Desarrollo de un protocolo de comunicaciones para una red para recolección y transmisión de datos provenientes de comederos de camarones

Abstract

La crianza de camarones (Macrobrachium rosenbergii) en piscinas con comederos automáticos ha crecido en el Perú debido a la alta demanda de exportación [1]. Esta compleja actividad requiere el monitoreo constante de las condiciones del agua, distribución de los animales y la alimentación. El Internet de las cosas (IoT) es una red de dispositivos conectados a Internet capaces de comunicarse entre sí. Estos sistemas suelen sensar parámetros de interés mediante nodos de bajo consumo energético [2]. La tecnología LoRa (Long Range) permite una comunicación eficiente y de bajo costo para aplicaciones IoT en ciudades inteligentes, agricultura y automatización industrial [3]. La tecnología ha demostrado ser exitosa en contextos agrícolas por su flexibilidad y escalabilidad [4]. Este trabajo propone desarrollar una red LoRa con salida a Internet para conectar comederos automáticos instalados en una piscina de cultivo de camarones, reportando parámetros de interés. La red está compuesta por nodos con capacidad LoRa (433 MHz) y una central con conectividad LoRa y WiFi. Esta central envía los datos a un broker MQTT en la nube, desde donde pueden ser consultados por dispositivos finales.

El sistema logro una tasa de entrega de paquetes (PDR) del 100 % en condiciones adversas. Además, se diseñó un protocolo de comunicación propio que permite sincronizar hasta 14 nodos, con verificación de errores (LRC), retransmisión, mensajes de acuse y mensajes personalizados. Este trabajo forma parte de un proyecto aplicado financiado por ProCiencia y será probado en campo en la piscigranja de la Universidad Nacional de la Amazonía Peruana.

Shrimp (Macrobrachium rosenbergii) farming in ponds with feeders has grown in Peru due to high export demand [1]. This is a complex activity since it requires monitoring pond conditions, animal distribution, and constant shrimp feeding. The Internet of Things (IoT) is the network of internet-connected devices capable of communicating with each other [2]. These networks commonly monitor environmental conditions and parameters of interest with low-power nodes. LoRa technology enables cost-effective and efficient communication for IoT applications such as smart cities, smart agriculture, and industrial automation [3]. LoRa has been successfully used for agricultural applications, resulting in flexible and scalable systems [4]. This work aims to develop a LoRa network with internet access that connects to automatic feeders deployed in a shrimp pond and reports parameters of interest. The network consists of nodes with LoRa RF capability (433 MHz) and a central unit with LoRa and WiFi capabilities. The central unit sends data to an MQTT broker in the cloud, which is consumed by PCs. The system must allow connectivity via LoRa for data reporting and availability on end devices. The network operates with a PDR of 100 % under adverse conditions. A custom communications protocol was developed that supports synchronization of up to 14 nodes, error checking using LRC, retransmissions, acknowledgment messages, and customized messages for the project. This work is part of an applied research project funded by ProCiencia. The prototype is to be deployed after the project’s completion for field testing at the fish farm of the National University of the Peruvian Amazon.