La Internet de las cosas (IoT) viene con toda su fuerza. Su propósito, para conectar cosas (objetos, electrónica usable, personas) entre sí usando el internet todavía no es muy evidente en nuestros días, puesto que las aplicaciones de consumidor son todavía pocos, siendo más intensa aún en aplicaciones de gobierno que son difíciles de entender. En este artículo, basado en algunos documentos que accedemos a través de internet, os traemos un resumen de lo que puede hacerse en esta dirección, especialmente de las empresas que están trabajando simultáneamente para crear soluciones inalámbricas para conexión de sensores y productos a internet.
De hecho, el término IoT es aún muy controvertido, porque hay cosas que tienen capacidades inalámbricas, pero no necesariamente a través de internet, tales como electrodomésticos, usables y más que usan conexiones de Bluetooth y otros.
El término Internet, por lo tanto, debe referirse sólo a aquellos dispositivos que se comunican por internet, pero no es lo que sucede. De hecho, creo que este término, en definitiva, tal vez tenemos una ruptura.
Así, teniendo en cuenta que el dispositivo, no necesariamente tiene acceso a internet, pero un host que se conecta a internet o a otro dispositivo que tenga acceso a internet, podemos discutir mejore las tecnologías posibles.
En la práctica, existen varias tecnologías que proporcionan conectividad entre dispositivos que se clasifican en el grupo de IoT a distancias superiores a los ofrecidos por Zigbee, Bluetooth y Wii-Fi. Son los que hacen la conectividad vía redes celulares y redes de área amplia de baja potencia (Low-Power Wide Area Newtworks o LPWANs).
El objetivo de los desarrolladores de LPWANs es desplegar redes en zonas urbanas en la mayor cantidad posible en forma de tres soluciones antes de implementar las soluciones Wireless:
EC-GSM (Extended Coverage) - cobertura extendida - es una tecnología que permite a redes celulares GSM se utilizar para aplicaciones de IoT a través de la incorporación del software apropiado.
Variantes de la LTE (Long-Term Evolution) denominados en algunos artículos técnicos LTE-M, ya que es un término general que cubre una variedad de Especificaciones LTE destinado al uso en la conectividad de Internet.
5 G - La quinta generación de conectividad inalámbrica llegarán después de 2020.
La competencia entre estas tecnologías es grande. Por supuesto, conectividad inalámbrica tiene una gran ventaja sobre otras tecnologías. Pero hay muchas otras soluciones en que el estudio puede ser interesante en algunas aplicaciones.
Para efecto de análisis podemos decir que existen tres tipos de conectividad, IoT, clasificable según el rango: corto rango (short-range), gama media (mid-range) medio y largo alcance (long-range). Estas gamas cubren una gama que va desde pocos metros hasta varios kilómetros.
Las tecnologías de corto alcance actualmente utilizadas son basadas en Wii-Fi, Zigbee y Bluetooth. Sus rangos se miden en metros, que resulta en un área de cobertura pequeña.
Las tecnologías de mediano alcance utilizan portadoras wireless y LPWANs que pueden tener alcances razonables, buenas capacidades de seguridad y cifrado. Otras características se pueden agregar según la aplicación. Sin embargo, los usos de estas soluciones todavía tienen un precio relativamente alto.
De largo alcance. En esta categoría incluimos las que acceden a los satélites, que significan la solución con el mayor alcance de todos, pero el costo sigue siendo de costo extremadamente alto. Quién sabe, con el uso de una red de satélites de espacio, podría lograrse la cobertura del sistema solar, pero sin duda que no es para ahora, sino para las próximas décadas.
Discutir las ventajas de la conectividad de diferentes soluciones que se encuentran citadas en uno de los tres grupos no es una tarea sencilla, porque más allá del alcance se debe tener en cuenta otras propiedades que pueden ser incluso más importantes en aplicaciones específicas. Echemos un vistazo a algunos de ellos, basado en amplia documentación que está disponible hoy en internet.
Las variantes de la LPWAN:
Existen varios tipos de redes de LPWANs que se diferencian por el tipo de modulación. Así pues, son los que utilizan banda ancha, banda estrecha y de bandas ultra estrechas.
En la banda ultra estrecha, se aprovecha el hecho de que, estrechando la banda transmitida, el piso de ruido aumenta que tiene un impacto positivo en la sensibilidad del receptor, en el alcance y también permite el uso de una potencia más baja en la transmisión.
Sin embargo, la limitación está en la capacidad de transmisión de datos, que se limita a una tasa muy baja además de paquetes de datos pequeñas, ambas comunicaciones pueden ser unidireccionales como bidireccionales.
Ya, en el caso de tecnologías de banda estrecha, se combina las ventajas de la banda ultra estrecha con banda ancha, lo que significa un grado más de la velocidad y el tamaño de los paquetes de datos.
Con banda ancha, podemos lograr velocidades más altas con estos llagando a canales tan amplio como 1 MHz, en cuyo caso se obtiene la más alta tasa de datos posible.
En definitiva, con banda estrecha tenemos menos necesidad de una gama de energía dado, pero pierde en velocidad. Con la banda más ancha, la necesidad de más energía, pero puede transmitir más datos.
Por supuesto, modificar las técnicas de transmisión, por ejemplo, con el uso de espectro ensanchado y modulación, puede mejorar el rendimiento de cada una de estas tecnologías, lo que significa que, cada fabricante puede tener diferencias considerables en los productos ofrecidos.
Además, la elección de una tecnología de un fabricante determinado debe tenerse en cuenta otros factores tales como la capacidad de la red, calidad de servicio, fiabilidad y sobre todo seguridad.
Todo esto nos lleva a analizar cada una de las tecnologías de conectividad disponibles, con una breve descripción de sus características principales.
Las tecnologías:
LoRa – se trata de un acrónimo de Long Range que consiste en la capa física de un conjunto de estándares abiertos para dispositivos bidireccionales auspiciados por la LorRa Alianza. La implementación de su red se llama LoRaWAN ha sido desarrollado por Semtech, que posee los derechos para el chip que es central en esta tecnología, junto con IBM Research y Actility.
La tecnología LoRa usa trinos de modulación en espectro esparcido y una estación base puede típicamente cubrir la zona de cientos de kilómetros cuadrados, dependiendo de factores locales como la topografía, la presencia de obstáculos, etcétera.
Un ejemplo que podemos dar es SX1276 de Semtech que se utiliza en sistema de lectura de medidores en la automatización, alarmas inalámbricas, sistemas de seguridad y sistemas industriales de monitoreo y control de lectura de medidores.
En la figura 1 que damos el diagrama de bloques de este transceptor que funciona en el UHF de 137 a 1020 MHz con varios anchos de banda, de 7.8 a 500 kHz.
El datasheet de este componente puede consultarse en:
http://www.semtech.com/images/datasheet/sx1276_77_78_79.pdf
Con este producto es posible tener múltiples canales de comunicación con taja de datos que van desde 300 b/s a 50 kb/s seleccionado por el servidor de la red según la potencia de salida de cada dispositivo IoT.
Symphony Link y Ensemble- Esta tecnología fue desarrollada por Link Labs, como una variante propietaria de la LoRa WAN que utiliza la capa física de LoRa, pero una diferente arquitectura de MAC para lograr funcionalidad adicional.
El producto principal de la empresa es el Symphony Link System que utiliza una estación base de 8 canales que operan en la banda ISM de 433 a 915 MHz y en la banda de 868 MHz utilizada en Europa. El alcance llega a 10 millas.
Vea más en: http://www.link-labs.com/product/iot-software/
SIGFOX
Este es un producto de la compañía del mismo nombre que ofrece para los 19 países con una cubertura de 1.200.000 kilómetros cuadrados, incluyendo ciudades importantes como San Francisco, California. Recientemente, la compañía anunció su intención de ampliar su cobertura para más de 100 ciudades en los Estados Unidos.
Este sistema funciona en la gama de 815 a 915 MHz en la transmisión de pequeños paquetes de datos muy lentamente, una tasa de 300 b/s. La modulación es BPSK (Binary Shift Keying). Una característica de esta tecnología es el largo rango su indicado para aplicaciones de IoT que requieren pequeñas cantidades de datos.
La Modulación es banda de ultra estrecha que permite una gama de hasta 1 000 km como una estación de base simple y tiene una capacidad para atender hasta 1 millón dispositivos IoT para la estación. Cada mensaje puede tener hasta 12 bytes y cada dispositivo puede enviar solamente hasta 140 mensajes al día, que limita las aplicaciones, pero realmente tiene interés práctico en muchas áreas. Los primeros dispositivos son unidireccionales, pero pronto estará disponibles con los dispositivos de conectividad bidireccional.
Los vendedores pueden proporcionar gratis uso de la propiedad intelectual. Muchas empresas venden actualmente SIGFOX chipsets como el MOUSER, además de antenas, placas de evaluación y extensión, además de otros componentes. En la figura 2 tenemos un diagrama de bloques de esta aplicación.
