redes lpwa (low power wide area)
Post on 18-Jul-2022
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Redes LPWA (Low Power Wide Area)
Redes Narrowband
- Tecnologías tradicionales de conectividad inalámbrica: WiFi y la red celular (del 2G al 5G),
alto consumo energético, pero ampliamente soportadas y con gran cobertura.
- Tecnologías de corto alcance, que requieren de repetidores o pasarelas: En muchos casos
son poco eficaces en despliegues amplios, al trasladar la responsabilidad de operación de red al
cliente final, ZigBee, Z- Wave, 6LowPAN, etc.
- Las que ofrecen una conectividad entre el objeto conectado y dispositivos móviles: Por ej,
Bluetooth, el BLE (Bluetooth Low Energy), o NFC.
- Tecnologías Nativas para IoT: Estas redes tienen consumos bajos, capacidad de ofrecer
diseños de dispositivos baratos y altas coberturas.
- Sigfox: un operador francés desplegando y gestionando su propia red basada en su propia
tecnología
- LORA: desplegar redes privadas o bien ser usada por operadores para sus propias redes
IoT.
- Evolucion LTE/4G adaptadas al IoT: Con unas características, ancho de banda y consumo
superiores a LoRa y Sigfox, con requerimientos energéticos muy reducidos.2
Redes mas usadas en IoT
Alta tolerancia a las interferencias
Basado en modulación CHIRP
Alta sensibilidad para recibir datos (-168dB)
Bajo consumo hasta 10 años con una batería*
Largo alcance 10 a 20km
Conexión punto a punto
Frecuencias de trabajo
915MHz América, 868MHz Europa, 433MHz Asia
LoRaWAN
Todo esto hace a la
tecnología ideal para
conexiones a grandes
distancias y para redes de
IoT que se pueden utilizar
en ciudades inteligentes,
lugares con poca
cobertura celular o redes
privadas de sensores o
actuadores, por eso es
que nace LoRaWAN.
Redes LoRa
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* Información provista por Semtech
LoRa RF
Stack o pila de LoRa
LoRaWAN es un protocolo de redabierto que ofrece servicios delocalización, movilidad y comunicaciónsegura bidireccional estandarizadas ymantenidas por LoRa Alliance.
Clases de dispositivos
Clase A TX/RX
Adaptive Data Rate / Throughput adaptivo
Tamaño variable de carga útil máxima de la aplicación (11-242 bytes) según la velocidad de datos utilizada y la regulación local de ISM
Casos de uso de LoRa / LoRaWAN
▪ Conexiones punto a punto (P2P) o
máquina a máquina (M2M).
▪ Redes de sensores en ciudades,
campos o industria.
▪ Redes IoT donde No se require
transferir voz o video.
▪ Tracking de vehículos, animales o
personas.
▪ Redes privadas que no requieren
conectarse a servicios en la nube o en
zonas donde no hay cobertura celular
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SigFox
▪ SigFox se basa en una infraestructura de antenas y de
estaciones de base totalmente independientes de las
redes existentes.
▪ En esta red, los dispositivos envían sus datos a través
hacia un backend propietario y este maneja la
transferencia de los mensajes haciendo una petición
HTTP a un backend preconfigurado.
▪ SigFox gestiona completamente la comunicación entre
el dispositivo IoT y el backend de la aplicación, lo que
hace que la integración del módulo de radio sea un
proceso bastante sencillo para los desarrolladores.
Para interactuar con el módulo de radio se
proporciona una sola API, no se requiere ninguna
configuración.
▪ Para comenzar a integrar SigFox, solo es necesario
adquirir un módulo de radio compatible y un plan de
suscripción renovable para su dispositivo.
Menos mensajes hasta 140 diarios, limitados a 7 por hora.
Cada mensaje puede tener hasta 12 bytes de longitud. Los
módulos de radio son capaces de recibir solo 4 transmisiones
entrantes por día.
Cobertura La red abarca más de 33 países, desplegando
antenas con ayuda de compañías locales de
telecomunicaciones, evitando al proveedor IoT el desarrollo de
la infraestructura de red.
Tecnología Ultra-Narrowband: O de banda ultra
estrecha, con bajas velocidades de transferencias de 10 a
1.000 bits por segundo9
Infraestructura de SIGFOX
De forma predeterminada, los datos se transmiten a través de la interfaz aérea sin ningún cifrado.
Sigfox ofrece a los clientes la opción de implementar sus propias soluciones de cifrado de extremo a
extremo.
El enlace de radio SIGFOX utiliza bandas ISM. Las frecuencias exactas pueden variar de acuerdo a las
regulaciones nacionales, (Europa, 868 MHz, en EE UU es 915 MHz). La densidad de las células en la red
SIGFOX se basa en un rango promedio de unos 30-50km en las zonas rurales. En las zonas urbanas, donde
hay más obstáculos y el ruido es mayor, la densidad podrá reducirse a entre 3 y 10 km.
Analítica
Monitoreoremoto
NB-IoT (Narrowband IoT)
▪ Narrowband IoT (conocido como NB-IoT o LTE-M2) es
una tecnología LPWAN propuesta que no operará en la
construcción LTE. En cambio, está siendo diseñado
para existir de una de estas tres formas:
▪ Independientemente
▪ En las bandas de 200 Khz no utilizadas que se
han utilizado previamente para GSM (Sistema
Global para Comunicaciones Móviles)
▪ En las estaciones base LTE que asignan un bloque
de recursos a las operaciones NB-IoT o en sus
bandas de guarda.
Beneficios
▪ Eficiencia Energética & Ahorros de Costos
▪ Confiabilidad y Calidad de Servicio (QoS)
▪ Alcance Global
Aplicaciones
❑ Smart metering (elec, gas y agua)
❑ Facility management services (y Logistica)
❑ Sensores de aplicaciones criticas (Seguridad Publica
/ defensa Civil / emergencias)
❑ Alarmas de intrusión o incendio para casas y
propiedades comerciales
❑ Aparatos personales que miden parámetros de salud
❑ Infraestructura de ciudad inteligente como farolas
o basura
❑ Dispositivos industriales conectados en líneas
de producción1
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▪ Anterior (Creada en 2015)
▪ Standard: PRIVADO
▪ Tecnología Base: 3G
▪ Menor costo por dispositivo, pero se
requiere un Gateway
▪ Mayor duración de baterias
▪ Alta Latencia / Menor frecuencia de
envio de datos
▪ Entre 14 y 20 KM
▪ Mejor rendimiento en escenarios
rutales
▪ Menor tasas de transferencia
▪ Mas Reciente (Creada en 2017)
▪ Standard: Basado en 3GPP
▪ Tecnología Base: 4,5G
▪ Mayor costo por dispositivo, pero no se requiere
Gategay
▪ Menor duración de baterias
▪ Baja Latencia / Mayor frecuencia de envio de
datos
▪ Entre 17 y 25 KM
▪ Mejor rendimiento en escenarios urbanos,
densos y poblados
▪ Mayor tasas de transferencia (10x)
LoRa vs NB-IoT
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NB.IoT opera sobre redes móviles existentes en el espectro de radio licenciada. Utiliza la infraestructura actual móvil 4Gpara una solución por el recambio de fuentes de alimentación locales (baterías), por conveniencia (contadores de agua, rastreadores o sensores en exteriores) o seguridad (contadores de gas), etc.
NB-IoT también puede ofrecer velocidades de datos más rápidas para admitir aplicaciones que desean grandescantidades de rendimiento de datos. Esto es viable para un entorno urbano denso que tiene cobertura 4G/LTE, quees el área objetivo proyectada de NB-IoT, no es ideal para regiones rurales o suburbanas que no tienen cobertura 4G
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Desafíos LPWAN
Las tecnologías de LPWAN logran coberturas de red inalámbrica a miles de dispositivos
repartidos en una superficie de varios kilómetros cuadrados. Llegan a localizaciones donde no
hay un tendido eléctrico o cobertura celular. Los datos combinados de ese alto número de
dispositivos resultan de gran valor para ofrecer servicios complejos. Sin embargo, el principal
problema de LPWANs actuales, como Sigfox, LoRaWAN o NB-IoT, es que utilizan protocolos
de comunicación específicos fuertemente ligados a las limitaciones de la tecnología radio. Este
hecho las incapacita para interoperar con otros dispositivos pertenecientes a despliegues
distintos.
Con tamaños de mensajes pequeños, aproximadamente 120 bytes, los protocolos y
tecnologías utilizados comúnmente en redes de equipos más potentes no son aplicables en
este contexto. La necesidad de protocolos seguros y ligeros se ha convertido en una prioridad
para poder integrar estos dispositivos en Internet.
La, Internet Engineering Task Force (IETF), se encarga de definir protocolos para la
comunicación de todo tipo de dispositivos y aplicaciones a través de la red. Actualmente, el
grupo de trabajo ‘LPWAN’ se dedica en exclusiva a integrar LPWANs en Internet.
Conclusiones
LoRaWAN es usada cuando la empresa tiene la capacidad para desplegar y mantener su propia
red de comunicaciones o en algunos entornos de comunicaciones en interiores en donde
aspectos como la interferencia afecta la conectividad. Facilita varias clases de dispositivos finales
para dar respuesta a los requisitos de una amplia gama de aplicaciones de IoT como, por
ejemplo, los requerimientos de latencia.
NB-IOT y Sigfox aportan valor en los casos en que se requiere optar por un servicio completo, en
donde el mantenimiento de la infraestructura esté en manos de un proveedor que proporcione
servicio y, con lo cual, nuestro modelo de inversión incluirá este costo como un rubro adicional a
los necesarios para gestionar la solución.
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