Puntos clave

Una conexión IoT no debe seleccionarse únicamente por su alcance máximo. Una tecnología inalámbrica adecuada para un medidor alimentado por batería que envía unas pocas lecturas al día puede no ser apropiada para una cámara, una pasarela, un router industrial o un activo móvil que requiere comunicaciones frecuentes o de gran volumen.

La decisión práctica implica varias preguntas relacionadas:

• ¿Qué distancia debe recorrer la señal?
• ¿Cuántos datos debe enviar cada dispositivo?
• ¿Con qué frecuencia transmitirá o recibirá?
• ¿El dispositivo funciona con batería o con alimentación continua?
• ¿Se necesita cobertura de una red pública o puede instalarse una pasarela privada?
• ¿El dispositivo permanecerá fijo o se moverá entre ubicaciones?
• ¿Qué frecuencias, tipos de antena y condiciones reglamentarias se aplican en el mercado de destino?

Respuesta rápida: Wi-Fi y la banda ancha celular suelen utilizarse en aplicaciones con mayor caudal de datos. Bluetooth Low Energy y Zigbee suelen admitir la detección y el control local. Las tecnologías LPWAN están diseñadas para transferir pequeños volúmenes de datos en áreas más amplias y con menores requisitos de energía del dispositivo. La elección final sigue dependiendo del conjunto formado por el dispositivo, la red, la antena, el entorno y el patrón de tráfico.

El diagrama siguiente es un mapa conceptual. Muestra relaciones típicas, no distancias, velocidades de datos ni duración de batería garantizadas.

Comparación exclusivamente conceptual. El alcance, la velocidad de datos y la demanda de energía reales varían según la frecuencia, el diseño de la antena, la potencia de transmisión, la sensibilidad del receptor, la configuración del dispositivo, las condiciones de la red, el ciclo de trabajo y el entorno de implementación.

Contenido del artículo

I. ¿Qué determina la tecnología inalámbrica IoT adecuada?

Alcance de comunicación

El alcance depende de algo más que el nombre de un protocolo. La frecuencia, el ancho de banda, la potencia de transmisión, la sensibilidad del receptor, la eficiencia y la ganancia de la antena, la línea de visión, los obstáculos, los materiales de construcción, las interferencias, la posición de montaje y la normativa local influyen en el enlace utilizable.

Incluso dentro de una misma tecnología, los diferentes modos de la capa física pueden producir resultados distintos. Bluetooth SIG, por ejemplo, explica que las opciones PHY de Bluetooth Low Energy intercambian velocidad de datos por alcance efectivo. Una mayor potencia de transmisión también puede ampliar un enlace, pero aumenta el consumo de energía del dispositivo.

Por este motivo, una afirmación como «La tecnología A llega más lejos que la tecnología B» debe considerarse una orientación general y no una especificación de proyecto.

Velocidad de datos y tamaño del mensaje

Un sensor de suelo que envía una lectura pequeña cada hora tiene requisitos muy diferentes de los de una cámara de vigilancia, un punto de acceso, una pasarela telemática o un controlador industrial.

Defina como mínimo:

• el tamaño de la carga útil;
• la frecuencia de transmisión;
• el equilibrio entre enlace ascendente y descendente;
• la latencia aceptable;
• los requisitos de actualización del firmware;
• el caudal máximo y medio;
• el número de dispositivos conectados.

Los sistemas LPWAN suelen estar diseñados para mensajes pequeños y relativamente infrecuentes. Wi-Fi y la banda ancha celular se adaptan mejor a transferencias de datos mayores o más frecuentes, aunque el rendimiento exacto depende de la implementación y de la red.

Demanda de energía del dispositivo

«Bajo consumo» no significa automáticamente una larga duración de la batería. La autonomía también depende de:

• el comportamiento de reposo y activación;
• el tiempo dedicado a buscar una red o conectarse a ella;
• la calidad de la señal y las retransmisiones;
• la potencia de transmisión;
• la frecuencia de los informes;
• el consumo del sensor y del procesador;
• la temperatura y la química de la batería;
• la configuración del firmware y de la red.

Las directrices de GSMA para LTE-M y NB-IoT señalan específicamente que el software del dispositivo y los parámetros de la red influyen en que una implementación alcance el potencial de bajo consumo de estas tecnologías.

Propiedad y disponibilidad de la red

Algunas tecnologías dependen de una red de operador existente. Otras pueden utilizar pasarelas privadas o infraestructura local. Antes de seleccionar una radio, determine:

• si existe cobertura en cada lugar de implementación;
• quién es propietario de las pasarelas y quién las mantiene;
• si son aceptables las tarifas recurrentes de conectividad;
• si la aplicación debe funcionar localmente durante una interrupción de Internet;
• si se requiere itinerancia o funcionamiento transfronterizo;
• si se prefiere espectro con o sin licencia.

II. Cómo interpretar el diagrama de alcance, velocidad de datos y energía

El eje horizontal representa el paso de enlaces locales a comunicaciones de área más amplia. El eje vertical representa el paso de aplicaciones de detección con bajo caudal a aplicaciones con mayor caudal de datos. El color de las áreas representa la demanda relativa de energía del dispositivo final en un patrón de uso típico:

• verde: menor;
• ámbar: baja a media;
• rojo: media a mayor.

Esta tercera variable se muestra deliberadamente mediante colores y no con un segundo eje vertical. La velocidad de datos y el consumo de energía están relacionados en muchos diseños, pero no son medidas intercambiables y no siempre aumentan a la vez.

Las áreas se superponen porque las familias inalámbricas también lo hacen. LTE-M y NB-IoT, por ejemplo, son tecnologías celulares y tecnologías LPWA. Bluetooth LE puede cubrir desde enlaces muy cortos hasta enlaces especializados mucho más largos. La demanda de energía de Wi-Fi varía considerablemente según la generación de radio, el tráfico, el comportamiento de reposo y la clase de dispositivo.

Utilice el diagrama para reducir las opciones y, a continuación, verifique los requisitos reales de radio, frecuencia, antena e implementación.

III. Tecnologías inalámbricas de corto alcance

Bluetooth Low Energy

Bluetooth LE funciona en la banda ISM de 2.4GHz y está diseñado para una comunicación eficiente entre dispositivos. Según el PHY, Bluetooth SIG indica velocidades de datos de protocolo de 125 kb/s a 2 Mb/s. El PHY codificado puede ampliar el alcance efectivo a costa de una menor velocidad de datos de la aplicación.

Bluetooth LE suele considerarse para sensores, balizas, control de acceso, dispositivos vestibles, configuración local, etiquetas de activos y conexiones con teléfonos inteligentes o tabletas. Puede utilizar topologías punto a punto, de difusión y de malla.

Las preguntas de selección incluyen la interoperabilidad con teléfonos inteligentes, la frecuencia de los mensajes, la topología, el PHY necesario, los materiales de instalación, las interferencias, el espacio disponible para la antena y la coexistencia con Wi-Fi u otra radio de 2.4GHz.

Zigbee

Zigbee es una tecnología de malla de bajo consumo utilizada en aplicaciones de hogares inteligentes, edificios comerciales, servicios públicos, detección y control. Connectivity Standards Alliance describe Zigbee como una tecnología compatible con redes de malla de bajo consumo y con las bandas de 2.4GHz y Sub-GHz.

Las redes de malla pueden ampliar la cobertura mediante los nodos participantes, pero el resultado depende de la ubicación de los nodos, el enrutamiento, la distribución del edificio, las interferencias y qué dispositivos reciben alimentación continua. Una ruta de malla no debe considerarse equivalente a un único enlace de radio de largo alcance.

Wi-Fi

Wi-Fi suele seleccionarse cuando una aplicación necesita integración con la red local y un mayor caudal de datos. Puede ser adecuado para cámaras, puntos de acceso, pasarelas, dispositivos industriales, electrodomésticos inteligentes y productos que ya funcionan cerca de una infraestructura Wi-Fi.

La demanda de energía varía considerablemente. Una cámara o un punto de acceso continuamente activo tiene un perfil distinto del de un sensor que utiliza una programación de reposo intensiva. El alcance también depende de la banda, el ancho de canal, la ubicación del punto de acceso, el patrón de la antena, los materiales de construcción, la congestión y las normas sobre potencia de transmisión.

Para explorar productos actuales, consulte las antenas WiFi 6E y la categoría de antenas de 2.4GHz de EVERCOM.

RFID requiere un análisis independiente

«RFID» abarca sistemas pasivos y activos, diferentes familias de frecuencias, distintos lectores y distancias de funcionamiento muy diferentes. Una etiqueta pasiva sin batería no debe colocarse en la misma escala de energía que una etiqueta activa alimentada por batería sin una explicación.

Para mayor claridad, RFID no tiene asignada una sola área en el diagrama principal. Si se está evaluando RFID, defina primero el tipo de etiqueta, la frecuencia, la dirección de lectura, la potencia del lector, la geometría de la antena, la orientación de la etiqueta, los materiales y la zona de lectura necesaria.

IV. Banda ancha celular: 4G LTE y 5G

La banda ancha 4G LTE y 5G puede proporcionar movilidad de área amplia, cobertura gestionada por el operador y mayores volúmenes de datos. Puede considerarse para routers industriales, acceso inalámbrico fijo, vehículos conectados, pasarelas remotas, vídeo y equipos que necesitan comunicaciones bidireccionales frecuentes.

Esta capacidad implica varias consideraciones del sistema:

• requisitos de módem y suscripción;
• cobertura de red y bandas del operador;
• tiempo de conexión y comportamiento de ahorro de energía;
• bandas de respaldo;
• movilidad e itinerancia;
• número de puertos de antena y orden MIMO;
• pérdidas de la carcasa, el cable y la instalación;
• homologación regional del dispositivo.

«5G» no es una sola frecuencia ni un único perfil energético. Los distintos perfiles de dispositivos y servicios 5G responden a requisitos diferentes. Antes de seleccionar una antena, deben identificarse el módulo de radio y la implementación del operador.

Entre las categorías relacionadas de EVERCOM se encuentran las antenas 4G LTE y las antenas 5G LTE.

V. Redes de área amplia y bajo consumo

LPWAN describe una familia, no un único protocolo. Por lo general, se refiere a tecnologías diseñadas para conectar numerosos dispositivos en un área amplia, con transferencias de datos pequeñas y un funcionamiento de menor consumo en el dispositivo.

LoRaWAN

LoRaWAN es una arquitectura de red LPWA diseñada para dispositivos alimentados por batería y puede implementarse con modelos de red privados, compartidos o públicos. LoRa Alliance la describe como optimizada para la duración de la batería, la capacidad, el alcance y el coste.

LoRaWAN puede considerarse para medición inteligente, agricultura, detección ambiental, supervisión de edificios, infraestructura urbana y notificación remota de estados. Los planes de frecuencia y los parámetros permitidos varían según la región, por lo que los países de destino deben identificarse antes de diseñar la antena y la radio.

LoRaWAN no es lo mismo que LoRa. LoRa suele referirse a la modulación de radio o a la capa física, mientras que LoRaWAN define el comportamiento de la red por encima de ella.

Sigfox 0G

Sigfox 0G es una red de área amplia y bajo consumo diseñada para mensajes pequeños y aplicaciones Massive IoT de bajo caudal. Su documentación técnica pública indica que las configuraciones de radio y las frecuencias de funcionamiento varían según la región.

Antes de seleccionar Sigfox, verifique la disponibilidad actual de la red, la configuración regional de radio, los requisitos de mensajes y enlace descendente, la movilidad, la validación de cobertura, la cualificación del dispositivo y la banda de antena aplicable.

NB-IoT

NB-IoT es una tecnología LPWA celular de 3GPP. Se asocia con dispositivos de bajo caudal, cobertura ampliada y funciones de ahorro de energía en espectro con licencia gestionado por operadores.

Puede ser adecuada para dispositivos fijos o que cambian lentamente, como medidores, sensores, alarmas, supervisión de infraestructuras y otras aplicaciones que envían cantidades de datos relativamente pequeñas. La idoneidad final depende del soporte del operador, las bandas, los requisitos de movilidad, la latencia, el tráfico, las actualizaciones de firmware y la configuración energética.

LTE-M

LTE-M también es una tecnología LPWA celular de 3GPP. Ofrece un equilibrio diferente de caudal, movilidad y capacidades del dispositivo respecto de NB-IoT. La tecnología adecuada depende de la disponibilidad del operador y de la aplicación, no de una clasificación simplista de cuál es «mejor».

Los proyectos que requieren movilidad, comunicaciones más frecuentes o un perfil diferente de latencia y caudal pueden evaluar LTE-M, mientras que la detección fija de caudal muy bajo puede evaluar NB-IoT. Esto es solo un punto de partida; deben verificarse el módulo, la red, el tráfico y el plan de cobertura.

VI. Por qué NB-IoT y LTE-M son tecnologías celulares y LPWA

Los diagramas tecnológicos suelen separar «celular» y «LPWAN» en áreas diferentes. Esto resulta útil para mostrar la diferencia entre banda ancha y bajo caudal, pero puede ocultar un dato importante: NB-IoT y LTE-M son tecnologías LPWA celulares estandarizadas que utilizan espectro con licencia.

Por tanto, la comparación práctica es:

• banda ancha celular, como los servicios convencionales de datos 4G LTE y 5G;
• LPWA celular, como NB-IoT y LTE-M;
• LPWAN no celular, como LoRaWAN y Sigfox;
• conectividad inalámbrica local, como Bluetooth LE, Zigbee y Wi-Fi.

Esta clasificación ayuda a los compradores a formular las preguntas adecuadas sobre propiedad de la red, cobertura, suscripciones, bandas de frecuencia, movilidad, modos de energía y requisitos de las pasarelas.

VII. Por qué Sub-GHz y 5G Sub-6GHz no son lo mismo

Los dos términos se parecen, pero se refieren a conceptos de frecuencia diferentes.

Sub-GHz suele significar funcionamiento por radio por debajo de 1GHz. Según la región y la tecnología, puede incluir bandas con o sin licencia utilizadas para detección, medición, control, LPWAN u otras aplicaciones de radio.

Sub-6GHz suele significar frecuencias inferiores a 6GHz. En las conversaciones sobre 5G, normalmente se refiere al rango de frecuencia 1 de 5G NR, que incluye tanto bandas celulares bajas como espectro de banda media. Se contrapone al 5G de ondas milimétricas.

Una antena para un sensor Sub-GHz no es automáticamente una antena 5G Sub-6GHz. Debe comprobarse la lista exacta de frecuencias.

Para consultar los productos por separado, visite la página de tecnología Sub Ghz y la categoría de antenas SUB-6G de EVERCOM.

VIII. Tabla comparativa de tecnologías inalámbricas IoT

La tabla utiliza descripciones relativas porque el resultado exacto depende de la implementación.

IX. ¿Qué tecnología se adapta a cada aplicación?

Estos son puntos de partida para la evaluación, no prescripciones definitivas. A menudo es necesario realizar una prueba de campo.

X. Cómo afecta la tecnología inalámbrica a la selección de la antena

El nombre de un protocolo no define por completo una antena. Después de seleccionar una tecnología de radio, prepare los siguientes requisitos de ingeniería.

Bandas de frecuencia exactas y regiones de destino

Identifique los países, operadores, planes de canales y variantes del módulo de radio. «LoRa», «LTE», «5G» o «Wi-Fi» no constituyen una especificación de frecuencia completa.

Eficiencia, ganancia y patrón de radiación de la antena

La ganancia máxima por sí sola no es suficiente. Revise la eficiencia y el patrón en todas las bandas necesarias y en la instalación final. Una antena direccional puede mejorar un enlace fijo en una dirección conocida, mientras que un patrón omnidireccional puede ser más adecuado cuando varía la orientación del dispositivo o la dirección de la señal.

Instalación y carcasa

El metal, las baterías, las pantallas, las PCB, los cables, las carcasas, las paredes, los armarios, los vehículos y los planos de tierra pueden cambiar el comportamiento de la antena. Valide la antena en el dispositivo y la posición de montaje previstos para la producción.

Cable y conector

Defina la familia del conector, el género, la polaridad, el tipo y la longitud del cable, la pérdida de inserción, el recorrido, el radio de curvatura, el alivio de tensión y la exposición ambiental. A frecuencias más altas, las pérdidas de cables y adaptadores pueden afectar de manera significativa al enlace.

Número de puertos de antena y coexistencia

La MIMO celular, la MIMO Wi-Fi, GNSS, Bluetooth y otras radios pueden compartir la misma carcasa. Confirme las funciones de los puertos, el espaciado, el aislamiento y los requisitos de coexistencia. Un conjunto de varios cables debe contar con un mapa de puertos inequívoco.

Homologación normativa y de red

La radio, la antena, la ganancia, el cable y la instalación aprobados pueden formar parte de las condiciones de conformidad del dispositivo. Revise los cambios con el proveedor del módulo, el fabricante del dispositivo, el laboratorio de ensayo y el operador de red, según corresponda.

XI. Lista de comprobación para seleccionar la conectividad IoT

Antes de solicitar una recomendación de antena o conectividad, prepare:

• la descripción de la aplicación y del dispositivo;
• el tamaño de la carga útil y el intervalo de notificación;
• los requisitos de enlace ascendente, enlace descendente y latencia;
• la batería, la fuente de alimentación y la vida útil objetivo;
• el uso fijo, portátil o móvil;
• la instalación en interiores, exteriores, vehículos, armarios o integrada;
• los países, operadores y bandas de frecuencia exactas;
• el plan de red pública de operador o pasarela privada;
• el módulo de radio y el número de puertos de antena;
• los requisitos de MIMO, diversidad, GNSS, Wi-Fi o Bluetooth;
• los planos de la carcasa y el espacio para la antena;
• los requisitos del cable y del conector;
• los requisitos ambientales y de conformidad;
• las cantidades de muestras, piloto y producción;
• las expectativas de validación e informes de ensayo.

XII. Preguntas frecuentes

¿Un mayor alcance siempre requiere más energía?

No. El alcance depende de la frecuencia, el ancho de banda, la modulación, la codificación, el rendimiento de la antena, la sensibilidad del receptor, la velocidad de datos, el entorno y el presupuesto del enlace, además de la potencia de transmisión. Aumentar la potencia de transmisión puede incrementar el consumo de energía, pero es solo una parte del sistema.

¿Wi-Fi siempre consume más energía que LPWAN?

No en todos los modos de funcionamiento. Wi-Fi suele utilizarse para conectividad local de mayor caudal, mientras que LPWAN está diseñada para comunicaciones IoT de área más amplia y menor caudal. El consumo energético real depende del tráfico, el comportamiento de reposo, la calidad de la señal, la sobrecarga del protocolo y el hardware.

¿5G siempre es más rápido que Wi-Fi?

No existe una respuesta universal. Ambas familias incluyen diferentes generaciones, bandas, anchos de canal, cargas de red, capacidades del dispositivo y condiciones de implementación. Compare el caudal que necesita la aplicación y la red realmente disponible, no solo la etiqueta de la tecnología.

¿Cuál es la diferencia entre LoRa y LoRaWAN?

LoRa suele referirse a la modulación de radio o a la capa física. LoRaWAN define una arquitectura y un protocolo de red utilizados por encima de la capa de radio LoRa.

¿Cuál es la diferencia entre NB-IoT y LTE-M?

Ambas son tecnologías LPWA celulares de 3GPP. Ofrecen diferentes equilibrios de movilidad, caudal, latencia, complejidad del dispositivo y funciones de red. La disponibilidad del operador y los requisitos de la aplicación deben orientar la decisión.

¿Sub-GHz es lo mismo que 5G Sub-6GHz?

No. Sub-GHz suele referirse a frecuencias inferiores a 1GHz. En las conversaciones sobre 5G, Sub-6GHz se refiere al rango más amplio por debajo de 6GHz. Los términos no son intercambiables.

¿Qué antena proporciona el mayor alcance?

No existe una única antena de máximo alcance para todos los proyectos. La antena correcta debe corresponder a la frecuencia, el patrón, la ganancia, la eficiencia, la potencia de radio, la sensibilidad del receptor, el cable, la instalación, los límites reglamentarios y la dirección de cobertura necesaria.

XIV. Notas de referencia

• Bluetooth SIG: The Bluetooth Low Energy Primer — velocidades de datos PHY de Bluetooth LE y equilibrio entre alcance y velocidad.
• Bluetooth SIG: Understanding Bluetooth Range — factores que afectan al alcance y equilibrio de la potencia de transmisión.
• Connectivity Standards Alliance: Zigbee — posicionamiento de malla de bajo consumo y familias de frecuencias admitidas.
• LoRa Alliance: What Is LoRaWAN? — objetivos de diseño de LPWAN y descripción general de LoRaWAN.
• GSMA: Mobile IoT — LTE-M y NB-IoT como tecnologías LPWA celulares de espectro con licencia.
• GSMA: Improving Energy Efficiency for Mobile IoT — factores del dispositivo y la red que afectan al consumo energético de LTE-M y NB-IoT.
• Sigfox Build: Sigfox Technology — posicionamiento de red de bajo consumo y mensajes pequeños.
• Sigfox Resources: Radio Configuration — diferencias regionales de frecuencia de funcionamiento y configuración de radio.
• Páginas públicas de productos y tecnología de EVERCOM enlazadas en el artículo.