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Las redes de área extendida de baja potencia (LPWAN) son ideales para aplicaciones industriales que requieren dispositivos que envíen pequeñas cantidades de datos a grandes distancias durante muchos años con una sola batería. El estándar abierto LoRaWAN es un protocolo LPWAN popular y efectivo. Muchas aplicaciones de la Internet de las Cosas requieren que los datos sean recopilados y enviados a través de largas distancias, con sensores que a veces están a millas de distancia unos de otros. En el caso de las aplicaciones de IoT que funcionan en entornos agrícolas o en almacenes, puede ser necesario que los dispositivos transmitan pequeños paquetes de información periódicamente durante años o incluso una década con una sola carga de batería. Ingrese a LPWAN. Pero esas aplicaciones de IoT remotas, a largo plazo y dispersas, se enfrentan a un problema de física simple: si se quiere transmitir información de forma inalámbrica a largas distancias, hay que aumentar la potencia de la señal o disminuir el ancho de banda de la señal. Considera esto: si el agua está fluyendo a través de una tubería, y quieres enviarla más lejos de la fuente, tienes que aumentar la presión (potencia) detrás del agua o usar una tubería más estrecha (ancho de banda) - o ambos. Este último problema físico inspiró una cierta clase de redes inalámbricas: la "Red de Área Amplia de Baja Potencia" o "LPWAN" (a veces "LPWA")

Un poco de historia

Sigfox popularizó las LPWAN en la década de 2000 como una alternativa muy eficaz a los requisitos de energía y los costos de las licencias de las redes celulares. Una empresa francesa de nueva creación, Cycleo, desarrolló algunos convincentes semiconductores de RF de baja potencia IP y Semtech los adquirió en 2012 para consolidar su cartera de RF de baja potencia. Semtech controla ahora parte del IP básico del protocolo LoRa, que se ha convertido en el protocolo LPWAN no celular de facto, aunque Sigfox anunció recientemente una nueva (re)expansión mundial. Una historia de las tecnologías LPWAN a través de las empresas que han desarrollado las soluciones desde 1990. Los principales operadores de telefonía celular y el 3GPP, el organismo mundial de normas celulares, no estaban contentos con la forma en que Sigfox y Cycleo (Semtech) habían creado las LPWAN específicas para IOT, aislando a los actores celulares del mercado de las LPWAN, un mercado que había empezado a atraer a muchos clientes industriales. El 3GPP comenzó a estandarizar y popularizar LTE-Cat M1 y NB-IoT (Narrowband IoT) como LPWANs celulares que operan mayormente dentro de las bandas licenciadas. La IOT celular se está volviendo cada vez más popular para los sistemas de IOT que durante casi una década habrían sido diseñados como LPWANs no celulares, sin embargo, LoRaWAN sigue siendo fuerte. Semtech - con un obvio sesgo potencial - predice que para el 2019 tanto como el 40 por ciento de las LPWAN funcionarán con LoRa. 5G está listo para sacudir todo el paisaje de las LPWAN. Promete baja latencia, baja potencia y altas tasas de transferencia de datos, una combinación inalcanzable hasta ahora. 3GPP también está considerando permitir que las tecnologías de 5G operen en las bandas no licenciadas -específicamente, 3,5 GHz, 5 GHz y 60 GHz-, invadiendo aún más las LPWAN no celulares. Sin embargo, dado que el 3GPP recién está finalizando las normas, y las grandes empresas de telecomunicación están comenzando a probar las primeras redes 5G, queda mucho por ver.

LPWAN como solución

Básicamente, las LPWAN permiten a los proveedores de soluciones diseñar sistemas de IOT para casos de uso que requieren que los dispositivos envíen periódicamente pequeñas cantidades de datos a través de redes a menudo remotas que se extienden muchos kilómetros y utilizan dispositivos alimentados por baterías que necesitan durar muchos años. Las LPWAN logran esa hazaña haciendo que sus dispositivos de IOT envíen sólo pequeños paquetes de información periódicamente o incluso con poca frecuencia -actualizaciones de estado, informes, etc.- al despertar de un disparador externo o en un intervalo preprogramado. Sin embargo, con la llegada de la LPWAN celular, ahora hay más flexibilidad en la definición de "baja potencia" y "área amplia", como demuestra el siguiente gráfico. Básicamente, las LPWAN permiten a los proveedores de soluciones diseñar sistemas de IoT para casos de uso que requieren que los dispositivos envíen periódicamente pequeñas cantidades de datos a través de redes a menudo remotas que se extienden a lo largo de muchos kilómetros y utilizan dispositivos alimentados por baterías que necesitan durar muchos años. Las LPWAN logran esa hazaña haciendo que sus dispositivos de IOT envíen sólo pequeños paquetes de información periódicamente o incluso con poca frecuencia -actualizaciones de estado, informes, etc.- al despertar de un disparador externo o en un intervalo preprogramado. Sin embargo, con la llegada de la LPWAN celular, ahora hay más flexibilidad en la definición de "baja potencia" y "área amplia", como demuestra el siguiente gráfico.

Algunas fortalezas esenciales

Los diseños de LPWAN son populares porque son de bajo costo, tienen una larga vida útil de la batería y funcionan a grandes alcances. Esa es una gran combinación para muchos casos de uso. Las LPWAN son grandes soluciones para ciertos tipos de casos de uso que requieren una transferencia de datos periódica o inconsistente a través de largas distancias durante una cantidad de tiempo significativa. Piensa en medidores inteligentes de eliminación de basura, medidores inteligentes de estacionamiento, o sensores de calidad de suelo y agua. Dado el rango y la relativa simplicidad de los paquetes de datos LPWAN, los sensores pueden incluso reportar desde el subsuelo, en climas difíciles, y lejos de los portales o torres. Muchas LPWANs también tienen arquitecturas simples y protocolos establecidos -más en lo que sigue-, lo que las hace relativamente fáciles, baratas, fiables y efectivas para desplegarlas a escala.

Algunas limitaciones básicas

Toda tecnología tiene limitaciones. Más precisamente, ninguna tecnología es agnóstica a los casos de uso. Las LPWAN son excelentes para los escenarios descritos anteriormente, sin embargo, no son aptas para los casos de uso que requieren que los datos se transfieran con frecuencia y/o en grandes volúmenes. Las LPWANs generalmente transportan paquetes que van desde 300 bit/s a 50 kbit/s. ¿Recuerda los 56 kbit/s o las llamadas del módem a Internet? Se transfieren más datos por conexión telefónica que la mayoría de las LPWAN de uso intensivo de datos, por lo que no se enviarán fotos de gatos, vídeos de cachorros o mensajes de voz incoherentes a través de la mayoría de las LPWAN. Ese no es su propósito. Las LPWAN también pueden tener problemas porque a menudo operan en bandas sin licencia: las bandas industriales, científicas y médicas ("ISM") que los gobiernos dejan abiertas. Las bandas ISM comunes de EE.UU. incluyen 915 MHz, 2,4 GHz y 5 GHz. Las soluciones de LPWAN a menudo operan en las bandas ISM de 902-928 Mhz, justo por debajo del umbral de GHz. Los dispositivos LPWAN al aire libre, por ejemplo, en la parte superior de un edificio o una torre, que envían señales débiles en esas bandas sub-GHz pueden encontrar interferencias de señales de alta energía que operan justo por encima del límite de GHz. A menudo, tales interferencias no importan. Si se pasan por alto algunos intervalos de prueba del suelo, no es cuestión de vida o muerte, pero para muchas aplicaciones de IOT críticas para la misión ("MC-IoT"), por ejemplo, las aplicaciones médicas y los automóviles que se conducen por sí mismos, tales interferencias pueden ser catastróficas. Todo se reduce a conocer las complejidades de su caso de uso y cómo su red interactuaría con las limitaciones del entorno físico y de radio local. Una red de área amplia de baja potencia (LPWAN, Low-Power Wide-Area Network) o red de baja potencia y área extensa es un tipo de redde telecomunicaciones inalámbricas diseñada para permitir comunicaciones de largo alcance a bajas velocidades de bits entre objetos conectados, como por ejemplo sensores alimentados con una batería. La baja potencia, la baja velocidad de bits y el uso previsto distinguen este tipo de red de las WLAN o redes inalámbricas diseñadas para conectar usuarios o empresas, (equipos informáticos), y transportar grandes cantidades de datos y que además utilizan mayor potencia. La tasa de datos que se transmiten en una red LPWAN varía entre 0,3 kbit/s hasta 50 kbit/s por canal aunque las últimas tecnologías permiten mayores anchos de banda al menos teóricos.
Comparativa entre las distintas redes LPWAN disponibles en 2020
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