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Tecnologías inalámbricas NB-IoT, LPWAN, LTE-M, Sigfox y Red Senet

Ricardo Carrasco
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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) 

NB-IoT

Diseñado para satisfacer las necesidades de las aplicaciones de IoT que requieren velocidades de datos de bajas a mediasbaja 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 bateríapotencialmente durante varios añossegún 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 aplicacionesincluidas 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 flotasen 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 movilidadvelocidades de datos moderadas y capacidades de vozAlgunos ejemplos son los monitores de salud portátiles, las aplicaciones de ciudades inteligentesel 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 tiempoincluso 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 para IoT

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 datosincluida 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 WiFiEthernet o una conexión de línea fijaya que puede utilizar redes celulares. Los lanzamientos comerciales Globales de LTE-M comenzaron en 2017 con implementaciones en curso.

LTE-M

Su competidor directoNB-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 vehículopermite 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 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 datosAlgunos ejemplos de usos son: 

  • Seguridad en el hogar 

  • Contadores inteligentes: "autoinformeprogramado 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 usocomo 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. 

  1. AlcanceOfrece una cobertura de largo alcancenormalmente más de 10 kilómetros en zonas rurales y de 2 a 5 kilómetros en entornos urbanos. 

  1. Eficiencia energética: Alta eficiencia energética, lo que lo hace ideal para dispositivos que funcionan con baterías. 

  1. Ancho de banda y velocidad de datosFunciona con un ancho de banda más bajo con velocidades de datos que van de 0,3 kbps a 50 kbps. 

  1. Arquitectura de red: utiliza una topología de estrella de estrellasdonde las puertas de enlace retransmiten mensajes entre los dispositivos finales y un servidor de red central. 

  1. Idoneidad de la aplicación: Más adecuado para aplicaciones que requieren baja potencia, largo alcance y donde los paquetes de datos son pequeños y poco frecuentescomo en IoT agrícolamonitoreo ambiental o medidores inteligentes. 

  1. Licencias: Opera en el espectro sin licencia, que 

  1. 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 licenciaNB-IoT es un tipo de  tecnología LTE (4G) pero optimizada para IoT. 

  1. 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 fuertesya 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. 

  1. 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. 

  1. 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 energíapero la duración real de la batería puede variar según la aplicación y la configuración de la red. 

  1. Casos de uso de aplicaciones: 

  • LoRaWAN: Comúnmente utilizado en agriculturaciudades inteligentes y monitoreo ambientaldonde el largo alcance y la baja potencia son cruciales. 

  • NB-IoT: Más adecuado para medidores inteligentesestacionamiento inteligente y monitoreo de atención médicadonde las velocidades de datos más altas y la confiabilidad son importantes. 

  1. Topología de red: 

  • LoRaWAN: Por lo general, funciona en una topología de estrella de estrellasdonde los dispositivos finales se comunican directamente con las puertas de enlace. 

  • NB-IoT: Utiliza una estructura celular más tradicionalconectando dispositivos a una estación base, que luego se conecta a la red central. 

  1. 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. 

  1. 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 celularesincluida 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 energíamientras 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 artículoprofundizaremos en un análisis comparativo entre ambos. 

LoRaWANLoRaWAN 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: 


  • LoRaWANOfrece velocidades de datos ajustables utilizando diferentes factores de dispersiónproporcionando un equilibrio entre el alcance y la velocidad de datosPuede 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 normativaspero normalmente puede ser de hasta varios mensajes por hora. 

  • SigfoxLimita el tamaño de la carga útil a 12 bytes por mensaje y hasta 140 mensajes por día. 

Arquitectura y Cobertura: 

  • LoRaWANFunciona 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. 

  • SigfoxUtiliza 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