Las tecnologías de redes de IoT han cambiado por completo la forma en que nos conectamos e interactuamos en nuestro período del mundo digital.! Hoy, Los protocolos inalámbricos y los estándares de comunicación desempeñan un papel muy importante en casi todos los aspectos de las implementaciones de IoT., que van desde ciudades inteligentes, vehículos conectados, monitoreo ambiental y muchos más. Según IoT Analytics, El mercado mundial de dispositivos IoT conectados podría alcanzar 18.8 mil millones unidades al final de 2024, un crecimiento de 13% de 2023. mientras tanto, a medida que aumenta el número de dispositivos conectados, Nunca hay una mayor necesidad de robustez., tecnologías de comunicación escalables y eficientes. En esta publicación, Revisamos algunos de los protocolos más utilizados para las comunicaciones de IoT.. Espero que obtenga una comprensión más profunda de las soluciones clave de redes de IoT antes de tomar decisiones..
Qué son las redes IoT
Las redes de IoT se refieren a cómo los dispositivos de IoT se conectan y comunican entre sí y con los sistemas centrales.. Esto crea un ecosistema autónomo de dispositivos inteligentes que trabajan juntos..
Típicamente, Un ecosistema de IoT consta de cuatro capas principales.: dispositivos, datos, tecnologías de conectividad, y los usuarios. Como puede ver, estas capas forman los componentes básicos de una red de IoT., y la arquitectura de red es la columna vertebral que permite una comunicación eficiente entre todos los elementos..
No debería sorprender que las redes de IoT necesiten tener una tecnología de comunicación sólida que permita una conectividad perfecta entre dispositivos.. Estos protocolos de red tienen el mismo propósito que el lenguaje en la comunicación humana.. Básicamente, Están diseñados específicamente para los requisitos únicos de los dispositivos IoT.. Hay consideraciones especiales en términos de consumo de energía., rango, banda ancha, y densidad del dispositivo. Dados estos requisitos, Un aspecto importante de la planificación de un proyecto de IoT es elegir el protocolo de IoT adecuado..
En artículos anteriores, Hemos discutido algunos protocolos de red y sus aplicaciones adecuadas.. aquí, Enumeramos algunas tecnologías inalámbricas de corto y largo alcance ampliamente utilizadas como referencia para su proyecto de IoT..
Tecnologías clave de redes de IoT de corto alcance
La tecnología de comunicación inalámbrica de corto alcance se refiere a la tecnología que realiza la transmisión inalámbrica a distancias cortas.. Típicamente, su rango de transmisión está dentro de decenas o cientos de metros. Los ejemplos comunes incluyen Bluetooth, Wifi, Zigbee, UWB, NFC y RFID (no hay una introducción detallada aquí).
Bluetooth y BLE
Bluetooth es una de las tecnologías inalámbricas de corto alcance más comunes. Desde auriculares inalámbricos hasta sistemas para automóviles, relojes inteligentes y rastreadores de actividad física, Vemos Bluetooth en todas partes.
lo último Estándar bluetooth es bluetooth 6.0, que fue lanzado en septiembre 2024 y trajo nuevas funciones como la detección de canales Bluetooth. sin embargo, El estándar actual más utilizado es Bluetooth. 4.0, 5.0 y por encima. el bluetooth 5.0 ofrece velocidades de transmisión de hasta 2 Mbit/s, mientras que 4.2 ofrece hasta 1Mbit/s.
Para abordar la debilidad de Bluetooth sobre el consumo de energía, Bluetooth de baja energía (CONVIRTIÓ) Fue presentado. El desarrollo de este protocolo ha sido exitoso y ha tenido una amplia adopción en todo el mundo.. Una de las razones principales es que mantiene la compatibilidad con los dispositivos Bluetooth existentes y al mismo tiempo ofrece un consumo de energía significativamente reducido..
Necesitamos entender que Bluetooth Low Energy está diseñado específicamente para dispositivos de bajo consumo utilizados en Internet de las cosas.. No reemplaza ni reemplaza el Bluetooth clásico existente.. BLE utiliza la misma banda ISM de 2,4 GHz que Bluetooth. A diferencia del Bluetooth clásico que admite hasta 7 Dispositivos conectados a un único dispositivo maestro., BLE permite hasta 128 dispositivos. Usos de BLE 40, 2 Canales de ancho de MHz y utiliza un algoritmo de salto de frecuencia adaptativo para optimizar el rendimiento y minimizar la interferencia..
Wifi
Cuentas Wi-Fi para 31% del total de conexiones IoT. aquí, Hablaremos de la radio WiFi tradicional., así como el WiFi HaLow (802.11ah), que está diseñado específicamente para aplicaciones de IoT de bajo consumo y largo alcance.
Wifi 6 utiliza las mismas bandas ISM de 2,4 GHz y 5 GHz que otros protocolos inalámbricos, con 6E agregando soporte para la banda de 6GHz. El alcance varía significativamente desde 10 m en interiores hasta más de 100 m en exteriores., dependiendo de factores ambientales y de la potencia de transmisión. A diferencia de la arquitectura punto a punto de Bluetooth, WiFi sigue una topología de red en estrella, donde los dispositivos se conectan a través de un punto de acceso central (enrutador).
Wi-Fi 6/6E (802.11hacha) lanzado en 2021 es el estándar popular que se utiliza actualmente. Del lado de la velocidad, puede alcanzar hasta 9.6 Gbps: más rápido que WiFi 5 (802.11C.A) que alcanzó su punto máximo en 3.5 Gbps. Lo más probable es que hayas visto dispositivos con estándares antiguos de 802.11ac/n/g.. Debido a la retrocompatibilidad de WiFi, Estos dispositivos antiguos aún pueden funcionar con dispositivos estándar nuevos.. Los últimos estándares de WiFi ofrecen un mayor alcance que los anteriores..
WiFi HaLow funciona por debajo de 1GHz. Ofrece una mejor penetración en la pared y mayores alcances. (hasta 1km) mientras que la potencia es menor. sin embargo, la tecnología no ha sido ampliamente adoptada en la industria como hemos visto en Bluetooth LE.
Lo principal a tener en cuenta es que WiFi admite cientos de conexiones simultáneas a un único punto de acceso., aunque las limitaciones prácticas a menudo reducen este número según la configuración de la red..
ZigBee
ZigBee es un software de bajo coste, Estándar de comunicación inalámbrica de bajo consumo diseñado para redes de área personal.. Fue desarrollado específicamente para aplicaciones industriales y de automatización del hogar.. Es posible que Zigbee no sea tan omnipresente como WiFi, pero cada vez es más común en los hogares inteligentes: las bombillas, termostatos y sensores de seguridad entre ellos.
Llegó a existir en 2002, cuando la Alianza ZigBee (ahora Alianza de Estándares de Conectividad) se formó. Ahora tiene grandes organizaciones como Philips., Instrumentos de Texas, Samsung, y Amazon para desarrollar el protocolo ZigBee.
Para ser sincero, ZigBee fue diseñado específicamente para la automatización, con fácil configuración y conectividad del dispositivo, Bajo consumo de energía para una larga duración de la batería., y seguridad muy fuerte.
La arquitectura está construida sobre la 802.15.4 estándar. La mejor parte de ZigBee es que es un protocolo abierto que puede admitir hasta 65,000 nodos en una sola red. ZigBee es particularmente notable por sus capacidades de red en malla..
El protocolo ZigBee define tres tipos clave de dispositivos en la red:
- Coordinadores (sólo uno en cualquier red ZigBee)
- Enrutadores (intermediario para transmitir datos)
- Dispositivos finales ZigBee (Habla solo con el nodo principal, principalmente en modo de suspensión)
Texas Instruments y Silicon Labs son los principales proveedores de chips ZigBee.
UWB
UWB (ultra banda ancha) Es uno de los protocolos de comunicación emergentes.. Probablemente aún no lo hayas visto en muchos dispositivos, pero está ganando adopción rápidamente. De los smartphones a las llaves del coche, desde dispositivos domésticos inteligentes hasta entornos industriales, Vemos que UWB aparece cada vez más en la tecnología moderna..
Como otras tecnologías de radio, UWB opera en un espectro definido, pero a diferencia de los sistemas de banda estrecha, extiende la transmisión a través de un amplio rango de frecuencia desde 3.1 GHz a 10.6 GHz. Tiene una gama típica de 1-50 metros, y funciona mejor en la línea de visión entre dispositivos o anclajes.
La banda ultra ancha utiliza canales que tienen al menos 500 MHz de ancho en comparación con los canales de 1 MHz o 2 MHz de Bluetooth.. UWB también utiliza transmisión de pulsos ultracortos, lo que le proporciona una mayor precisión de posicionamiento que los sistemas de banda estrecha.
La densidad espectral de potencia máxima para la transmisión UWB es 41.3 dBm/MHz. Esto equivale aproximadamente 0.5 mW de potencia de transmisión promedio. Ayuda a minimizar la interferencia con los sistemas de banda estrecha existentes como WiFi o Bluetooth.. La baja potencia también hace que UWB sea seguro. Las señales son difíciles de interceptar debido a su amplia dispersión de frecuencia y su baja densidad de potencia..
Comparación de tecnologías de redes IoT de corto alcance
Tecnología | Bluetooth (CONVIRTIÓ) | Wifi | ZigBee | UWB |
Rango | 10-100metro | 50-100m interior | 10-100metro | 10metro |
Velocidad de datos | 1-2 Mbps | Hasta 1 Gbps+ | 250 kbps | Hasta 27 Mbps |
El consumo de energía | Muy bajo | Alto | Muy bajo | Bajo |
Banda de frecuencia | 2.4 GHz
|
2.4 GHz, 5 GHz | 2.4 GHz | 3.1-10.6 GHz |
ventajas | – Bajo consumo de energía
– Ampliamente apoyado – Fácil de implementar – Bajo costo |
– Alta velocidad de datos
– Compatibilidad universal – Opciones de seguridad sólidas |
– Bajo consumo de energía
– Soporte de red grande – Malla autorreparable |
– Posicionamiento preciso
– Alta seguridad – Inmune a la interferencia |
Contras | – Rango limitado
– Nodos limitados – Interferencia potencial |
– Alto consumo de energía
– Duración limitada de la batería – Congestión de la red |
– Velocidad de datos baja
– Corto alcance – Implementación compleja |
– Rango limitado
– Costo más alto – Adopción limitada |
Aplicaciones clave | Usables, Casa inteligente, Posicionamiento en interiores, Seguimiento de activos, Punto de interés | Automatización del hogar, Transmisión de vídeo, Aplicaciones de gran ancho de banda | Automatización del hogar, Industrial control, Redes de sensores | Posicionamiento en interiores, Seguimiento de activos, Acceso seguro |
Tecnologías inalámbricas populares de IoT de largo alcance
Ahora centraremos nuestra discusión en las tecnologías inalámbricas de largo alcance y cómo IoT se ha beneficiado gracias a estos protocolos.. Estas tecnologías son la base de las LPWAN, cubriendo distancias desde unos pocos kilómetros hasta miles de kilómetros. aquí, presentaremos a LoRa, sigfox, y redes celulares.
LoRa y LoRaWAN
LoRa es un protocolo inalámbrico que proporciona largo alcance, bajo consumo, y transmisión segura de datos. Se basa en la modulación de espectro ensanchado chirrido, lo que significa que puede comunicarse a grandes distancias sin utilizar demasiada energía.. Cierra la brecha entre las redes de área local inalámbricas de corto alcance como Bluetooth y WiFi., y la gama mucho más amplia de redes celulares.
LoRa y LoRaWAN fueron desarrollados inicialmente por Cycleo y luego adquiridos por Semtech. Hoy, lo gestiona la asociación sin ánimo de lucro LoRa Alliance. No sorprende que se haya convertido en una de las alianzas más grandes de la industria tecnológica.. LoRa Alliance no solo respalda a LoRaWAN sino que también promueve la interoperabilidad tecnológica y de productos LoRaWAN.
LoRa utiliza bandas de RF sub-GHz (433megahercio, 868MHz para Europa, 923MHz para Asia, 915MHz para Norteamérica y Australia). Estas bandas de frecuencia ISM no tienen licencia y están disponibles para todos nosotros para aplicaciones de IoT. Tiene un alcance impresionante desde 2 a 5 km en áreas urbanas hasta 15 km o más en entornos rurales..
LoRa representa el protocolo de capa física (en la capa uno del modelo OSI) que permite la comunicación de largo alcance. Esta capa especifica cómo se transmiten los bits sin procesar a través de un enlace de datos físico entre nodos de red.. LoRaWAN, un protocolo de red que opera en la capa tres del modelo OSI, está construido sobre LoRa y maneja la comunicación entre los dispositivos finales y un servidor de red central.
Para abordar varios casos de uso, LoRaWAN define tres clases de dispositivos: Dispositivos de clase A (potencia más baja, todo el enlace ascendente iniciado), Dispositivos de clase B (ranuras de recepción programadas), y dispositivos de clase C (escucha continua).
sigfox
Sigfox es una tecnología LPWAN pionera diseñada para aplicaciones de IoT que requieren comunicación de largo alcance con un consumo mínimo de energía.. Utiliza banda ultra estrecha (UNB) tecnología, con cada mensaje ocupando sólo un 100 ancho de banda Hz.
El protocolo Sigfox opera en bandas ISM sin licencia (868 MHz en Europa, 915 MHz en América del Norte) y ofrece tarifas de datos de sólo 100 o 600 bits por segundo. Esta lenta tasa de transmisión, combinado con el estrecho ancho de banda, da como resultado una sensibilidad excelente y un consumo de energía muy bajo. Las transmisiones típicas utilizan alrededor de 20 a 30 mA durante unos segundos., proporcionando una larga duración de la batería, que a menudo dura años con una sola batería. Puede alcanzar hasta 40 km en zonas rurales y de 3 a 10 km en entornos urbanos.
Sigfox es un protocolo asimétrico, lo que significa que las capacidades de enlace ascendente y descendente difieren significativamente. Los dispositivos finales pueden enviar hasta 140 mensajes por dia, con cada mensaje limitado a 12 bytes de carga útil. Los mensajes de enlace descendente se limitan a 8 mensajes por día con 8 bytes cada uno.
Diferente de LoRaWAN, Sigfox fue diseñado pensando en la simplicidad, empujando la mayor parte de la complejidad al lado de la red en lugar de a los dispositivos finales. Este enfoque permite una implementación de dispositivo final muy simple y energéticamente eficiente..
Redes celulares
Las redes móviles manejan una cantidad increíble de nuestras comunicaciones., y es una de las tecnologías de comunicación más fundamentales en nuestro mundo moderno.. Del 2G al último 5G, y tecnologías especializadas centradas en IoT como LTE-M y NB-IoT, Las redes celulares constituyen aproximadamente 20% de conexiones globales de IoT.
Las redes celulares operan en lo que se llama una arquitectura celular., donde las áreas geográficas se dividen en celdas. Cada uno de ellos cuenta con al menos un transceptor de ubicación fija conocido como estación base.. Estas células trabajan juntas en un patrón similar al de un panal para proporcionar una cobertura continua en grandes áreas..
La tecnología ha avanzado mucho desde la década de 1980, cuando las redes 1G apenas podían manejar llamadas de voz. Estamos realmente en la era 5G ($98.3 mil millones 2023) y están implementando NB-IoT, LTE-M y 5G como parte del ecosistema Cellular IoT más amplio actual. Una de las principales ventajas de Cellular IoT es la capacidad de aprovechar la infraestructura celular existente y al mismo tiempo optimizarla para las necesidades únicas de IoT.. En tono rimbombante, Las redes móviles no son gratuitas.
Comparación de tecnologías de redes de IoT de largo alcance
Tecnología | LoRa/LoRaWAN | sigfox | Celular (4G/5G) | NB-IoT |
Rango | 2-15km | Hasta 40km | Varios kilómetros | 1-10km |
Velocidad de datos | 0.3-50 kbps | 100 bps | Hasta 1 Gbps+ | 250 kbps |
El consumo de energía | Muy bajo | Muy bajo | Alto | Bajo |
Banda de frecuencia | Sub-GHz | Sub-GHz | Bandas con licencia | Bandas con licencia |
ventajas | – De largo alcance
– Excelente duración de la batería – buena penetracion |
– Alcance ultralargo
– Muy baja potencia – Implementación sencilla |
– Cobertura universal
– Alta fiabilidad – Alta velocidad de datos |
– Buena penetración en la construcción.
– Espectro licenciado – Batería de larga duración |
Contras | – Velocidad de datos baja
– Dependencia de la puerta de enlace – Restricciones regionales |
– Velocidad de datos extremadamente baja
– Se requiere suscripción – Mensajes limitados por día. |
– Alto consumo de energía
– Caro – Cuotas mensuales |
– Dependencia de la red
– Latencia más alta – Limitaciones de cobertura |
Aplicaciones clave | Seguimiento de activos, Gestión de aparcamiento, Monitoreo ambiental, Sensores agrícolas, Medición inteligente | Seguimiento de activos, Monitoreo ambiental | Vehículos conectados, Ciudades inteligentes, Aplicaciones móviles | Medición inteligente, Seguimiento de activos |
Qué IoT nortetrabajando ttecnologia es adecuado para mi?
Tiene sentido utilizar redes de IoT porque pueden conectar y administrar dispositivos en escenarios desafiantes.. En particular, Las redes de IoT están creciendo en el mundo conectado, teniendo en cuenta variables como la escala masiva, diversos tipos de dispositivos, y requisitos de operación en tiempo real.
La tecnología de conectividad es una de las decisiones más cruciales que tendrás que tomar al desarrollar un proyecto de IoT. La elección aquí determinará hasta cierto punto el éxito., costo, y desempeño de su proyecto. Antes de sumergirse en tecnologías específicas, Hazte estas preguntas esenciales:
– ¿Dónde se van a utilizar los dispositivos?? ¿Se utilizarán en interiores o exteriores??
– ¿Qué rango necesitas cubrir?? son metros, kilómetros, o en algún punto intermedio?
– ¿Cuántos datos transmitirás?, y con que frecuencia?
– ¿Cuál es su presupuesto de energía?? ¿Está funcionando con baterías o con red eléctrica??
– ¿Qué infraestructura de red existe en su ubicación de implementación??
– ¿Cuáles son sus requisitos de seguridad??
– ¿Cuál es su presupuesto para costos de hardware y conectividad continua??
Las tecnologías que hemos cubierto anteriormente no son una lista exhaustiva de tipos de conexión., pero deberían ayudarte a ponerte en marcha en la mayoría de los proyectos de IoT..
Corto-rángel ttecnologías en pagracimo
Para tecnologías de comunicación inalámbrica de corto alcance, WiFi proporciona transmisión de datos de alto rendimiento. Domina la cobertura de red inalámbrica en hogares y espacios públicos.. Dado que muchos edificios ya tienen WiFi, es ideal para aplicaciones de IoT como hogares inteligentes, cámaras de seguridad, y soluciones de seguimiento integradas.
En el espacio del consumidor, Bluetooth Low Energy muestra un claro dominio. Se ha convertido en la opción preferida para servicios de ubicación de corto alcance debido a consideraciones de costos.. El mercado lo refleja – Se alcanzaron los envíos de dispositivos de servicios de ubicación Bluetooth $255 Millón en 2024. BLE también crece con fuerza en los hogares inteligentes. Con su inclusión en el estándar Matter, veremos surgir aún más aplicaciones para el hogar inteligente.
Zigbee es otro actor clave que no se puede ignorar en los hogares inteligentes. Actualmente se utiliza más en automatización industrial y aplicaciones de hogares inteligentes.. La red en malla de Zigbee puede ampliar la distancia de conexión y admitir más nodos de red.
La tecnología UWB no ha alcanzado los mismos niveles de adopción que las tres primeras. Su principal ventaja es el posicionamiento preciso a nivel de centímetros.. sin embargo, Viene con costos de implementación relativos más altos.. Esto lo hace más adecuado para casos de uso específicos que requieren un seguimiento de ubicación preciso..
Largo–rángel ttecnologías en pagracimo
Para tecnologías IoT inalámbricas de largo alcance, LoRa y LoRaWAN están liderando el camino en muchas implementaciones de IoT. Ofrecen una cobertura impresionante con un consumo de energía muy bajo.. LoRaWAN funciona muy bien cuando sus dispositivos necesitan funcionar con batería durante períodos prolongados y puede tolerar cierta latencia en la transmisión de datos.. La tecnología encuentra un uso común en el rastreo de animales., seguimiento de vehículos, gestión de aparcamiento, monitoreo ambiental, sensores agrícolas, y medición de servicios públicos.
Sigfox tiene un diseño más estilizado que el de LoRaWAN. Está diseñado para reducir el costo y la complejidad del dispositivo., Aunque esto significa sacrificar tarifas de datos.. Si bien Sigfox y LoRaWAN a veces pueden tener propósitos similares, deberías optar por LoRaWAN si necesitas redes privadas o comunicación bidireccional.
NB-IoT y LTE-M aportan una gran ventaja – pueden utilizar la infraestructura celular existente. Estas tecnologías se superponen con algunas aplicaciones LoRaWAN y Sigfox., especialmente cuando se rastrean activos en amplias áreas geográficas. El sector de la logística ha adoptado especialmente las soluciones de seguimiento basadas en móviles.. sin embargo, Las opciones celulares tienen costos más altos debido a las tarifas de suscripción..
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