Introduccion
Las tecnologías LPWA (área amplia de baja potencia) satisfacen las necesidades del mercado de Internet de las cosas (IoT) con dispositivos baratos que mantienen la batería durante mucho tiempo y redes de larga distancia baratas mientras mantienen una gran cantidad de conexiones. Hay varias opciones para construir redes LPWA, pero las tecnologías LoRaWAN y NB-IoT han mostrado la mayor dinámica y recibirán la mayor participación de mercado LPWA en los próximos años. En este texto, estas tecnologías se considerarán en términos de características y diferencias comunes. Luego pasaremos a ejemplos de uso de LoRaWAN en mercados verticales, destacando las ventajas únicas de LoRaWAN. También se considerarán las posibles opciones cuando LoRaWAN y NB-IoT trabajen juntos para lograr los mayores beneficios.
Comparación de LoRaWAN y NB-IoT en términos técnicos
LoRaWAN es un sistema LPWAN de arquitectura abierta desarrollado y estandarizado por la asociación sin fines de lucro de las empresas LoRa Alliance, que cuenta con más de 500 miembros. LoRa es una tecnología de modulación utilizada a nivel físico, que permite la transmisión de datos de largo alcance con eficiencia energética utilizando la modulación CSS (Chirp Spread Spectrum), que distribuye señales de banda estrecha sobre un canal extendido, lo que garantiza una alta inmunidad al ruido y una baja relación señal / ruido. NB-IoT, por su parte, opera en el rango con licencia y, como LTE, utiliza el acceso múltiple por división de frecuencia de enlace ascendente (FDMA), la modulación ortogonal FDMA (OFDMA) de enlace descendente y la modulación QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). Aunque ambas tecnologías pueden competir en calidad de servicio (QoS), las aplicaciones de IoT que requieren una comunicación frecuente se sentirán mejor con NB-IoT, que no tiene restricciones en el ciclo de trabajo en el rango de licencia, pero al costo total de proporcionar un sistema es más costoso que LoRaWAN.
Los dispositivos LoRaWAN y NB-IoT consumen menos energía cuando entran en modo de suspensión. Pero mientras opera como un protocolo síncrono, NB-IoT consume significativamente más energía que LoRaWAN, que es un protocolo asíncrono, y cuando se mide con el mismo rendimiento, NB-IoT consume la corriente pico más alta requerida para la modulación OFDM / FDMA. A pesar de esto, las características de ambas tecnologías son importantes en la implementación de muchas soluciones prácticas que requieren una alta penetración en interiores y años de duración de la batería.
Para los clientes corporativos que desean implementar una red híbrida utilizando infraestructura de red pública y privada, es mejor usar LoRaWAN por varias razones. Con las redes privadas de LoRaWAN, las empresas no están limitadas por las razones comerciales y financieras para transferir datos. Cuando sea posible, el acceso a la red corporativa puede complementarse con la red pública LoRaWAN. La conectividad NB-IoT se ofrece actualmente en áreas donde la cobertura celular ya está disponible, pero los costos de implementación son más altos que LoRaWAN, ya que la implementación de una red privada requerirá la compra o el arrendamiento del espectro de RF de los operadores de red. Otro factor que afecta el costo relativo y el rendimiento de LoRaWAN y NB-IoT es la mejor penetración de LoRaWAN en interiores. La pérdida máxima de comunicación (valor MCL) para el enlace ascendente y el enlace descendente LoRaWAN es 165 dB; El MCL para NB-IoT puede variar de 145 dB a 169 dB para el enlace ascendente y 151 dB para el enlace descendente, dependiendo de la clase de dispositivo. Además, el menor rendimiento energético del enlace de comunicación NB-IoT conduce a una disminución de la vida útil de la batería.
Más dispositivos LoRa que NB-IoT
Según la Alianza LoRa, a partir de abril de 2019, hay más de 113 redes LoRaWAN en 55 países de todo el mundo en diversas etapas de implementación comercial en comparación con 90 redes NB-IoT. De acuerdo con LoRa Alliance, hay 118 dispositivos LoRaWAN que están certificados por LoRa Alliance. Al mismo tiempo, según la Asociación Global de Proveedores Móviles, dispositivos comerciales NB-IoT y CAT-M en total 43. Según Semtech Corporation, a partir de abril de 2019, el número total de dispositivos finales LoRa alcanzó los 97 millones. El crecimiento de las soluciones LoRaWAN se está acelerando porque el ecosistema de dispositivos se está expandiendo rápidamente para cubrir una gama más amplia de mercados verticales.
Utilidades
LoRaWAN ha ganado popularidad gracias a las utilidades que conectan medidores inteligentes para gas y agua. China fue uno de los primeros en introducir la tecnología LoRa para proyectos de medición inteligente, representando aproximadamente el 65% de los chips enviados en 2018. Birdz, una subsidiaria de Novo Veolia y Veolia Water, anunció el 19 de diciembre de 2018 que eligió Orange Business Services (OBS) para conectar 3 millones de medidores de agua inteligentes LoRaWAN. El contrato de Veolia es la implementación más grande de medidores de agua inteligentes utilizando la red pública LPWA. Las compañías de energía, que se encuentran en etapas más avanzadas de implementación de medidores inteligentes, ahora están comenzando a actualizar sus infraestructuras eléctricas de media tensión (MV) y alta tensión (HV). ABB, líder en soluciones de electrificación, ha anunciado los limitadores de voltaje de LoRaWAN que miden la corriente de descarga y la corriente de fuga. LoRa Alliance y DLMS anunciaron conjuntamente en abril de 2019 su asociación para proporcionar un nuevo perfil DLMS adaptado para redes LoRaWAN, permitiendo a las empresas de servicios públicos utilizar muchas aplicaciones de IoT y permitiendo el uso del
protocolo DLMS / COSEM para conectar medidores de electricidad inteligentes con LoRaWAN.
Edificios inteligentes
Las soluciones de IoT que usan sensores para monitorear diversas condiciones ambientales, como la temperatura, la humedad y la luz, y para detectar movimientos, golpes y fugas de agua, se utilizan cada vez más en edificios comerciales.
Los edificios inteligentes también incluyen soluciones de gestión del espacio que utilizan sensores de sala para proporcionar información en tiempo real sobre la ocupación del espacio para acceder al lugar de trabajo y salas de conferencias, así como el uso óptimo de los sistemas de climatización (calefacción / ventilación / aire acondicionado). Conocer la plenitud también puede ayudar a los gerentes de edificios a gestionar mejor los servicios de software, como la limpieza, la gestión de residuos y la seguridad. La tecnología LoRaWAN ha logrado el mayor éxito en la implementación de estas soluciones y tiene ventajas debido a la disponibilidad de dispositivos y la simplicidad de crear redes con alta potencia de penetración en interiores. Los proveedores de estaciones base inteligentes como Cisco, MultiTech, Kerlink, TEKTELIC y Laird proporcionan estaciones base micro y femto que admiten entre 3.000 y 7.000 terminales conectadas, respectivamente.
Logística / Seguimiento de activos (bienes, recursos, valores)
El seguimiento inalámbrico de activos es una de las mayores oportunidades en el mercado de IoT, y las tecnologías de red LPWA jugarán un papel importante, rastreando colectivamente más de 9,500 millones de activos en todo el mundo durante los próximos 5 años. El mayor problema que LoRaWAN puede resolver es la representación visual y el seguimiento de los bienes en la cadena de suministro, desde el entorno interno de la empresa hasta las megaciudades y regiones que utilizan una sola tecnología. Actualmente, el seguimiento de productos solo está disponible en edificios que utilizan tecnologías inalámbricas de corto alcance como RFID, Bluetooth, UWB o Wi-Fi, o en exteriores que utilizan tecnología celular o satelital. El 19 de febrero de 2019, el fabricante de aviones seleccionó a Objenious (una compañía
francesa de Internet IoT) para su infraestructura híbrida LoRaWAN, que le permitió rastrear sus productos no solo en fábricas, sino también entre fábricas que utilizan la red pública LoRaWAN proporcionada por Objenious. Otro ejemplo son los sistemas de seguimiento de activos que rastrean vehículos que transportan bienes valiosos. En Brasil, Maxtrack eligió LoRaWAN y para fines de 2018 había colocado más de 400,000 rastreadores para rastrear vehículos y carga.
Industria y fabricación inteligente
Uno de los factores clave de la transformación digital en la producción es la Internet industrial de las cosas. Los sensores certificados LoRa Alliance permiten que las aplicaciones de IoT en producción mejoren la visibilidad del flujo de trabajo, supervisen el tiempo de actividad del equipo para reducir el tiempo de inactividad, ver la utilización de los recursos y examinar el rendimiento general. Las aplicaciones de IoT industrial aprovechan el bajo costo total de propiedad de LoRaWAN y la flexibilidad para administrar redes privadas para implementar sensores inalámbricos para recopilar puntos de datos adicionales para proporcionar nuevos conocimientos. Las soluciones industriales de Ineo-Sense y ADVEEZ dan testimonio de la introducción de tecnologías IoT en las industrias automotriz y aeroespacial.
Agricultura inteligente
Según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), la agricultura tendrá que aumentar la productividad en un 70% para 2050 para cumplir con el crecimiento demográfico proyectado.
Las tecnologías de IoT ayudarán a hacer un mejor uso de los recursos para satisfacer esta demanda de alimentos proyectada. Sin embargo, la caída de los precios de los productos básicos dificultó el uso de diversas tecnologías de IoT para un gran bloque de productores, pequeños y medianos agricultores. Las tecnologías de red LPWA le permiten implementar soluciones IoT flexibles de dos maneras: en primer lugar, la disponibilidad de dispositivos económicos para controlar la humedad del suelo o las condiciones del ganado a fin de aumentar el rendimiento o la productividad de la leche; y, en segundo lugar, la creación de redes asequibles para recibir información de sensores que utilizan dispositivos LoRaWAN, en lugar de redes celulares que pueden no estar disponibles. Como se señaló anteriormente, hay muchos proveedores de estaciones base para construir redes privadas de LoRaWAN.
Finalmente, además del éxito ya alcanzado de LoRaWAN en soluciones empresariales, ABI Research también anticipa una implementación significativa de esta tecnología para soluciones de consumo como Smart Home. LoRaWAN admite la conexión tanto en interiores como a largas distancias para dispositivos ubicados alrededor del perímetro de un objeto. Además, el rendimiento de la batería LoRaWAN es importante para muchos dispositivos táctiles alimentados por batería que se utilizan en soluciones como detectores de humo, detección de fugas de agua, cerraduras inteligentes, monitoreo ambiental, cuidado de ancianos e iluminación exterior inteligente. ABI Research también cree que las empresas B2B también se beneficiarán de las redes domésticas inteligentes LoRaWAN porque la expansión de la disponibilidad de la red doméstica admite una amplia gama de casos de uso relevantes para clientes corporativos, incluida la verificación de entrega de carga, seguridad y monitoreo de seguridad.
Convivencia LoRaWAN y NB-IoT
A medida que el mercado de IoT continúa evolucionando, LoRaWAN y NB-IoT coexistirán en el mercado, competirán en algunos mercados verticales y se complementarán en otros, según los requisitos de las soluciones específicas de IoT en cuanto a costo, cobertura y ancho de banda. Utilizando el espectro sin licencia, LoRaWAN permanecerá separado de otras tecnologías de red LPWA y desempeñará un papel de liderazgo en las redes privadas corporativas, donde las empresas desean un control total sobre su infraestructura y dispositivos. Sin embargo, hay tres situaciones en las que puede surgir la necesidad de soluciones híbridas que utilicen tanto LoRaWAN como NB-IoT.
La primera situación es el seguimiento de los activos móviles. A medida que las huellas de las redes LoRaWAN y NB-IoT continúan creciendo en todo el mundo, las redes también pueden ser complementarias, proporcionando la conectividad ubicua necesaria para rastrear activos en múltiples ubicaciones y regiones.
La segunda situación son las soluciones para la contabilidad inteligente de recursos y el monitoreo de los sistemas de energía. En Europa, el protocolo M-Bus se utiliza principalmente para la medición inteligente de gas y agua, el estándar ETSI (
European Telecommunications Standardization Institute ) para la medición inteligente. Sin embargo, M-Bus se ha enfrentado a reducir la cadena de proveedores de soluciones que admite este estándar. Esto hace que LoRaWAN sea un reemplazo potencial para conectar WAN a medidores inteligentes alimentados por batería. Además, para implementar sistemas de contabilidad de recursos que utilizan la arquitectura de las estaciones base, como se puede ver en el Reino Unido y Alemania, LoRaWAN puede conectar medidores y otros dispositivos terminales.
Finalmente, los fabricantes de equipos industriales que implementan soluciones de monitoreo remoto pueden beneficiarse enormemente de la solución de cableado combinado LoRaWAN / NB-IoT para mejorar tanto la funcionalidad como la flexibilidad de varias soluciones de control y monitoreo industrial. Optimizada para una batería de larga duración, la tecnología LoRaWAN se puede utilizar como la solución de conectividad principal cuando se necesitan sensores para enviar datos de monitoreo con frecuencia. La tecnología NB-IoT con su menor latencia y QoS garantizada, pero su costo más alto se puede usar con menos frecuencia para situaciones especiales de control remoto.
Conclusiones
Las redes LoRaWAN y NB-IoT han comenzado a desplegarse relativamente recientemente, pero ya están experimentando un rápido crecimiento a escala mundial. Habrá un lugar para LoRaWAN y NB-IoT entre las aplicaciones de IoT masivas en función de las ventajas enumeradas: menores costos de dispositivos, infraestructura de red y acceso a la red; alta penetración dentro del edificio; y bajo consumo de energía. LoRaWAN, sin embargo, en un futuro cercano tiene una clara ventaja sobre NB-IoT, con su sistema de proveedor desarrollado, dispositivos certificados de IoT y soluciones integradas que ya están listas para su implementación hoy.
Publicado el 10 de junio de 2019 por la empresa analítica ABI Research
Traducido con permiso de ABI Research