Low Power Wide Area NetworksPara favorecer el desarrollo y futuro crecimiento del Internet de las cosas (IoT)), la industria móvil está creando nuevas tecnologías GSM denominadas redes de Área amplia de baja potencia (LPWA por sus siglas en inglés), y estandarizándolas.

Las tecnologías LPWA soportan un número cada vez mayor y más competitivo de servicios IoT. Se espera que resulten Útiles para un gran número de sectores verticales, y que ayuden a conectar aplicaciones y escenarios a los que no se puede acceder con las tecnologías móviles existentes.

Ventajas de las redes LPWA

Algunos de los beneficios que ofrece la tecnología LPWA son:

  • Larga vida útil de la batería. El bajo consumo permite a los dispositivos funcionar durante años con una sola carga. En algunos casos, la vida útil puede superar los 10 años.
  • Precio unitario bajo. A largo plazo, se espera que cada módulo de conexión cueste solo unos pocos dólares.
  • Mayor cobertura. Frente a  la que ofrecen las tecnologías de área amplia existentes y los productos Wi-Fi, la cobertura exterior ha sido mejorada y dispone de una mayor penetración interior.
  • Soporte a numerosos dispositivos repartidos por grandes zonas geográficas.
  • Conectividad segura de extremo a extremo y servicios de autenticación eficaces. Plenamente compatibles con los requisitos de las aplicaciones IoT.
  • Transferencia de datos optimizada (compatible con bloques de datos pequeños o intermitentes).
  • Topología y despliegue de redes optimizado.
  • Escalabilidad de la red para adaptarse a escenarios que requieran mayor capacidad.

Pero el amplio abanico de requisitos impide que una única tecnología pueda abarcar todos los escenarios de uso LPWA. De ahí­ que hayan surgido, por un lado, soluciones LPWA propias que operan en espectros sin licencia (como Sigfox, Ingenu y LoRa), y por otro, soluciones conformes a los estándares 3GPP, que lo hacen en espectros con licencia. Al comparar ambos tipos, vemos que las tecnologías que cuentan con estandarización 3GPP ofrecen un nivel mínimo de rendimiento. Además, garantizan la interoperabilidad entre proveedores y operadores móviles y pueden implantarse en las redes existentes.

Tecnologías LPWA con licencias 3GPP

En su Release 13 de 2016, el 3GPP optará por conceder licencias a tres tecnologías LPWA para cubrir las necesidades de varios sectores del mercado IoT. Estas tres licencias son:

  • EC-GSM-IoT.
  • LTE-M (o LTECat.M1).
  • NB-IoT.

 Veamos a continuación en qué© consisten.

EC-GSM-IoT: mayor cobertura GSM para el Internet de las cosas

  • La EC-GSM-IoT es una tecnología 2G basada en la eGPRS existente, y diseñada como un sistema celular poco complejo de alta capacidad con bajo consumo de energía y amplio alcance. Su objetivo es dar soporte al IoT, y puede implantarse en las redes GSM existentes mediante una actualización de software.
  • Proporciona un estándar LPWA aprobado por el 3GPP que permite transmitir hasta 70 Kbps. Cuenta con funcionalidades de voz, movilidad plena y baja latencia en frecuencias celulares basadas en bandas 2G GSM reutilizadas. La EC-GSM-IoT ha sido diseñada para ofrecer cobertura a dispositivos máquina a máquina (M2M) en zonas mal comunicadas.
  • Aplicaciones para la EC-GSM-IoT: contadores con requisitos de cobertura exigentes y bajo consumo (agua, gas), redes inteligentes y control de maquinaria.

 LPWA

eMTC, LTE-M o LTE Cat.M1: proyecto LTE de mejora de las Comunicaciones Tipo Máquina

  • La primera versión de la red LTE-M la lanzó el 3GPP en su Release 8, basándose en la 1. Sin embargo, no cumplía con los requisitos del IoT en materia de coste, alcance y vida Útil de la baterá  Con el Release 12 se lanzará una nueva versión: la Cat.0. Se trataba de una versión mejorada de las Comunicaciones Tipo Maquina (eMTC) que acabará por definirse en el Release 13 para compatibilizarse con las LPWA. A esta Última versión se la conoce con el nombre de LTE MTC Cat.M1.
  • La LTE-M es una optimización de la tecnología LTE para su uso en el IoT. Emplea nuevos mecanismos para reducir la complejidad del dispositivo (compatible con anchos de banda reducidos, de hasta 180 KHz), mejorar el consumo de energía (con el modo ahorro de energía), y aumentar la cobertura y grado de penetración de las redes LTE existentes (ahorro de batería mediante eDRX, aumento de la potencia, tiempos de adquisición más largos y altos Índices de error).
  • La tecnología LTE MTC Cat.M1 reúne las funcionalidades básicas que debe tener una buena instalación IoT: conectividad IP, gestión de los dispositivos sin cables (mediante tecnologías OTA), funcionalidades de voz, tasas de transmisión de datos de hasta 375 Kbps, movilidad plena y escasa latencia.
  • Tiene diversas aplicaciones para la LTE MTC Cat.M1: rastreadores, monitores sanitarios, sistemas de seguridad, máquinas dispensadoras y aparatos industriales.

NB-IoT, o Cat.NB1: Internet de las cosas de banda estrecha

  • La tecnología NB-IoT ha sido diseñada para ofrecer mayor cobertura que la que podrán dar las redes GSM tradicionales. El Internet de las cosas de banda estrecha puede mejorar la capacidad UL/de conexión/del enlace ascendente de los usuarios que se encuentren en zonas mal comunicadas a través de transmisiones de un solo tono. Los nuevos canales y señales de la capa fá­sica (como las señales de sincronización y el canal fá­sico de acceso aleatorio) han sido creados para cubrir las necesidades que acompañan a una mayor cobertura.
  • Cuando se define conforme al estándar LTE del 3GPP, la tecnología NB-IoT puede incorporarse a las redes LTE existentes mediante una actualización de software (que permite adaptar y reducir la tecnología LTE 4G hasta hacerla compatible con los canales 2G). Esta tecnología puede instalarse en banda, a través de bloques de recursos en la banda de guarda de un operador LTE normal, o por su cuenta en espectros específicos.
  • La tecnología NB-IoT registra tasas de transmisión de datos inferiores a las de la Cat.M1 (65 Kbps frente a 357 Kbps), una mejor cobertura en interiores y un consumo de energía bajo. Gracias a su diseño pensado para comunicaciones con poco ancho de banda, la NB1 es una opción perfecta y económica para aplicaciones con poca movilidad, una tasa de transmisión de datos baja, latencia media y sin requisitos de voz.
  • Aplicaciones de la NB-IoT o Cat.NB1: sensores industriales, contadores, monitores que se emplean en agricultura, infraestructuras urbanas, controladores remotos y parquímetros.

 

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Sobre el autor

Fernando de Miguel
Fernando de Miguel
Fernando de Miguel es Ingeniero en el Departamento de I+D, dentro del cual desempeña el cargo de responsable de proyectos, especializado en Industrial y Mobility

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