Los Pros y los Contras de Diferentes Redes LPWAN para tu Aplicación IoT

En este momento, el IoT es como una batalla de gladiadores en el coliseo de las fuerzas del mercado y la opinión pública. Hay clasificaciones constantes de qué protocolo o pila usar, qué productos de IoT son útiles (o no) y quién ganará cada elemento del ecosistema floreciente del IoT. La mejor parte es que cada una de estas pequeñas batallas también es una decisión que debes enfrentar o planificar en tu próximo diseño de IoT. Impresionante, ¿verdad?

Por suerte para ti, ya he considerado las probabilidades de uno de los enfrentamientos de gladiadores actuales en IoT; ¿Deberías utilizar una red de área amplia (LPWAN) de baja potencia para tu sistema IoT?

¿Otro protocolo de IoT? ¿Qué necesito saber?

Las LPWAN son un gran cambio de las redes que se complementan con Internet o las comunicaciones móviles. Hemos hablado de ellos recientemente, pero los aspectos básicos de la aplicación para los sistemas IoT son:

Baja Potencia

Es tan importante que incluso es parte del nombre. A diferencia de las redes móviles existentes, LPWAN estás destinado a minimizar el coste de energía para un sistema IoT. Los dispositivos generalmente no producen más de 10-25 mW para cumplir con las bandas de frecuencia ISM. Esto permite que los sensores o dispositivos remotos funcionen durante largos períodos de tiempo (idealmente, años) sin necesidad de cambiar las baterías.

Amplia Cobertura

Las LPWAN tienen una cobertura que varía desde unos pocos kilómetros en áreas urbanas hasta 15-30 en áreas rurales sin mucha interferencia. Tienen una cobertura mucho más amplia que los sistemas de corto a mediano alcance como Bluetooth o Wifi.

Bajo Ancho de Banda 

Como la mayoría de los dispositivos IoT envían pequeñas cantidades de datos, el bajo ancho de banda reduce el coste del sistema. Las LPWAN están destinadas a aplicaciones con mensajes pequeños solo unas pocas veces por hora, en lugar de aplicaciones con muchos datos como la transmisión.

Bajo Coste

La mayoría de las LPWAN están utilizando un modelo de suscripción, lo que permite que el hardware (el conjunto de chips de radio) sea económico, mientras que se cobra una tarifa de suscripción anual por cada dispositivo conectado a la red. Muchos usan el rango sin licencia en las bandas ISM (como 868 MHz en Europa y 915 MHz en los Estados Unidos) para reducir los costes.

¿Quién usa LPWAN?

Las aplicaciones de consumo en LPWAN todavía son incipientes, por lo que no se usan ampliamente. Sin embargo, SigFox está ganando impulso en Europa, e IoT Central informa sobre un aumento del 6% en adopción durante el último año. Las aplicaciones actuales son principalmente industriales y están en transición hacia “ciudades inteligentes”, donde las empresas de servicios públicos y los servicios están encontrando más casos de uso.

¿Cuáles son mis opciones de red?

Como todo en el espacio de IoT, hay muchos aspirantes y muchas más opiniones sobre cuáles son buenos. Si estás interesado en una comparación aún más detallada, IoT For All tiene un documento técnico al final de este artículo que podría ser de tu interés.

 
Gladiators fighting

LoRa y SigFox son los mayores competidores de LPWAN, pero hay algunos perdedores con mucho potencial.

Los pesos pesados ​​de LPWAN son LoRa y SigFox. Sin embargo, algunos de los perdedores, como Ingenue y Weightless, definitivamente valen la pena. Para comenzar, exploremos lo que los pesos pesados pueden ofrecer.

LoRa

LoRa ha ganado impulso en Europa, donde ya hay áreas de cobertura desplegadas. Requiere el uso de un conjunto de chips de radio de Semtech, por lo que no es un estándar abierto.

Pros:

  • Excelente soporte y socios de la industria, incluidos Cisco, IBM Microchip Technology, KPN, IMST y más.

  • Ancho de banda comparativamente decente (para LPWAN, no vas a transmitir videos de YouTube aquí).

  • Seguridad: cifrado y autenticación AES CCM (128 bits).

Contras:

  • No es un estándar abierto.

  • Solo puedes usar proveedores aprobados por Semtech.

  • Las redes privadas son difíciles/imposibles en LoRa.

  • Protocolos de validación/reconocimiento difíciles y altas tasas de error.

  • Capacidad limitada de enlace descendente.

SigFox

Nuestro otro gran candidato importante también ya está implementado. SigFox también tiene un fuerte apoyo de la industria de socios como Texas Instruments, Silicon Labs y Axom.

Pros:

  • SigFox se ha implementado con mucha tracción en Europa y San Francisco.

  • No hay circuitos del receptor, por lo que se requiere menos energía.

  • Alcance más largo, logrado a costa de una modulación más lenta, lo que hace que SigFox sea ideal para aplicaciones de medición simples.

Contras:

Ingenu

  • No es un estándar abierto.

  • La arquitectura estadounidense es diferente de la que se ha implementado en Europa debido a la longitud de transmisión exigida por la FCC, por lo que las pruebas pueden no ser tan sólidas.

  • Seguridad mínima (cifrado de 16 bits).

  • No hay comunicación de enlace descendente.

  • Potencial de mayor interferencia de RF.

Ingenu ha sido más lento en el mercado que SigFox o LoRa porque ha dedicado mucho tiempo y esfuerzo al desarrollo del apilamiento completo de tecnología LPWAN. Ingenu fue miembro fundador del grupo de trabajo iEEE 802.15.4k, trabajando en el monitoreo de datos de infraestructura de baja energía, por lo que son fuertes en los fundamentos.

Pros:

  • Desarrollo de arquitectura con capacidad superior de enlace ascendente y enlace descendente, en comparación con otras LPWAN.

  • Presupuesto de enlace más alto que LoRa o SigFox, que proporciona una cobertura de área mayor y más sólida.

  • Compatibilidad internacional con operación a 2.4 GHz.

Contras:

  • Mayor interferencia de WiFi, Bluetooth y edificios con operación de 2.4 GHz.

  • Menor duración de la batería debido al mayor consumo de energía de procesamiento del dispositivo.

 Ligero

Sin peso, es otra LPWAN por debajo de 1 GHz, que opera en el rango sin licencia. Me gusta especialmente porque es el único estándar abierto en ese espacio, y me encanta el potencial que ofrece para nuevas aplicaciones. Hay tres estándares, N, W y P. Puedes equilibrar el costo con la velocidad y un amplio conjunto de funciones para elegir cuál es el mejor para tu sistema.

Pros:

  • Opciones para redes de sensores de baja velocidad (N) o redes privadas de velocidad adaptativa (P).

  • Capacidad de enlace ascendente y enlace descendente (P, W).

  • Buen alcance en entornos urbanos (2-5 + km).

  • Coexiste con otras tecnologías de RF con mínima interferencia utilizando demodulación avanzada.

Contras:

  • Se requiere espectro de espacio en blanco de TV para W.

  • La duración de la batería varía de 2 a 10 años, según el estándar.

Los Perdedores

Existen varias otras opciones pero todavía tienen que ganar mucha tracción. Estos incluyen LTE-M, IEEE P802.11AH (una opción wifi de baja potencia) y Dash7. Para implementar tu dispositivo IoT, necesitas una LPWAN para que esté fácilmente disponible, por lo que aún no es una gran opción. Definitivamente son contendientes a los que vigilar. 

¿Debo usar un LPWAN?

Al igual que otros protocolos de comunicación de IoT, no hay una respuesta fácil sobre lo que es adecuado para ti. Sin embargo, hay una respuesta fácil si LPWAN no es adecuado. Comienza por descubrir tus opciones de cobertura en cualquier lugar donde desees implementar tus sistemas. Si no hay red, diseñar para ese LPWAN es como apostar por un gladiador que ni siquiera está en la pelea.

Gladiator symbols

Hay una gran lista de contendientes LPWAN, pero asegúrate de elegir uno que tenga sentido para dónde deseas implementar.

Mientras esperamos la aprobación de los protocolos que serán más accesibles y compatibles, es probable que estés mejor con algo más probado y verdadero. Sin embargo, no pierdas el rastro de LPWAN. Si deseas que tus dispositivos IoT tengan compatibilidad a largo plazo, debes mantenerlos en tu radar.

Si has realizado tu investigación y estás listo para comenzar a diseñar tus productos de IoT, asegúrate de administrar tus componentes y requisitos a largo plazo. El software de PCB como Altium Vault® lo hace fácil y también te ayuda a administrar el control de versiones cuando estés listo para integrar hardware para nuevas opciones de red. ¡Puedes ponerte en contacto con un representante de Altium hoy para comenzar!

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Acerca del autor

Altium Designer

PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

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