Área amplia de baja potencia (LPWA)

¿Qué es?

Una red de área amplia de baja potencia (LPWAN) es una tecnología de conectividad que transfiere datos entre dispositivos alimentados por batería y de bajo ancho de banda a largas distancias. Está diseñada para satisfacer las necesidades específicas de los dispositivos del Internet de las Cosas (IoT), ofreciendo comunicación de largo alcance y bajo consumo de energía.

LPWAN frente a Wi-Fi y telefonía celular

En comparación con Wi-Fi, que destaca por proporcionar conexiones de alta velocidad dentro de un alcance limitado, LPWAN ofrece una cobertura mucho mayor. Además, LPWAN consume mucha menos energía, lo que permite que los dispositivos funcionen con batería durante períodos prolongados. Esto la convierte en la solución ideal para entornos remotos y con recursos energéticos limitados.

Al comparar las redes LPWAN con las redes celulares, la principal diferencia radica en los requisitos de datos. Mientras que las redes celulares están diseñadas para aplicaciones de alta velocidad de datos, como la transmisión de contenido multimedia, las redes LPWAN son más rentables y están optimizadas para aplicaciones de baja velocidad de datos que requieren una batería de larga duración.

Cómo funciona LPWAN

Las redes LPWAN ofrecen compatibilidad versátil con paquetes de entre 10 y 1,000 bytes, lo que permite una transmisión de datos eficiente, y un alcance operativo que va desde unos pocos kilómetros en zonas urbanas hasta más de 10 km en entornos rurales. Una característica predominante de la mayoría de las redes LPWAN es su topología en estrella, donde los dispositivos finales distribuidos, incluidos sensores y actuadores, establecen conexiones con puntos de acceso centrales.

A pesar de la diversidad de tipos de redes, las técnicas de codificación y transmisión de datos se mantienen constantes. Las redes LPWAN emplean métodos de modulación para transferir datos de forma eficaz a largas distancias, minimizando las interferencias. Esto implica el uso de códigos de corrección de errores, la dispersión de banda ancha y la reducción de la tasa de datos.

LPWAN frente a LoRa™ y LoRaWAN®

LPWAN se refiere a un tipo de tecnología de comunicación inalámbrica que permite la transmisión de paquetes de datos de largo alcance y bajo consumo de energía entre dispositivos. Por otro lado, LoRa™ y LoRaWAN A menudo se utilizan indistintamente, pero se refieren a diferentes aspectos de la misma tecnología.

LoRa™ (Long Range) es una técnica de modulación patentada que permite la comunicación a larga distancia con un bajo consumo de energía. Utiliza la modulación de espectro ensanchado por chirrido (CSS) para proporcionar conectividad a larga distancia.

En comparación, LoRaWAN® significa Red de Área Amplia de Largo Alcance y es un protocolo de comunicación construido sobre la técnica de modulación LoRa™. Transferir datos a pasarelas a largas distancias es la respuesta a cómo funcionan los sensores LoRaWAN dentro de este marco.

También es posible una comunicación segura y bidireccional entre Dispositivos LoRaWAN y un servidor de red centralizado, que proporciona un funcionamiento de bajo consumo y escalabilidad.

Industrias para la adaptación de LPWAN

La tecnología LPWAN se utiliza en diversas industrias para una amplia gama de aplicaciones:

• Medición inteligente: Monitorización remota de contadores de servicios públicos, ahorro de costes, mayor eficiencia.
• Agricultura de precisión: Monitorización automatizada de la humedad del suelo, el riego y el crecimiento de los cultivos.
• Ciudades inteligentes: Gestión del transporte, gestión de residuos, alumbrado público.
• IoT industrial: Gestión energética, optimización de procesos, reducción de costes operativos.
• Logística: Monitorización en tiempo real de bienes y activos, reducción de robos, optimización de inventarios.
• Cuidado de la salud: Monitorización remota de pacientes, mejor atención al paciente, menos visitas al hospital.
• Monitoreo ambiental: Seguimiento de la calidad del aire, la calidad del agua y las condiciones meteorológicas.
• Gestión de activos: control de inventario, Prevención de pérdidas, mejora del mantenimiento.
• Almacenamiento y venta al por menor: Optimización de los niveles de existencias, mejora de los procesos de gestión de pedidos.
• Automatización de edificios: Monitorización centralizada de los sistemas de iluminación, climatización y seguridad.

Casos de uso

Dada la diversidad de capacidades de las redes LPWAN, resulta fundamental explorar los casos de uso específicos en los que esta tecnología es idónea. A continuación, se presentan algunos ejemplos comunes que no solo demuestran la versatilidad de las redes LPWAN, sino que también resaltan los importantes beneficios que aportan a las respectivas industrias.

Monitoreo automatizado de la humedad del suelo

En la agricultura de precisión, la tecnología LPWAN permite a los agricultores monitorizar los niveles de humedad del suelo. Gracias a la transmisión inalámbrica de datos en tiempo real, pueden tomar decisiones informadas sobre los programas de riego y optimizar el uso del agua. Esto mejora el rendimiento de los cultivos, reduce el desperdicio de agua y fomenta la sostenibilidad agrícola en general.

Alumbrado publico

La tecnología LPWAN desempeña un papel fundamental en las iniciativas de ciudades inteligentes, incluida la gestión de los sistemas de alumbrado público. Permite la monitorización y el control remotos de las farolas, lo que posibilita que las ciudades ajusten los niveles de iluminación en función de factores como el flujo de tráfico o la actividad peatonal. Esta gestión eficiente ahorra energía, reduce costes y mejora la seguridad en las zonas urbanas.

Monitoreo en tiempo real de bienes y activos.

Las redes de área amplia de baja potencia (LPWAN) facilitan la monitorización en tiempo real de mercancías y activos en logística, por ejemplo, el seguimiento de activos basado en LoRaWAN. Con dispositivos de seguimiento compatibles con LPWAN, las empresas pueden monitorizar la ubicación, el estado y el movimiento de las mercancías a lo largo de la cadena de suministro. Esta tecnología no solo ayuda a reducir los robos y a optimizar el inventario, sino que también mejora la eficiencia general y la satisfacción del cliente.

Monitorización remota del paciente

En el sector sanitario, los dispositivos conectados a redes LPWAN pueden recopilar y transmitir datos vitales de los pacientes, como la frecuencia cardíaca, la presión arterial o los niveles de glucosa, lo que permite a los profesionales sanitarios monitorizar a los pacientes a distancia. Esto mejora los resultados clínicos, reduce los costes sanitarios y aumenta el acceso a la atención médica, especialmente para las personas que viven en zonas remotas.

Seguimiento de la calidad del aire

Dentro de la aplicación de seguimiento de la calidad del aire, los sensores conectados a LPWAN, por ejemplo, TEKTELIC BreezePuede recopilar datos sobre contaminantes en el aire, proporcionando información en tiempo real sobre los niveles de calidad del aire en ubicaciones específicas. Estos datos permiten a los gobiernos y organizaciones tomar medidas proactivas para reducir la contaminación, proteger la salud pública y tomar decisiones sobre la planificación urbana y la asignación de recursos.

Ventajas de LPWAN

Las principales ventajas de LPWAN incluyen las siguientes:

• Conectividad rentable. La tecnología LPWAN ofrece una solución rentable para conectar numerosos dispositivos a largas distancias. Por consiguiente, resulta ideal para casos de uso que requieren una amplia cobertura.
• Duración extendida de la batería. El bajo consumo de energía permite que los dispositivos funcionen con baterías durante largos periodos, lo que reduce la necesidad de reemplazarlas o recargarlas. Esto es especialmente importante para los dispositivos ubicados en lugares de difícil acceso.
• Escalabilidad Las redes LPWAN están diseñadas para admitir un número escalable de dispositivos. Esto significa que, a medida que se añaden más dispositivos a la red, no se produce un impacto significativo en el rendimiento ni en la funcionalidad.
• Comunicación segura y fiable. La tecnología LPWAN garantiza que los datos se transfieran entre los dispositivos y el servidor de red de forma segura y sin interferencias, por lo que resulta adecuada para aplicaciones que requieren la transmisión de datos confidenciales sin comprometer la capacidad de la red.

Limitaciones

Si bien las redes LPWAN ofrecen numerosas ventajas, es fundamental reconocer sus limitaciones. Una limitación importante es la velocidad de transmisión de datos relativamente baja que estas redes pueden manejar en comparación con otras tecnologías inalámbricas. Las redes LPWAN priorizan la eficiencia energética y la cobertura de largo alcance sobre el alto rendimiento de datos, lo que las hace más adecuadas para transmitir pequeños paquetes de información.

Otra limitación es la sensibilidad de las redes LPWAN a las interferencias de señal y a las condiciones ambientales. Los edificios, el paisaje e incluso las condiciones climáticas pueden degradar la calidad de la señal, lo que puede provocar pérdida de datos o conexiones inestables. Por lo tanto, es necesario planificar exhaustivamente y aplicar estrategias de optimización de red para garantizar un rendimiento constante.

Además, las redes LPWAN pueden experimentar problemas de latencia debido al diseño de la red y a los protocolos de comunicación. Esto puede suponer un problema para las aplicaciones en tiempo real que requieren una transmisión de datos inmediata.

El ancho de banda limitado de las redes LPWAN también restringe la cantidad de dispositivos que se pueden conectar simultáneamente, por lo que la escalabilidad se convierte en un desafío potencial para ciertos casos de uso.

Preocupaciones de seguridad

Una de las principales preocupaciones respecto a las redes LPWAN es el potencial de acceso no autorizado y filtraciones de datos. Dado que las redes LPWAN operan en bandas de frecuencia no licenciadas, resulta más fácil para los atacantes interceptar la red y obtener información confidencial. Asimismo, los dispositivos LPWAN suelen tener una capacidad de procesamiento limitada, lo que dificulta la implementación de protocolos de seguridad robustos.

Para mitigar estos riesgos, los expertos del sector destacan la importancia de utilizar técnicas de cifrado para proteger la transmisión de datos a través de redes LPWAN. Es fundamental que las organizaciones implementen métodos de autenticación robustos para verificar la legitimidad de los dispositivos que se conectan a la red. Asimismo, se recomiendan auditorías de seguridad periódicas y actualizaciones de firmware para corregir cualquier vulnerabilidad.

Tipos de LPWAN

Han surgido varios tipos de redes LPWAN para satisfacer las necesidades específicas de las aplicaciones de IoT. Cada tecnología LPWAN ofrece ventajas únicas y se adapta a diferentes casos de uso.

NB-IoT (IoT de banda estrecha)

NB-IoT es una tecnología LPWAN con licencia que opera en redes celulares. Utiliza la infraestructura celular existente para proporcionar conectividad a una gran cantidad de dispositivos IoT. NB-IoT ofrece una excelente cobertura, penetración y eficiencia, lo que la hace relevante para aplicaciones como servicios públicos, medición inteligente, seguimiento de activos e implementaciones de ciudades inteligentes.

LoRaWAN® (Red de área amplia de largo alcance)

LoRaWAN® es una tecnología sin licencia que se basa en las bandas de radio Industrial, Científica y Médica (ISM). Utiliza una arquitectura de red estrella de estrellas, donde los dispositivos finales se comunican con Puertas de enlace LoRaWAN, como Puerta de enlace IoT KONA Photon, que actúan como intermediarios entre los dispositivos y el servidor de red.

Sigfox

Sigfox es otra red LPWAN sin licencia que utiliza bandas ISM. Ofrece conectividad de bajo costo y bajo consumo energético para dispositivos que transmiten pequeñas cantidades de datos con poca frecuencia. Sigfox emplea tecnología de banda ultraestrecha y una arquitectura de red única para proporcionar una amplia cobertura y alta penetración en aplicaciones como el seguimiento de activos, la gestión de la cadena de suministro y la monitorización ambiental.

LTE-M (Evolución a largo plazo para máquinas)

LTE-M es una red LPWAN con licencia que opera sobre las redes celulares LTE existentes. Ofrece una solución más rentable para la conectividad IoT en comparación con las tecnologías celulares tradicionales. LTE-M proporciona baja latencia, mayores velocidades de datos y una cobertura mejorada, por lo que resulta ideal para aplicaciones en tiempo real como el seguimiento de vehículos, la monitorización sanitaria y los sistemas de seguridad inteligentes.

Ligeras.

Weightless es una tecnología LPWAN sin licencia diseñada específicamente para aplicaciones de IoT. Opera en el espectro radioeléctrico no utilizado de la televisión, es decir, en las frecuencias libres entre canales. Esta tecnología ofrece cobertura de largo alcance y puede penetrar obstáculos, por lo que resulta viable para la medición inteligente, la agricultura de precisión, la monitorización de infraestructuras y usos similares.

RPMA

RPMA (Acceso Múltiple de Fase Aleatoria) es una tecnología LPWAN destacada que opera en el espectro licenciado y ofrece una excelente conectividad de largo alcance y un bajo consumo de energía. Por ello, es una buena opción para implementaciones a gran escala en diversos sectores, como ciudades inteligentes y agricultura.

EC-GSM-IoT

A diferencia de RPMA, EC-GSM-IoT aprovecha el espectro licenciado de las redes 2G existentes, lo que le proporciona una amplia cobertura. Esta tecnología está diseñada específicamente para dispositivos de bajo coste que necesitan transmitir pequeñas cantidades de datos durante largos periodos. Ofrece una mejor cobertura en interiores, mayor duración de la batería y es compatible con las redes GSM existentes.

DASH7

DASH7 es un tipo de LPWAN sin licencia que utiliza las bandas ISM de 433 MHz o 915 MHz. Ofrece comunicación de largo alcance, incluso en entornos difíciles como bosques o zonas urbanas, y puede atravesar obstáculos y gestionar interferencias. Por ello, DASH7 resulta una tecnología idónea para aplicaciones como el seguimiento de activos y la teledetección.

ELTRES

Finalmente, ELTRES de Sony es una red LPWAN diseñada para combinar una amplia variedad de tecnologías pertenecientes a Sony Semiconductor Solutions Group. Esto permite transmitir información desde sensores a servidores en la nube mediante comunicación inalámbrica, donde los datos pueden almacenarse, procesarse y visualizarse.

Conclusiones

En conclusión, la tecnología LPWAN ofrece ventajas significativas para diversas industrias y aplicaciones en el mundo del IoT. Su amplio alcance, bajo consumo de energía y rentabilidad la convierten en una opción viable para entornos remotos y con recursos energéticos limitados.

Soluciones LoRaWAN®, como Solución de seguimiento de activos TEKTELICLos productos compatibles con NB-IoT, Sigfox, LTE-M, Weightless y otras redes LPWAN tienen cada uno sus propios beneficios y casos de uso.

Sin embargo, las redes LPWAN también presentan limitaciones que deben tenerse en cuenta, como velocidades de datos más bajas, sensibilidad a las interferencias de señal, problemas de latencia y preocupaciones de seguridad. No obstante, con una planificación y optimización adecuadas, las redes LPWAN pueden proporcionar conectividad segura y fiable para dispositivos IoT.