Nuevas Tecnologías de Comunicación
Para las Smart Cities
En un entorno urbano de exteriores, son miles los objetos que están distribuidos por todo el término municipal, y muchos de ellos no disponen de acceso a alimentación eléctrica. Pensemos en una electroválvula de riego, una bicicleta de alquiler o un contenedor de residuos.
Los sistemas de comunicación que se usan para los hogares conectados (Zigbee), para los teléfonos inteligentes (4G o 5G), o para las pulseras de actividad (Bluetooth o WIFI), no se concibieron para conectar a los objetos de un municipio en exteriores, bien porque su alcance es muy limitado y/o su al consumo impide el uso de baterías de larga duración. Para resolver este problema, nace un nuevo concepto: Las redes o tecnologías LPWAN (Low Power Wide Area Network). El propio nombre de las tecnologías LPWAN define su esencia: se trata de redes inalámbricas (radio) de última generación que transmiten pequeñas cantidades de datos a grandes distancias, a bajo coste, y con muy bajo consumo de energía, lo que permite el uso de baterías de larga duración para aquellos objetos que lo requieran.
La combinación de IoT y redes LPWAN supone una revolución para las Smart Cities, ya que ofrecen por primera vez una solución de futuro para la conectividad inalámbrica de objetos, de un modo ubicuo, con baterías de larga duración cuando sea preciso, y soportada por estándares internacionales mundialmente reconocidos. Las luminarias de alumbrado público son elementos idóneos para la implantación de estas tecnologías de última generación.
Las dos tecnologías LPWAN más representativas actualmente para su aplicación en Smart Cities son, sin duda, NB-IoT© (surgida en 2016) y LoRaWAN© (surgida en 2015) . Tanto NB-IoT© como LoRaWAN© están soportados por organismos internacionales (3GPP y LoRa Alliance), y cuentan con amplios ecosistemas de empresas y desarrolladores que garantizan la interoperabilidad de los dispositivos.
Los Nodos Tellink TSmarT de Control de individual de luminaria están disponibles en varias alternativas de comunicación, pero NB-IoT y LoRaWAN son las más extendidas y sin duda las preferidas por los clientes, tanto en despliegues masivos en grandes ciudades como en municipios medianos y pequeños. El uso de una u otra tecnología de comunicación dependerá del tipo de despliegue, de la densidad de objetos conectados, y de los recursos disponibles es los servicios municipales. Los casos de uso de NB-IoT y de LoRaWAN, como veremos más adelante, son distintos.
Comunicaciones: Una Decisión Importante
La elección de las tecnologías de comunicación a utilizar para los activos conectados en el exterior de los municipios es una decisión importante, que en la mayoría de casos determina el éxito de un despliegue. Las luminarias conectadas normalmente representan el mayor subconjunto de objetos conectados de un municipio, y están distribuidas regularmente en el término municipal. Cualquier municipio dispone de miles de luminarias, y la decisión de qué tecnología de comunicaciones se utiliza para dotarlas de conectividad IoT, en muchos, casos define el camino a seguir para otro tipo de activos municipales (como contenedores de residuos o contadores de agua, entre otros muchos).
Para nuevos despliegues, siempre se recomienda el uso de tecnologías de comunicación de última generación para prevenir la obsolescencia, y que estén específicamente concebidas para dar soporte a despliegues en entornos abiertos de exterior. A continuación revisaremos las ventajas que aportan algunas de estas redes de última generación.
NB-IoT es un tipo de red LPWAN desarrollada bajo especificación del 3GPP, organismo internacional que reglamenta las redes móviles de telecomunicación a nivel mundial (como GSM, GPRS, 3G, 4G, 5G, entre otras). Es una nueva tecnología celular, parte del ecosistema 5G, y que utiliza bandas de frecuencia exclusivas.
La conectividad NB-IoT se ofrece como servicio por un operador de Telecomunicaciones. Cada Nodo TSmarT incorporará una tarjeta SIM (física o virtual), con el plan de datos adecuado. El uso de frecuencias exclusivas y la baja latencia de NB-IoT le permite ofrecer la máxima calidad de servicio disponible actualmente.
LoRaWAN es un tipo de red LPWAN auspiciada por LoRa Alliance, organización que agrupa a más de 600 empresas. Utiliza bandas libres de frecuencia, sin coste de utilización, pero compartidas por cualquier dispositivo que trabaje en ellas. Salvo excepciones, son redes privadas con Concentradores y Servidores de Red dedicados.
LoRaWAN incorpora mecanismos para minimizar las interferencias, no obstante operar en banda libre supone un riesgo mayor que si se utilizaran bandas exclusivas. El hecho de la que infraestructura de la red privada deba ser mantenida por el municipio, requiere unos recursos cuyo coste debe ser valorado antes de la implantación.
Las redes celulares tradicionales 2G y 4G son una especificación del 3GPP, organismo internacional regulador de las telecomunicaciones, y están establecidas desde hace años. Estas redes resultan la mejor alternativa para las comunicaciones con los Centros de Mando de Alumbrado, debido a la gran cantidad de información y la alta frecuencia con que esta se genera.
Las UCCs de Tellink incorporan las tarjetas SIM del operador u operadores elegido/s, y con el plan de datos adecuado para cada contrato. Cabe resaltar que en algunos países se ha anunciado el “apagado” de las redes 2G (GPRS), lo que conviene tener en cuenta antes de elegir la UCC adecuada. Tellink dispone tanto de UCC’s 2G como duales (2G+4G).
Preguntas Frecuentes
Tanto NB-IoT como LTE-M (también conocida como Cat-M1) son redes celulares de última generación del tipo LPWAN (Low Power Wide Area Network), específicamente diseñadas para proporcionar conectividad en el IoT (Internet of Things). El 3GPP es el organismo que regula estos dos estándares, y el resto de estándares de comunicaciones celulares. Ambas tecnologías se contratan con un operador de Telecomunicaciones, requieren tarjeta SIM, y utilizan bandas de frecuencia exclusivas, en las que nadie más puede transmitir señales. Sin embargo, no son iguales.
LTE-M ofrece mayor velocidad de comunicación, permite movilidad y comunicaciones de voz, pero el coste de los transceptores radio es mayor y la duración de las baterías menor. Por su parte NB-IoT ofrece una velocidad menor, no está pensada para conectar objetos con movilidad, pero permite diseñar dispositivos de muy bajo coste y con mayor duración de baterías. Aunque ambas tecnología son aplicables para diseñar Controladores de Luminaria, NB-IoT ofrece ventajas. Por esta razón, la mayoría de los operadores en Europa han optado por desplegar redes NB-IoT, mientras que sólo algunos optan por LTE-M.
La respuesta corta es sí. A nivel mundial, 2G y 3G desaparecerán en los próximos años, y en algunos países ya han desaparecido. Es algo inevitable, ya que las frecuencias actualmente usadas por el 2G y el 3G serán necesarias para el 5G (recordar que NB-IoT es parte del ecosistema 5G). La mayoría de operadores ya han anunciado una fecha concreta del apagado de las redes 3G. Por ejemplo, Movistar en España apagará el 3G en 2025. Algunos, también han fijado fecha para el apagado del 2G, aunque más tardía que el para 3G, dada la alta implantación del 2G (GPRS) en el ámbito del M2M industrial. Hay que recordar, que los módems 2G (GPRS) o 3G NO funcionan en 4G, y sería necesario reemplazarlo en el caso de apagado de las redes GPRS.
Se recomienda a los responsables de los proyectos tener en cuenta esta circunstancia a la hora de elegir las soluciones a instalar. Tellink dispone de soluciones de Telegestión de Alumbrado en Cuadro con módems 2G, y otras con módems duales 2G+4G. Tellink siempre recomienda el uso de sistemas duales 2G+4G, para evitar el posible riesgo de apagado de las redes 2G, pero el coste es mayor. La decisión en última instancia, es de los responsables de cada proyecto.
Los Centros de Mando de Alumbrado se distribuyen por todo el término municipal. Esta circunstancia hace que la instalación de redes de comunicación cableadas con los Cuadros resulte completamente inviable económicamente. Por esta razón, la práctica totalidad de los Cuadros de Alumbrado utilizan sistemas inalámbricos (radio) para comunicarse con los Servidores o Plataformas software de gestión del Alumbrado.
De entre las posibles alternativas de comunicaciones inalámbricas, sujetas a estándares internacionales, existen básicamente dos opciones: Redes celulares 2G/4G, y nuevas redes IoT del tipo LPWAN (Low Power Wide Access Network) como NB-IoT o LoraWAN. No obstante, las redes NB-IoT o LoRaWAN no están pensadas para comunicar grandes cantidades de información con alta periodicidad, como requiere un sistema de Telegestión en Cuadro moderno, ya que para utilizarlas habría que limitar el volumen y la periodicidad con que se reporta información desde los Cuadros.
Por tanto, aunque Tellink tiene todas las opciones disponibles, se recomienda el uso de redes celulares 2G (GPRS) o 4G (LTE) para la comunicación con los Centros de Mando de Alumbrado.
Si, el sistema de Telegestión en Centro de Mando de Alumbrado de Tellink tiene la capacidad de enviar este tipo de órdenes a través de las propias líneas eléctricas. No obstante, los gestores de Alumbrado deben saber que esta funcionalidad sólo está disponible utilizando métodos de comunicación propietarios de algunos fabricantes de Drivers LED y Luminarias. Por tanto, sólo funcionará con Drives LED y/o luminarias que sean compatibles con esos métodos de comunicación. Además, en la mayoría de los casos, la comunicación con las luminarias es unidireccional, lo que significa que no existe un mecanismo directo para saber si esas órdenes han sido efectivamente recibidas por todas las Luminarias.
Los Nodos de control de Luminaria son dispositivos de bajo coste. En este contexto, algunos gestores de Alumbrado se preguntan por qué incrementar su coste, añadiendo un Módulo GPS, cuando las luminarias a Alumbrado no tienen movilidad. Es una pregunta razonable.
Lo cierto es que los Nodos TSmarT incorporan un preciso módulo GPS por dos razones. En primer lugar, el módulo GPS hace que la instalación de los Nodos sea «Plug & Play», es decir, que no requiera ninguna atención por parte de los instaladores, con el consiguiente ahorro de costes en esta fase, ya que los Nodos se registran y geo-posicionan automáticamente, sin intervención humana. Este ahorro de costes, en muchas ocasiones, supera el coste de propio módulo GPS en los Nodos. Sin embargo, existe una segunda razón aún más poderosa: el módulo GPS garantiza que los Nodos IoT de control de luminaria TSmarT dispongan de fecha y hora local de alta precisión en todo momento, independientemente de si las comunicaciones con la Plataforma están operativas. Esto les permite garantizar que un servicio esencial como el Alumbrado no se ve interrumpido bajo ninguna circunstancia, incluso si los sistemas de comunicación o los servidores de aplicaciones no están disponibles temporalmente. De este modo, un Nodo TSmarT puede garantizar los encendidos, apagados y regulación lumínica la la Luminaria durante años, con una precisión de milisegundos incluso si la red de Comunicaciones o los servidores no funcionan.
De este modo, el módulo GPS podría considerarse una especie de «seguro de vida» para el funcionamiento del Alumbrado, con un nivel de precisión infinitamente mayor que las soluciones tradicionales basadas en relojes en tiempo real, respaldados por baterías, que sufren derivas inevitables en el tiempo.
Tanto NB-IoT como LoRaWAN son redes de última generación del tipo LPWAN (Low Power Wide Area Network), específicamente diseñadas para proporcionar conectividad en el IoT (Internet of Things). Para entornos abiertos de exterior, como es el caso del Alumbrado Público, representan la mejor opción actualmente. No obstante, hay diferencias entre ellas.
Con NB-IoT, la conectividad se contrata con un operador de Telecomunicaciones, y esta utiliza bandas de frecuencia exclusivas, en las que nadie más puede transmitir señales. Como es natural, esto conlleva un coste, ya que cada Nodo debe incluir una tarjeta SIM (física o virtual) con un plan de datos NB-IoT asociado, por el que hay que abonar una cuota de suscripción mensual o anual. Cada tarjeta, tiene una dirección IP, que es el sistema de direccionamiento más extendido a nivel mundial. Con NB-IoT no se precisan Concentradores ni Servidores intermedios, ya que los Nodos se comunican directamente con la red NB-IoT del operador.
Si se elige LoRaWAN, en cambio, utilizaremos bandas libres de frecuencia, cuyo uso no conlleva un coste directo. No obstante, el cliente deberá instalar y mantener operativa su propia infraestructura de red privada (Concentradores y Servidores de Red), lo que naturalmente supone un coste que habrá de ser considerado. Además, utilizar frecuencias libres tiene sus riesgos, ya que cualquier persona puede transmitir en ellas, si necesitad de autorización. Por tanto, la posibilidad de sufrir interferencias o llegar a situaciones de saturación del espectro existen, en la medida que las aplicaciones IoT se popularizan y extienden. Por estas razones, la calidad de servicio que puede ofrecer NB-IoT es superior a LoRaWAN. Esta circunstancia debe ser tenida en consideración al abordar una inversión a muy largo plazo (+10 años) como es la renovación del alumbrado de un municipio.
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