Fuente: NXP
Si parece que casi todo en estos días se conecta a Internet de las Cosas (IoT), o que pronto será compatible con IoT, no está equivocado. El año pasado, dos informes separados, uno de IDC y otro de Juniper Research, analizaron el IoT y el mensaje fue claro: las cosas solo se van a conectar más.
A principios de 2020, el número total de conexiones de IoT en todo el mundo ya había alcanzado los 30 mil millones. IDC y Juniper esperan que esa cifra supere los 80.000 millones en los próximos cuatro a cinco años. Para poner eso en contexto, IDC predice que, para 2025, habrá más de 152,200 dispositivos conectados al IoT cada 60 segundos.
Un tipo diferente de conexión
Muchas de estas nuevas conexiones de IoT aprovecharán las últimas capacidades 5G para admitir casos de uso de vanguardia como automóviles autónomos, auriculares de realidad virtual, sistemas de seguridad de alta resolución y drones autónomos.
Pero también habrá un crecimiento espectacular en las conexiones de IoT que no necesitan el tipo de rendimiento avanzado disponible con 5G. Los dispositivos pequeños que funcionan con baterías procesan cantidades muy pequeñas de datos y solo necesitan una conexión intermitente a la nube, como sensores, que recopilan y transmiten lecturas para su uso en manufactura, agricultura, atención médica, redes de servicios públicos e infraestructuras urbanas y etiquetas de activos que rastrear e informar su paradero en la cadena de suministro.
Además, los sensores y las etiquetas de activos a menudo se implementan en lugares fuera del alcance de Wi-Fi, como tuberías y campos agrícolas, y a menudo requieren movilidad, para casos de uso como la gestión de flotas, el envío y la automatización de la cadena de suministro.
Para dar servicio a este segmento de IoT, las conexiones de dispositivo a nube tienden a hacer uso de una red de área amplia de baja potencia (LPWAN), una tecnología inalámbrica que ofrece un ancho de banda bajo, conectividad de bajo consumo y bajas tasas de bits en rangos largos.
Opciones LPWAN
Con LPWAN, los puntos finales normalmente se conectan directamente a puntos de acceso centrales comunes, de manera similar a la forma en que se configura el Wi-Fi. El protocolo LPWAN específico elegido depende en gran medida del caso de uso, pero las opciones más populares son LTE-M, NB-IoT, LoRa y Sigfox. Cada uno viene con su propio conjunto de beneficios y compensaciones:
LTE-M y NB-IoT
LTE-M (que significa LTE-Machine Type Communication) y NB-IoT (para Narrowband IoT) son estándares celulares definidos por 3GPP. LTE-M ofrece una latencia en el rango de 100 a 150 ms, por lo que es una buena opción para vehículos conectados, dispositivos portátiles, rastreadores y paneles de alarma. NB-IoT consume energía mínima y puede conectar más de 100,000 dispositivos por celda.
Como tecnologías celulares, LTE-M y NB-IoT ofrecen cobertura mundial y se ejecutan en redes reconocidas por sus características de seguridad. También utilizan la modulación OFDM para fortalecer la señal y aumentar el presupuesto de enlace, pero la complejidad de los módulos ODFM puede dificultar el esfuerzo de integración. Además, LTE-M y NB-IoT requieren una suscripción de un operador de red móvil, lo que puede agregar costos si los dispositivos móviles están sujetos a tarifas de roaming o si el área operativa requiere más de un proveedor para una cobertura completa.
LoRa
LoRa (abreviatura de Long Range) es una técnica de modulación no celular patentada. Se basa en la modulación de chirp de espectro ensanchado (CSS), que distribuye señales a través de diferentes canales de frecuencia y velocidades de datos. LoRa ofrece una combinación de batería de larga duración y muy largo alcance, por lo que es una buena opción para cosas como seguimiento de ganado, monitoreo de tuberías y redes de contenedores de basura, farolas y otros elementos de infraestructura en toda la ciudad.
Técnicamente hablando, LoRa es solo la capa física (PHY) y solo está disponible en los conjuntos de chips de radio Semtech. La mayoría de las implementaciones ejecutan LoRa en LoRaWAN, un protocolo definido por LoRa Alliance. LoRaWAN define la capa de acceso a los medios (MAC), el protocolo de comunicación y la arquitectura de la red. Los detalles exclusivos y estrictos de los conjuntos de chips de radio LoRa pueden ser un impedimento, ya que una solución patentada puede plantear problemas con el abastecimiento y presentar desafíos para la hoja de ruta del desarrollo.
Sigfox
Sigfox, como LoRa, nació como una tecnología patentada y fue creada por la empresa francesa del mismo nombre. Sin embargo, la especificación Sigfox ahora es de dominio público, lo que significa que los desarrolladores y fabricantes tienen un ecosistema más grande y diverso con el que trabajar.
El protocolo Sigfox utiliza tecnología de banda ultra estrecha (UNB) para ahorrar energía y emplea técnicas de cambio de clave en el enlace ascendente y descendente para reducir la interferencia. El alcance es de unos 1.000 metros.
Una cosa que hace que Sigfox se destaque es que restringe tanto el tamaño como la frecuencia de las señales de datos. En un período de 24 horas, no puede haber más de 140 mensajes de enlace ascendente, a 12 bytes por mensaje y no más de cuatro mensajes de enlace descendente, a 8 bytes por mensaje, todos viajando a velocidades de datos bajas. Restringir la transmisión a una vez cada 10 minutos aproximadamente y limitar el tamaño de los mensajes minimiza el consumo de energía y prolonga la vida útil de la batería.
Los dispositivos Sigfox se conectan a 0G, que es la red celular de baja velocidad de datos basada en suscripción de la empresa. La red ofrece una cobertura casi global y se conecta directamente a la nube Sigfox.
Sigfox está hecho a medida para sensores y etiquetas de activos
Los requisitos de conectividad para sensores y etiquetas son mínimos, y el protocolo Sigfox, con su transmisión intermitente de mensajes cortos, es una buena opción por varias razones.
Sencillez
Los módulos de silicio son rentables y fáciles de usar, para una integración más sencilla, y son compatibles con redes móviles y Wi-Fi 2G / 3G / 4G. Trabajar dentro de la red Sigfox significa que no hay necesidad de emparejamiento o configuración, porque todos los dispositivos Sigfox usan el mismo enlace simple y dedicado para la conectividad en la nube.
Eficiencia
Los dispositivos permanecen en modo de suspensión la mayor parte del tiempo y solo transmiten en ráfagas cortas, por lo que la batería no tiene que trabajar horas extras para admitir la conectividad. La larga duración de la batería también significa que los sensores y las etiquetas pueden permanecer en el campo durante años sin cambiar la batería.
Cobertura
La red Sigfox 0G ahora está disponible en más de 70 países y regiones, cubriendo poblaciones de más de mil millones de personas y un área de casi 6 millones de kilómetros cuadrados. La compañía está construyendo su red terrestre y lanzando una red satelital. Para respaldar las aplicaciones de la cadena de suministro, la cobertura incluye cientos de puertos y aeropuertos en todo el mundo. La red está completamente administrada y ofrece una calificación de alta calidad de servicio (QoS). Además, existe una única suscripción de bajo costo para el uso de la red global, lo que resulta en que no se cobran cargos por roaming ni es necesario negociar varios contratos cuando se opera en diferentes regiones.
Seguridad
Los sensores y las etiquetas de activos deben defenderse de la piratería, que puede incluir intentos de tomar el control, robar información o interrumpir el servicio. Dentro del dispositivo, los módulos Sigfox utilizan un elemento seguro a prueba de manipulaciones para evitar la clonación del dispositivo y para proteger físicamente las claves de cifrado utilizadas para salvaguardar las transmisiones. En la estación base, y entre la estación base y la nube, Sigfox utiliza el cifrado de carga útil para la seguridad lógica y para evitar el robo de datos. La protección adicional adicional incluye estaciones base Sigfox que solo aceptan enlaces ascendentes de dispositivos Sigfox.
Fiabilidad
El formato de espectro extendido de la señalización Sigfox ayuda a reducir la interferencia y evita los intentos de interferir en las transmisiones. La diversidad espacial significa que cada mensaje emitido por un dispositivo es recibido por múltiples estaciones base, por lo que cualquier intento de bloquear la estación base, para evitar la transmisión, requiere bloquear todas las estaciones base relevantes a la vez. Los bloqueadores de mano de bajo costo que se usan típicamente para bloquear las señales 2G / 3G / 4G no ofrecen la potencia necesaria para el bloqueo simultáneo y, como resultado, no interrumpen las transmisiones de Sigfox.
Sigfox para aplicaciones industriales y de cadena de suministro
Los sensores y rastreadores de activos que utilizan Sigfox para la conectividad son opciones atractivas para una amplia gama de aplicaciones, con casos de uso relevantes en la industria, el transporte, la logística, los servicios públicos, la energía, la salud y la agricultura.
En la cadena de suministro, Sigfox se puede utilizar como una extensión de cualquier red local de identificación por radiofrecuencia (RFID) que se utiliza para identificar, monitorear y rastrear activos. Sigfox agrega movilidad, por lo que los activos con etiquetas RFID aún se pueden rastrear mientras están en tránsito, y las estaciones base Sigfox se pueden montar en instalaciones asociadas, como centros de distribución, donde es posible que no haya una infraestructura RFID. La participación en la cadena de suministro es una de las razones por las que los puertos marítimos y los aeropuertos han sido una prioridad para Sigfox a medida que expanden su red.
Dónde encaja NXP
NXP juega un papel vital en las tecnologías LPWAN y ofrece opciones Sigfox altamente integradas. El NXP OL2385 es una solución Sigfox de sistema en chip que combina hardware y software para ofrecer un excelente rendimiento de radiofrecuencia (RF) con un bajo costo de lista de materiales (BoM). El OL2385 viene precargado con el software de módem Sigfox y es parte de un diseño de referencia aprobado por Sigfox.
El OL2385 también es compatible con la plataforma de desarrollo IoT de NXP, que facilita la exploración de la funcionalidad Sigfox junto a Zigbee, Bluetooth Low Energy® (BLE), Wi-Fi, sistema de posicionamiento global (GPS) y más. Los desarrolladores pueden crear rápidamente un diseño de prueba de concepto antes de comprometerse con una configuración de hardware específica y pueden obtener información sobre la comunicación de Sigfox antes de invertir en una implementación completa.
