NB-IoT, la revolución del mundo conectado

A diario vemos cómo el número de objetos cotidianos conectados a la red es cada vez mayor y tiene más presencia en nuestras vidas. Lo que hasta hace unos años eran conceptos e ideas abstractas, ha terminado por concretarse en ámbitos como el coche conectado o las ciudades inteligentes; y aplicaciones como los contadores inteligentes o la monitorización del  ganado, por ejemplo. Todos estos casos, y muchos otros, se consideran ejemplos del denominado Internet de las Cosas (IoT).

La conectividad es uno de los principales retos a los que se enfrentan los dispositivos IoT. En muchas ocasiones no es posible utilizar una conexión mediante cable, por ello disponemos de diferentes alternativas inalámbricas que presentan características específicas adaptadas a distintos casos de uso; sin embargo, nos encontramos que muchas de estas tecnologías no han sido concebidas específicamente para aplicaciones IoT, por lo que pueden presentar inconvenientes en aquellos escenarios para los que no han sido diseñadas.

¿Qué es Narrowband-IoT?

Narrowband-IoT (NB-IoT) es una tecnología que permite conectar a internet dispositivos que usamos en nuestro día a día y que requieren el envío de pequeñas cantidades de datos con poca frecuencia, por ejemplo, unas pocas veces al día. Se trata de una tecnología que usa como infraestructura las redes de telefonía 4G (pero mucho más eficiente en el consumo de energía si se compara con las tecnologías WPAN), permitiendo que las baterías puedan durar hasta 10 años, en función de la frecuencia de envío de los mensajes. A costa de esta reducción en el consumo, las tasas binarias que ofrece son de 63 Kb/s. Estas características la convierten en la tecnología idónea para el seguimiento de activos en el transporte o la industria, la monitorización ambiental o aplicaciones como los contadores inteligentes.

Las tecnologías WPAN (Wireless Personal Area Network), como WiFi o Bluetooth, han sido utilizadas (y se siguen utilizando) para proporcionar conectividad a dispositivos IoT, presentando un gran nivel de implantación; sin embargo, en algunos escenarios estas tecnologías presentan limitaciones con respecto a su alcance (de tan solo unas decenas de metros); o a su consumo, demasiado elevado como para permitir una larga duración de la batería en aquellos casos en los que no existe la posibilidad de emplear alimentación cableada. Otro de sus inconvenientes es el uso de las bandas ISM (Industrial, Scientific and Medical) del espectro radioeléctrico (como WiFi, Bluetooh…), lo que implica que deben convivir y compartir este recurso con otras tecnologías y dispositivos.

Para contrarrestar los inconvenientes de estas tecnologías, surgieron las redes LPWA (Low Power Wide Area), como Sigfox o LoRa. Estas tecnologías ofrecen alcances de varios kilómetros y consumos reducidos, a costa de proporcionar tasas binarias bastante limitadas. Además, debido a que utilizan bandas libres de radiofrecuencia, al igual que las tecnologías WPAN, son susceptibles a interferencias que pueden afectar severamente a sus prestaciones.

NB-IoT encaja en este segundo grupo. Esta tecnología usa bandas del espectro licenciadas, por lo que no existen interferencias con otras tecnologías, haciendo que la robustez de las comunicaciones sea mucho mayor y no dependa del número de dispositivos en las proximidades. Además, muchas de las bandas de frecuencia reservadas para NB-IoT están en el rango de los 700 y 800 MHz, lo que facilita la penetración en edificios y sótanos, haciendo que la tecnología pueda operar en un mayor número de escenarios que las redes WPA y LPWA.

Otra de las tecnologías con orientación de bajo consumo basada en redes celulares de telefonía es LTE Cat M1. De un modo similar a NB-IoT, LTE Cat M1 ofrece un consumo mucho más reducido con respecto a estas, aunque mayor que NB-IoT, pero velocidades de transmisión mayores (hasta 375 kb/s).

¿Por qué elegir NB-IoT?

NB-IoT ha sido desarrollada para permitir comunicaciones eficientes y una alta durabilidad de la batería en dispositivos distribuidos masivamente. Para proporcionar cobertura con esta tecnología es necesario actualizar las actuales estaciones base de 4G, pero no es imprescindible realizar nuevas instalaciones aprovechado la cobertura casi ubicua de las redes móviles. Las operadoras ya han comenzado sus despliegues en varios países de la Unión Europea, entre ellos España, donde Vodafone es pionera.

Una de las grandes ventajas de esta tecnología es que, al tratarse de una tecnología estandarizada, está soportada por un ecosistema a nivel global de centenares de miembros, que van desde las operadoras móviles a los fabricantes de chipsets, lo que permite la interoperabilidad entre los diferentes actores del mercado y una producción a escala de estas soluciones. Por ello está especialmente pensada para la conectividad de las ciudades inteligentes, la agricultura y ganadería 4.0, los edificios y casas inteligentes, el ámbito de la eSalud o para la industria y logística.

El 3GPP (3rd Partnership Project), organismo que estandariza las comunicaciones celulares a nivel mundial, publicó en 2016 las especificaciones de los protocolos LTE-M y NB-IoT. Este organismo ha continuado evolucionando la tecnología con mejoras en las tasas binarias y el consumo y añadiendo funcionalidades como un posicionamiento más preciso y el multicast. Además, está previsto que NB-IoT se incluya en las especificaciones de 5G como protocolo para las comunicaciones mMTC (massive Machine Type Communications), debido a que satisface buena parte de los requisitos impuestos para 5G para este tipo de aplicaciones.

Actualmente, Gradiant se encuentra trabajando en el proyecto NANOeaters, desarrollando una solución de conectividad NB-IoT para un sistema de monitorización de gases. Desarrollado en conjunto con el INL (International Iberian Nanotechnology Laboratory) y la Universidad de Vigo, desde Gradiant aportamos nuestra experiencia en diseño y prototipado hardware, IoT y sistemas de comunicaciones celulares.

Autores: Luis Pérez Roca, codirector de Comunicaciones Avanzadas y Alexandre Tornero Viñas, investigador – desarrollador en el área de Comunicaciones Avanzadas de Gradiant.