Para que la IoT alcance su potencial, se necesitarán varias tecnologías inalámbricas.

No existe una tecnología inalámbrica que sirva para todo el mundo, y muchas veces se necesita una combinación de varias tecnologías inalámbricas. Por ejemplo, Bluetooth Low Energy e IEEE 802.15.4 son buenas opciones para sensores alimentados por batería, pero para dispositivos que se mueven constantemente o que no están cerca de una LAN (red de área local) o un punto de acceso (AP) Wi-Fi, estas tecnologías inalámbricas de alcance relativamente corto no son adecuadas para conectarse a Internet. Incluso si hay una red Wi-Fi, los fabricantes pueden preferir la tecnología inalámbrica de mayor alcance por su comodidad y autonomía. Por ejemplo, un fabricante de electrodomésticos podría elegir la tecnología celular en lugar de Wi-Fi porque permite que un refrigerador o una lavadora se conecten a la nube automáticamente, eliminando la necesidad de que un consumidor ingrese una contraseña para agregar el electrodoméstico a la red Wi-Fi del hogar. En estas situaciones, las redes de área amplia de bajo consumo (LPWAN) o las tecnologías de IoT de banda estrecha podrían venir al rescate.

Consideraciones para elegir tecnologías para IoT

En la actualidad, se implementan muchas tecnologías de redes inalámbricas en IoT, cada una con un conjunto diferente de capacidades. A continuación, se presentan algunas de las consideraciones clave a la hora de elegir estas diferentes soluciones.

Espectro

El espectro inalámbrico puede caracterizarse como con licencia o sin licencia. El acceso al espectro con licencia se suele comprar a un gobierno local para proporcionar a una organización acceso exclusivo a un canal particular en una ubicación particular. La operación en ese canal debería estar en gran medida libre de interferencias de radios competidoras. El inconveniente es que el espectro de interés puede ser extremadamente escaso o costoso de acceder. En otros casos, las bandas de conectividad de radio permitidas en un país pueden no estar disponibles en otra área geográfica para el mismo uso. Por ejemplo, las redes móviles en la India utilizan las bandas de frecuencia de 900 MHz y 1800 MHz, mientras que los operadores GSM (Sistema Global para Comunicaciones Móviles) en los Estados Unidos operan en las bandas de frecuencia de 850 MHz y 1900 MHz. Para un dispositivo IoT a nivel mundial, es posible que tenga que soportar múltiples bandas de radio, lo que hace que el dispositivo sea costoso y lleve mucho tiempo desarrollarlo. Incluso cuando es más fácil acceder a él, puede llevar meses obtener la aprobación para operar, por lo que las bandas con licencia no son adecuadas para implementaciones rápidas. El espectro sin licencia generalmente está abierto y disponible para que cualquiera lo use sin derechos exclusivos otorgados a ninguna organización o individuo en particular. La desventaja es que los sistemas que compiten pueden ocupar el mismo canal con diferentes niveles de potencia que provocan interferencias. Los fabricantes de sistemas de radio que funcionan en bandas sin licencia incluyen en estas radios capacidades para adaptar su funcionamiento a esta posible interferencia. Estas técnicas incluyen modulación adaptativa, control automático de la potencia de transmisión y filtrado fuera de banda, etc.

Alcance y capacidad

Varios factores afectan la cantidad de capacidad de datos que se puede entregar a una distancia particular. Estos factores incluyen el espectro, el ancho de banda del canal, la potencia del transmisor, el terreno, la inmunidad al ruido y el tamaño de la antena. En general, cuanto mayor sea la distancia a cubrir, menor será la capacidad de datos. La distancia de propagación más larga se puede lograr utilizando un canal de banda estrecha de baja frecuencia con una antena de alta ganancia, mientras que se pueden lograr capacidades más altas seleccionando canales más amplios, con un alcance limitado. Para un rendimiento óptimo para cada aplicación, debemos elegir la mejor combinación de tamaño de canal, antena, potencia de radio y esquemas de modulación para lograr la capacidad deseada.

Un enlace de radio puede describirse como línea de visión cuando hay una ruta óptica directa entre las dos radios que forman el enlace. Un enlace se llama sin línea de visión cuando hay alguna obstrucción entre las dos radios. La línea de visión cercana es simplemente una obstrucción parcial en lugar de una obstrucción completa. En general, las soluciones de frecuencia más baja tienen mejores características de propagación que las frecuencias más altas. Las soluciones de mayor frecuencia que operan en un rango de varios gigahercios son típicamente sistemas de línea de visión o casi de línea de visión. Desde el rango de 1 GHz hasta el de 6 GHz, las capacidades de las características de propagación varían según otros factores y, por lo general, por debajo de 1 GHz la propagación es mucho mejor, lo que hace que esas frecuencias sean adecuadas para un mayor alcance. La siguiente figura muestra un panorama de velocidades de datos y rangos de tecnologías inalámbricas comunes.

Topología de red

La topología de red es la disposición de los elementos de una red, incluidos sus nodos y las conexiones entre ellos.

Las topologías punto a punto son las más adecuadas para ofrecer gran capacidad a largas distancias. Las conexiones punto a punto cubren distancias más largas que son menos susceptibles a las interferencias, ya que los patrones de antena son más estrechos, por lo que la energía se puede concentrar en la dirección de la transmisión deseada.

Los enlaces punto a punto también se utilizan para conexiones de corto alcance a la red troncal cableada. La resiliencia en un enlace punto a punto se puede proporcionar implementando en 1+1 u otras configuraciones redundantes con conjuntos paralelos de radios.

Las topologías en anillo son excelentes para operaciones resilientes de enlaces de alta capacidad que cubren un área extensa. Esta configuración se utiliza normalmente en la red de retorno.

Las redes en malla se pueden construir utilizando múltiples enlaces punto a punto o con protocolos de malla especializados para permitir múltiples rutas desde el punto A al punto B. Las redes en malla son más resilientes ya que la falla de un dispositivo no causa una interrupción en la red o la transmisión de datos.

Agregar dispositivos adicionales no interrumpe la transmisión de datos entre otros dispositivos, por lo que es fácil aumentar el área de cobertura o agregar nodos adicionales sin reconfigurar toda la red. Las redes en malla tienen la desventaja de que cada paquete atraviesa múltiples saltos y, por lo tanto, pueden generar una menor capacidad y una mayor latencia para una infraestructura determinada.

Las redes punto a multipunto (o en estrella) brindan escala y capacidad en un área geográfica. Las redes punto a multipunto generalmente se implementan para cubrir sectores o celdas. La capacidad diferenciadora clave que hay que buscar en las redes punto a punto es su capacidad de escalar en el número de nodos por celda, pero también la capacidad de colocar celdas una al lado de la otra sin interferencias.

Calidad de servicio

Los desarrolladores y operadores de sistemas deben hacer el uso más eficiente del espectro disponible y de otras infraestructuras de red implementando múltiples servicios en la misma red y asegurándose de que la información crítica para la misión se transmita con la máxima prioridad. La calidad de servicio (QoS) es un conjunto de tecnologías que funcionan en una red para garantizar su capacidad de ejecutar de manera confiable aplicaciones y tráfico de alta prioridad bajo una capacidad de red limitada. Las tecnologías de QoS logran esto al proporcionar un manejo diferenciado y una asignación de capacidad a flujos específicos en el tráfico de la red. Permiten al administrador de la red asignar el orden en el que se manejan los paquetes y la cantidad de ancho de banda que se le otorga a esa aplicación o flujo de tráfico. Una red debe admitir múltiples niveles de calidad de servicio (QoS) y la capacidad de clasificar el tráfico según clasificadores de tráfico estándar. De esta manera, el transmisor del paquete de datos puede marcar la clase de servicio o prioridad, y la red de extremo a extremo garantizará que el paquete se entregue con el nivel deseado de baja latencia y disponibilidad.

Gestión de redes

La capacidad de gestionar una red tiene un impacto directo en el coste total de propiedad del sistema IoT. Los sistemas de redes que permiten la gestión centralizada de la configuración, la detección de fallos, el ajuste del rendimiento y la supervisión continua, y la validación de la seguridad minimizan el coste y el esfuerzo. También reducen las interrupciones no planificadas y aumentan la disponibilidad y la fiabilidad del sistema.

Seguridad

La seguridad de las comunicaciones inalámbricas está cobrando cada vez más importancia. Las técnicas principales que se deben buscar en este caso son la capacidad de cifrar el enlace aéreo, utilizando una red, una malla o una clave de enlace. Además de esto, necesitamos proteger las interfaces de administración con HTTPS y SNMP. Los sistemas también deben proporcionar la capacidad de crear múltiples cuentas de usuario con reglas de complejidad de contraseñas.

Anteriormente, muchas soluciones de automatización y control tradicionales no habían estado expuestas a los problemas de seguridad que enfrentaban los sistemas de TI, pero recientemente se han convertido en objetivos de piratería a medida que sus soluciones se conectan a Internet. Las brechas de seguridad importantes podrían ralentizar la adopción de IoT.

Varias tecnologías de red de área local (LAN) y red de área amplia (WAN) con diferentes niveles de seguridad y requisitos de administración de red deben funcionar sin problemas para lograr un sistema IoT de extremo a extremo.