Si estás leyendo esto, significa que estás diseñando un dispositivo que necesita tecnología inalámbrica para la conectividad, la localización, la sincronización o todo lo anterior. También significa que buscas asesoramiento sobre cómo identificar la tecnología o tecnologías inalámbricas que satisfagan los requisitos específicos de tus clientes en cuanto a rendimiento, fiabilidad, seguridad, cobertura y coste.
Orientarse entre las distintas opciones resulta complicado incluso para los fabricantes de equipos originales (OEM) y los integradores de sistemas con experiencia, ya que hay muchísimas entre las que elegir y otras más en camino, como la tecnología celular 6G y nuevas señales GNSS. El mercado al que va dirigido el dispositivo puede agravar aún más este reto si se va a vender o va a utilizarse en varios continentes, ya que la compatibilidad con las redes y los requisitos normativos pueden variar considerablemente.
Por ejemplo:
- Como indica su acrónimo, las tecnologías LPWAN ofrecen capacidades de bajo consumo y amplio alcance.
- El objetivo de 5G RedCap es hacer que la tecnología celular resulte más asequible para aplicaciones de IoT en las que el coste es un factor determinante.
- La conexión Wi-Fi está ampliamente disponible en oficinas y lugares públicos, como centros comerciales y aeropuertos.
- En cuanto a la conectividad de corto alcance, Bluetooth, Zigbee y Thread son opciones viables para aplicaciones de hogares y oficinas inteligentes, especialmente aquellas que se benefician de las redes en malla.
- Las tecnologías RFID, NFC y UWB son opciones muy utilizadas para aplicaciones de corto alcance que también requieren funciones de posicionamiento y acceso seguro.
Todas estas tecnologías tienen algo en común: cada una de ellas cuenta con el respaldo de organismos de normalización y asociaciones del sector, como el 3GPP en el caso del 5G y el 6G, la CSA para Zigbee y la LoRa Alliance para determinados tipos de LPWAN. Al seguir de cerca a estas organizaciones, los ingenieros de los fabricantes de equipos originales (OEM) y de los integradores de sistemas pueden obtener información valiosa sobre cómo está evolucionando una tecnología concreta en cuanto a capacidades, supervisión normativa y aceptación en el mercado.
Otro consejo importante es reducir al mínimo el número de tecnologías inalámbricas. Tomemos como ejemplo los dispositivos con antenas integradas, que dependen de la placa de circuito impreso (PCB) para que actúe como plano de tierra. La elección de la tecnología de radiofrecuencia —como la celular, el GNSS, el Bluetooth, el Wi-Fi, etc.— determina las bandas que deben admitir las antenas y, por lo tanto, los requisitos de tamaño del plano de tierra. Cuantas más tecnologías admita un dispositivo, más difícil resulta crear una placa de circuito impreso lo suficientemente grande como para proporcionar un plano de tierra adecuado y que, al mismo tiempo, se ajuste al factor de forma, especialmente si el dispositivo es pequeño, como un dispositivo wearable o un localizador de activos.
Móvil
La conectividad móvil ofrece la cobertura geográfica más amplia de todas las tecnologías inalámbricas. Además, utiliza un espectro con licencia, lo que contribuye a garantizar un servicio fiable. Estas ventajas tienen como contrapartida el coste de un plan de datos, lo que puede suponer un problema para los dispositivos y aplicaciones dirigidos a usuarios que buscan precios asequibles.
El despliegue en curso de las redes 5G va a suponer avances significativos en las velocidades de transmisión de datos y las latencias. Las futuras versiones del 3GPP seguirán mejorando el IoT celular e impulsando esta opción de conectividad para dar servicio a más aplicaciones de IoT en una misma red.
LPWAN
LPWAN es un término genérico que engloba cualquier red que permita la comunicación a larga distancia y consuma una cantidad mínima de energía. Estas redes son las más adecuadas para aplicaciones que envían pequeñas cantidades de datos, con poca frecuencia y sin urgencia temporal, como los contadores inteligentes, el seguimiento de activos, la agricultura inteligente y la vigilancia medioambiental.
Algunas redes LPWAN utilizan espectro con licencia, mientras que otras utilizan bandas sin licencia. LoRaWAN y Sigfox son líderes en redes LPWAN sin licencia. Desarrollada y mantenida por la LoRa Alliance, LoRaWAN se basa en un estándar abierto con una arquitectura basada en pasarelas que retransmiten mensajes entre los dispositivos y un servidor de red central. LoRaWAN puede implementarse como red privada u ofrecerse como red pública a través de integradores. La red Sigfox es propiedad de una empresa francesa, que se encarga de su mantenimiento; se basa en tecnología patentada y propia, y funciona según un modelo de suscripción.
Las redes LPWAN con licencia utilizan redes móviles y suelen ofrecer una conectividad de mayor calidad, con menos interferencias y menos cortes de conexión. Los tres estándares móviles principales destinados a aplicaciones de IoT son NB-IoT (LTE Cat-NB), LTE-M (LTE Cat-M) y LTE Cat 1bis. Cada uno tiene sus ventajas en cuanto a coste, velocidades de transmisión de datos y consumo energético, y la cobertura de NB-IoT y LTE-M es más fragmentada que la de LTE Cat 1bis. (Para obtener más información,consulta «Cómo elegir el estándar LTE adecuado para aplicaciones de IoT» y«Explicación de LTE Cat 1bis: el futuro de la conectividad del IoT»).
Comunicación inalámbrica de corto alcance
Podría decirse que la comunicación inalámbrica de corto alcance es el tipo más complejo y fragmentado. Esto se debe a la amplia variedad de tecnologías existentes, cada una de ellas adaptada a distintos conjuntos de requisitos. En muchos casos, estas tecnologías ofrecen capacidades que se solapan. Entre las principales tecnologías de corto alcance se incluyen:
- El Bluetooth se utiliza ampliamente para la comunicación de corto alcance entre dispositivos como auriculares, altavoces y relojes inteligentes. El Bluetooth Low Energy (BLE) es una versión de bajo consumo diseñada para dispositivos que funcionan con batería y aplicaciones que requieren un ancho de banda reducido.
- Las tecnologías NFC y RFID se utilizan en aplicaciones como los pagos sin contacto, el seguimiento de activos y el control de acceso. Ambas operan en la banda sin licencia de 13,56 MHz, siendo la NFC un subconjunto de la RFID.
- Thread es un protocolo de red en malla de bajo consumo diseñado para aplicaciones del Internet de las cosas (IoT), en particular para dispositivos domésticos inteligentes. Thread permite que los dispositivos se comuniquen entre sí y con Internet mediante IPv6, lo que ofrece una alternativa más robusta y eficiente que el Wi-Fi o el Bluetooth para determinadas aplicaciones.
- La tecnología de banda ultraancha (UWB) es una tecnología de comunicación inalámbrica de corto alcance y gran ancho de banda que utiliza ondas de radio para lograr capacidades precisas de localización y seguimiento. Funciona en una amplia banda de frecuencias con baja potencia, lo que minimiza las interferencias con otros sistemas inalámbricos; la UWB ofrece mediciones de distancia de alta precisión, con una exactitud del orden de los centímetros. La UWB también es muy segura y resulta idónea para aplicaciones como la localización y el seguimiento precisos, la navegación en interiores, el control de acceso seguro y los pagos inalámbricos. (Es importante señalar que este tipo de UWB no es lo mismo que la tecnología móvil 5G, a la que a veces se denomina «banda ultraancha»).
- El Wi-Fi lleva mucho tiempo siendo la tecnología dominante para las redes inalámbricas locales en hogares, oficinas y espacios públicos. Funciona en el espectro sin licencia (2,4 GHz, 5 GHz y 6 GHz) y ofrece una transmisión de datos de alta velocidad, aunque con un alcance limitado en comparación con las redes móviles.
- Zigbee está destinado principalmente a aplicaciones de IoT en hogares inteligentes, automatización industrial y gestión energética. Funciona en la banda ISM de 2,4 GHz y está diseñado para aplicaciones de bajo consumo y baja velocidad de transmisión de datos.
Consejos para la selección
Las tecnologías de espectro con licencia, como 5G, LTE y NB-IoT, ofrecen cobertura garantizada, resistencia a las interferencias y mayores velocidades de transmisión de datos, pero conllevan unos costes más elevados y una mayor supervisión regulatoria. Sigfox, Wi-Fi, Bluetooth y Zigbee tienen unos costes más bajos, pero pueden sufrir interferencias y congestión en entornos muy concurridos, como las naves industriales.
La hoja de ruta de la tecnología inalámbrica influirá de manera significativa en la vida útil de tu dispositivo. LTE-M y NB-IoT seguirán funcionando en redes 4G en un futuro previsible, y los chipsets RedCap apenas están llegando al mercado. En consecuencia, los fabricantes de equipos originales (OEM) y los integradores de sistemas deben optar por redes consolidadas o asegurarse de que el ecosistema emergente de RedCap se ajuste a sus planes de desarrollo de productos. (Para profundizar en el tema, consulta «4G, LTE y 5G: cómo está evolucionando la tecnología móvil» y«Con 5G RedCap, menos es más para el IoT»).
Además, con cada nueva versión, las funcionalidades pueden solaparse. El Bluetooth 6.0, por ejemplo, cuenta con nuevas características que mejoran su competitividad en el mercado del posicionamiento, y tanto Zigbee como Thread y Bluetooth Mesh ofrecen funcionalidades a los desarrolladores de aplicaciones para el hogar inteligente.
Por último, ten en cuenta cuánto ancho de banda necesitarán tus clientes ahora y si ese ancho de banda aumentará a lo largo de la vida útil de tu dispositivo. Esto también ayuda a evitar sobrecostes en el plano de tierra de la placa de circuito impreso y en la lista de materiales, al determinar si una sola tecnología puede desempeñar la función de varias.
Por ejemplo, es posible que un dispositivo de IoT industrial (IIoT) no necesite Wi-Fi si está diseñado para aplicaciones en las que se dispone de 4G o 5G. Muchas fábricas ya están dejando de utilizar el Wi-Fi o el Ethernet para optar por redes privadas de 4G/5G por motivos como una mayor seguridad de los datos y la capacidad de admitir aplicaciones móviles, como los vehículos guiados autónomos (AGV). Para esos clientes, las nuevas tecnologías Wi-Fi, como HaLow o Wi-Fi 7, pueden resultar superfluas.
GNSS
A veces, el uso previsto del dispositivo requiere varias tecnologías. Por ejemplo, los dispositivos de seguimiento de activos utilizan el GNSS para la sincronización y/o el posicionamiento, y la red móvil para transmitir esa información. Para los ingenieros, una consideración importante es lograr que los sistemas de red móvil y GNSS coexistan en la misma placa de circuito impreso. Cuanto más pequeño es el dispositivo, mayor es el reto que esto supone.
Tomemos como ejemplo un localizador de activos cuya radio LTE está interfiriendo en el amplificador de bajo ruido (LNA) del GNSS, lo que merma la precisión. Una solución consiste en utilizar una antena GNSS con un filtro de muesca integrado para bloquear esas señales de telefonía móvil en las frecuencias específicas en las que se originan, como la banda 13 de LTE.
En ocasiones, el uso previsto del dispositivo requiere varias versiones de la misma tecnología, como es el caso de los localizadores de activos que se colocan en contenedores de transporte o en maquinaria de construcción de gran valor. Dependiendo del lugar en el que se utilicen, el localizador podría necesitar un receptor GNSS y un sistema de antenas capaz de recibir múltiples señales de la misma constelación o de varias constelaciones. (Para obtener un resumen de todas las opciones actuales y futuras, consulta «Cómo orientarse en la sopa de letras de las constelaciones y señales GNSS: L1, L2, L5, E5a, E5b y G2»).
Supongamos que el dispositivo anfitrión del localizador va a desplazarse por latitudes superiores a los 55 grados y que el caso de uso requiere una alta precisión en todo momento. El GPS por sí solo podría resultar insuficiente, ya que sus satélites solo se elevan 45 grados por encima del horizonte, lo que limita la visibilidad de esa constelación por parte del localizador. La incorporación de la compatibilidad con GLONASS y/o Galileo subsana esta carencia, ya que permite al localizador aprovechar las constelaciones cuyas órbitas ofrecen una mejor cobertura en latitudes más altas. (Para obtener más información sobre cómo la latitud afecta a la precisión del GPS, consulta «Simulaciones GNSS/INS es de operaciones en latitudes altas»).
