Cada día se implementan redes de datos que vinculan miles de sensores a través de una pasarela y permiten la transmisión fiable de datos ambientales o del estado de las máquinas mediante una de las diversas tecnologías LPWAN. Sin estas redes de largo alcance y bajo consumo, la visión del Internet de las cosas aún no sería una realidad.
¿Qué es LPWAN?
Tecnología fundamental para el Internet de las cosas
La abreviatura LPWAN significa Low Power Wide Area Network (red de largo alcance y bajo consumo). LPWAN tiene propiedades que permiten a las empresas implementar de forma óptima sus objetivos en el Internet de las cosas (IoT). LPWAN son los protocolos de red que conectan dispositivos de bajo consumo, como sensores alimentados por batería, a un servidor. Están destinadas al envío de pequeños paquetes de datos.
La red está formada por estaciones base. Estas, actúan como puertas de enlace que envían los datos recopilados de los dispositivos finales al servidor de red para su evaluación. De este modo, los dispositivos finales quedan controlados por el servidor de red.
La conexión física entre los dispositivos finales y las estaciones base se puede establecer a través de frecuencias libres de licencia o frecuencias de radio móvil. LPWAN está disponible en el mercado tanto en el espectro libre de licencia (LoRa, Sigfox 0G, etc) como en la tecnología de banda estrecha basada en células (NB-IoT, LTE-M).
Tipos de tecnología LPWAN
- LoRa (Long Range). Es una tecnología de comunicación inalámbrica de largo alcance optimizada para dispositivos que necesitan enviar pequeñas cantidades de datos a distancias relativamente largas, con un consumo de energía reducido. La infraestrucutura de red está descentralizada, la puede instalar y operar cualquier entidad. La cobertura depende de esta infraestructura de gateways instalados.
- LoRaWAN (Long Range Wide Area Network). Es un protocolo de red basado en la tecnología LoRa. en otras palabras, LoRaWAN define el protocolo de comunicación y la arquitectura de red que permite la conectividad de dispositivos LoRa a través de una infraestructura de red gestionada. Es ideal para soluciones locales o de campus donde se puede controlar y personalizar la propia red y escalarla según sea necesario. Esto es útil para proyectos que necesitan una red privada y personalizada, y donde no es impedimento operar y mantener dicha infraestructura de red. Adecuada para proyectos en los que se requiere una alta concentración de dispositivos en una misma ubicación cerrada que no se desplazan.
- Sigfox. Este tipo de tecnología LPWAN utiliza un protocolo de comunicación propietario y opera en bandas de frecuencia no licenciadas. Es adecuada para aplicaciones que requieren una comunicación de baja velocidad y baja tasa de transferencia de datos. Dispone de una infraestructura de red Global de ultra largo alcance, centralizada y abierta. Su naturaleza plug-and-play y la cobertura global hacen que la implementación sea rápida y menos dependiente de la planificación del proyecto. Tiene una alta penetración sobretodo en zonas urbanas y suburbanas. Es beneficioso para proyectos que necesitan ser escalados rápidamente o implementados en múltiples geografías. Por ejemplo, en el caso de requerir dispositivos dispersos, rápido despliegue y sin mantenimiento de infraestructuras y servidores.
- NB-IoT (Narrowband IoT). NB-IoT es otra tecnología LPWAN basada en estándares de comunicación celular 3GPP que utiliza redes celulares existentes para proporcionar conectividad a dispositivos IoT de baja potencia. Dispone de una infraestructura de red centralizada por los operadores. Opera en bandas de frecuencia licenciadas que varían según la región. Siempre se requiere una tarjeta SIM para utilizar NB-IoT. Esta tecnología es ideal para proyectos en los que la alta capacidad de mensajes es necesaria, de baja velocidad de datos, transmisión poco frecuente y el consumo de energía no es prioritario. Su alta penetración en áreas rurales y subterráneas lo hace más útil en proyectos a desplegar en este tipo de localizaciones. Generalmente adecuada para aplicaciones que no requieren transmisión en tiempo real.
- LTE-M (Long Term Evolution for Machines) es otra tecnología LPWAN basada en estándares de comunicación celular 3GPP que utiliza la red LTE para proporcionar conectividad a dispositivos IoT de baja potencia. Es una tecnología hecha para que los dispositivos IoT puedan conectarse directamente a una red móvil, sin necesidad de una puerta de enlace y proporciona una cobertura extendida. Su aplicación es favorable en áreas urbanas y suburbanas, donde no es necesario un largo alcance y sí una alta capacidad de mensajes. Adecuada para aplicaciones que requieren transmisión más rápida, como actualizaciones de firmware y aplicaciones de voz sobre LTE (VoLTE).
Características de las redes de área amplia y baja potencia
Ventajas de LPWAN para el Internet de las Cosas
Como ya sabemos, las redes LPWAN son redes inalámbricas de baja potencia y bajo consumo energético. Tienen buena cobertura en zonas muy extensas, permiten la instalación de numerosos nodos y son consideradas como una alternativa a las redes móviles tradicionales. Gracias a su consumo reducido, los sensores se pueden alimentar a baterías con larga vida útil. El sistema de red LPWAN no necesita grandes infraestructuras ni un cableado extenso y costoso. Por tanto, las redes LPWAN coinciden con las necesidades del Internet de las Cosas gracias a ciertas características, como son las siguientes:
- Bajo coste. Los dispositivos LPWAN tienen un coste relativamente bajo en comparación con las redes móviles porque requieren menos energía, menos computación y menos transmisión.
- Bajo consumo de energía. Los dispositivos LPWAN están diseñados para consumir la menor cantidad de energía posible. Por este motivo, sus baterías pueden llegar a durar años.
- Baja velocidad de transmisión. Uno de los propósitos principales de las redes LPWAN es regular la transmisión no constante de pequeñas cantidades de datos. Los dispositivos LPWAN utilizan una baja tasa de transmisión; por lo tanto, pueden transmitir datos en muy poco tiempo. Esto es importante de cara al Internet de las Cosas, puesto que, en este ámbito, los dispositivos y sensores suelen transmitir poco volumen de información y, a veces, de forma no constante en el tiempo.
- Largo alcance. Las redes LPWAN proporcionan una cobertura de largo alcance que permite la comunicación entre dispositivos ubicados a kilómetros de distancia. Esto es especialmente útil en aplicaciones que requieren conectividad en áreas extensas o en entornos rurales y remotos.
Aplicaciones comunes del protocolo LPWAN
Esta tecnología cuenta con aplicaciones en una amplia gama de industrias y entornos. Entre sus casos de uso principales, destacar los siguientes:
- Ciudades inteligentes (smart cities): mejora de la seguridad pública, alumbrado público, control de semáforos, transporte público, etc.
- Medición inteligente de parámetros diversos situados en localizaciones interiores, exteriores y remotas.
- IoT industrial: Control y automatización de procesos, seguimiento de entornos industriales, control del inventario y la producción, etc.
- Agricultura de precisión o agricultura inteligente: Implementación de técnicas de agricultura de precisión, mejora del rendimiento de los cultivos, optimización de la gestión agrícola, etc.
- Monitorización de la seguridad humana en entornos potencialmente peligrosos.
- Comercio: Terminales de pago más sofisticados, actualización automática de stock, alertas de disposnibilidad de productos, búsqueda de stock en internet, etc.
- Sector energético: Monitorización y control preciso del consumo energético.
- Sector logístico: Seguimiento de la ubicación y condiciones de los activos.
Convergencia tecnológica para una Conectividad Global
A pesar de las ventajas de cada tecnología, es importante reconocer que ninguna es perfecta por sí misma para todas las aplicaciones. Cada solución de conectividad tiene sus propias ventajas y desventajas, y por ello, para impulsar el crecimiento sostenible de las organizaciones, es importante basarse en soluciones de conectividad y servicios de plataformas de datos a través de un híbrido de tecnologías de comunicación de red. La posibilidad de usar una u otra tecnología en un proyecto, según las necesidades específicas de su aplicación, sin tener que contar con dos proveedores de conectividad y dos integraciones, resulta un gran beneficio tanto en tiempo de puesta en marcha como en costes.
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