El Internet de las cosas está creciendo y expandiéndose, incluso cuando los dispositivos IoT tienden a estancarse. Esto trae consigo una nueva serie de desafíos. Quizás lo más importante hoy en día sea cómo lograr que miles de millones de pequeños dispositivos repartidos por hogares, ciudades y cadenas de suministro se comuniquen entre sí sin tener que cambiar las baterías cada pocas semanas. Los usuarios pueden cargar sus teléfonos inteligentes y centros domésticos inteligentes, pero los sensores inalámbricos que se utilizan para monitorear el estado de las máquinas, la carga de buques portacontenedores y miles de otras cosas no pueden.
Los sensores inalámbricos que pueden funcionar durante meses, años e incluso décadas sin quedarse sin batería son fundamentales para el futuro del IoT, y eso depende de una combinación de hardware eficiente, software inteligente y tecnología de red adecuada.
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Los sensores normalmente no requieren mucha electricidad para funcionar. Si lo único que tienen que hacer es leer la temperatura varias veces al día, el consumo de electricidad es casi insignificante. Sin embargo, también tienen otras dos tareas: procesar datos (mediante microcontroladores) y enviar datos a otro lugar (con un transmisor de radiofrecuencia). Aquí es cuando los sensores consumen mucha electricidad.
Una forma sencilla de ayudar a mantener el consumo de energía al mínimo es mantener el sensor en estado de "suspensión" la mayor parte del tiempo mediante el uso de un dispositivo de alarma. Este dispositivo de alarma solo consumirá una pequeña cantidad de energía hasta que envíe una señal al sensor, indicando que es hora de medir, procesar y transmitir la señal. Cuanta menos energía utilice este dispositivo de alarma, más tiempo funcionará el sensor, independientemente de cuánta energía utilicen los circuitos de procesamiento de datos y los transmisores de RF.
En general, enviar grandes cantidades de datos a largas distancias requiere mucha electricidad. Por tanto, es importante tanto enviar la mínima cantidad de datos como utilizar un protocolo de conexión de bajo consumo. Realizar algún procesamiento local de los datos puede ayudar a reducir la energía utilizada durante la transmisión, pero encontrar la mejor manera de enviar los datos es más difícil, ya que diferentes tecnologías inalámbricas funcionarán mejor en diferentes casos. Sin embargo, hay bastantes opciones, desde redes WiFi y celulares que consumen mucha energía (como GSM, GPSR, LTE, etc.) hasta opciones de bajo consumo como Zigbee y Sigfox.
No todos los sensores de IoT son iguales: algunos transmitirán datos a través de áreas urbanas densas, otros pueden usarse en áreas montañosas remotas. Los humanos pueden utilizar bastantes sensores en hogares y fábricas. Las frecuencias a las que operan los sensores, así como los protocolos que utilizan en cada frecuencia, variarán según el caso de uso y otros factores, pero los siguientes son algunos de los protocolos más comunes, enumerados en orden de corto a largo.
Utilizada principalmente con fines de automatización del hogar, Z-wave es una tecnología popular de bajo consumo que admite redes de malla y se ejecuta en la banda inferior a 1 GHz, lo que ayuda a reducir el consumo de electricidad y las interferencias de otros dispositivos.
Hasta ahora, Zigbee se ha adoptado ampliamente en el Internet industrial de las cosas (IIoT) y se especializa en operar redes de malla de sensores de corto alcance con bajo consumo de energía. Minimiza el tiempo que las ondas de radio del sensor están activas para reducir el uso de energía.
Puedes ver más: Compara Zigbee y Z-Wave, dos tecnologías inalámbricas para hogares inteligentes
Aunque a menudo se lo considera un competidor de Zigbee, 6LoWPAN no es un protocolo de aplicación. 6LoWPAN es un protocolo de red basado en IPv6 , lo que significa que cada dispositivo conectado tendrá su propia dirección de identificación única. Esto hace que 6LoWPAN sea fácilmente compatible con los sistemas basados en IP existentes y, de hecho, puede funcionar en una variedad de bandas, no solo en una sola banda. 6LoWPAN aún no se ha adoptado ampliamente, pero su bajo consumo de energía ofrece grandes ventajas de compatibilidad.
Bluetooth ya está integrado en muchos dispositivos de consumo y, con la introducción de versiones de bajo consumo, ha dado un gran paso adelante para IoT. Admite niveles de rendimiento más altos y rangos más largos que otras tecnologías. Puede convertirse en la mejor opción para muchas aplicaciones gracias a su compatibilidad.
Desarrollado por Wi-Fi Alliance como un estándar de bajo consumo para conectar dispositivos IoT, HaLow compite principalmente con Bluetooth cuando se utiliza para dispositivos domésticos inteligentes y redes de sensores. La frecuencia de 900 MHz ofrece un buen alcance y la capacidad de atravesar obstáculos. Tasa de rendimiento muy alta, consumo de energía muy bajo. Todavía no se utiliza mucho, pero se espera que funcione bien.
Para transferencias de datos pequeñas, de largo alcance y de bajo consumo, Sigfox es difícil de superar. Dependiendo del entorno, puede enviar datos a largas distancias. El rendimiento es bastante bajo, lo que lo convierte en una mala opción para dispositivos que consumen mucho ancho de banda, pero es excelente para instrumentos de medición de uso general y sensores básicos. Sigfox está ampliamente disponible en Europa, Estados Unidos, Australia y Asia.
Su ubicuidad y sus altas tasas de rendimiento hacen que las redes celulares sean una opción adecuada para los sensores de IoT, pero su alto consumo de energía y su tendencia a congestionarse incluso con el tráfico de red en entornos no viables de IoT, las hace impopulares entre los fabricantes de sensores de baja potencia. Es por eso que la gente trabaja continuamente para actualizar la infraestructura existente para admitir LTE-M (LTE-Machine, que significa permitir la transmisión de datos de IoT en tiempo real) y NB-IoT (NarrowBand -IoT), específicamente dirigido a dispositivos de bajo consumo y bajo rendimiento. . LTE-M y NB-IoT, junto con 5G, probablemente se utilizarán en muchas aplicaciones futuras de IoT.
La tecnología de las baterías mejora constantemente y el rápido despliegue de grandes redes de sensores está en marcha. Hemos logrado avances impresionantes en la creación de sensores que ahorran energía sin sacrificar el rendimiento.
Es probable que los estándares con una gran base de usuarios existentes, como Bluetooth, WiFi y telefonía celular, se utilicen ampliamente en el hogar, mientras que las aplicaciones industriales y de otro tipo se dirigirán a cualquier aplicación. ¿Qué tecnologías son las más adecuadas para la situación en la que se utilizan?
El establecimiento de redes de sensores de baja potencia será cada vez más popular en los próximos años o incluso décadas.
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