Stephen Hawking dijo una vez: “Durante millones de años, la humanidad ha vivido como animales. Entonces sucedió algo que liberó el poder de nuestra imaginación. Aprendimos a hablar ".
Actualmente se está observando un salto revolucionario similar en el campo de la tecnología. La tecnología aprende a comunicarse. Como resultado, han aparecido nuevas capacidades analíticas, procesos y soluciones. El desarrollo de tecnologías de comunicación es muy rápido y responde constantemente a los últimos requisitos. Una de las fuerzas impulsoras detrás de estas innovaciones es Internet of Things (IoT), una plataforma para intercambiar valores medidos y transmitir comandos remotos entre tecnologías que anteriormente funcionaban de forma independiente.
Ahora vemos autos que se comunican con los estacionamientos, medidores de humedad del suelo con sistemas expertos que transmiten datos a las cosechadoras, o un refrigerador en la cocina que se comunica con una lista de compras en un teléfono móvil.
En las ciudades modernas, la tecnología IoT puede tropezar en casi todos los rincones. Sin embargo, surge la siguiente pregunta: ¿cómo garantizar una transferencia de datos de alta calidad en un entorno tan abierto, en el que, por supuesto, hay ciudades donde a menudo tiene que llevar a cabo la transferencia inalámbrica de datos?
Una estación meteorológica instalada en un poste de alumbrado público, una cámara de rastreo de tráfico o un brazalete de alarma médica con un botón de "ayuda" en la muñeca de un pensionista: todo esto exige diferentes requisitos de comunicación.
Actualmente, podemos elegir una de las siguientes tecnologías de comunicación.
Wifi
La tecnología más utilizada en los hogares y lugares públicos hoy en día es, sin duda, el Wi-Fi. Esta tecnología probada y en constante mejora es adecuada para transferir grandes cantidades de datos desde varios dispositivos, como productos electrónicos de consumo, como teléfonos móviles o tabletas. Sin embargo, sus desventajas son la alta potencia de transmisión, la sobrecarga del dispositivo terminal y un rango limitado de señales (generalmente no más de cientos de metros en áreas abiertas). Es por eso que rara vez elegimos dispositivos simples o de un solo propósito que usen Wi-Fi. Por otro lado, el hecho de que el Wi-Fi no es suficiente en alcance, es en velocidad y flujo de datos. Hoy estamos viendo las primeras implementaciones de redes de malla Wi-Fi que podrían conducir a nuevas aplicaciones y una adopción más amplia en el futuro. Un ejemplo interesante de cómo cubrir todo el territorio del país con acceso inalámbrico a Internet se puede ver en Barcelona.
Redes GSM G / 4G
Estas fueron las primeras tecnologías inalámbricas implementadas en masa. En las ciudades, su ventaja absoluta radica en la fiabilidad de la transmisión, la cobertura y una amplia gama de dispositivos. Por ejemplo, los dispositivos de comunicación a través de GSM / GPRS se están convirtiendo en una valiosa fuente de información para los sistemas de estimación de tráfico. Sin saber esto, los teléfonos móviles intercambian información de tráfico con servicios como Google Maps o Yandex.Maps. Las deficiencias que muchos esperan y esperan se eliminarán pronto.
Esto se debe a que las redes requieren una tarjeta SIM, que excluye ciertas aplicaciones donde no es posible usar tarjetas SIM, por ejemplo, debido a la falta de espacio.
Sigfox
SigFox era originalmente tecnología francesa, pero hoy es la operación de IoT de más rápido crecimiento en el mundo con operaciones en 60 países. Fue diseñado principalmente para proporcionar una comunicación rápida y fácil entre dispositivos táctiles dentro de su red inalámbrica.
LoRa / LoRaWAN
Además de SigFox, es probablemente la WAN (red de área amplia) más utilizada. Sin embargo, a diferencia de SigFox, no solo tiene un operador, lo que significa que todos no solo pueden construir su propia red LoRaWAN de acuerdo con sus necesidades, sino que también la sirven de forma independiente. Esta tecnología es a menudo la opción preferida para medidores de agua, gas o electricidad dentro del mismo edificio o en edificios más grandes. LoRaWAN también proporciona una comunicación bidireccional de bajo consumo, por lo que un sensor simple equipado con una batería pequeña puede transmitir datos por hasta 10 años. Al igual que SigFox, LoRaWAN también tiene un buen rango de señal, por lo que a menudo se usa en áreas de difícil acceso sin una señal GSM.
NB-IoT
NB-IoT a menudo se ve como una tecnología que abordará la mayoría de las deficiencias que sufren sus competidores actuales. Sin embargo, el mayor problema hasta ahora es su implementación limitada, lo que significa que no tenemos suficiente información sobre su aplicación. Esta tecnología depende de la cobertura de la red 4G y será utilizada principalmente por las compañías de telecomunicaciones existentes que ya tienen infraestructura. Por lo tanto, podemos esperar una buena cobertura interior y exterior. Según su especificación, NB-IoT debería ejecutarse más rápido que LoRa (WAN) y ofrecer la mejor calidad de servicio (QoS). En el futuro cercano, el desarrollo de esta tecnología ciertamente merece atención.
Bluetooth / Bluetooth de baja potencia
Al igual que el Wi-Fi, es una tecnología ampliamente utilizada. Hoy, cada teléfono inteligente está equipado con un chip Bluetooth. Ha sido especialmente diseñado para la comunicación a corta distancia. Sin embargo, Bluetooth no debe confundirse con BLE (Bluetooth Low Energy). Si bien el Bluetooth tradicional fue diseñado principalmente para la transferencia continua de datos, por ejemplo, para transmitir sonido usando auriculares inalámbricos, BLE se enfoca en la transferencia de datos de baja energía en dispositivos diseñados para funcionar con batería durante varios años. Por lo general, se usa en las llamadas balizas, es decir, en pequeños transmisores que transmiten mensajes continuamente. Después de instalar la aplicación móvil necesaria, BLE puede ayudar a navegar por el centro comercial, controlar la cantidad de visitantes, medir la temperatura en la habitación o el nivel de dióxido de carbono. BLE también se usa en las llamadas prendas portátiles, como las pulseras de fitness. Están equipados con baterías en miniatura y pueden funcionar durante varios días o semanas con una sola carga.
Enocean
Esta tecnología inalámbrica merece una atención especial porque es significativamente diferente de otras. Utiliza las llamadas tecnologías de recolección de energía que le permiten trabajar sin un cable, batería u otra fuente de energía. Extrae energía de su entorno mediante paneles solares (luz), paneles termoeléctricos (calor) o interruptores mecánicos (energía cinética). Por lo tanto, no sufre el inconveniente presente en sus rivales: la necesidad de un reemplazo regular de la batería. La tecnología EnOcean es particularmente adecuada para su uso en edificios para los que ofrece la más amplia gama de productos. Los más interesantes son los cabezales termostáticos, que consumen energía de los radiadores, o manijas de ventanas que, después de girar, cargan dispositivos electrónicos y envían una señal al sistema de control de que la ventana está abierta.
Zigbee
ZigBee es sin duda una de las tecnologías inalámbricas más populares para uso en interiores. Muchos fabricantes han adaptado esta tecnología, incluido Philips con su sistema de iluminación HUE o IKEA con sus dispositivos TRÅDFRI. También tiene aplicaciones industriales, por ejemplo, en medidores inteligentes. Esta tecnología utiliza malla de alambre y tiene un bajo consumo de energía debido a su modo de suspensión, que el dispositivo puede ingresar en ciertas circunstancias y, por lo tanto, ahorra energía de la batería.
RF propia
Las empresas de implementación a veces ofrecen soluciones basadas en sus propios protocolos, es decir, protocolos que generalmente son desarrollados por el mismo fabricante y son incompatibles entre sí, o requieren convertidores de protocolo para lograr la interoperabilidad. Si bien esta es una característica bienvenida en los sistemas inalámbricos de seguridad para el hogar, los dispositivos IoT generalmente evitan el uso de tales tecnologías porque son difíciles o casi imposibles.
Combinación de varios protocolos de comunicación.
Algunas áreas de aplicación pueden beneficiarse del uso de múltiples protocolos de comunicación. Tomemos, por ejemplo, sensores de nivel de llenado instalados en contenedores de residuos. Como regla general, cada sensor en la tolva envía sus datos de medición al módulo maestro, que sirve como un centro de datos. Los sensores utilizan el protocolo Bluetooth Low Energy de ahorro de energía para establecer comunicaciones. Luego, el módulo maestro recopila estos datos y los transmite a través de otro protocolo de comunicación, por ejemplo, GSM o SigFox. La principal ventaja de este método es la optimización de los costos de comunicación en la salida.
Consumo de energía inalámbrica
Hay momentos en que los sensores se instalan en lugares de difícil acceso o cuando un cambio frecuente de batería parece indeseable, ya que aumenta los costos de mantenimiento. Por lo tanto, al buscar la tecnología adecuada, es importante considerar cómo los siguientes factores afectan la vida útil de la batería:
- Velocidad de datos;
- El nivel de atenuación de la señal de transmisión;
- La intensidad de la señal del dispositivo de transmisión.
Se requiere una velocidad de transferencia de datos diferente que con un medidor de agua inteligente o al medir, por ejemplo, el consumo máximo de energía durante 15 minutos. Por otro lado, una estación meteorológica ubicada en el centro de la ciudad y equipada con sensores de polvo o sensores de emisión de NOx o Sox solo puede transmitir datos si excede los valores límite. Los fabricantes de sensores universales agregan una función de suspensión a sus dispositivos, que mantiene el sensor en modo de baja potencia, lo activa una vez, por ejemplo, 4 horas, y luego transmite datos medidos recientemente. Algunas tecnologías inalámbricas le permiten modificar el nivel de rendimiento de la transmisión, lo que tiene un impacto directo en el consumo de energía.
Las redes de comunicación generalmente usan topología estelar, es decir tienen un transmisor / receptor principal, que actúa como un canal y transmite mensajes entre todos los componentes de la red (por ejemplo, Wi-Fi, GSM, SigFox, etc.). Sin embargo, en algunas áreas de despliegue, las redes de malla se encuentran cada vez más. Esta es una red cuyos participantes, los llamados nodos, intercambian datos directamente, mientras que también pueden reenviar mensajes desde sus nodos "vecinos". Por lo tanto, con un aumento en el número de nodos de red que participan en él, también aumenta su alcance y, a menudo, su confiabilidad. Sin embargo, la red puede no ser la opción ideal para la comunicación a larga distancia, ya que puede requerir el uso de una gran cantidad de nodos, lo que automáticamente conducirá a una desaceleración en la transferencia de datos. Para garantizar un canal de comunicación óptimo, la ubicación correcta del nodo es otro aspecto que debe considerarse al diseñar y construir una red.