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Tecnologías inalámbricas NB-IoT, LPWAN, LTE-M, Sigfox y Red Senet
Tecnología inalámbrica Banda Estrecha (NB-IoT) de Red de Área Amplia de Baja Potencia (LPWAN), Tecnologías LTE-M y Sigfox y Red Senet
LTE-M, abreviatura de Long-Term Evolution for Machines, es un tipo de tecnología de red de área amplia de baja potencia (LPWAN) estandarizada por 3GPP (3rd Generation Partnership Project) para el Internet de las cosas (IoT) y las comunicaciones de máquina a máquina (M2M). Forma parte de la familia de tecnologías LTE (4G) más amplia, pero está específicamente optimizada para aplicaciones de IoT. Es una forma de IoT de banda estrecha (NB-IoT)
Diseñado para satisfacer las necesidades de las aplicaciones de IoT que requieren velocidades de datos de bajas a medias, baja potencia y movilidad, LTE-M logra un equilibrio entre la eficiencia energética, la cobertura, la velocidad de datos y el costo.
Bajo consumo de energía:
LTE-M está diseñado para dispositivos que requieren un bajo consumo de energía. Es compatible con funciones como el modo de ahorro de energía (PSM) y la recepción discontinua extendida (eDRX) que permiten que los dispositivos se suspendan durante períodos prolongados, lo que prolonga significativamente la vida útil de la batería, potencialmente durante varios años, según la aplicación.
Amplia cobertura:
Ofrece una cobertura mejorada en interiores y zonas rurales en comparación con LTE tradicional. Esto se logra a través de un mejor presupuesto de enlace, lo que significa que las señales LTE-M pueden penetrar más profundamente en los edificios y llegar a áreas más remotas.
Velocidades de datos y ancho de banda:
LTE-M admite velocidades de datos más altas que otras tecnologías LPWAN como NB-IoT, generalmente alrededor de 300 kbps a 1 Mbps. Esto lo hace adecuado para una gama más amplia de aplicaciones, incluidas aquellas que requieren soporte de voz o actualizaciones de firmware.
Bajo costo:
Los módulos para LTE-M son menos costosos en comparación con los módulos LTE estándar. Esta rentabilidad lo hace más viable para una amplia gama de aplicaciones de IoT.
Movilidad y Roaming:
LTE-M es compatible con la movilidad, lo que significa que los dispositivos pueden moverse y cambiar sin problemas entre torres de telefonía móvil sin perder la conexión. Esto lo hace adecuado para aplicaciones de seguimiento (como la gestión de flotas) en las que el dispositivo está constantemente en movimiento.
Conectividad directa a Internet:
Los dispositivos que utilizan LTE-M pueden conectarse directamente a Internet sin necesidad de una puerta de enlace adicional, lo que simplifica la arquitectura de red y reduce la complejidad de la implementación.
Áreas de aplicación:
Es ideal para aplicaciones de IoT que requieren movilidad, velocidades de datos moderadas y capacidades de voz. Algunos ejemplos son los monitores de salud portátiles, las aplicaciones de ciudades inteligentes, el seguimiento de activos y la agricultura inteligente.
Estandarización y compatibilidad:
Como parte del estándar 3GPP (específicamente las versiones 13 y superiores), LTE-M garantiza la interoperabilidad y la coherencia entre diferentes fabricantes y redes, lo que la convierte en una tecnología aceptada a nivel mundial.
Escalabilidad:
Las redes LTE-M pueden admitir una gran cantidad de dispositivos conectados, lo que las hace adecuadas para implementaciones escalables de IoT.
Preparado para el futuro:
Al ser parte de la familia LTE, se espera que LTE-M sea compatible durante mucho tiempo, incluso a medida que las redes evolucionan hacia 5G. Este soporte a largo plazo es crucial para las aplicaciones de IoT, que normalmente se implementan durante muchos años.
LTE-M es una opción versátil para una amplia gama de aplicaciones de IoT, especialmente aquellas que requieren movilidad o un mayor rendimiento de datos en comparación con otras tecnologías LPWAN. Todos los principales operadores de redes móviles y proveedores de servicios ofrecen servicios LTE-M.
LTE-M - Red de área amplia de baja potencia (LPWAN) para IoT
LTE-M, también conocida como Long Term Evolution for Machines, LTE-Machine Type Communication o eMTC, es una forma de red de área amplia de baja potencia (LPWAN) desarrollada por 3GPP para admitir una variedad de tecnologías de IoT.
Permite que estos dispositivos se conecten de forma rápida y directa a las redes 4G sin necesidad de una puerta de enlace ni de baterías. LTE-M también se ve favorecido porque puede transferir grandes cantidades de datos, incluida la voz, con un ancho de banda y un consumo de energía relativamente bajos, lo que significa que la vida útil de la batería de los dispositivos se prolonga.
LTE-M aprovecha la infraestructura de la red celular y cuenta con el apoyo de las principales partes interesadas de la industria. Esta red puede coexistir con redes 4G, 3G y 2G en vivo y aprovecha la seguridad y privacidad superiores de las redes celulares. Es ideal para aplicaciones M2M o IoT donde no hay oportunidad de utilizar WiFi, Ethernet o una conexión de línea fija, ya que puede utilizar redes celulares. Los lanzamientos comerciales Globales de LTE-M comenzaron en 2017 con implementaciones en curso.
Su competidor directo, NB-IoT, también se lanzó en 2017 y se posiciona de manera similar como una red óptima para IoT o comunicación de máquina a máquina (M2M). Ambas redes utilizan una sola antena. LTE-M tiene un enfoque en América del Norte, mientras que NB-IoT se está implementando actualmente en Europa.
Ventajas de LTE-M sobre NB-IoT
Las altas velocidades de datos superan a NB-IoT con una velocidad máxima de carga de 5 Mbps y una velocidad máxima de descarga de 10 Mbps.
Latencia de milisegundos en comparación con los segundos con NB-IoT.
La movilidad, con traspaso en el vehículo, permite la transferencia de datos LTE-M1 mientras se está en movimiento sin perder la conexión, al igual que un teléfono móvil.
Admite voz sobre red a través de VoLTE, lo que significa que se pueden admitir aplicaciones que requieren interacción humana a través de voz.
Desventajas de LTE-M frente a NB-IoT
Mayor consumo de ancho de banda LTE-M1 con un ancho de banda de 1,08MHz eclipsa la frecuencia de 180kHz de NB-IoT.
Aumento del costo NB-IoT tiene costos más bajos, que siguen bajando en comparación con otras tecnologías de radio, incluida LTE-M1.
Actualmente, LTE-M no se puede desplegar en las bandas de guarda LTE. Las bandas de guarda son rangos de frecuencia estrechos que se utilizan para separar dos rangos de frecuencia más amplios, evitando interferencias si los dos canales de RF principales están en uso.
Aplicaciones LTE-M
LTE-M es reconocida comercialmente como una solución para la comunicación segura con un bajo consumo de energía y un rendimiento moderado de datos. Algunos ejemplos de usos son:
Seguridad en el hogar
Contadores inteligentes: "autoinforme" programado del consumo de energía por parte de los contadores domésticos.
Controles industriales: control de retroalimentación a través de sensores y actuadores conectados.
Agricultura: monitoreo de cultivos con retroalimentación de sensores designados.
Comparación de las 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.
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.
Alcance: Ofrece una cobertura de largo alcance, normalmente más de 10 kilómetros en zonas rurales y de 2 a 5 kilómetros en entornos urbanos.
Eficiencia energética: Alta eficiencia energética, lo que lo hace ideal para dispositivos que funcionan con baterías.
Ancho de banda y velocidad de datos: Funciona con un ancho de banda más bajo con velocidades de datos que van de 0,3 kbps a 50 kbps.
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.
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.
Licencias: Opera en el espectro sin licencia, que
Base Tecnológica:
LoRaWAN: Son las siglas de "Long Range Wide Area Network" (Red de área amplia de largo alcance). Utiliza una técnica de modulación patentada derivada de la tecnología de espectro ensanchado (CSS) y opera normalmente en las bandas de espectro sin licencia.
NB-IoT: Abreviatura de "Narrowband IoT" (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.
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.
Velocidad de datos y ancho de banda:
LoRaWAN: Admite velocidades de datos más bajas que van de 0,3 kbps a 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.
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.
Casos de uso de aplicaciones:
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.
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 luego se conecta a la red central.
Costo:
LoRaWAN: En general, tiene costos de implementación y operación más bajos 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.
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 mejorada en interiores. La elección entre los dos depende en gran medida de los requisitos específicos de la aplicación de IoT en cuestión.
Tecnologías LPWAN: Comparación de LoRaWAN y Sigfox
En el creciente ecosistema de Internet de las cosas (IoT), la necesidad de soluciones de comunicación de largo alcance y bajo consumo es cada vez más evidente. Dos tecnologías líderes de redes de área amplia de baja potencia (LPWAN) que han surgido para abordar este requisito son LoRaWAN y Sigfox. Ambos ofrecen ventajas y limitaciones únicas. En este artículo, profundizaremos en un análisis comparativo entre ambos.
LoRaWAN: LoRaWAN es un protocolo construido sobre la capa física LoRa (Long Range). Opera en el espectro de frecuencia de sub-gigahercios y está diseñado para comunicaciones de largo alcance y baja potencia.
Sigfox: Sigfox es una solución de comunicación patentada que también opera en el rango de sub-gigahercios. Fue una de las primeras tecnologías LPWAN introducidas en el mercado y está diseñada para servir a dispositivos que envían pequeñas ráfagas de datos poco frecuentes.
Diferencias técnicas
Ancho de banda y velocidad de datos:
LoRaWAN: Ofrece velocidades de datos ajustables utilizando diferentes factores de dispersión, proporcionando un equilibrio entre el alcance y la velocidad de datos. Puede alcanzar velocidades de datos de 0,3 kbps a 50 kbps.
Sigfox: Tiene una velocidad de datos fija de 100 bps, que es considerablemente menor, y atiende principalmente a dispositivos que transmiten pequeñas cantidades de datos.
Tamaño y frecuencia de los mensajes:
LoRaWAN: Permite tamaños de carga útil de hasta 243 bytes por mensaje. El número de mensajes que se pueden enviar varía según la región debido a las restricciones normativas, pero normalmente puede ser de hasta varios mensajes por hora.
Sigfox: Limita el tamaño de la carga útil a 12 bytes por mensaje y hasta 140 mensajes por día.
Arquitectura y Cobertura:
LoRaWAN: Funciona en una topología de estrella de estrellas con puertas de enlace que transmiten mensajes desde los dispositivos finales a un servidor de red central. La cobertura a menudo está determinada por la presencia de puertas de enlace, lo que la hace adecuada tanto para implementaciones públicas como privadas.
Sigfox: Utiliza una red en estrella simple donde los dispositivos se comunican directamente con las estaciones base de Sigfox. La cobertura es proporcionada por Sigfox y, por lo tanto, depende del despliegue de su infraestructura en una región en particular.
Seguridad:
LoRaWAN: Incorpora cifrado de extremo a extremo mediante AES-128, con claves separadas para las capas de red y aplicación.
Sigfox: Emplea un mecanismo de encriptación patentado, pero debido a su tamaño de mensaje más corto, se puede argumentar que el encriptación efectiva es más débil que el de LoRaWAN.
Interferencia y escalabilidad:
LoRaWAN: Tiene resistencia incorporada a las interferencias y es altamente escalable debido a su capacidad para aprovechar múltiples canales y factores de dispersión.
Sigfox: utiliza un enfoque de banda estrecha que proporciona inherentemente resistencia a las interferencias, pero puede enfrentar desafíos de escalabilidad en entornos de dispositivos densamente poblados.
Mercado y ecosistema
LoRaWAN: La naturaleza abierta de LoRaWAN ha fomentado una gran comunidad y ecosistema. La LoRa Alliance, que gestiona el protocolo, está formada por numerosas empresas que trabajan juntas para estandarizar y promover la tecnología.
Sigfox: Al ser propietario, Sigfox controla su ecosistema de forma más estricta. Sin embargo, han establecido asociaciones con varios fabricantes de dispositivos y proveedores de soluciones, lo que garantiza una amplia gama de dispositivos listos para Sigfox en el mercado.
Reflexiones finales
Tanto LoRaWAN como Sigfox tienen sus propios méritos y están diseñados para casos de uso específicos. Si bien LoRaWAN ofrece más flexibilidad en términos de velocidad de datos y tamaño de carga útil, requiere una administración de red más sofisticada. Sigfox, por otro lado, simplifica la conectividad a costa de velocidades de datos más bajas y tamaños de mensajes más cortos.
La elección entre los dos depende en gran medida de los requisitos específicos de una implementación de IoT. Se deben tener en cuenta factores como el volumen de datos, la frecuencia de las transmisiones, las necesidades de cobertura, la escalabilidad y el apoyo al ecosistema.
Senet LPWAN: la red de IoT gestionada LoRaWAN más grande
¿Qué es la Red Senet?
La red Senet es una red pública de área amplia de baja potencia (LPWAN) con sede en EE. UU. que sirve para aplicaciones de Internet de las cosas (IoT) y de máquina a máquina (M2M). Es la LoRaWAN más grande de los EE. UU. y una de las redes LoRaWAN de más rápido crecimiento en el mundo. Utiliza la tecnología LoRa para respaldar un creciente ecosistema de dispositivos y componentes que transmiten sus datos de forma inalámbrica a largas distancias a servidores basados en la nube donde se utilizan para el monitoreo y el control. La red Senet es:
A diferencia de Nova Labs (Helium Network)
Baja potencia
Capaz de transferencia de datos bidireccional
Capaz de servir a amplias áreas geográficas
Adecuado para dispositivos que funcionan con baterías
Capaz de movilidad
fidedigno
Bajo costo
Capaz de asegurar la transmisión de datos
Compatible con la gestión remota de dispositivos
que utiliza una forma modificada de la tecnología LoRa, la red Senet se adhiere plenamente a los estándares de red global de código abierto LoRa® Alliance. Es una de las redes IoT descentralizadas más antiguas y fue ideada en 2009 como una solución de automatización de suministro de combustible. Su éxito llevó a la empresa original a desarrollar su tecnología de red patentada en una LPWAN pública que podría servir de manera similar a otros mercados. Senet ha sido miembro de la Alianza LoRa® desde 2015 y se convirtió en la primera red LoRaWAN en América del Norte.
Bandas de frecuencia de Senet
En los EE. UU., la red Senet utiliza la banda de frecuencia de 915 MHz sin licencia. Senet utiliza el plan de canales US915 que abarca de 902 MHz a 928 MHz. 26 MHz está disponible para la transmisión a través de 9 canales de enlace ascendente y 9 canales de enlace descendente.
Cobertura de Senet
Senet tiene más de 115,000 millas cuadradas de cobertura en el noreste, el medio oeste y California, incluidas 56,000 ciudades. Además, proporciona cobertura y disponibilidad de conectividad en 170 países.
El Senet LoRaWAN proporciona:
Servicios de red gestionados
La red Senet es una LoRaWAN madura que puede ofrecer servicios integrales para dispositivos IoT y operadores de red, partes interesadas en redes de acceso de radio y proveedores de aplicaciones. Proporciona cobertura en interiores y exteriores, con miles de millones de transacciones procesadas anualmente para aplicaciones empresariales e industriales. La implementación profesional y la calidad del servicio significan que los clientes pueden usar Senet con confianza para aplicaciones de misión crítica.
Herramientas y servicios de IoT
Senet ofrece servicios integrales para el desarrollo de aplicaciones IoT. La red proporciona a los desarrolladores herramientas y puertas de enlace de prueba para optimizar el rendimiento de las aplicaciones antes de la implementación comercial.
Escalado rápido de las redes IoT
Senet tiene la capacidad y la cobertura para gestionar un gran número de sensores IoT. La activación es simple y segura y puede continuar durante una década o más sin interrupción. Las aplicaciones también pueden usar la red para actualizaciones inalámbricas a gran escala.
Arquitectura Senet LoRaWAN y componentes de red
Senet LoRaWAN integra tecnologías clave para soportar redes IoT escalables. Los componentes principales incluyen:
1. El servidor de red Senet
Al igual que todas las redes LoRaWAN, la red Senet tiene un servidor de red basado en la nube y escalable. Este servidor actúa como el centro de la plataforma central de la red y realiza funciones que incluyen la supervisión de la red y sus aplicaciones, el estado del dispositivo final y la escalada de problemas.
El servidor de red Senet tiene funcionalidad de sistema de soporte de operaciones (OSS) y sistema de soporte comercial (BSS) que le permite mantener sus operaciones de red junto con la prestación de los servicios comerciales requeridos por sus usuarios.
2. Servidores de aplicaciones
Los servidores de aplicaciones proporcionan acceso a la red y a la gestión de la red para los clientes. Es capaz de controlar los dispositivos finales a nivel de aplicación. Los dispositivos finales reenviarán sus datos al servidor de red, que los reenvía al servidor de aplicaciones. Los datos transferidos entre estos dos servidores están encriptados.
3. Pasarelas Senet
En una red LoRaWAN, las puertas de enlace son el punto de acceso para que los dispositivos finales intercambien datos con la red. Senet puede traficar datos bidireccionalmente entre el dispositivo final y el servidor de red mediante una red de retorno IP (ya sea Ethernet, Wi-Fi, celular o satelital). Las pasarelas Senet agregan rutinariamente metadatos para transferir mensajes sobre las características de recepción del enlace ascendente.
Las pasarelas Senet LoRa varían en su cobertura y pueden ser unidades interiores o exteriores. Una amplia gama de fabricantes de LoRa producen pasarelas Senet que incluyen:
ADTRAN
Kerlink
Conectividad LAIRD
Visión de kilometraje
Multitecnología
TEKTELIC
Se debe incorporar una nueva puerta de enlace para que pueda unirse a la red Senet. El proceso de incorporación incluye el registro y la aprobación del protocolo de enlace de la estación base del operador y proveedor de Senet y RAN. Las puertas de enlace también requieren un reenviador de paquetes LoRa configurado correctamente que pueda comunicarse de forma segura con la red Senet.
Antenas externas para pasarelas Senet
Las pasarelas Senet pueden equiparse con antenas LoRa externas para aumentar su cobertura y rendimiento. Muchos de los principales fabricantes de pasarelas LoRa compatibles con Senet producen pasarelas para interiores y exteriores con conectores adecuados para la conexión de una antena LoRa.
Puede conectar antenas LoRa a las pasarelas Senet a través de conectores de radiofrecuencia externalizados. Las pasarelas interiores suelen llevar un conector SMA para la conexión de una antena, mientras que las pasarelas exteriores llevan un conector N resistente.
Antenas de red Senet de Data Alliance
Disponemos de una amplia gama de antenas LoRa de interior y exterior compatibles con la red Senet.
4. Servidores de seguridad
La seguridad es a menudo una preocupación para las redes LoRa, pero Senet tiene servidores de seguridad totalmente integrados que actúan como una autoridad de control de acceso, autenticando dispositivos finales y generando claves para sesiones de red y aplicaciones. Las claves de sesión de la aplicación proporcionan privacidad de los datos y las claves de sesión de red garantizan la seguridad de la red. Senet integra completamente la seguridad en toda la red y utiliza el cifrado AES de 128 bits para las comunicaciones entre los dispositivos finales, el servidor de red Senet y los servidores de aplicaciones. La seguridad de la red Senet se puede aumentar aún más mediante la integración de soluciones de seguridad de proveedores externos.
5. Dispositivos finales
Los dispositivos finales de IoT que utilizan la red Senet para intercambiar datos son predominantemente sensores y actuadores que están ampliamente distribuidos y ubicados en los lugares donde tiene lugar la detección o el control. Es probable que estén lejos de la puerta de entrada que les sirve. Estos dispositivos suelen funcionar con baterías y se benefician del uso de una red de baja potencia para sus intercambios de datos.
Los dispositivos participantes pueden usar la activación por personalización (ABP) y la activación inalámbrica (OTAA), que puede realizar para dispositivos individuales o a escala. OTAA se puede utilizar para la incorporación masiva de dispositivos finales, lo cual es simple y conveniente.
En resumen, Senet:
Es la red líder en cobertura LoRa en los EE. UU. y es un competidor directo de Nova Labs (Helium Network). Su cobertura madura es segura y sus puertas de enlace de código abierto significan que puede admitir fácilmente aplicaciones de red IoT a escala. Como LoRaWAN, tiene una alta intercompatibilidad con otras redes, lo que puede ayudar a su futuro crecimiento y adopción en diversas aplicaciones.