Introducción al LPWA: NB-IOT & CAT-M vs LORA & SIGFOX

En un futuro cercano, la mayoría de los dispositivos electrónicos que nos rodean estarán unidos por una red que permitirá monitorizar y controlar prácticamente todo: hogares inteligentes, vehículos, sensores industriales…  es el “Internet of Things”. No es necesario esperar a la llegada del 5G para empezar a crear la internet de la cosas. Muchas empresas ya se han posicionado y han empezado a desarrollar soluciones IoT puesto que en la actualidad ya se dispone de las herramientas tecnológicas que lo permiten. A continuación nos centraremos en los dispositivos IoT para ámbito industrial (IIoT) que utilizan la tecnología LPWA (Low Power Wide Area; baja potencia y área amplia).  

Inicios y evolución de la tecnología LPWA

En 2016 la asociación 3GPP, que desarrolla los estándares de comunicación móvil, publicó la release 13 que contiene la descripción de las tecnologías NB-IoT (IoT de banda estrecha) y CAT-M1 (como parte del estándar LTE-M). Con estas dos tecnologías se pueden desarrollar dispositivos LPWA, principalmente aplicaciones IoT para el ámbito industrial (IIoT), también conocido como M2M (machine to machine). Las ventajas de la tecnología LPWA es su bajo consumo y poder transmitir datos a grandes distancias aunque en pequeñas cantidades.    

En junio de 2017 se cerró la release 14 donde se introdujeron algunas mejoras y en la actualidad ya están llegando al mercado productos basados en esta release. Un ejemplo son los 2 módulos basados en el integrado de Qualcomm® 9205 de TELIT, que ya están disponibles a nivel de muestras y que entrarán en producción a finales de 2019.  Estos módulos son ideales para aplicaciones alimentadas por batería. Introducen mejoras en el modo de ahorro de energía (PSM – Power Saving Mode) y en el modo eDRX (extended Discontinous Reception). El modo eDRX despierta de forma periódica los equipos para transmitir la mínima cantidad de datos necesaria y seguidamente volver al modo “sleep”. Además estos nuevos módulos establecen una conexión más fiable en aplicaciones indoor, mejorando el nivel de penetración en entornos cerrados. 

ME310G1 y ME910G1 basados en Qualcomm 9205

Tecnologías LPWA: NB-IoT, LTE-M, LoRa y SigFox

NB-IoT y LTE-M responden al rápido crecimiento del mercado de dispositivos de conexión LPWA. Ambos estándares están optimizados para la comunicación entre dispositivos que envían datos periódicamente. El objetivo es crear dispositivos de reducido tamaño, bajo consumo energético, coste reducido y alta penetración a través de infraestructuras y bajo tierra. La combinación de estas características da como resultado dispositivos para aplicaciones que antes no eran posibles.  

NB-IoT  y LTE-M funcionan mediante comunicación tipo celular, por lo que utilizan las redes de operadoras de telefonía móvil. LTE-M dispone de mayor velocidad de datos, mejor movilidad y permite transmitir voz a través de la red. Sin embargo NB-IoT utiliza menor ancho de banda y su coste es menor. Por otro lado, empresas privadas han desarrollado otras tecnologías LPWA que utilizan bandas libres del espectro, como son LoRa y SigFox. 

La tecnología LPWA es ideal para implementar en dispositivos situados en lugares de difícil acceso, como sensores industriales, medidores de gas o agua o sistemas de iluminación inteligente.  En el caso de NB-IoT, podría utilizarse por ejemplo en la recogida de datos de ocupación de aparcamientos subterráneos desde una base central en la superficie, con el objetivo de mejorar la experiencia de usuario y generar más ingresos. En cuanto a LTE-M, debido a que permite la transmisión de voz, podría usarse por ejemplo para implementar teléfonos y localizadores en prendas de vestir como chalecos para su uso en casos de emergencia. 

Selección de la tecnología adecuada

Una vez conocidas las tecnologías y los diferentes estándares, se puede iniciar el proceso para crear una aplicación IoT. Para aprovechar al máximo las ventajas que ofrecen las redes LPWA, se ha de seleccionar un módulo que utilice la tecnología de conexión adecuada y disponga de las características necesarias que garanticen su desarrollo, despliegue y persistencia en el futuro. 

En primer lugar hay que plantearse usar la tecnología basada en un estándar como LTE-M o NB-IoT o bien tecnología de empresas privadas como LoRa o SigFox. Tanto LTE-M como NB-IoT se están expandiendo rápidamente a medida que los operadores de redes móviles en todo el mundo despliegan sus servicios de IoT, lo que garantiza una cobertura global y una fácil implementación, además de otras ventajas como geolocalización y cifrado. Por otro lado, la  tecnología privada LoRa o SigFox no depende de redes externas y usa bandas libres del espectro, pero en contraprestación estas bandas están expuestas a más interferencias que pueden limitar la calidad de servicio. 

Comparativa de tecnologías LPWA

Otros factores importantes a considerar

Con  la tecnología de comunicación ya seleccionada, hay que pensar en otros factores como: 

• Consumo energético: Diferentes sistemas de ahorro energético pueden hacer variar el consumo total del módulo. 
• Conexión de respaldo: Una conexión de respaldo extra (por ejemplo 2G) garantiza la conectividad en caso de cobertura LPWA limitada. 
• Multi-modo: En algunas regiones pueden desplegarse unas tecnologías antes que otras. Los módulos multi-modo son compatibles con varios estándares por lo que pueden utilizarse en diferentes regiones. 
• Seguridad: El cifrado y las actualizaciones de firmware vía Over–The-Air (FOTA) garantizan tanto la seguridad contra intervenciones ílicitas como la resolución de problemas de seguridad que puedan darse en el futuro. 
• Nube: La capacidad de almacenamiento en la nube permite recolectar datos y gestionar el dispositivo.
• Rastreo GNSS: La geolocalización permite la ubicación precisa del dispositivo cuando sea necesario. 

Ya para finalizar no debemos olvidar que existen tecnologías que todavía siguen siendo válidas y con gran recorrido como el 2G, Zigbee, Wifi, Bluetooth, Wireless M-BUS, etc. de las que hablaremos en un próximo post. 

Conclusión

Una vez decidido el módulo más adecuado es momento del desarrollo de la solución. Para obtener el mejor resultado es importante estar asesorado por técnicos que conozcan bien el producto. En Venco disponemos de una gama de productos IoT que cubren todas las variantes descritas. Nuestros expertos le ayudaran a decidir qué módulo se ajusta mejor a las necesidades de su industria y le orientarán en el proceso de implementación.