IoT Industrial¿Qué es NB-IoT? Descifrando este reciente estándar celular - NC Tech

Aunque los pronósticos de crecimiento para el Internet de las Cosas (IoT) son diferentes según cada experto, todos coinciden en que será asombroso durante los próximos años. Para entonces, la conectividad será todo un desafío y el NB-IoT (IoT de banda estrecha) puede ser la solución.

En 2021, los dispositivos móviles en funcionamiento en todo el mundo llegaron a ser casi 15 mil millones y se espera que para 2025 esa cifra se sitúe en 18,22 mil millones, lo que supone un aumento de 4,2 mil millones.

Esto se traduce en un enorme aumento en el número de conexiones realizadas, por lo que los operadores de redes móviles tendrán que invertir mucho más para poder soportar miles de millones de usuarios nuevos.

Además, tanto los usuarios como las empresas serán cada vez más dependientes de estos dispositivos para llevar a cabo sus funciones y actividades diarias.

El uso de dispositivos móviles exigirá velocidades de conexión cada vez más rápidas y de menor latencia. En ese caso, la red 5G y el NB-IoT serán importantes para satisfacer esa demanda.

Pero, ¿qué es él NB-IoT y por qué es importante para el futuro del IoT?

¿Qué es IoT de banda estrecha (NB-IoT)?

El NB-IoT es una nueva forma de comunicarse con dispositivos que requieren datos durante largos períodos de tiempo en lugares de difícil acceso. También conocido como LTE Cat NB1, es una tecnología de red de área amplia de baja potencia (LPWAN) —en inglés, Low Power Wide Area Networks— que en la práctica funciona en cualquier lugar.

Fue desarrollado por 3GPP para la comunicación inalámbrica celular que permite una amplia variedad de nuevos dispositivos y servicios NB-IoT, y los conecta de forma más sencilla y eficaz en redes móviles ya establecidas.

En las aplicaciones NB-IoT es necesario transmitir con poca frecuencia pequeñas cantidades de datos, y esta tecnología se convirtió en un estándar para este tipo de comunicaciones inalámbricas en 2016.

Además, el NB-IoT puede conectar de forma eficiente grandes cantidades de dispositivos, hasta 50.000 por celda de red mientras minimiza el consumo de energía y aumenta el rango de cobertura en ubicaciones que no cuentan con tecnologías móviles normales.

¿Cómo funciona NB-IoT?

Básicamente, NB-IoT es un estándar de transmisión de datos diseñado para permitir que los dispositivos funcionen en redes de operadores móviles.

Esta tecnología utiliza señales de bajo ancho de banda para comunicarse con las tecnologías GSM y LTE existentes.

Los componentes básicos de los sistemas NB-IoT son dispositivos y sensores especialmente diseñados que recopilan información de su entorno y transmiten a estaciones base o nodos de transmisión NB-IoT. Las estaciones base están conectadas a puertas de enlace IoT y servidores en la nube para monitorear y analizar los datos centralizados.

NB-IoT emplea una nueva capa física de señales y canales para cumplir con los requisitos de cobertura de áreas de difícil acceso como zonas rurales o interiores profundos, al mismo tiempo que permite que los dispositivos sean sencillos. Además, con el apoyo de los principales fabricantes de equipos móviles, conjuntos de chips y módulos, NB-IoT puede funcionar con redes móviles 2G, 3G, 4G y el próximo 5G.

¿De dónde surge NB-IoT?

La conectividad móvil pasó de ser una base para la comunicación humano a humano a dirigirse para las aplicaciones de telemetría, transmisión máquina a máquina y el IoT. La historia de la conectividad móvil se puede resumir en:

  • primera generación (1G): la primera generación de conectividad móvil utilizaba tecnología analógica y fue introducida en la década de 1980. Su implementación significó el inicio de las llamadas inalámbricas;
  • segunda generación (2G): con la segunda generación se hizo un cambio de lo analógico a lo digital y se introdujo el roaming y la mensajería SMS. La llegada del 2G se produjo alrededor de 1990, y se desarrolló para satisfacer la necesidad de mejorar la portabilidad;
  • tercera generación (3G): la red 3G fue la primera en ser realmente global y supo combinar lo mejor de las tecnologías de la competencia en un solo estándar. Esta generación se enfocó principalmente en aplicaciones que necesitan datos a alta velocidad;
  • cuarta generación (4G): la cuarta generación introdujo la tecnología LTE para dispositivos conectados constantemente a Internet. Su aparición respondió a las necesidades de mayor velocidad y ancho de banda de los usuarios;
  • NB-IoT y LTE-M: ambas tecnologías fueron desarrolladas especialmente para el IoT;
  • quinta generación (5G): las redes 5G usan una combinación de 4G LTE con la nueva tecnología 5G Nueva Radio (5G NR), y se espera que las tecnologías NB-IoT y LTE-M tengan una larga vida útil, ya que las redes 4G y 5G se diseñaron para coexistir.

Desarrollo del estándar NB-IoT

El 14 de septiembre de 2015, en la reunión plenaria n.° 69 de 3GPP, se tomó la decisión de estandarizar NB-IoT, una nueva tecnología de radio de banda estrecha para satisfacer los requisitos del Internet de las Cosas.

El presidente de 3GPP RAN, Dino Flore, dijo que «nos tomó algunos giros y vueltas llegar aquí , pero ahora hemos establecido un camino claro en la Versión 13 para satisfacer las necesidades de la industria 3GPP, con el fin de abordar el prometedor mercado de IoT».

También agregó que «entramos en la reunión con propuestas tecnológicas en competencia para la estandarización. Después de largas discusiones, llegamos a una propuesta de tecnología armonizada con un apoyo muy amplio de la industria».

En noviembre de 2015, el 3GPP formó un grupo de trabajo para fusionar la tecnología IoT Celular (NB-CIoT) de Huawei, en asociación con Neul y Vodafone, y NB, una tecnología LTE presentada por Nokia, Ericsson e Intel, para desarrollar NB-IoT.

El apoyo de los tres fabricantes de infraestructura de telecomunicaciones más grandes del mundo, y gracias a que se puede implementar en redes móviles existentes, logró que se tuviera un fuerte apoyo de la industria para que el primer estándar NB-IoT se finalizara en junio de 2016.

Finalmente, el presidente Dino Flore dijo, «nos tomó solo 9 meses estandarizar la nueva tecnología después de la fase de estudio. Una vez más, 3GPP demostró la capacidad de responder rápidamente a las necesidades de los mercados emergentes».

Diferencias entre NB-IoT y LTE-M

Antes de entrar de lleno con las diferencias entre ambas tecnologías, es necesario saber qué es LTE-M:

  • Se trata de una tecnología LPWAN desarrollada también por 3GPP para habilitar servicios y dispositivos específicamente para aplicaciones del Internet de las Cosas. IoT ofrece una velocidad de datos de 1 Mbps para 3GPP Lanzamiento 13 y aumenta a 4 Mbps para Lanzamiento 14, además de tener una mayor movilidad y capacidad de voz en la red. Por otro lado, NB-IoT ofrece velocidades máximas de 26 kbps en la Versión 13 y 127 kbps en la Versión 14.

Ambas tecnologías, NB-IoT y LTE-M, son buenas alternativas de conectividad que aprovechan la tecnología LPWAN que mejora la batería de los dispositivos y tiene un alcance de cobertura mucho mayor.

Dicho esto, veamos cuáles son las principales diferencias entre NB-IoT y LTE-M:

1. NB-IoT es menos potente que LTE-M

De los dos estándares, NB-IoT es el menos potente en términos de velocidad, capacidad de transferencia de datos y soporte para móviles, pero en otras áreas es mejor.

Esto significa, en reglas generales, que NB-IoT se utilizará más en situaciones y soluciones donde no se necesite la telefonía celular. Por ejemplo: en agricultura, ciudades inteligentes (estacionamiento, gestión de residuos y alumbrado público inteligente) aplicaciones para hogares y medidores, así como detectores de humo, automatización de fabricación y aplicaciones de redes inteligentes.

Además, para la Industria 4.0, también aporta soluciones para cerraduras inteligentes, monitoreo ambiental y de condición, rastreadores y mantenimiento predictivo, entre otros posibles ejemplos.

2. Latencia

En comparación con LTE-M, NB-IoT es menos adecuado para situaciones en las que la latencia de la red debe ser muy baja, por lo que LTE-M es más útil en aplicaciones donde se puedan requerir datos casi en tiempo real. Aunque es cierto que ambas tecnologías tienen un papel en las redes 5G, donde una latencia de red muy baja permite casos de uso críticos que necesiten una velocidad alta.

3. Alcance en interiores y zonas subterráneas

Un factor esencial para algunas empresas es la capacidad de penetración en interiores de NB-IoT. Un buen ejemplo es el de los medidores inteligentes que se suelen utilizar en sótanos (submedición).

Como NB-IoT utiliza banda estrecha, permite una mayor densidad de potencia de transmisión que, junto a otras características que mejoran la cobertura, es lo que hace que sea excelente para llegar a interiores como edificios, zonas remotas y de difícil acceso, e incluso subterráneas.

Si bien es cierto que LTE-M también es adecuado para cobertura en interiores, NB-IoT es simplemente mejor en este aspecto.

4. Enfoque en la eficiencia energética

El hecho de que LTE-M es más potente hace que NB-IoT esté más enfocado en un bajo consumo de energía eléctrica, lo que es fundamental para cualquier proyecto IoT.

Cuando se utilizan múltiples dispositivos que utilizan baterías, el costo total del proyecto se incrementa significativamente debido a que estás baterías necesitan ser reemplazadas continuamente de forma manual. Por lo que, mientras mayor sea la vida útil de las baterías, mayor será el ROI del proyecto.

5. Otras diferencias importantes

  • LTE-M es una mejor alternativa para dispositivos móviles, ya que no pierde las transferencias de datos en curso;
  • en situaciones de interacción hombre-máquina donde se requiere una respuesta rápida, los dispositivos con LTE-M pueden reaccionar en milisegundos de ser necesario;
  • LTE-M es la mejor opción respecto al manejo de actualizaciones de firmware y software que necesite el dispositivo durante el tiempo que dure su ciclo de vida;
  • tanto NB-IoT como LTE-M han mejorado significativamente en la cobertura de interiores en comparación con LTE.

Beneficios de NB-IoT

Los beneficios de NB-IoT incluyen:

  • rango de cobertura más amplio: pregúntate lo siguiente, ¿dónde encaja NB-IoT en el ecosistema de tecnologías inalámbricas? Por ejemplo, Bluetooth es una solución de corto alcance que puede ser muy útil, pero no sirve para aplicaciones que requieren un rango más amplio, y la tecnología LTE-M tiene una cobertura más amplia, pero es más costosa. Sin embargo, NB-IoT es una tecnología de baja tasa compatible con 2G, 3G, 4G y 5G, lo que la convierte en una gran alternativa para las aplicaciones y soluciones que necesitan una gran cobertura;
  • menor consumo de energía: debido a que NB-IoT no necesita ejecutar un sistema operativo pesado como Linux, es más eficiente respecto al consumo de energía que otras tecnologías celulares;
  • mayor duración de la batería: con un menor consumo de energía, se puede obtener una mayor flexibilidad en el desarrollo de la tecnología. El bajo consumo de NB-IoT, permite que las baterías tengan una duración de 10 años o más. Como resultado, las empresas no tienen que reemplazarlas con tanta frecuencia, lo que disminuye los gastos operativos y de mantenimiento;
  • bajo costo de dispositivos: gracias a la flexibilidad mencionada en el punto anterior, lo que da una mayor facilidad para crear dispositivos más simples, el costo de desarrollo disminuye considerablemente;
  • seguridad: debido a que NB-IoT está protegido de forma similar a las redes 4G y cuenta con todas las funciones de autenticación basadas en SIM y encriptación, los datos están más seguros y son confiables.

Ejemplos de aplicaciones de NB-IoT

El ecosistema de conexiones puede variar dependiendo de cada empresa, de la industria, y de las necesidades comerciales y operativas, pero hay dos aplicaciones generales de NB-IoT que pueden funcionar en cualquier tipo de organización:

  • automatización: en general, los procesos que requieren de supervisión manual son ineficientes e inconvenientes. La implementación de dispositivos conectados para automatizar tareas manuales como el monitoreo de sistemas de construcción o los niveles de suministro, permite a los encargados tener acceso a un flujo regular de datos que los ayudan a predecir y programar el mantenimiento, o recibir alertas para desplegar personal de forma estratégica, eliminando la necesidad de monitorear manualmente;
  • superar situaciones difíciles: las empresas que operan en situaciones complejas y desafiantes, pueden confiar en los dispositivos NB-IoT para la conectividad. Por ejemplo, un estacionamiento subterráneo que utiliza sensores inteligentes en cada espacio para estacionarse, permite al operador saber exactamente cuántos espacios hay disponibles, cuánto tiempo ha estado estacionado cada vehículo y datos de seguridad para mantenerlos protegidos.

Ahora, veamos seis ejemplos específicos en los que NB-IoT puede ser útil:

1. Medidores inteligentes

La cobertura de la red es un problema importante cuando hablamos de medición inteligente porque, en general, los medidores se instalan en lugares de difícil acceso como en sótanos o zonas rurales remotas. Sin embargo, gracias a su excelente capacidad de cobertura y alcance, NB-IoT funciona muy bien para monitorear medidores de agua y gas por medio de pequeñas transmisiones de datos regulares.

2. Agricultura inteligente

Los productores de alimentos utilizan pequeños sensores de suelo subterráneos que monitorean e informan sobre factores como la humedad y salinidad, y muchas veces tienen que instalar estos sensores en zonas que no tienen un acceso regular a la energía.

En tales situaciones, los dispositivos NB-IoT son ideales, ya que pueden operar de forma efectiva mientras están enterrados en el suelo, y gracias a sus baterías con una gran autonomía, pueden pasar largos períodos de tiempo sin que sea necesario cambiarlos, lo que permite que se necesiten menos piezas y mantenimiento, resultando en costos más bajos.

3. Edificios inteligentes

Los sensores NB-IoT son capaces de enviar alertas sobre problemas de mantenimiento del edificio donde están instalados y realizar tareas automatizadas. También sirven para respaldar la conexión de banda ancha del edificio.

4. Seguimiento del ganado

Los sistemas de seguimiento del ganado que utilizan dispositivos instalados en el cuello de los animales, tienen un impacto positivo en las estrategias de gestión de la producción ganadera.

Estos sistemas proporcionan información básica como la ubicación y el bienestar del ganado, y este nuevo nivel de conectividad está ayudando a los agricultores a mejorar la eficiencia de la producción de diversos productos animales.

Gracias a la tecnología NB-IoT, los agricultores no necesitan mantener una red de comunicación propia, y el bajo consumo de energía permite que los dispositivos operen durante muchos años, sin necesidad de cambiar su batería.

5. Recolección inteligente de basura

En algunas ciudades se busca ahorrar gastos en la recolección de basura que, si bien es un servicio fundamental, puede ser bastante costoso.

Pero, gracias al uso de dispositivos NB-IoT, es posible mejorar significativamente la eficiencia de la recolección de basuras. Esta tecnología proporciona información en tiempo real sobre los niveles de llenado de los contenedores para que se vacíen solamente cuando estén en su máxima capacidad. Además, puede proporcionar información sobre la ubicación de cada contenedor para evitar robos.

Sin embargo, dependiendo del tamaño de la ciudad, pueden ser necesarios desde unas pocas docenas hasta cientos y miles de contenedores. Es en este caso donde el bajo costo de la tecnología NB-IoT y su conectividad juegan un papel fundamental en la recolección inteligente de basura.

6. Ciudades inteligentes

Además de los estacionamientos, edificios y recolección de basura inteligente, hay muchas otras aplicaciones de NB-IoT que pueden ayudar a convertir una ciudad en más inteligente. Algunas de ellas son:

  • controles de iluminación LED;
  • sensores ambientales;
  • cobertura Wifi;
  • cámaras de vigilancia;
  • vallas publicitarias electrónicas;
  • aplicaciones de tránsito;
  • monitoreo del estado de las carreteras;
  • aplicaciones medioambientales;
  • gestión de aguas residuales;
  • transporte público;
  • seguridad pública.

6 Consejos para implementar NB-IoT en tu empresa

Si estás considerando usar NB-IoT en tu negocio, los siguientes consejos te ayudarán a evitar errores y llevar a buen término la implementación de esta tecnología.

1. Establece metas claras

Al igual que cualquier otro proyecto corporativo, es necesario definir claramente cuáles son los objetivos. No se trata de utilizar NB-IoT en tu negocio simplemente porque es una palabra de moda, sino que se tienen que marcar unos objetivos específicos, de lo contrario, el resultado será una pérdida de tiempo y dinero.

En esta etapa inicial de consideración, hay que decidir si optar por una consultoría externa o contratar personal especializado en este tipo de proyectos.

2. No necesitas ser innovador

Es probable que existan algunas empresas del mismo sector que la tuya y con un nivel de facturación similar que ya han implementado la tecnología NB-IoT.

Una investigación exhaustiva de estas empresas te puede ayudar a determinar tus objetivos y saber hasta dónde puedes llegar.

3. Elige los datos cuidadosamente

Es esencial elegir qué datos se quieren generar y cuáles procesar. De esta forma se evitan costos adicionales en recopilar, procesar y almacenar datos que no son relevantes para los objetivos planteados.

Además, con los datos adecuados, puedes elegir el tipo de sensores que necesitas instalar y dónde hacerlo, qué procesos controlar y monitorear, el software y el personal necesario.

4. Elige donde se procesan y almacenan esos datos

Luego de determinar qué datos se van a generar y procesar, es importante elegir donde se procesarán y almacenarán. Hay que decidir si se usará una solución en la nube pública, privada o híbrida, y si el software tiene la potencia suficiente para procesar los datos. En este caso, es recomendable consultar con expertos ajenos a la empresa.

5. Ten en cuenta la seguridad

Aunque el tema de la seguridad puede llegar a ser cansino, no se puede ignorar. En la actualidad, empresas de todos los tamaños tienen el riesgo de ser el objetivo de ataques de todo tipo, por lo que tu proyecto de NB-IoT debe estar equipado con la seguridad más avanzada que puedas conseguir para evitar que la información sea robada.

En este aspecto, también es recomendable pedir ayuda a uno o más proveedores externos, ya que el campo de la seguridad es amplio y requiere conocimientos especializados para proteger adecuadamente todo un sistema informático.

6. Elige un modelo escalable

Un error muy común es crear un modelo que solo tenga en cuenta el ahora y un futuro muy cercano. Es necesario pensar en el futuro y en cómo el negocio y las actividades comerciales evolucionarán en el tiempo, y así evitar tener que implementar nuevamente la tecnología NB-IoT si las instalaciones cambian, lo que significa muchos más gastos.

¡Hemos llegado al final!

Está claro que NB-IoT tiene el potencial de transformar radicalmente los modelos comerciales en una amplia gama de industrias. Esperamos que este post te haya ayudado a entender mejor qué es el estándar NB-IoT, sus aplicaciones y cómo implementarlo.

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