Qué Protocolo de IoT se Adapta Mejor a tus Requisitos de Diseño

Para los productos de IoT, la pregunta de interoperabilidad depende del protocolo de comunicaciones que utilices, ya que la mayoría de los productos no pueden comunicarse con sistemas que utilizan un protocolo diferente. El protocolo que elijas también afectará a tu hardware. Por ejemplo, la distancia de transmisión determinará los módulos de IoT disponibles, los requisitos de alimentación y dará forma a la configuración de red para tu sistema. Hay una gran cantidad de protocolos para elegir. Cada año salen nuevas versiones, y los grupos están tratando de consolidar las opciones que ya existen. ¿Cómo decides cuál es el adecuado para tu producto?

Diseñar un producto IoT es un poco como comprar un portátil. Terminarás teniendo en cuenta muchas cosas, como velocidad, coste, funcionalidad e interoperabilidad. Uno o dos probablemente terminarán siendo los más importantes, y luego harás tu mejor esfuerzo para optimizar el resto. En mi caso, utilicé máquinas Linux exclusivamente durante un par de años, pero la interoperabilidad limitada cuando necesitaba compartir archivos de Microsoft fue brutal. Finalmente, cedí y configuré mis ordenador como arranque dual con Windows.

 

Ya sea que desees código abierto o propietario, la interoperabilidad es clave para la mayoría de los sistemas.

Para los productos de IoT, la pregunta de interoperabilidad depende del protocolo de comunicaciones que utilices, ya que la mayoría de los productos no pueden comunicarse con sistemas que utilizan un protocolo diferente. El protocolo que elijas también afectará a tu hardware. Por ejemplo, la distancia de transmisión determinará los módulos de IoT disponibles, los requisitos de alimentación y configurará la configuración de red para tu sistema.

Cómo Elegir un Protocolo

Hay una gran cantidad de protocolos a elegir. Cada año salen nuevas versiones, y los grupos están tratando de consolidar las opciones que ya existen. ¿Cómo decides cuál es el adecuado para tu producto?

 

La búsqueda de un estándar universal crea un caos propio, ¡incluso para emojis!

A medida que empieces a estresarte por todas las opciones que necesitas considerar, me gustaría compartir algunos consejos. Desearía haber podido leer esto antes de mi primer diseño de IoT: "En pocas palabras, no hay un estándar tan prolífico o significativo que cometas un error al no usarlo" (el texto enfatizado es mío).

1. Identifica tus prioridades

En la encuesta de 2017 de IoT Central sobre las tendencias de los desarrolladores, encontraron los principales protocolos de IoT, las principales preocupaciones son la seguridad y la interoperabilidad. Debes abordar la seguridad en todos los niveles del diseño de tu producto, desde la PCB física hasta el almacenamiento de datos del usuario. La interoperabilidad es un poco más simple. Al elegir el protocolo correcto, puedes maximizar los ecosistemas de IoT en los que puede interactuar tu producto.

2. Conoce tu jerga

Debido a que hay tantos jugadores en el espacio de protocolos de IoT, la terminología es un desastre. Incluso el significado de un protocolo de datos versus un protocolo de comunicaciones varía según la industria y, a veces, incluso según la empresa. Aquí hay una buena descripción general, pero verifica la terminología antes de comprometerte con algo.

Los protocolos más utilizados

Los protocolos que son "Windows" o "Mac" del mundo de IoT generalmente existían antes de que IoT realmente proliferara. Por ejemplo, Bluetooth, Wifi, móvil y comunicación de campo cercano. La familiaridad les ha dado un punto de apoyo para la interoperabilidad a costa de no estar optimizado para aplicaciones IoT.

Bluetooth

Frecuencia: 2.4 GHz, salto de frecuencia.

Rango: medio (≤100 metros)

Acceso a la nube: fácil (Bluetooth 4.2 agregó enrutamiento IPv6 para que algunos módulos puedan tener acceso directo a Internet).

Bluetooth se usa generalmente para "redes de área personal". Se ha visto una mayor adopción en los últimos tres años, incluidas varias nuevas versiones y formatos de mensajes.

Bluetooth Low Energy (BLE) está optimizado específicamente para dispositivos IoT con requisitos de potencia mejorados al ajustar el formato, el tamaño y el tiempo de transmisión del mensaje, a un costo de rango más corto (hasta 50 m). La red también se mejora con la incorporación de CSR Mesh.

Móvil

Frecuencia: GPRS, 2G, 3G y 4G varían según la región y el operador

Alcance: largo alcance (15-35 km)

Acceso a la nube: fácil

La comunicación móvil proporciona una transmisión de largo alcance con acceso directo a la nube, pero a costa de los requisitos de alta potencia. También he tenido problemas con el hardware y el soporte de red deficientes, por lo que recomiendo investigar a fondo a tus proveedores.

Comunicaciones de campo cercano (NFC)

Frecuencia: 13.56 MHz

Rango: muy corto (centímetros a metros)

Acceso a la nube: Medio - necesitarás un puente desde tus etiquetas o módulos a Internet.

NFC es en realidad otro conjunto de estándares de comunicación. Viene en forma pasiva y asistida por batería. El rango más lejano es posible con dispositivos y el más corto con sistemas pasivos.

Se considera una alternativa Bluetooth que usa menos energía y no requiere emparejamiento. Algunos estándares NFC son compatibles con RFID, por lo que es una opción popular para productos de gestión de inventario.

Wifi

Frecuencia: 2.4 GHz

Alcance: Medio (40-90 m, según el entorno y el estándar)

Acceso a la nube: fácil, puedes hablar con Internet ya que es un estándar basado en el protocolo de Internet.

Wifi es el protocolo más popular que utiliza los estándares 802.11 de IEEE. Es fácil de usar, muy compatible con otros productos y de gran ancho de banda. Wifi requiere un alto consumo de energía, pero el último estándar IEEE 802.11 AH está destinado a disminuir los requisitos de energía y aumentar el alcance. Esto lo hace perfecto para aplicaciones IoT.

También hay opciones como WeMo, que no es su propio protocolo, sino que se complementa con las redes WiFi existentes.

Líderes emergentes en las batallas de protocolo

Algunos protocolos más nuevos están comenzando a superar a los titulares. El diseño específico para las aplicaciones de IoT brinda ventajas de rendimiento a estos protocolos, y es probable que veamos un uso cada vez mayor en los próximos años.

Hilo

Frecuencia: 2.4 GHz

Rango: corto (10-30 m)

Acceso a la nube: Medio - aún necesitarás un puente, pero 6LoWPAN facilita el uso de los protocolos de Internet IPv6.

El hilo es el bebé de Google, tramado por Nest. El uso no ha crecido tan rápido como se predijo hace un par de años, pero casi siempre se considera entre los principales contendientes para hogares inteligentes. También se puede usar en radios Zigbee para darles acceso a la nube a través del soporte IPv6.

Zigbee

Frecuencia: 915 MHz, 2.4 GHz

Alcance: Corto (10-20 m)

Acceso a la nube: Medio - requiere un puente

Un protocolo de baja potencia, centrado en IoT, Zigbee puede usar cifrado AES de 128 bits.

Zigbee es utilizado por varios fabricantes, en gran parte porque existen múltiples fuentes de proveedores. Zigbee también está bien establecido en redes de malla, aunque he escuchado algunas historias fatales de mallas mal diseñadas e integraciones de productos fallidas. Asegúrate de que tus perfiles Zigbee coincidan y que tu malla esté diseñada para ser robusta.

Onda Z

Frecuencia: 908/916 MHz (EE. UU.) Debido a que Z-Wave utiliza la banda ISM, la frecuencia varía según el país.

Alcance: medio (100 m)

Acceso a la nube: Medio - requiere un puente

Z-Wave y Zigbee están unidos entre sí. Z-Wave se selecciona con frecuencia porque la banda ISM que usa está menos llena que la banda de 2,4 GHz y, por lo tanto, es menos propensa a interferencias. La desventaja es que Z-Wave tiene una velocidad de transmisión más lenta y los dispositivos no se pueden usar fuera de su región "local". Z-Wave también tiene la opción de cifrado AES de 128 bits.

Las radios son de una sola fuente y, como resultado, generalmente son más caras.

Protocolos nuevos e interesantes

Hay una avalancha de nuevos protocolos que intentan establecerse. Desde el punto de vista de la interoperabilidad, la mayoría de ellos no son lo suficientemente maduros o generalizados para considerar. Sin embargo, algunos comienzan a progresar.

AllJoyn

Frecuencia: Varía - AllJoyn transporta en Wifi, ethernet y serial.

Rango: Varía - AllJoyn funciona en una variedad de plataformas, por lo que el rango depende del hardware.

Acceso a la nube: Medio - requiere un puente o puede funcionar como una red independiente.

Comenzado por Qualcomm, AllJoyn ahora es de código abierto y se ejecuta en plataformas Windows, iOS, OSx, Ubuntu y Android. No es ampliamente adoptado, pero es uno de los enfoques más interesantes que he visto.

EnOcean

Frecuencia: 902 MHz (EE. UU. y Canadá), 2,4 GHz

Alcance: Medio (alcance de 30 m en el interior, hasta 300 m en el exterior)

Acceso a la nube: Medio - necesita un puente

EnOcean es un protocolo de recolección de energía que permite que las interfaces inalámbricas sean autoalimentadas. Es de baja frecuencia y bajo ancho de banda, pero proporciona un caso de uso realmente único que también es compatible con Zigbee y BLE.

ANT

Frecuencia: 2.4 GHz

Alcance: Corto (100 m)

Acceso a la nube: necesita un puente

Con frecuencia en comparación con BLE, ANT se centra en redes de sensores en las que cada nodo puede transmitir y recibir mensajes.

 

La interoperabilidad entre todos los componentes de un sistema IoT necesita una gestión cuidadosa de los requisitos.

Debido a que hay tantas opciones disponibles para un protocolo de comunicaciones IoT, es importante identificar primero los requisitos de tu producto. Te recomiendo encarecidamente que considere la interoperabilidad de tu sistema con otros sistemas en el ecosistema de IoT. Es un parámetro particularmente irritante porque el panorama está cambiando rápidamente y es un habilitador crítico para muchas aplicaciones de IoT. Como saber para qué necesitarías un nuevo ordenador portátil, comprender las necesidades de tu sistema IoT facilitará la respuesta a las preguntas de diseño que enfrentas.

La mejor manera de mantener tu gestión de requisitos coherente y simple es con buenas herramientas, como Design Data Management en Altium Vault®. Al realizar un seguimiento de los cambios y verificar los componentes según tus requisitos, puede ayudarte a garantizar la interoperabilidad dentro de tu sistema y en tu ecosistema de productos. ¡Ponte en contacto con un representante de ventas de Altium para comenzar hoy mismo!

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