguas-de-piscinas-de-los-dos-complejos-recreacionales_fig1_325654330
J. Pabón, “Distribución y evaluación de la vegetación macrofítica en el lago de Yahuarcocha, Provincia de Imbabura,” Universidad Técnica del Norte, Recursos Naturales Renovables, Dec. 2015, Accessed: Mar. 01, 2025. [Online]. Available: https://repositorio.utn.edu.ec/handle/123456789/6943
S. O. Nelson, “Dielectric Properties of Agricultural Products: Measurements and Applications,” IEEE Transactions on Electrical Insulation, vol. 26, no. 5, pp. 845–869, 1991, doi: 10.1109/14.99097.
F. T. Ulaby and U. Ravaioli, FUNDAMENTALS OF APPLIED ELECTROMAGNETICS Eighth Edition. Pearson Education, 2023. Accessed: Mar. 22, 2025. [Online]. Available: www.pearsoned.com/permissions/.
E. Navarro, “Desarrollo de un simulador de radar de apertura sintética y propuesta de diseño de radio frecuencia.,” Esuela Técnica Superior de Ingeniería y Sistemas de Telecomunicaciones, 2017. Accessed: Mar. 23, 2025. [Online]. Available: https://oa.upm.es/52922/1/TFG_EDUARDO_NAVARRO_SABARIEGOS.pdf
Semtech, “SX1261/2 Long Range, Low Power, Sub-GHz RF Transceiver,” Datasheet. Accessed: Apr. 12, 2024. [Online]. Available: https://semtech.my.salesforce.com/sfc/p/#E0000000JelG/a/2R000000Un7F/yT.fKdAr9ZAo3cJLc4F2cBdUsMftpT2vsOICP7NmvMo
A. Jaszczyszyn, A. G. Jaszczyszyn, M. Guiguet, and H. D. Ramón, “Comparación de una red LoRaWAN con modelos de propagación en un entorno con vegetación de soja,” Elektron, vol. 8, no. 2, pp. 101–106, Dec. 2024, doi: 10.37537/rev.elektron.8.2.203.2024.
Descargas
Publicado
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2026 Diego Arbey Montezuma Rosero, Fabián Geovanny Cuzme Rodríguez, Jaime Roberto Michilena Calderón, Luis Edilberto Suárez Zambrano
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial 4.0.
