LPWAN (Low Power Wide Area Network) redes de área amplia y de baja potencia, conocido también como LPWA o LPN, es un protocolo de transporte inalámbrico de datos que hoy en día se entiende como uno de los protocolos básicos para la implementación de IoT.
¿Es LPWAN un estándar IoT?
Debemos aceptar que los estándares definitivos para IoT todavía están por definirse, de hecho los protocolos se encuentran en pleno desarrollo y existen varios proyectos que pretenden definir estándares. De todas formas LPWAN aparece siempre como una opción válida de protocolo de transporte para ciertas necesidades IoT.
LPWAN abarca una gran variedad de tecnologías que se utilizan dependiendo de la situación; a continuación os enseñamos las más utilizadas.
LoRa
LoRa es una tecnología inalámbrica al igual que Wi-Fi, Bluetooth, LTE, SigFox o Zigbee. LoRa utiliza un tipo de modulación en radiofrecuencia como la AM o la FM o el PSK; pero patentado por Semtech una importante empresa fabricante de chips de radio.
Esta tecnología de modulación se llama Chirp Spread Spectrum, o CSS, y se usa en comunicaciones militares y espaciales desde hace décadas. La gran ventaja de la misma es que puede lograr comunicaciones a largas distancias y tiene gran solidez frente a las interferencias.
La tecnología LoRa fue originalmente desarrollada por Semtech, pero actualmente está administrada por la “Lora Alliance”. De este modo, cualquier fabricante de hardware que desee trabajar con esta tecnología debe estar certificado por la alianza.
Ventajas de LoRa
Entre las principales ventajas de LoRa se encuentran las siguientes:
- Alta tolerancia a las interferencias.
- Alta sensibilidad para recibir datos (-168dB)
- Basado en modulación “chirp”.
- Bajo consumo (hasta 10 años con una batería)
- Largo alcance 10 a 20 km.
- Baja transferencia de datos (hasta 255 bytes).
- Conexión punto a punto.
- Frecuencias de trabajo: 868 Mhz en Europa, 915 Mhz en América, y 433 Mhz en Asia.
Todo esto hace que ésta sea una tecnología ideal para conexiones a grandes distancias y para redes de IoT en las que se necesitan sensores que no dispongan de corriente eléctrica de red. Por ello, tiene grandes posibilidades de aplicación para Smart Cities o ciudades inteligentes, lugares con poca cobertura celular como por ejemplo aplicaciones agrícolas o ganaderas en el campo, o para construir redes privadas de sensores y/o actuadores.
Para utilizar la tecnología LoRa con el fin de comunicar dispositivos de IoT, existen dos alternativas:
1- Crear una red propia:
Será necesario comprar los chips LoRa y desarrollar unos gateways y nodos propios. Como ventaja, el usuario podrá ajustar y adaptar dicha red a sus necesidades, aunque deberá encargarse del mantenimiento de la misma.
2- Usar un operador de red.
Actualmente, varios operadores están empezando a ofrecer redes LoRaWAN en ciertas áreas, como es el caso de Orange. De este modo, pueden contratarse planes de conectividad con estas compañías evitando así el mantenimiento de la red. Esta opción tiene como desventaja que el operador puede dejar de ofertar este servicio.
Muchos operadores de telecomunicaciones han comenzado a adoptar LoRaWAN y están brindando conectividad junto con los servicios de telefonía en muchos países alrededor del mundo, si bien en España para nada es este el caso.
Pero una única tecnología no puede resolverlo todo y en muchos casos hay concesiones que hay que asumir.
LoRa cumple con la necesidad de dispositivos a batería de bajo costo que necesiten enviar datos a larga distancia; pero no sirve para enviar datos con gran ancho de banda.
SIGFOX
Sigfox fue originariamente una empresa francesa fundado en 2009 por dos ingenieros apasionados por el estudio de las señales. Podemos catalogarla como la primera red IoT dedicada.
Este servicio aporta soluciones al mundo de las M2M (comunicación de máquina a máquina) con su oferta de conectividad, totalmente pensada y dedicada para las comunicaciones a baja velocidad.
Reinventa cómo se transmite la información siempre pensando en reducir el consumo de energía y el coste de los dispositivos conectados.
Sigfox junto con los distintos operadores encargados en cada país ha creado una red de largo alcance y baja velocidad que permite la comunicación de datos entre dispositivos conectados sin pasar por un teléfono móvil o estar directamente ligado a la cobertura y disponibilidad de la red móvil.
Esta conexión entre equipos conectados es posible gracias a su tecnología de radio de banda ultra estrecha. Es energéticamente bastante eficiente y utiliza bandas de frecuencia libres de licencia, disponibles en todo el mundo, como las bandas ISM. Esto le obliga en parte a no poder ocupar el canal más de cierto porcentaje del tiempo conocido como duty cycle, imponiendo una de las limitaciones más fuertes a mi entender, sobre Sigfox, que es el límite en el número de mensajes diarios por dispositivo a 140.
¿Qué hace Sigfox?
Desde un punto de vista técnico, como hemos visto Sigfox depende de otra red distinta, basada en 868 Mhz.
Cada nodo puede cubrir un área de cobertura bastante grande. Además empresas que necesiten mejorar la cobertura en su área puede instalar un equipo repetidor.
Tiene un sistema en la nube donde desde la interfaz web es posible dar de alta los equipos, que funcionan por un ID único en vez de autenticación por tarjeta SIM como los móviles u otros dispositivos IoT basados en GPRS.
También ofrece una red con buena calidad de servicio garantizada y efectiva para bajo volumen de datos, pero que puede soportar muchos dispositivos simultáneos como por ejemplo un despliegue de sensores.
Podemos desarrollar nuestra propia APP y conectarla a la API de Sigfox para recibir la información de los sensores y dispositivos.
Sectores de aplicación
Sigfox tiene algunas limitaciones. A pesar de ello podemos encontrar aplicaciones en casi todas las áreas y sectores. Por ejemplo, en las áreas de domótica, Smart Grid, transporte, logística, ciudades inteligentes, alarmas. El servicio es fiable y las cuotas de conectividad son inferiores a otras redes, lo que a volumen supone una diferencia notable. Podría servir para entornos Scada o de trazabilidad logística.
Como caso de éxito podemos destacar como en Enero de 2018, cuando se firmó un contrato de 300 millones de euros con Senioradom, un especialista Francés en teleasistencia para mayores. Este despliegue era para la ciudad de Chengdu en China, pero la idea es emplear la solución a 20 ciudades más en China.
Al utilizar saltos de frecuencia la red de Sigfox es más complicada de inhibir y por tanto más segura para sistemas de seguridad.
NB-IoT
NB-IoT es la primera tecnología centrada en conectar a Internet objetos cotidianos que requieren pequeñas cantidades de datos en periodos de tiempo largos. Es una de las distintas tecnologías competidoras que se denominan, generalmente, low-power wide-area networking (LPWAN).
Esta tecnología ha sido desarrollada para permitir comunicaciones eficientes y una alta durabilidad de la batería, para dispositivos distribuidos masivamente. Utiliza la ya existente red móvil para conectar todos esos objetos. NB-IoT está diseñado para ampliar el futuro de la conectividad IoT de una manera más segura y fiable. Es ideal para dispositivos que generan un tráfico de datos no muy alto y tienen un ciclo de vida largo.
Ventajas NB-IoT
- Bajo consumo de energía.
- Despliegue simplificado en la arquitectura de red móvil existente.
- Mayor alcance en interiores y exteriores.
- Conectividad fiable, ratificada por el 3GPP.
- Seguridad garantizada por doble autenticación y una interfaz fuertemente encriptada.
- Transferencia de información optimizada.
- Menor coste por componente.
- Permite un gran número de dispositivos conectados.
- Oermite más de 100.000 conexiones por celular
