Desde la máquina de vapor hasta la línea de producción industrial, las primeras oleadas de la Revolución Industrial transformaron fundamentalmente la civilización humana. Hoy, nos encontramos en la antesala del próximo cambio que definirá una era: el auge del Internet de las Cosas (IdC). Sin embargo, para que la revolución del IdC se consolide plenamente, se requiere una infraestructura de conectividad fiable que pueda proporcionar una cobertura extensa y fiable para los miles de millones de sensores y puntos finales previstos. Aquí es donde entra en escena el IdC de Banda Estrecha (NB-IdC).
¿Qué es exactamente NB-IoT y qué capacidades únicas ofrece este estándar celular de banda estrecha? ¿Y cómo se relaciona con las opciones de conectividad IoT existentes? Profundicemos en el tema.
Internet de las cosas de banda estrecha (NB-IoT) es una LPWAN protocolo estandarizado por 3GPP para permitir una amplia gama de nuevos dispositivos y servicios IoT conectados a telefonía celular.
Ofrece una ruta inalámbrica dedicada y optimizada para IoT. Como su nombre indica, el IoT de banda estrecha utiliza un ancho de banda muy estrecho, lo que permite una excelente cobertura extendida y maximiza la duración de la batería de los dispositivos. Los dispositivos NB-IoT pueden alcanzar más de 10 años de duración de batería.
Al utilizar bandas de espectro con licencia, como las bandas 4G LTE, NB-IoT las optimiza exclusivamente para la conectividad IoT. Al reasignar las bandas celulares existentes para su uso en lugar de requerir nuevas asignaciones de espectro, los operadores de redes móviles pueden implementar esta tecnología rápidamente.
Con una excelente cobertura y una eficiencia energética excepcional, NB-IoT permite a una amplia gama de nuevos dispositivos IoT proporcionar datos de alta calidad con un coste de mantenimiento mínimo, superando así dos barreras clave para la adopción masiva del IoT. Su rápida implementación global ya está en marcha, especialmente en Asia, Europa y Norteamérica.
NB-IoT fue estandarizado en 2016 por la 3GPP en la versión 13 Para operar dentro de las bandas de espectro con licencia de los operadores móviles. La comunicación entre los dispositivos NB-IoT y la red se produce dentro de una banda estrecha designada de 200 kHz, a diferencia de las bandas mucho más anchas utilizadas por la conectividad celular estándar.
La arquitectura NB-IoT consta de dispositivos finales (sensores), estaciones base o puntos de acceso, la red central y servidores/plataformas de aplicaciones. Se pueden utilizar componentes opcionales, como puertas de enlace, para conectar nodos dentro de edificios o bajo tierra cuando no es posible el acceso directo.
NB-IoT tiene tres modos de implementación distintos para maximizar la cobertura en diversas infraestructuras:
Al aprovechar la infraestructura celular y el espectro existentes, NB-IoT ofrece una solución IoT eficiente, respaldada por los principales proveedores de hardware y chipsets a nivel mundial. Puede coexistir con otras tecnologías celulares como 2G, 3G, 4G, LTE-M y 5G gracias a sus modelos de implementación flexibles.
El IoT de banda estrecha ofrece inmensas capacidades de conectividad, pero también presenta algunas limitaciones técnicas. Comprender tanto las ventajas como las desventajas actuales permite definir adecuadamente las expectativas y tomar una decisión informada sobre cuándo el IoT de banda estrecha es la mejor opción para una aplicación.
Beneficios del IoT de banda estrecha
Limitaciones del IoT de banda estrecha
NB-IoT utiliza el marco de seguridad probado definido por 3GPP para redes LTE. Esto incluye autenticación mutua entre el dispositivo y la red, cifrado inalámbrico de datos mediante claves de sesión y actualizaciones de firmware firmadas. Estrategias adicionales a nivel de dispositivo, como la protección contra manipulaciones y la detección de anomalías, refuerzan aún más la seguridad.
Otro beneficio del cumplimiento de los estándares 3GPP es que NB-IoT admite tanto los protocolos de seguridad actuales utilizados en las redes celulares como cualquier característica nueva que se agregue en el futuro.
Si bien ninguna tecnología es completamente inmune a la manipulación o el hackeo, NB-IoT ofrece medidas de seguridad estandarizadas y robustas a la par de las redes móviles actuales para proteger contra una variedad de amenazas cibernéticas que se extienden hasta los dispositivos de borde de IoT.
Con su batería de larga duración, amplio alcance, transferencias de paquetes de datos pequeños y sólida seguridad, NB-IoT es una tecnología ideal para conectar sensores, monitores y actuadores en los sistemas de infraestructura para permitir:
Medición inteligente
Lectura remota en tiempo real del consumo de gas, electricidad y agua sin necesidad de comprobaciones manuales. La información facilita un mejor ahorro de energía y la detección de fugas. El bajo consumo y el alcance mejorado de NB-IoT se adaptan incluso a ubicaciones difíciles.
Ciudades inteligentes
Sensores ambientales para la calidad del aire y el agua, monitoreo de sonido, desbordamiento de contenedores de basura, seguimiento de espacios de estacionamiento, monitoreo de infraestructura e iluminación inteligente que se ajusta según las condiciones ambientales y el flujo de personas.
Monitoreo Ambiental
Se pueden monitorear campos agrícolas, ríos, áreas silvestres y áreas de conservación protegidas para detectar condiciones, operaciones de equipos, intrusiones, etc., sin necesidad de una gran infraestructura de energía o comunicaciones.
Agricultura inteligente
Los sensores de humedad económicos, los monitores de equipos y los comprobadores de nutrientes del suelo conectados a través de NB-IoT brindan una mejor visibilidad para optimizar el riego, los fertilizantes y el seguimiento de los cultivos.
Seguimiento y gestión de activos
Las etiquetas NB-IoT asequibles que funcionan con baterías monitorean la ubicación y el estado de vehículos, maquinaria pesada, artículos de transporte retornables (paletas, contenedores) e infraestructura de activos remotos.
Hogares inteligentes
Los sensores monitorean la ocupación de la habitación, la temperatura, la humedad, el ruido y los niveles de luz, mientras que los controladores ajustan el HVAC, la iluminación y los electrodomésticos automáticamente según las condiciones y los patrones de uso para mejorar la comodidad, la seguridad y la eficiencia energética.
Cuidado de la salud inteligente
El bajo consumo de energía y la amplia conectividad de NB-IoT son ideales para mejorar la atención al paciente mediante la monitorización remota durante el tratamiento. Un sistema de localización de caídas basado en NB-IoT permite una notificación temprana si los pacientes en riesgo intentan ponerse de pie o moverse por sí solos. El personal sanitario puede recibir alertas para asistir al paciente con prontitud.
Las aplicaciones se extienden a prácticamente todos los sectores, desde el transporte hasta la energía, la educación y el comercio minorista, entre otros. Casi cualquier dispositivo que requiera conectividad a largo plazo para transmisiones de datos de bajo ancho de banda es potencialmente compatible con NB-IoT.
Si bien existen otras opciones de redes IoT de bajo consumo, NB-IoT combina ventajas que lo convierten en el principal candidato para una amplia variedad de implementaciones. Aquí comparamos NB-IoT con otras tres tecnologías de redes de área amplia de bajo consumo ampliamente utilizadas: LTE-M, Sigfox y LoRaWAN.
Tanto NB-IoT como LTE-M son tecnologías LPWAN celulares estandarizadas por 3GPP para IoT. Sin embargo, LTE-M admite un mayor ancho de banda de 1.4 MHz con velocidades de datos máximas de hasta 1 Mbps. LTE-M también permite movilidad total y compatibilidad con voz, a diferencia de NB-IoT. Sin embargo, la desventaja es que LTE-M consume más energía a pesar de optimizaciones como PSM y eDRX.
En general, LTE-M se adapta a aplicaciones sensibles a la latencia que requieren mayor ancho de banda, mientras que NB-IoT es ideal para dispositivos estáticos o de movimiento lento que envían pequeñas cantidades de datos no urgentes. LTE-M requiere el pago de regalías a los titulares de patentes, pero NB-IoT evita los costos de acceso al aprovechar el espectro celular existente. Los estándares son complementarios para diferentes casos de uso de IoT: LTE-M para comunicaciones robustas y NB-IoT para un ahorro de energía excepcional.
Las principales diferencias radican en que NB-IoT opera en espectro celular con licencia, como 4G LTE, mientras que LoRa utiliza espectro sin licencia en las bandas ISM. Esto significa que NB-IoT se beneficia de la seguridad y fiabilidad de las redes celulares, mientras que LoRa ofrece mayor flexibilidad, ya que cualquiera puede implementar su propia red LoRa.
NB-IoT también ofrece menor latencia y mayor rendimiento que LoRa. Sin embargo, LoRa ofrece mayor alcance, menor consumo de energía y menores costos de módulo. LoRaWAN prioriza la minimización del consumo de energía, logrando una duración de batería de hasta más de 15 años.
Sigfox es otra tecnología LPWAN competidora que utiliza espectro sin licencia en las bandas de radio ISM. Utiliza modulación de banda ultraestrecha para proporcionar comunicaciones de largo alcance con un consumo de energía mínimo.
Una diferencia clave entre NB-IoT y Sigfox es que NB-IoT ofrece mayor ancho de banda, velocidades de datos más altas y menor latencia en comparación con Sigfox. NB-IoT puede ofrecer un rendimiento de hasta 250 kbps con una latencia inferior a 10 s. Sigfox tiene un rendimiento máximo de 100 bps y una latencia típica de 1 a 30 s. La transferencia de datos tampoco tiene canal de retorno a los dispositivos.
Sin embargo, Sigfox ofrece algunas ventajas en cuanto a simplicidad y cobertura global. Las redes de Sigfox son más fáciles de implementar y ya han alcanzado una amplia cobertura global. La cobertura de NB-IoT depende del desarrollo de LTE celular, por lo que podría ser más limitada.
| NB-IO | LTE-M | LoRa | Sigfox | |
| Normalización | 3GPP | 3GPP | Alianza LoRa | ETSI |
| Ancho de banda | 200 KHz | 1.4 MHz | 250 KHz | 100 Hz |
| Frecuencia | Con licencia | Con licencia | No licenciado | No licenciado |
| Rendimiento de datos | < 250 kbps | < 1 Mbps | < 10 kbps | < 100 bps |
| Estado latente | Media | Bajo | Media | Media |
| Gestion de movilidad | ❌ | ✔ | ✔ | ✔ |
| Cobertura Extendida | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
| Consumo de energía | Medio bajo (superior a LoRa) | Medio (superior a NB-IoT) | Muy Bajo | Bajo |
| Redes privadas posibles | No | No | Sí | No |
| Costo del módulo | $ 7-12 | $ 10-15 | $ 9-12 | $ 5-10 |
| Costo de la radio | $ | $ $ $ | $ | $ |
Sí, los planes de datos se adquieren de operadores móviles, al igual que los smartphones. Sin embargo, dado el pequeño tamaño de los paquetes, los costos pueden ser bastante inferiores a $1 por dispositivo al mes. Las tarifas varían entre operadores según factores como la cantidad de dispositivos y el uso de datos.
Por supuesto. Se puede lograr una vida útil de batería de más de 10 años, lo que permite terminales completamente alimentados por batería. Combinado con una cobertura mejorada, esto posibilita aplicaciones que antes no eran posibles.
La mayoría de las transferencias de datos se completan en un plazo de 1 a 10 segundos. Para necesidades sensibles a retrasos inferiores a 1 segundo, LTE-M probablemente sea la mejor opción.
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