Descripción general de un ingeniero de la arquitectura de red M2M

La comunicación de máquina a máquina (M2M) permite que las máquinas y los dispositivos transmitan pequeñas cantidades de información a otras máquinas. Esto incluye comunicación desde y hacia detectores de humo, cerraduras de puertas, alarmas, medidores de agua, sensores agrícolas, edificios inteligentes, iluminación inteligente, sensores ambientales y más.

Cada aplicación de IoT tiene un conjunto diferente de restricciones en términos de alcance inalámbrico y consumo de energía que necesita lograr. Por lo tanto, la arquitectura de red M2M se trata de utilizar correctamente los recursos de radio. Cada red que se enumera a continuación utiliza un método diferente para manejar estos recursos. Celular, por ejemplo, es el único tipo de red M2M ubicua que usa su propio espacio de frecuencia con licencia. El resto suele coexistir utilizando frecuencias gratuitas y sin licencia. Debido a las restricciones regulatorias, las empresas no pueden diseñar sus redes para tener una ventaja injusta sobre otras redes, por lo que la pregunta para estas empresas al crear una arquitectura de red es cómo utilizar el espectro sin licencia de manera eficiente.

A continuación, analizaremos los beneficios y las consideraciones de siete de las principales arquitecturas de red M2M.

1. Móvil

Cellular ha dominado el espacio M2M durante mucho tiempo. El beneficio principal de la telefonía celular es la cobertura ubicua, pero las principales desventajas de la telefonía celular son la corta duración de la batería, los puntos finales de alto costo y las altas tarifas recurrentes. Cualquier aplicación que funcione con baterías tendrá dificultades para usar un módem celular. Las redes celulares también cambian constantemente. Por ejemplo, cuando comenzó M2M, la mayor parte del mundo celular utilizaba tecnología basada en GSM (que ahora se está eliminando). GSM ha sido reemplazado principalmente por 3G y LTE, y se habla de que esas tecnologías para aplicaciones M2M eventualmente serán eliminadas y reemplazadas por LTE-M. Por lo tanto, las empresas que implementaron módems celulares deben tener en cuenta que es posible que su hardware no sea compatible en los próximos años.

2. WiFi

WiFi se ha convertido en una opción M2M más frecuente en los últimos cinco años. Esto se debe en parte a los fabricantes de chips WiFi, como GainSpan, que ahora están apuntando al espacio haciendo conjuntos de chips de menor costo y menor potencia con una interfaz muy simple. Con estos nuevos chips, no necesita una computadora ni un controlador WiFi; en su lugar, puede utilizar un receptor / transceptor asíncrono universal (UART). Pero si bien la cobertura celular es omnipresente, la cobertura WiFi no lo es, que es una de las principales desventajas de WiFi en el mercado M2M. Por ejemplo, si está construyendo una cerradura de puerta con tarjeta para cada apartamento en un rascacielos de Nueva York y usa WiFi, el aprovisionamiento será una pesadilla.

3. Bluetooth de baja energía (LE)

Otra opción que ha estado disponible en los últimos cuatro años es Bluetooth Low Energy (LE), que también se llama Bluetooth 4.0 o Bluetooth Smart. Bluetooth LE usa considerablemente menos energía que el Bluetooth tradicional, pero al igual que su predecesor, los usuarios están bastante limitados por el alcance y el tamaño de los paquetes. Bluetooth LE está diseñado para transmitir solo pequeños fragmentos de información en línea a través de un teléfono o una computadora. Eso hace que Bluetooth LE sea ideal para aplicaciones como monitores de frecuencia cardíaca o rastreadores de actividad física, pero no es ideal para nada que necesite un consumo de energía más fuerte o un rango más amplio.

4. ZigBee

ZigBee es un protocolo de red en malla que intenta resolver el problema del rango. Si bien ofrece un alcance considerablemente mejor que algo como Bluetooth LE, existen limitaciones de alcance y desventajas que vienen con la red de malla. Por ejemplo, algunos de los nodos en una red de malla están ahí solo para transmitir información, lo que provoca un consumo de energía constante (y algo innecesario). Esto hace que ZigBee sea un mal candidato para los dispositivos que funcionan con baterías, pero es bueno para algo como el monitoreo de la red eléctrica, que tiene una fuente de energía ilimitada. En resumen, algunos nichos de mercado siguen adoptando ZigBee, pero no satisfará las necesidades de todos en el espacio M2M.

Vea también: El ZigBee vs. Batalla WiFi por la comunicación M2M

5. SIGFOX

El espacio de la red de área amplia y baja potencia (LPWAN) se ha saturado recientemente, y ahora el líder del grupo es SIGFOX. Esta red M2M envía ráfagas de datos pequeñas y lentas, lo que la hace ideal para cosas como sistemas de alarma o medidores simples. Debido a su presupuesto de enlace asimétrico, la red solo permite una r bidireccionalidad limitada, por lo que no puede enviar datos desde la puerta de enlace a los nodos en los márgenes de la red. (Este es un problema que otros reproductores LPWAN están buscando resolver).

6. LoRaWAN

LoRaWAN es el protocolo M2M creado por LoRa Alliance para crear un ecosistema de aplicaciones M2M que utilizan la capa física LoRa. Al igual que SIGFOX, LoRaWAN es una red centrada en enlaces ascendentes y, por lo tanto, funciona bien para dispositivos basados ​​en sensores. Esto se debe en parte a las regulaciones en Europa, que mantienen a todos los dispositivos (incluida la puerta de enlace) a un ciclo de trabajo del 1%. Debido a las diferencias regulatorias aquí en los EE. UU., Se puede abordar un gran segmento del mercado diseñando un protocolo que permita más aplicaciones basadas en "comando y control". Y ahí es donde en Link Labs hemos tratado de enfocarnos.

7. Enlace sinfónico

Symphony Link es la red de IoT que desarrollamos en Link Labs en un esfuerzo por resolver algunos de los desafíos presentados por otras arquitecturas M2M. Por ejemplo, una sola puerta de enlace Symphony se puede usar para hablar con 10,000 nodos y, por lo tanto, cubrir todo un edificio. Symphony también apunta a la duración de la batería; un nodo en nuestra red que envía un mensaje cada 10 minutos podría durar entre ocho y 10 años, dependiendo de la aplicación.

Conclusión

Como puede ver, hay muchas redes de IoT disponibles. Cada uno de ellos está probando un enfoque único para resolver un problema de ingeniería estándar:cómo compensar el costo, el rendimiento y la complejidad. Todo ingeniero sabe que no puede tener lo mejor de todas esas cosas, pero puede crear una red que se adapte a aplicaciones específicas. Estamos ansiosos por ver cómo estas arquitecturas de red mejoran, evolucionan y crecen en los próximos años.