En CONAUTI dentro de nuestra visión de contribuir al Perú con tecnología es que este 2018 hemos empezado nuestra mision de llevar nuestro know how en automatización e inteligencia artificial a la ciudad y al agro.
Actualmente trabajamos con el estandar KNX, estandar con bus o RF que trabaja muy bien aplicaciones dentro de edificios terciarios. Pero que pasa si quiero soluciones de control y automatizacion en al ciudad o el agro? Es aca donde aparecen diferentes estandares como LoRa WAN, NB Wan y Sigfox.
Hoy hablaremos de LoRa Wan y NB LTE, quien se lleva el oro?
Introducción:
Hay muchos factores a considerar para el Internet de las cosas (IoT) entre ellas la aplicación en si, el costo del nodo, el costo de la red, la duración de la batería de los sensores, actuadores o interfaces, la velocidad de datos (rendimiento), la latencia, la movilidad, el rango de alcance entre equipos, la cobertura y el modelo de implementación.
Ninguna tecnología única será capaz de resolver
todos los factores simultáneamente. Por ello la tecnología NB-IoT y LoRa® tienen diferencias
técnicas y comerciales que lo hacen diferentes y su uso dependerá de la solucione que necesitemos. Estas diferencias se pueden comparar con las diferencias entre el Wi-Fi y el Bluetooth (BTLE).
En el presente blog queremos trasmitir las diferencias técnicas entre NB-IoT y LoRa y como es que cada tecnología es aplicable en diferentes aplicaciones de IoT.
Comenzemos
ESPECTRO, CALIDAD DE SERVICIO Y COSTO
LoRa se utiliza en un espectro sin licencia por debajo de 1 GHz, que no tiene costo para las aplicaciones que lo usan. NB-IoT y la comunicación celular usan bandas con licencia que también son menos de 1 GHz. Las bandas de frecuencia sub-GHz entre 500MHz y 1GHz son óptimos para la comunicación de largo alcance y el tamaño físico y la eficiencia de antenas.
LoRaWAN ™ utiliza un espectro libre que no necesita licencia y es un protocolo asíncrono, que
es óptimo para mayor duración y bajo costo de la batería de los equipos.
LoRa y el protocolo LoRaWAN tienen características únicas y fueron diseñadas para manejar interferencias, redes superpuestas ademas de tener una capacidad escalable para volúmenes muy altos; sin embargo, no pueden ofrecer la misma calidad de servicio (QoS) como un protocolo celular de intervalo de tiempo.
Debido a la mejor calidad del servicio (QoS) del protocolo de celular y de NB-IoT y el alto costo del espectro, solo aquellas aplicaciones que si necesitan una calidad de servicio de comunicación garantizada prefieren estas opciones, mientras que las soluciones que no necesitan una alta calidad de servicio es recomendable usar LoRa al ser una red de bajo costo, alto volumen pero confiables.
DURACIÓN DE LA BATERÍA DE LOS EQUIPOS
Los sistemas de comunicación celular están diseñados para una utilización óptima del espectro. Esto hace que el nodo final consuma mas bateria y sea mas costoso. A diferencia de una red LoRaWAN, los nodos finales están optimizados para un bajo costo y alargar la vida útil de la batería usando el espectro libre.
Hay dos aspectos importantes a tener en cuenta para la duración de la batería. Uno es que el e(pico y promedio) del dispositivo final y el consumo de los dispositivos propios del protocolo.
LoRaWAN es un protocolo asíncrono basado en ALOHA, lo que significa que el dispositivo final
puede estar en modo stand bye a la espera de enviar data solo cuando sea necesario o según lo programado.
En cambio en una protocolo celular síncrono, el dispositivo final debe registrarse con la red periódicamente.
Por ejemplo, un teléfono celular en promedio hoy tiene que sincronizarse con la red cada 1.5 segundos incluso cuando no está en uso. En NB-IoT, la sincronización ocurre con menos frecuencia pero aún regularmente, es por ello que consume energía adicional de la batería de manera innecesria.
Si bien la modulación utilizada en las redes celulares es la más eficiente para utilizar el espectro, no es eficiente desde la perspectiva de consumo del dispositivo final. La Modulación celular (OFDM o FDMA) requiere un transmisor lineal para crear la modulación, y un transmisor lineal consume mas energía pico que los transmisores no lineales como los de LoRa. Estas corrientes pico más altas drenan la batería más rápido y requiere baterías costosas para soportarlas.
La naturaleza sincrónica de una red celular crea algunas ventajas para aplicaciones que requieren una latencia de enlace descendente corta. NB-IoT también puede ofrecer datos a tasas de envió más rápidos para admitir aplicaciones que desean grandes cantidades de rendimiento de datos.
En cambio LoRaWAN admite la clase B, que fue diseñada para reducir la comunicación de latencia del enlace descendente haciendo que el dispositivo final se active a intervalos programables para verificar mensajes de enlace descendente y solo cuando sea necesario.
Para aplicaciones con comunicación muy frecuente y envío de grandes cantidades de datos, NB-IoT será la mejor opción. Sin embargo, para aplicaciones que requieren una vida útil de la batería muy larga, que tengan un costo muy bajo y no es necesario que el dispositivo final se comunique con tanta frecuencia, LoRa es la mejor opción.
"Implementaremos múltiples soluciones para servir tantas aplicaciones de IoT como sea posible ", dijo Bertrand Waels, director de Tecnologías Alternativas en Orange. "Vemos una fuerte propuesta de valor en LoRa para ciertas aplicaciones que otras opciones de tecnologías no pueden resolver ".
COBERTURA DE LA RED
El requisito esencial para cualquier despliegue de nodo final es la disponibilidad de la red. Una de las ventajas recomendadas de NB-IoT es que la infraestructura se puede mejorar; Sin embargo, esta mejora es limitado a ciertas estaciones base 4G / LTE y es costoso. Si bien esta estrategia es viable para un entorno de ciudad que tiene o tendrá cobertura 4G / LTE, que es el área objetivo proyectada de NB-IoT; esta no es ideal para regiones rurales o suburbanas que no tiene o no tendrá cobertura 4G.
La especificación NB-IoT fue lanzada en junio del 2016 con una proyección final de estar disponible en la primera mitad de 2017. Una vez este disponibles comercialmente, llevará un tiempo adicional establecer un ecosistema y mover la producción de los productos a producción en masa, además de tener una red NB-IoT con cobertura soportada por las estaciones base 4G /LTE .
En cambio, hoy, los componentes LoRa y el ecosistema LoRaWAN ya se producen y se encuentra comercialmente disponibles, existen multiples marcas que diseñan, fabrican y comercializan sus productos en la plataforma LoRa Wan.
Una significativo atributo del ecosistema LoRaWAN es la operabilidad de los componentes en el sector privado, es decir una empresa puede tener su propia infraestructura de comunicacion LoRa a bajo costo ademas de añadir a este modelo el de la red pública. Muchas grandes empresas
están planificando un modelo híbrido que implementa una red privada para sus instalaciones y utilizar la red pública para cobertura fuera de sus instalaciones.
Las implementaciones de NB-IoT son restringido solo a un modelo público ya que depende del uso y la disponibilidad de base celular. Alto costo.
COSTO DE LOS DISPOSITIVOS, COSTO DE RED Y MODELOS HÍBRIDOS
Para el dispositivo final, el protocolo LoRaWAN es más simple en comparación con NB-IoT y se puede implementar fácilmente con microcontroladores de bajo costo y ampliamente disponibles.
La modulación de NB-IoT y el protocolo es más complejo, lo que aumenta el costo de la solución.
NB-IoT, al igual que 3GPP, tiene un problema con los derechos de propiedad intelectual. Hoy, una regalía típica para un teléfono celular es de cinco dólares, que es demasiado costosa para
IoT; sin embargo, reducir la regalía podría causar la erosión de los precios en el mercado celular
regalías. La comunidad de 3GPP tendrá que encontrar una solución para abordar las altas regalías para IoT, manteniendo al mismo tiempo esa fuente de ingresos para celulares de comunicación.
Los módulos LoRa altamente integrados y de bajo costo ya están disponibles, y nuevos, más Las opciones integradas se lanzarán pronto. No hay problemas de regalías para crear margen apilando en la comunidad LoRa Alliance para que los módulos por debajo de cuatro dólares sean mucho más factible en el ecosistema LoRaWAN. Los módulos LoRaWAN certificados hoy son en el rango de $ 7-10 pero se espera que alcance los $ 4-5 como integración y volúmenes.
Alternativamente, hoy los módulos celulares LTE luchan por obtener precios menores a los $ 20.
Para IoT y LPWAN, se usarán diferentes modelos de implementación para bajar el CapEx y los costos de implementación de OpEx en comparación con los modelos de implementación tradicionales únicamente basado en torres.
Las implementaciones de LoRaWAN costarán mucho menos, utilizando una combinación de gateways tipo torres, gateways de tipo industrialey otros gateways de bajo costo en el hogar. El precio del gateway tipo torre está en el rango de $ 1000, las gateways industriales están por debajo de los $ 500 y las gateways de bajo costo de uso domestico están en el rango de $ 100.
En cambio hoy una estacione base 4G LTE pueden costar aproximadamente $ 15,000 cada una.
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
NB-IoT o LoRa ™ - ¿En que casos aplicaría cada estándar?
Los requisitos de la aplicación, las diferencias técnicas, los modelos de implementación, el dispositivo a usar, los costos, y la línea de tiempo de implementación dictará qué tecnología utilizaremos. Como se dijo anteriormente, ninguna tecnología servirá para todas las diferentes
IoT aplicaciones. A continuación veremos algunas aplicaciones en las que se recomienda usar LoRa Wan o NB LTE
Comenzemos
A) Telemetría de consumos eléctricos, de agua y de gas
En el mercado de medición eléctrica y de agua, las compañías de servicios públicos generalmente requieren altas velocidades de datos, comunicación frecuentes y baja latencia. Dado que los medidores eléctricos y de agua tienen una fuente de energía disponible, no requieren potencia ultra baja y larga duración de la batería. Las empresas encargadas del cobro necesitan un control en tiempo real de la red para que puedan tomar una inmediata decisión basadas en la carga, interrupciones entre otras. Los contadores eléctricos podrían ser implementado con LoRaWAN clase C pero debido a la velocidades de datos más altas y comunicación mas frecuente, NB-IoT es la mejor solución para esta aplicación. Ademas los medidores eléctricos y de agua también están en lugares estacionarios en su mayoría en zonas urbanas por lo que es fácil para las compañías celulares proporcionar o garantizar la cobertura con NB-IoT.
B) Agricultura De Precisión
Para la agricultura, se desean sensores de muy bajo costo con una larga vida útil de la batería. El uso
de sensores de humedad, temperatura y alcalinidad pueden mejorar significativamente el rendimiento
y reducir el consumo de agua para uno de los mercados globales más grandes. Los sensores necesitan actualizar su información algunas veces por hora ya que las condiciones no cambian radicalmente LoRa y LoRaWAN son ideales para estos requisitos Además, muchas granjas no tiene cobertura celular hoy y aún más no tiene cobertura 4G / LTE, entonces NB-IoT no es una opción viable para el futuro previsible.
C) Para hacerle seguimiento a los Pallet dentro de la industria
Los principales atributos para desbloquear grandes volúmenes en este mercado son el costo y la batería. Ser capaz de rastrear palés para determinar la ubicación o condición de los bienes es
altamente deseable. El seguimiento de palets es un buen ejemplo de una solución de implementación híbrida.
Las empresas de logística pueden tener su propia solución, por lo que tienen una cobertura garantizada en sus instalaciones. Las pasarelas de bajo costo se pueden desplegar fácilmente para cubrir las instalaciones de clasificación y tambiéni implementarlas en vehiculos como pasarelas. Una red pública LoRaWAN puede
apalancarse cuando esté fuera de las instalaciones o cuando los bienes lleguen a las ubicaciones de los clientes.
Debido al bajo costo, larga duración de la batería y la capacidad de tener una solución para garantizar la cobertura de la red en todas las ubicaciones ,LoRa es una mejor opción de tecnología.
D) Mantenimientos Predictivos en la industria
El monitoreo en tiempo real de la maquinaria de la fábrica puede predecir el mantenimiento y puede permitir el control remoto para mejorar la eficiencia. Hay muchos
diferentes tipos de sensores o requisitos en la automati
zación de fábrica. Algunas aplicaciones
necesita comunicación frecuente y QoS garantizada, por lo que NB-IoT es un mejor ajuste que LoRa. Otros necesitan sensores de bajo costo con una larga vida útil de la batería para seguir el equipo, supervisar el estado, y las condiciones para ello es mejor LoRa. Debido a la gran variedad de requisitos para este segmento tanto NB-IoT y LoRa serán utilizados.
Resumen
Dependerá de cada aplicación el uso de las diferentes tecnologías o un uso híbrido de ellas.
Bienvenidos al futuro.
Gracias
NB-IoT o LoRa ™ - ¿En que casos aplicaría cada estándar?
Los requisitos de la aplicación, las diferencias técnicas, los modelos de implementación, el dispositivo a usar, los costos, y la línea de tiempo de implementación dictará qué tecnología utilizaremos. Como se dijo anteriormente, ninguna tecnología servirá para todas las diferentes
IoT aplicaciones. A continuación veremos algunas aplicaciones en las que se recomienda usar LoRa Wan o NB LTE
Comenzemos
A) Telemetría de consumos eléctricos, de agua y de gas
En el mercado de medición eléctrica y de agua, las compañías de servicios públicos generalmente requieren altas velocidades de datos, comunicación frecuentes y baja latencia. Dado que los medidores eléctricos y de agua tienen una fuente de energía disponible, no requieren potencia ultra baja y larga duración de la batería. Las empresas encargadas del cobro necesitan un control en tiempo real de la red para que puedan tomar una inmediata decisión basadas en la carga, interrupciones entre otras. Los contadores eléctricos podrían ser implementado con LoRaWAN clase C pero debido a la velocidades de datos más altas y comunicación mas frecuente, NB-IoT es la mejor solución para esta aplicación. Ademas los medidores eléctricos y de agua también están en lugares estacionarios en su mayoría en zonas urbanas por lo que es fácil para las compañías celulares proporcionar o garantizar la cobertura con NB-IoT.B) Agricultura De Precisión
Para la agricultura, se desean sensores de muy bajo costo con una larga vida útil de la batería. El uso
de sensores de humedad, temperatura y alcalinidad pueden mejorar significativamente el rendimientoy reducir el consumo de agua para uno de los mercados globales más grandes. Los sensores necesitan actualizar su información algunas veces por hora ya que las condiciones no cambian radicalmente LoRa y LoRaWAN son ideales para estos requisitos Además, muchas granjas no tiene cobertura celular hoy y aún más no tiene cobertura 4G / LTE, entonces NB-IoT no es una opción viable para el futuro previsible.
C) Para hacerle seguimiento a los Pallet dentro de la industria
Los principales atributos para desbloquear grandes volúmenes en este mercado son el costo y la batería. Ser capaz de rastrear palés para determinar la ubicación o condición de los bienes es
altamente deseable. El seguimiento de palets es un buen ejemplo de una solución de implementación híbrida.
Las empresas de logística pueden tener su propia solución, por lo que tienen una cobertura garantizada en sus instalaciones. Las pasarelas de bajo costo se pueden desplegar fácilmente para cubrir las instalaciones de clasificación y tambiéni implementarlas en vehiculos como pasarelas. Una red pública LoRaWAN puede
apalancarse cuando esté fuera de las instalaciones o cuando los bienes lleguen a las ubicaciones de los clientes.Debido al bajo costo, larga duración de la batería y la capacidad de tener una solución para garantizar la cobertura de la red en todas las ubicaciones ,LoRa es una mejor opción de tecnología.
D) Mantenimientos Predictivos en la industria
El monitoreo en tiempo real de la maquinaria de la fábrica puede predecir el mantenimiento y puede permitir el control remoto para mejorar la eficiencia. Hay muchos
diferentes tipos de sensores o requisitos en la automati
necesita comunicación frecuente y QoS garantizada, por lo que NB-IoT es un mejor ajuste que LoRa. Otros necesitan sensores de bajo costo con una larga vida útil de la batería para seguir el equipo, supervisar el estado, y las condiciones para ello es mejor LoRa. Debido a la gran variedad de requisitos para este segmento tanto NB-IoT y LoRa serán utilizados.
Resumen
Dependerá de cada aplicación el uso de las diferentes tecnologías o un uso híbrido de ellas.
Bienvenidos al futuro.
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Gracias
