Tecnología WAN LPWAN de baja potencia: NB-IoT

NB-IoT es un  protocolo IoT inalámbrico que utiliza la tecnología de red de área amplia de baja potencia (LPWAN) y que utiliza bandas de frecuencia con licencia. El alcance es de hasta tres millas en condiciones normales/típicas. Hasta diez millas es posible en condiciones ideales: con estación base en una torre y una línea de sitio perfecta.

Basado en el  estándar LTE, NB-IoT se utiliza en dispositivos y servicios celulares donde el bajo costo y el consumo de energía y datos y la alta densidad de conexión son deseables. El consumo de energía es particularmente ventajoso y el uso de este estándar conduce a una mayor vida útil de la batería, fundamental en una red de IoT en crecimiento que admite un número cada vez mayor de dispositivos. NB-IoT también es favorable para dispositivos que se configuran en áreas remotas, de cobertura profunda o de difícil acceso debido a su bajo consumo de energía, así como a su amplia cobertura de área.

Bandas de frecuencia de banda estrecha-Internet de las cosas (NB-IoT)

• 698~960MHz
• 1710~2170MHz
• 2500~2700MHz

Diferencias entre NB-IoT y LoRA

Long-Range (WAN) o LoRa es un protocolo inalámbrico IoT alternativo para aplicaciones de largo alcance, y un competidor directo con NB-IoT, especialmente para aplicaciones comerciales. NB-IoT difiere de LoRA en los siguientes aspectos:

• Las bandas de frecuencia con licencia son utilizadas por NB-IoT a diferencia de las bandas de frecuencia sin licencia con LoRA
• NB-IoT es más nuevo, ya que LoRA se desarrolló 2 años antes, en 2015
• Las puertas de enlace son necesarias para los dispositivos en red LoRA
• Es una red de baja latencia que proporciona una transferencia de datos más frecuente
• NB-IoT opera a distancias más largas
• NB-IoT tiene un mejor rendimiento en áreas urbanas o densas
• Dispositivos y aplicaciones

Los dispositivos y aplicaciones NB-IoT incluyen cualquier dispositivo que funcione con baja energía y uso de datos en un área dispersa o remota. Muchos son dispositivos inteligentes e incluyen:

• Alumbrado público
• Dispositivos de gestión de residuos
• Vigilancia del tráfico rodado
• Seguridad y protección
• Seguimiento del bienestar animal
• Seguimiento de activos
• Wearables inteligentes para pacientes y personas mayores

NB-IoT y comunicación masiva de tipo máquina

Un objetivo clave del desarrollo de NB-IoT es el soporte de la comunicación masiva de tipo máquina (mMTC), en la que la generación y transferencia de datos con accionamiento está casi completamente automatizada por máquinas y dispositivos inteligentes o inteligentes en sectores como la fabricación, la prueba y la medición, el transporte, los servicios públicos y la atención médica, así como en un sector de consumo potencialmente floreciente. La tecnología de acceso de radio celular de NB-IoT es ideal para enviar información de sensores y actuadores de forma rápida y continua entre máquinas, servidores y nubes que generan mMTC.

Historia y desarrollo

NB-IoT fue introducido inicialmente por el Proyecto de Asociación de Tercera Generación (3GPP) y estandarizado como tecnología de comunicación inalámbrica en 2016. A partir de 2019, más de 140 operadores en 69 países han lanzado redes NB-IoT. Los proveedores de redes celulares están bien posicionados para desplegar redes NB-IoT seguras y confiables, y empresas de telecomunicaciones como Vodafone la comercializan como una tecnología "eficiente y rentable" para una variedad de aplicaciones y medios de IoT para crear una mayor conectividad en la vida y la actividad de los consumidores. NB-IoT tiene la ventaja de que sus dispositivos pueden aprovechar la frecuencia LTE infrautilizada en  las redes 4G para su uso. Este mercado tiene un valor real y se espera que alcance los 25.000 millones de dólares en 2021.

LoRaWAN en comparación con NB-IoT: LPWAN de tecnologías WAN de baja potencia

Comparación de tecnologías LPWAN NB-IoT y LoRaWAN

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) y NB-IoT (Internet de las cosas de banda estrecha) son tecnologías inalámbricas populares de largo alcance que se utilizan para  aplicaciones de IoT (Internet de las cosas).  Tienen características distintas y son adecuados para diferentes casos de uso, como se detalla en este artículo. 

1. Tipo de tecnología: LoRaWAN se basa en la tecnología LoRa (Long Range), que utiliza una técnica de modulación de espectro ensanchado derivada de la tecnología de espectro ensanchado (CSS) chirp.
2. Alcance: Ofrece cobertura de largo alcance, generalmente más de 10 kilómetros en áreas rurales y de 2 a 5 kilómetros en entornos urbanos.
3. Eficiencia energética: Alta eficiencia energética, lo que lo hace ideal para dispositivos que funcionan con baterías.
4. Ancho de banda y velocidad de datos: Funciona con un ancho de banda más bajo con velocidades de datos que van desde 0,3 kbps hasta 50 kbps.
5. Arquitectura de red: utiliza una topología de estrella de estrellas, donde las puertas de enlace retransmiten mensajes entre los dispositivos finales y un servidor de red central.
6. Idoneidad de la aplicación: Más adecuado para aplicaciones que requieren baja potencia, largo alcance y donde los paquetes de datos son pequeños y poco frecuentes, como en IoT agrícola, monitoreo ambiental o medidores inteligentes.
7. Licencias: Opera en el espectro sin licencia, que

1. Base Tecnológica:
• LoRaWAN: Significa "Red de área amplia de largo alcance". Utiliza una técnica de modulación patentada derivada de la tecnología de espectro ensanchado (CSS) de chirp y opera normalmente en las bandas de espectro sin licencia.
• NB-IoT: Abreviatura de "IoT de banda estrecha". Es una tecnología basada en estándares desarrollada por 3GPP y opera en el espectro con licencia. NB-IoT es un tipo de  tecnología LTE (4G) pero optimizada para IoT.
2. Alcance y cobertura:
• LoRaWAN: Ofrece un largo alcance de hasta 15 km en zonas rurales y de 2 a 5 km en entornos urbanos. Su alcance es uno de sus puntos fuertes, ya que permite una amplia cobertura con menos estaciones base.
• NB-IoT: Por lo general, proporciona un alcance ligeramente más corto que LoRaWAN, pero ofrece una mejor penetración en áreas urbanas y entornos interiores debido a su uso de bandas LTE con licencia.
3. Velocidad de datos y ancho de banda:
• LoRaWAN: Admite velocidades de datos más bajas que van desde 0,3 kbps hasta 50 kbps. Esto lo hace más adecuado para aplicaciones que requieren que se envíen pequeñas cantidades de datos de forma intermitente.
• NB-IoT: Ofrece velocidades de datos más altas en comparación con LoRaWAN, generalmente alrededor de 200 kbps. Esto lo hace más adecuado para aplicaciones que necesitan transmitir más datos.
4. Consumo de energía:
• LoRaWAN: Diseñado para un bajo consumo de energía, lo que permite que los dispositivos duren años con una sola carga de batería, lo que lo hace ideal para ubicaciones remotas o de difícil acceso.
• NB-IoT: También optimizado para un bajo consumo de energía, pero la duración real de la batería puede variar según la aplicación y la configuración de la red.
5. Casos de uso de la aplicación:
• LoRaWAN: Comúnmente utilizado en agricultura, ciudades inteligentes y monitoreo ambiental, donde el largo alcance y la baja potencia son cruciales.
• NB-IoT: Más adecuado para medidores inteligentes, estacionamiento inteligente y monitoreo de atención médica, donde las velocidades de datos más altas y la confiabilidad son importantes.
6. Topología de red:
• LoRaWAN: Por lo general, funciona en una topología de estrella de estrellas, donde los dispositivos finales se comunican directamente con las puertas de enlace.
• NB-IoT: Utiliza una estructura celular más tradicional, conectando dispositivos a una estación base, que a su vez se conecta a la red central.
7. Costo:
• LoRaWAN: Generalmente, tiene menores costos de implementación y operación debido a su uso de espectro sin licencia y una arquitectura de red más simple.
• NB-IoT: Podría incurrir en costos más altos debido a las tarifas de licencia para el espectro y la infraestructura más compleja.
8. Seguridad:
• LoRaWAN: Proporciona funciones de seguridad integradas como cifrado de extremo a extremo, claves de red únicas y claves de aplicación.
• NB-IoT: Se beneficia de las características de seguridad probadas de las redes celulares, incluida la sólida confidencialidad de la identidad del usuario y la protección de la integridad de los datos.

En resumen, LoRaWAN es más adecuado para aplicaciones que requieren conectividad de largo alcance y bajo consumo de energía, mientras que NB-IoT es mejor para casos de uso que necesitan un mayor rendimiento de datos y una cobertura interior mejorada. La elección entre los dos depende en gran medida de los requisitos específicos de la aplicación de IoT en cuestión.