Redes de área amplia de baja potencia (LPWA): Visión general comprehensiva

Las redes de área amplia de baja potencia (LPWA) han emergido como la solución líder para conectar dispositivos IoT. Sin embargo, la terminología puede ser confusa. Este artículo revisa tecnologías LPWA clave y las empresas detrás de ellas.

LPWA busca vincular sensores IoT a internet evitando costes celulares, consumo de potencia Wi‑Fi y alcance limitado de Bluetooth.

Aunque dispositivos LPWA consumen más potencia durante transmisión que Bluetooth —a menudo diez veces— 'baja potencia' se refiere a su arquitectura, que les permite dormir más del 99% del tiempo. Corrientes en idle medidas en microamperios, muchos sistemas pueden correr años con una sola batería.

'Área amplia' denota más precisamente un alto link budget. El impresionante alcance de LPWA resulta de sensibilidad de recepción mejorada en ambos extremos, habilitada por tasas de datos muy bajas y técnicas sofisticadas de processing-gain.

Esquemas de multiple-access permiten numerosos dispositivos compartir la misma gateway simultáneamente, aunque cada tecnología LPWA emplea un enfoque distinto.

Examinamos cada tecnología en términos de:

• Cómo se logra alta sensibilidad de recepción.
• El esquema de multiple-access.
• Fortalezas clave.
• Debilidades clave.
• El modelo de negocio.

Entender el modelo de negocio es crucial —algunas empresas proveen redes, otras venden tecnología, y algunas hacen ambas.

Sigfox

Sigfox, ahora casi una década, pionero el mercado LPWA. En EE. UU. opera como proveedor de red, mientras en otras regiones suministra tecnología a operadores.

• Sus base stations usan un channelizer basado en FPGA para detectar transmisiones DPSK de baja tasa de bits a través de cientos de canales potenciales.
• Nodos finales repiten el mismo mensaje de 12 bytes tres veces en tres frecuencias distintas, aumentando probabilidad de recepción exitosa.
• Downlink es teóricamente posible, pero limitado porque la base station debe estar off-air mientras transmite, elevando chance de tráfico perdido.
• La simplicidad del protocolo permite variedad de transceptores RF, dando a clientes múltiples opciones de suministro.
• Casos de uso restringidos a payloads IoT muy simples, ya que cada transmisión lleva solo 12 bytes.
• Actualizaciones de firmware o aplicaciones de control no son factibles sobre Sigfox.
• En EE. UU., límites FCC de time-on-air (400 ms) reducen el link budget de Sigfox ~9 dB vs Europa, y mayor interferencia en banda 900 MHz degrada rendimiento.

WAVIOT

• WAVIOT, empresa rusa, ofrece tecnología virtualmente idéntica a Sigfox pero no provee servicios de red.
• A diferencia de Sigfox, cualquier cliente puede comprar hardware WAVIOT para construir solución privada.
• La tecnología usa señal hopped que le da link budget más alto que Sigfox para aplicaciones FCC-compliant en EE. UU.
• Equipamiento de base station es caro porque requiere FPGA grande para implementar todos los canales DPSK.

LoRaWAN

• LoRaWAN se construye sobre la capa física LoRa, mientras competidores como Symphony Link de Link Labs implementan un protocolo diferente con características avanzadas.
• LoRa ofrece sensibilidad de recepción superior en el nodo final, resultando en link budget más balanceado vs Sigfox.
• Como Sigfox, LoRaWAN emplea esquema de acceso asíncrono estilo Aloha, imponiendo restricciones de downlink similares.
• Para mayor insight, lee nuestra guía de consideraciones LoRaWAN.
• El modelo de negocio es complejo: Semtech vende el PHY LoRa, LoRa Alliance desarrolla el protocolo, y varios operadores testean redes carrier-grade.
• Despliegues carrier y privados LoRaWAN pueden interferir entre sí.

LTE‑M1

• LTE‑M entrega la eficiencia de potencia de LoRaWAN o Sigfox mientras ofrece tasas de datos y feature sets grado LTE. Aprende cómo LTE‑M mejora perfiles de potencia en nuestra guía de potencia LTE‑M.
• Usar LTE‑M requiere suscripción a un operador celular.
• Certificación de dispositivo en redes de operadores puede ser costosa.
• Redes LTE‑M1 estaban planificadas para despliegue en EE. UU. en 2017.
• Precios esperados competitivos con Sigfox.

NB‑IoT

• NB‑IoT (también conocido como LTE‑M2) es una tecnología 3GPP finalizada recientemente, distinta de LTE‑M1 pero desplegable dentro de espectro LTE o en guard bands.
• Fue diseñada para encajar en bloques GSM legacy de 200 kHz, y muchos operadores europeos y asiáticos planean desplegarla para IoT.
• La prueba de mercado de Sigfox ayudó a operadores a ver el potencial de negocio para NB‑IoT.
• NB‑IoT va rezagada respecto a LTE‑M1 ~un año; redes esperadas para finales 2017 o 2018.
• Como LTE‑M1, usar NB‑IoT requiere pagar a un operador y obtener certificación de dispositivo.

Ingenu

• Ingenu, antes Onramp Wireless, opera su propia red DSSS 2,4 GHz.
• Su link budget es fuerte, pero el modem endpoint DSSS consume más potencia que soluciones basadas en LoRa.
• El foco de Ingenu es ser proveedor de red IoT más que vendedor puro de tecnología, similar a LTE‑M o NB‑IoT.
• Su red está desplegada en solo unas pocas ciudades actualmente.
• Será interesante ver cómo Ingenu compite contra grandes despliegues LTE‑M de operadores como AT&T y Verizon.

En resumen, el panorama LPWA ofrece una gama de opciones. Para tecnología off-the-shelf, considera Symphony Link, que permanece la solución LPWA más avanzada fuera de LTE‑M.

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