Diseño de una solución basada en el internet de las cosas (IoT) empleando Lorawan para el monitoreo de cultivos agrícolas en Perú

Abstract

La tesis tiene por finalidad fundamental de definir el diseño de una solución sustentada en el Internet de las Cosas (IoT) utilizando la tecnología LoRaWAN para incrementar los indicadores de supervisión y control de los parámetros de producción de los cultivos agrícolas en el Perú. El escenario de la investigación es el distrito de Pachacútec, localizado en la provincia de Ica, departamento de Ica. Se define la arquitectura de red, estableciéndose las características técnicas de los sensores agrícolas, circuito de control de riego, equipamiento de comunicaciones y servicios en la nube requeridos, para lo cual se analizan 3 alternativas en cada caso. Asimismo, se determina la banda de frecuencia de operación para la tecnología LoRaWAN en el Perú y los requerimientos de energía para las estaciones de monitoreo en campo. Se realiza el cálculo de enlace para los dispositivos LoRaWAN en el área de estudio, obteniéndose las pérdidas de propagación mediante el modelo Okumura-Hata, la distancia de enlace máxima y la cobertura en el terreno. Así también, se utiliza un simulador de cobertura con el cual se logran resultados similares, validándose los cálculos obtenidos. Se elabora una simulación de la solución propuesta, para lo cual se simula un nodo final LoRaWAN y se utilizan un servidor LoRaWAN e IoT alojadas en nubes computacionales. Asimismo, se desarrolla un aplicativo móvil para sistema Android, que permite ingresar al sistema, registros almacenados y gráficos con la información. Se efectúa una evaluación económica-financiera de la solución como proyecto privado, en base a los costos de inversión, operación e ingresos proyectados, determinándose los indicadores financieros para su evaluación. Por último, un diagrama de Gantt es presentado con el cronograma de implementación de la solución.

The thesis has the fundamental purpose of defining the design of a solution based on the Internet of Things (IoT) using LoRaWAN technology to increase the monitoring and control indicators of the production parameters of agricultural crops in Peru. The research scenario is Pachacutec district, located in the province of Ica, department of Ica. The network architecture is defined, establishing the technical characteristics of the agricultural sensors, irrigation control circuit, communications equipment and cloud services required, for which 3 alternatives are analyzed in each case. Similarly, the operating frequency band for LoRaWAN technology in Peru and the energy requirements for field monitoring stations are determined. Link budget is calculated for LoRaWAN devices in the study area, obtaining path loss using the Okumura-Hata model, the maximum link distance and the field coverage. A coverage simulator is also used and similar results are achieved with it, validating the calculations obtained. A simulation of the proposed solution is developed. A LoRaWAN end node is simulated and a LoRaWAN and IoT servers hosted in computational clouds are used. Similarly, a mobile application is developed for Android, which allows access to the system, database, and information graphics. An economic-financial evaluation of the solution is carried out as a private project, based on the costs of investment, operation and projected income, determining the financial indicators for its evaluation. Finally, a Gantt chart is presented with the implementation schedule of the solution.