Existen muchas tecnologías, algunas más adecuadas que otras para ciertas tareas, algunas más populares, otras menos. Compararlas todas sería poco realista (e incluso si fuera posible, resultaría en un artículo muy extenso y aburrido, para ser sinceros).
Por lo tanto, hemos seleccionado el siguiente conjunto que incorpora algunas de las opciones más populares, así como algunos candidatos nuevos e interesantes.
- DigiMesh
- LoRa / LoRaWAN
- Wi-Fi clásico (2,4 / 5 GHz)
- Wi-Fi HaLow (802.11ah)
DigiMesh
DigiMesh es una tecnología de red mallada patentada que se utiliza en los módulos Digi XBee a 2,4 GHz y sub-GHz. Cada nodo puede enrutar, por lo que la red es homogénea y de igual a igual, en lugar de la estructura padre/hijo que caracteriza a muchas redes malladas de estilo Zigbee.
Características principales:
- Red de malla punto a punto: todos los nodos pueden enrutar y son intercambiables.
- Autorreparación: Las rutas se reconstruyen automáticamente cuando los nodos se mueven, fallan o cambian los enlaces. Esto aporta un nivel adicional de robustez, muy importante para las aplicaciones industriales.
- Routers en modo de suspensión: DigiMesh admite explícitamente routers en modo de suspensión, coordinados por un coordinador de suspensión permanente. Esto permite que los nodos alimentados por batería participen en el enrutamiento. Esta es una gran ventaja sobre los puntos de acceso convencionales, como los que se usan en Wi-Fi.
- Alcance medio, velocidad de datos media: Mayor alcance que el Wi-Fi clásico con una potencia similar al usar sub-GHz, al mismo tiempo que la velocidad de datos es significativamente mayor que LoRaWAN, por lo que aún son posibles aplicaciones como la monitorización de vibraciones.
Ventajas en una fábrica
- Ideal para grupos densos de máquinas donde el cableado es complicado. Perfecto para modernizar sensores cableados existentes.
- La tecnología de malla ayuda a sortear obstáculos metálicos y zonas de sombra de radiofrecuencia , extendiendo el alcance más allá de lo que proporcionaría una red de un solo salto (Wi-Fi).
- Los routers en modo de suspensión hacen que una red de malla alimentada completamente por baterías parezca realista.
- Es ideal para cargas de trabajo con tasas de datos moderadas, como la monitorización de vibraciones, la lectura de corriente o los datos de configuración. Esta es una de sus principales ventajas sobre LoRaWAN, ya que lo hace mucho más adecuado para aplicaciones industriales con gran volumen de datos que requieren análisis avanzados de datos mediante IA. Por ejemplo, permite el mantenimiento predictivo, algo que no sería viable con un sensor LoRaWAN.
Desventajas
- Propietario y vinculado principalmente al hardware y ecosistema Digi XBee. Esto puede encarecerlo y generar dependencia del proveedor.
- El enrutamiento en malla añade complejidad a medida que aumenta el número de nodos, lo que dificulta su gestión e implementación.
- Para plantas muy grandes, se necesitan muchos nodos o múltiples pasarelas, lo que supone una carga en los costes de despliegue y mantenimiento.
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LoRaWAN
LoRa es una modulación de espectro ensanchado por chirrido (CSS) de largo alcance en bandas ISM sub-GHz. LoRaWAN añade la capa MAC y la capa de red, utilizando una topología de estrella de estrellas con pasarelas que reenvían el tráfico de los dispositivos a un servidor de red, lo que la convierte en un protocolo de red completo que se basa en LoRa.
Características principales:
- Alcance muy amplio: Diversas fuentes y despliegues reales demuestran una cobertura completa de plantas y campus con tan solo unos pocos gateways, y alcances de línea de visión de hasta varios kilómetros. Incluso existen redes urbanas que requieren solo unas pocas decenas de gateways para cubrir una ciudad de tamaño medio.
- Consumo ultrabajo: Los dispositivos que envían unos pocos paquetes pequeños por hora pueden alcanzar, en la práctica, una duración de batería de entre 5 y 10 años, dependiendo del presupuesto de enlace (cuando operan en condiciones de red favorables) y del tamaño de la batería.
- Cargas útiles pequeñas y ciclo de trabajo bajo: Se sacrifica rendimiento y latencia a cambio de alcance y duración de la batería. No hay forma de evitar esta limitación; en el mundo de las telecomunicaciones, se paga una cosa con la otra.
Ventajas en una fábrica
- Cubra plantas o instalaciones completas con solo 1 o 2 gateways. Esto reduce significativamente los costos de implementación.
- Ideal para sensores alimentados por batería que deberían durar años con un mantenimiento mínimo. Esto no solo ahorra en los costos del dispositivo, sino que también (y lo que es más importante) elimina la necesidad de un mantenimiento frecuente del sensor (configurar y olvidarse) .
- El coste de infraestructura por sensor es bajo una vez que las pasarelas y el sistema backend están instalados (véanse los puntos anteriores), lo que facilita enormemente la ampliación de la red y la hace rentable una vez que se ha realizado la implementación inicial.
- Por defecto, mantiene los datos de tecnología operativa (OT) separados de la red Wi-Fi de la oficina, lo que mejora la seguridad y la fiabilidad.
Desventajas
- No es apto para altas velocidades de datos ni para transmisiones continuas.
- Las limitaciones de latencia y ciclo de trabajo hacen que sea menos adecuado para bucles de control estrictos y deterministas.
- Los paquetes de datos son pequeños. Para datos complejos se necesita un preprocesamiento local, por lo que la IA representa un desafío (la IA en el borde podría solucionar esto en el futuro).
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Wi-Fi clásico (2,4 / 5 GHz)
El Wi-Fi clásico se diseñó para portátiles y teléfonos, no para sensores de pilas de botón. Se centra en un alto rendimiento y una baja latencia , normalmente a 2,4, 5 o 6 GHz.
Ventajas
- Alto rendimiento para cámaras, interfaces hombre-máquina (HMI) y registradores de datos.
- Utiliza la infraestructura Wi-Fi empresarial y las herramientas informáticas existentes.
- Amplio ecosistema de múltiples proveedores y familiaridad entre el personal.
Desventajas
- Consumen mucha energía: las radios permanecen encendidas con frecuencia y la sobrecarga de asociación/paquetes se acumula, por lo que los sensores Wi-Fi alimentados por batería son poco comunes o utilizan estrategias de suspensión muy agresivas.
- Penetración limitada en entornos industriales densos a 2,4 y 5 GHz en comparación con alternativas sub-GHz.
- La banda de 2,4 GHz ya está saturada (Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee y otros), lo que puede provocar interferencias y fluctuaciones.
Dónde encaja el Wi-Fi clásico
Wi-Fi HaLow (802.11ah)
Wi-Fi HaLow forma parte de la familia Wi-Fi, pero opera en la banda sub-1 GHz en lugar de 2,4/5 GHz, y está optimizado para IoT. Utiliza canales más estrechos, una modulación más eficiente y mecanismos de suspensión para ofrecer mayor alcance, mejor penetración de paredes y menor consumo de energía que el Wi-Fi clásico, manteniendo la comunicación IP nativa.
Características principales:
- Funcionamiento en la banda sub-GHz: Mejor propagación a través de paredes y obstáculos metálicos, con una cobertura en interiores que se mide en cientos de metros y una cobertura en exteriores de hasta un kilómetro o más por punto de acceso en muchas pruebas.
- Rendimiento equilibrado: Mayor velocidad de datos que LoRaWAN, menor que la del Wi-Fi clásico en canales amplios, pero eficiente en anchos de banda bajos, por lo que puede equilibrar el alcance con el rendimiento.
- Bajo consumo de energía para Wi-Fi: Diseñado con un agresivo ahorro de energía, funciones de tiempo de activación objetivo y programación de suspensión para que los nodos de IoT puedan funcionar con baterías.
- Alta densidad de dispositivos: un único punto de acceso puede, en teoría, dar servicio a miles de estaciones, lo que resulta atractivo para grandes flotas de sensores.
Ventajas
- Mayor alcance y penetración que el Wi-Fi clásico, sin salirse del ecosistema Wi-Fi. asiarf.com +1
- IP nativo: Los dispositivos se comportan como cualquier otro punto final IP; no se requieren servidores LPWAN especiales.
- Perfil de potencia adecuado para IoT y significativamente mejor que el Wi-Fi clásico para dispositivos alimentados por batería.
- Módulos y conjuntos de chips industriales emergentes , diseñados específicamente para el IIoT (Internet industrial de las cosas).
Desventajas
- El ecosistema es más reciente que LoRaWAN o el Wi-Fi clásico, y actualmente existen menos productos disponibles en el mercado.
- No ofrece un consumo de energía tan ultrabaja para sensores diminutos y muy dispersos como un dispositivo LoRaWAN bien optimizado.
- Requiere nuevos puntos de acceso compatibles con HaLow, no sus puntos de acceso empresariales de 2,4/5 GHz existentes.
