Cómo las Redes de Área Amplia de Baja Potencia Están Habilitando los Sistemas IoT

August 20, 2019 CircuitStudio

wifi over city

LPWAN puede habilitar algo así como una ciudad "inteligente".

¿Qué adoran los ingenieros civiles, pero los ingenieros eléctricos odian? El hormigón. Esto que constituye la base de nuestro mundo físico a menudo confunde las señales eléctricas que son la base de nuestro mundo digital. Las plantas de aparcamientos, los centros comerciales y las estructuras subterráneas sufren una mala cobertura de la señal. Sin algún tipo de ventana o repetidor, rara vez obtendrás una buena cobertura en estos lugares. Eso se está convirtiendo en un problema a medida que Internet de las Cosas (IoT) se está expandiendo a ese tipo de lugares. Ahí es donde entran las redes de área amplia de baja potencia (LPWAN). Las LPWAN pueden ayudar a resolver problemas de cobertura y energía para dispositivos IoT. Además, pueden abrir opciones de servicio distribuido y de baja potencia que revolucionarán el IoT.

 ¿Qué es un LPWAN?

Su nombre prácticamente lo dice todo. Se supone que las LPWAN proporcionan cobertura de red en un área amplia a dispositivos de baja potencia. Para ser claros, LPWAN no es un estándar, sino simplemente una descripción. Hay, y ha habido, una variedad de compañías que proporcionan LPWAN utilizando varias tecnologías diferentes. Los únicos requisitos para estos sistemas son que cubren un "área amplia" (generalmente más de 2 km) y permiten dispositivos de baja potencia. Si quieren entrar al mercado, deben hacerlo a un precio bajo.

El área amplia es necesaria para permitir configuraciones dispersas como el monitoreo de servicios públicos para un gran complejo o edificio. La naturaleza descentralizada de los sistemas LPWAN significa comprar muchos sensores y dispositivos. Esos costos se suman, por lo que para tener éxito, LPWAN también debe tener un precio bajo. La mayoría de los sensores y dispositivos en LPWAN necesitarán funcionar durante años (10 parece ser el estándar) con baterías. Eso significa que los sensores tendrán baja potencia y LPWAN debe usar una solución de red de baja potencia. El único inconveniente de las redes de baja potencia es que reducen las velocidades de datos. Como resultado, la mayoría de las LPWAN son adecuadas para aplicaciones con bajo rendimiento.

El mercado de LPWAN está creciendo a un ritmo tremendo y espera conectar 4 mil millones de dispositivos para 2025. Esta marea creciente está impulsando una intensa competencia, que se extiende incluso a la industria de las telecomunicaciones.

 ¿Qué no es un LPWAN?

Las redes móviles actualmente no se consideran LPWAN. Sin embargo, eso puede estar cambiando a medida que los operadores celulares intentan ingresar al mercado. Las telecomunicaciones ya tienen una gran infraestructura que les permite implementar redes fácilmente. Otra ventaja móvil es que los modelos comerciales de las compañías les permiten vender sistemas LPWAN a bajo precio. Ganan dinero con contratos, no con hardware. Ese modelo los incentiva a vender tantos sistemas como sea posible por un precio bajo. Como dije antes, cuanto menos costoso, mejor cuando se trata de LPWAN. El requisito de baja potencia es lo único con lo que los operadores tienen problemas. Las antenas de redes móviles actuales consumen demasiada potencia para ser útiles para muchas aplicaciones LPWAN. Sin embargo, eso también está cambiando, ya que las telecomunicaciones están invirtiendo en el desarrollo de soluciones de baja potencia.

¿Qué significa esto para las compañías LPWAN que operan en las bandas de frecuencia sin licencia? Bueno, pronto se les unirán operadores con grandes participaciones en los dominios con licencia.

 

5G network concept

5G está listo para convertirse en la próxima solución LPWAN para proveedores de celulares.

Aplicaciones Actuales de LPWAN IoT

Entonces, ¿qué tienen que ver las LPWAN con el IoT? Los dispositivos individuales de IoT ya están creciendo en número, y el IoT pronto crecerá en escala. El siguiente paso en IoT son los sistemas "inteligentes". Estos sistemas pasarían de dispositivos discretos controlados manualmente a redes de elementos administrados automáticamente.

Existen varios sistemas que pueden beneficiarse de las capacidades actuales de LPWAN. Estos incluyen cosas como los sistemas de monitoreo de servicios públicos, los sistemas de estacionamiento automático y el seguimiento de objetos. La mayoría de estos lugares estarán en interiores con mucho concreto para atenuar las señales, de ahí la cobertura de área cercana. También necesitan muchos sensores de baja potencia que puedan enviarse pequeños paquetes de datos entre sí o a un controlador centralizado. Sin LPWAN, estarías atascado pegando enrutadores WiFi en cada grieta y fisura de un centro comercial, solo para conectar un sensor de temperatura ambiente. La potencia sería otro gran problema. Imagina tener que conectar cada uno de tus sensores de aparcamiento a la red. No, gracias.

La tecnología LPWAN existente puede gestionar estas aplicaciones, y ya lo está haciendo. Un ejemplo de la utilidad de LPWAN es la iluminación de la ciudad. La detección pagada con control centralizado puede permitir que las luces se atenúen o aumenten a niveles apropiados según la ubicación. Esto puede ahorrar dinero a las ciudades, aunque, para ser sincero, los márgenes no son altos. El mayor beneficio es para el seguimiento y mantenimiento. Con una LPWAN, los equipos de mantenimiento pueden saber exactamente dónde y cuándo se ha apagado una luz. Aquí es donde LPWAN realmente puede ayudar, haciendo que los sistemas distribuidos sean fáciles de monitorear y controlar.

 
car sharing

Los vehículos autónomos están ayudando a impulsar el mercado LPWAN. 

Futuras Aplicaciones de LPWAN IoT

El principal factor inhibidor para LPWAN es su ancho de banda. Bajos requisitos de potencia significan bajas tasas de transmisión. Por lo tanto, se pueden enviar datos de medidores de agua a través de la red, pero no imágenes ni videos. La próxima generación de LPWAN seguirá satisfaciendo las necesidades de área amplia, baja potencia y al mismo tiempo proporcionará un mayor ancho de banda.

Una de las mayores aplicaciones para LPWAN de alto ancho de banda serán los coches autónomos. Cada vez más automóviles utilizan sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS), y varias compañías están avanzando más hacia automóviles totalmente autónomos. Estos coches se convertirán en centros de IoT y deberán conectarse a una red para funcionar. Actualmente, 4G es la única red que pueden usar, pero no es la ideal. Los coches autónomos necesitarán una solución de red de menor potencia a medida que sus procesadores se vuelvan más hambrientos de energía. Ahí es donde entra en juego el 5G. El 5G dará a los coches conexiones de mayor ancho de banda para un menor consumo de energía que el 4G. Un 5G LPWAN permitirá que los coches descarguen y carguen grandes cantidades de datos, aumentando la seguridad y la comodidad de sus conductores.

Un internet de gran alcance de las cosas ha tardado en llegar, pero ya casi está aquí. Las LPWAN pronto serán ampliamente adoptadas para conectar grandes instalaciones llenas de concreto y hacerlas "inteligentes". Mantén tu ojo en el mercado mientras las compañías móviles luchan con empresas emergentes de espectro sin licencia por trozos del pastel LPWAN. Las soluciones actuales pueden habilitar sistemas de estacionamiento, medición e iluminación "inteligentes" con bajas necesidades de ancho de banda. A medida que pase el tiempo, veremos velocidades de datos más altas en LPWAN, que se utilizarán para conectar coches autónomos. Ahora depende de ti diseñar PCB para todos estos sistemas.

¿Alguna vez has intentado mezclar concreto a mano? Es un proceso largo, tedioso y extenuante. Las cosas son mucho más fáciles cuando usas las herramientas adecuadas, como una hormigonera. Lo mismo ocurre con el diseño de PCB para sistemas LPWAN. Tus PCB deberán ser pequeños, robustos y de baja potencia para funcionar con la mayoría de las aplicaciones LPWAN. CircuitStudio® es la herramienta que te facilitará el diseño. Con una amplia gama de funciones avanzadas, te ayudará a diseñar como nunca antes.

¿Tienes más preguntas sobre LPWAN para IoT? Llama a un experto en Altium.

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