Satélites para la Internet of Things

24 noviembre, 2020
Satélite sobrevolando la Tierra.

(Més avall trobareu la versió en català d’aquest contingut.)

A medida que la adopción de tecnologías IoT (Internet of Things) se racionaliza parece ser que los estándares de comunicación también van tomando posiciones, favoreciendo en cierta manera a la de-fragmentación de un ecosistema que ha crecido rápido y sin mucho orden. En los últimos años hemos visto el auge de las redes LPWAN (Low Power Wide Area Networks) que han encontrado casos de éxito en aplicaciones IoT diversas, mayoritariamente en ámbitos como el control de infraestructuras, lectura de contadores y aplicaciones smart city como son el control del alumbrado público. 

Una característica de las redes LPWAN es que con un consumo energético controlado pueden obtener enlaces de largo alcance, en el orden de pocos kilómetros. Esto es posible porque las tasas de transmisión son muy bajas (de bps a pocos kbps) y en muchos casos usan técnicas de redundancia y corrección de errores que permiten su recepción aunque el receptor reciba con valores de potencia inferiores al nivel de ruido. 

Quizás unas de las claves que han motivado su auge es que usan bandas libres ISM (Industrial, Scientific and Medical) y que estas redes pueden ser operadas de forma privada sin depender de un proveedor de conectividad. Esto ha encajado muy bien con el desarrollo del mercado IoT donde los despliegues han sido mayoritariamente pequeños, motivados por el sector industrial no experto y en muchos casos estos se han hecho en zonas remotas donde no existe infraestructura. 

En paralelo los proveedores de servicio de telecomunicaciones han apostado por tecnologías IoT celulares en banda operada, que han desplegado en mayor o menor medida en zonas donde existía infraestructura. Su adopción a día de hoy parece menor y limitada, seguramente debido a distintos factores como el pago por tráfico cursado y la disponibilidad de cobertura en zonas remotas donde la mayoría de casos de éxito de la IoT industrial han sucedido.  

El modelo LPWAN inicial ha sido clave para la rápida adopción y éxito de IoT en esta primera etapa, pero a medida que las aplicaciones se consolidan, crece el número de dispositivos desplegados y el número de competidores por vertical, empezamos a ver movimientos estratégicos de los principales fabricantes y comités de estandarización en el ámbito LPWAN para buscar nuevos posicionamientos. Uno de los factores limitantes es el despliegue de la red siguiendo un modelo de operador tradicional, pues resultan poco rentables si se tiene en cuenta la densidad de dispositivos y el coste efectivo de desplegar una red con cobertura uniforme. Quizás esto es precisamente lo que han visto estos fabricantes, que parece que empiezan a apostar por un modelo alternativo basado en el uso de satélites. 

El despliegue de una gateway LPWAN en un nano-satélite es técnicamente posible, económicamente viable y la tecnología permite a los dispositivos terrestres alcanzar el satélite. En particular, un satélite en órbita LEO (Low Earth Orbit) permite dar cobertura a centenares e incluso miles de km2 y desplegarlo supone un coste menor que el de desplegar y mantener una red terrestre densa. Pero esto no es tan sencillo como parece. Técnicamente las redes LPWAN fueron diseñadas para que una gateway diera respuesta a unos pocos miles de dispositivos a la vez puesto que su cobertura terrestre es de pocas decenas de km2. Pero la nueva realidad les pide dar respuesta a un número potencialmente mayor de dispositivos. 

Ante esta disyuntiva algunos fabricantes como Semtech han promovido un cambio tecnológico radical, desarrollando nuevos mecanismos de acceso al medio que permiten la escalabilidad de la red manteniendo sus propiedades de alcance y robustez. Para los más interesados os podemos recomendar leer sobre LoRa-E [1] y conocer la iniciativa de Lacuna Space [2]. 

En este artículo, sin embargo, no ahondaremos en los detalles tecnológicos sino que queremos centrarnos en una aparente realidad. Ganar terreno a las operadoras en despliegue terrestre parece ya solo algo que sucedía en el siglo pasado. En este siglo miramos al espacio como la opción más rentable para garantizar la creciente demanda de sistemas de  comunicación. El soporte a la IoT del futuro será quizás la primera historia de éxito de este nuevo modelo.

Por último, comentar que para todos aquellos que estéis interesados en formar parte del desarrollo y la implementación de estas nuevas tecnologías la formación resulta clave. En este sentido, la Ingeniería Informática y la Ingeniería de Telecomunicación, tanto a nivel de Grado cómo a nivel de Máster, resultan la base sobre la cual construir vuestra carrera profesional. Por tanto, si os interesa este sector os animamos a formaros en estas ramas de la ingeniería que tienen grandes retos y un futuro muy prometedor.

Satellite con conectividad LPWAN desarrollado por Lacuna Space
Satellite con conectividad LPWAN desarrollado por Lacuna Space

[1] Boquet, G., Tuset-Peiro, P., Adelantado, F., Watteyne, T., & Vilajosana, X. (2020). LoRa-E: Overview and Performance Analysis. arXiv preprint arXiv:2010.00491.

[2] Lacuna Space. https://lacuna.space/

Satèl·lits per l’Internet of Things

Satélite sobrevolando la Tierra.

A mesura que l’adopció de tecnologies IoT (Internet of Things) es racionalitza sembla ser que els estàndards de comunicació també van prenent posicions, afavorint en certa manera a la de-fragmentació d’un ecosistema que ha crescut ràpid i sense gaire ordre. En els últims anys hem vist l’auge de les xarxes LPWAN (Low Power Wide Area Networks) que s’han trobat els seus casos d’èxit en aplicacions IoT diverses, majoritàriament en àmbits com el control d’infraestructures, lectura de comptadors i aplicacions Smart City com són el control de l’enllumenat públic.

Una característica de les xarxes LPWAN és que amb un consum energètic controlat poden obtenir enllaços de llarg abast, de l’ordre de pocs quilòmetres. Això és possible perquè les taxes de transmissió són molt baixes (de bps a pocs kbps) i en molts casos fan servir tècniques de redundància i correcció d’errors que permeten la seva recepció tot i que el receptor rebi amb valors de potència inferiors al nivell de soroll.

Potser unes de les claus que han motivat el seu auge és que fan servir bandes lliures ISM (Industrial, Scientific and Medical) i que aquestes xarxes poden ser operades de forma privada sense dependre d’un proveïdor de connectivitat. Això ha encaixat molt bé amb el desenvolupament del mercat IoT on els desplegaments han estat majoritàriament petits, motivats pel sector industrial no expert i en molts casos aquests s’han fet en zones remotes on no hi ha infraestructura.

En paral·lel els proveïdors de servei de telecomunicacions han apostat per tecnologies IoT cel·lulars en banda operada, que han desplegat en major o menor mesura en zones on ja existia infraestructura. La seva adopció a dia d’avui sembla menor i limitada, segurament a causa de diferents factors com el pagament per tràfic cursat i la disponibilitat de cobertura en zones remotes on la majoria de casos d’èxit de la IoT industrial han succeït.

El model LPWAN inicial ha estat clau per a la ràpida adopció i èxit de la IoT en aquesta primera etapa, però a mesura que les aplicacions es consoliden, creix el nombre de dispositius desplegats i el nombre de competidors per vertical, i comencem a veure moviments estratègics dels principals fabricants i comitès d’estandardització en l’àmbit LPWAN per buscar nous posicionaments. Un dels factors limitants és el desplegament de la xarxa seguint un model d’operador tradicional, ja que resulten poc rendibles si es té en compte la densitat de dispositius i el cost efectiu de desplegar una xarxa amb cobertura uniforme. Potser això és precisament el que han vist aquests fabricants, que sembla que comencen a apostar per un model alternatiu basat en l’ús de satèl·lits.

El desplegament d’una passarel·la LPWAN en un nano-satèl·lit és tècnicament possible, econòmicament viable i la tecnologia permet als dispositius terrestres arribar al satèl·lit. En particular, un satèl·lit en òrbita LEO (Low Earth Orbit) permet donar cobertura a centenars i fins i tot milers de km2 i desplegar-suposa un cost menor que el de desplegar i mantenir una xarxa terrestre densa. Però això no és tan senzill com sembla. Tècnicament les xarxes LPWAN van ser dissenyades perquè una passarel·la donés resposta a uns pocs milers de dispositius alhora ja que la seva cobertura terrestre és de poques desenes de km2. Però la nova realitat els demana donar resposta a un nombre potencialment més gran de dispositius.

Davant d’aquesta disjuntiva alguns fabricants com Semtech han promogut un canvi tecnològic radical, desenvolupant nous mecanismes d’accés al medi que permeten l’escalabilitat de la xarxa mantenint les seves propietats d’abast i robustesa. Per als més interessats us podem recomanar llegir sobre Lora-I [1] i conèixer la iniciativa de Lacuna Space [2].

En aquest article, però, no aprofundirem en els detalls tecnològics sinó que volem centrar-nos en una aparent realitat. Guanyar terreny a les operadores amb desplegaments terrestres sembla ja només una cosa que succeïa al segle passat. En aquest segle mirem a l’espai com l’opció més rendible per a garantir la creixent demanda de sistemes de comunicació. El suport a la IoT de el futur serà potser la primera història d’èxit d’aquest nou model.

Finalment, comentar que per a tots aquells que estigueu interessats a formar part del desenvolupament i la implementació d’aquestes noves tecnologies la formació és clau. En aquest sentit, l’Enginyeria Informàtica i l’Enginyeria de Telecomunicació, tant a nivell de Grau com a nivell de Màster, resulten la base sobre la qual construir la vostra carrera professional. Per tant, si us interessa aquest sector us animem a formar-vos en aquestes branques de l’enginyeria que tenen grans reptes i un futur molt prometedor.

Satel·llit amb connectivitat LPWAN desenvolupat per Lacuna Space
Satel·llit amb connectivitat LPWAN desenvolupat per Lacuna Space

[1] Boquet, G., Tuset-Peiro, P., Adelantado, F., Watteyne, T., & Vilajosana, X. (2020). LoRa-E: Overview and Performance Analysis. arXiv preprint arXiv:2010.00491.

[2] Lacuna Space. https://lacuna.space/

 

Autores / Autoras
Director académico del Máster en Industria 4.0 de los Estudios de Informática, Multimedia y Telecomunicación de la UOC e investigador del grupo de investigación Wireless Networks del Internet Interdisciplinary Institute (IN3) de la UOC.
Catedrático, Doctor e investigador principal del grupo de investigación Wireless Networks del Internet Interdisciplinary Institute (IN3) de la UOC. Profesor de los Estudios de Informática, Multimedia y Telecomunicación de la UOC.
Comentarios
Deja un comentario