Asignación de redes 5G en el marco de la conectividad
El entusiasmo por el avance del 5G no implica necesariamente la obsolescencia (o la desaparición) de las tecnologías existentes. De hecho, siguen adquiriendo relevancia las innovaciones en redes sensibles al tiempo (la siguiente generación de Ethernet 802.1 del Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica [IEEE]), las redes de bajo consumo y las redes LPWAN, el wifi y las tecnologías de largo alcance (LoRa).
Incluso una vez que los estándares 5G se hayan implementado a gran escala, se prevé que la tecnología 5G coexistirá con otras tecnologías en el futuro. En muchos escenarios, la tecnología 5G complementará dichas tecnologías.
Fibra óptica y banda ancha fija
El estudio «Communications Infrastructure Upgrade: The Need for Deep Fiber» (Actualización de la infraestructura de las comunicaciones: la necesidad de fibra profunda) que Deloitte publicó en 2017, indica que solo el 11por ciento del tráfico de Internet se transmite por conexiones inalámbricas, mientras que el 90por ciento del tráfico pasa por redes con conexión alámbrica. Las redes de fibra óptica ofrecen una capacidad de procesamiento y un ancho de banda elevados con bajas latencias a través de largas distancias. En términos de ancho de banda y velocidad, la tecnología inalámbrica 5G y la fibra óptica son tecnologías equiparables, mientras que, como soluciones de conectividad, estas tecnologías son menos competitivas y más complementarias. De hecho, la calidad y fiabilidad de las redes 5G dependerá de las redes de fibra con conexión alámbrica para el transporte de retorno del tráfico entre celdas pequeñas.
En los hogares y las oficinas inteligentes, los puntos de acceso de celdas pequeñas 5G pueden mejorar la cobertura de fibra en interiores y las soluciones de Internet de banda ancha de cable coaxial. La velocidad y flexibilidad de la tecnología 5G inalámbrica puede remplazar a las redes con conexión alámbrica heredadas en las infraestructuras industriales y urbanas. Sin embargo, en las infraestructuras de los centros de datos y los servidores en la nube, donde la potencia y la madurez de las tecnologías con conexión alámbrica son esenciales, la fibra óptica y las tecnologías fijas de Ethernet seguirán prevaleciendo.
Redes LPWAN
Las prestaciones que las tecnologías LPWAN deben ofrecer a las aplicaciones del IoT son:
- Chip sets de dispositivos con baja potencia de procesamiento y transmisión y con una duración de la batería superior a 10 años para tener una prolongada vida útil.
- Amplia cobertura —más de 10 km en zonas suburbanas y más de 5 km en zonas urbanas— con buena penetración en edificios y sótanos.
- Capacidad del dispositivo para enviar pequeñas ráfagas de datos intermitentemente de forma que las velocidades de transmisión sean normalmente bajas (de 0,3 bits por segundo [bps] a 50 kilobits por segundo [Kbps], unos 10 kilobytes al día [KBpd]).
- Transmisiones de datos seguras con bajos costes totales de propiedad.
La tecnología LPWAN ya predomina en implementaciones perimetrales del IoT en las que muchos dispositivos del IoT de bajo coste (como sensores y medidores) están repartidos en amplias áreas en entornos operativos. En los próximos años, se espera que aumente el uso de la tecnología LPWAN en los mercados globales del IoT, incluso cuando la tecnología inalámbrica de 5G esté lista para su uso comercial. Como sucede en los casos en que se prefiere la tecnología LPWAN al no convencer las elevadas velocidades de datos del 5G y las bajas latencias.
Estos requisitos generales se han implementado en diversas tecnologías LPWAN. Este es un breve resumen de las tecnologías LPWAN habituales en el contexto de la conectividad 5G:
IoT de banda estrecha
Las transmisiones del IoT de banda estrecha (NB) están diseñadas usando un ancho de banda más limitado, por lo que su eficiencia energética es mayor. Los dispositivos de usuario NB-IoT están diseñados para una complejidad ultra baja y cuestan menos. El NB-IoT tiene un rango de eficiencia considerable. Puede conectar hasta 50.000 dispositivos por celda. Las transmisiones de IoT de banda estrecha pueden penetrar en edificios y áreas subterráneas (ofreciendo una cobertura de 20dB o superior en interiores) y resultan adecuadas para aplicaciones urbanas inteligentes con activos estáticos.
Sigfox®
Sigfox es una tecnología patentada que ya está presente en los mercados europeos y cuenta con el apoyo de muchos proveedores de dispositivos electrónicos. Sigfox utiliza una tasa de modulación lenta para ampliar la cobertura y resulta adecuada para aplicaciones como sensores inteligentes de aparcamiento, contenedores de basura inteligentes y medidores de servicios públicos, donde los dispositivos de bajo coste tienen que cargar ráfagas de datos pequeñas y poco frecuentes en pasarelas del IoT.
LTE para máquinas
El LTE para máquinas (LTE-M) es una innovación relativamente reciente y su eficiencia energética aún está siendo evaluada. Puede combinarse con la conectividad 4G LTE existente (y perfeccionarse para ser compatible con el 5G) para soportar la itinerancia de activos del IoT como vehículos y drones. La tecnología LTE-M puede ofrecer velocidades de datos superiores a otras opciones LPWAN y es por ello una de las opciones más caras. Las aplicaciones con consumo elevado de datos en el perímetro del IoT pueden beneficiarse de la tecnología LTE-M.
LoRa
LoRa es un estándar de conectividad de largo alcance, baja potencia y velocidad de datos de Lora Alliance™. Está diseñado para permitir a los grandes operadores de redes ofrecer servicios LPWAN por suscripción. Además, utiliza el espectro sin licencia (radiofrecuencia inferior al GHz, por ejemplo, 915 MHz en Norteamérica), pero emplea una capa de seguridad adicional porque los dispositivos con dicha tecnología no utilizan módulos de identificación de abonados (SIM) ni módulos de identificación de máquinas (MIM) para la autentificación o el cifrado de los dispositivos.
Cabe esperar que las redes con conectividad 5G y LPWAN se complementen entre sí en diversos tipos de implementación de extremo a extremo del IoT. Por ejemplo, en el caso de telecirugía, donde las comunicaciones requieren transmisiones de datos en tiempo real. En este tipo de escenarios es donde encajan las redes móviles 5G de baja latencia. Sin embargo, una intervención quirúrgica a distancia también implica redes de sensores en el perímetro —como las instalaciones del hospital— para recabar y procesar localmente la información esencial. Para estas redes de sensores en el perímetro, la conectividad LPWAN es una opción más viable.
Red de área personal (PAN) y red de área local (LAN)
Las tecnologías Wi-Fi® y Bluetooth® (basadas en los estándares IEEE 802.11) y Bluetooth de bajo consumo, son opciones habituales para la conectividad local en hogares y empresas. Las tecnologías basadas en 802.15.4 (incluidas Zigbee®, ISA100.11a, 6LoWPAN, WirelessHART® y Z-Wave®) son compatibles con las aplicaciones del IoT en las empresas, como es el seguimiento de activos y recursos.
Al igual que las soluciones de banda ancha por cable y fibra óptica, la banda ancha fija 5G y las redes móviles deben complementar el wifi y el Bluetooth. 3GPP Release 16 incluirá el estándar 5G New Radio sin licencia, que es compatible con las actuales bandas de frecuencia sin licencia de 5 y 6 GHz («greenfield»). Uno de los usos más prometedores del espectro 5G sin licencia será el de las redes privadas de tipo wifi en empresas, grandes estadios y centros comerciales.
Satélite
En el ecosistema de la conectividad, las tecnologías por satélite ofrecen un gran ancho de banda y fiabilidad, pero siguen siendo caras. Por ello solo se utilizan para casos muy específicos como pueden ser la conectividad a bordo de las aeronaves, cargueros y flotas utilizando GPS para rastrear océanos, lugares remotos y zonas desatendidas y desfavorecidas en las que las redes móviles pueden fallar.
La conectividad vía satélite puede aumentar la tecnología inalámbrica 5G para ofrecer una conectividad ubicua mediante la ampliación de la cobertura de las redes 5G en zonas donde la conectividad móvil no sea factible debido a limitaciones económicas u otras locales.
Móvil: 4G LTE
El 4G LTE comenzó a implementarse en 2009 y, al umbral del 5G, sigue siendo la tecnología móvil más avanzada disponible, con una velocidad máxima de hasta 1 Gbps y latencias de 30 a 70 milisegundos (ms). Con una velocidad de datos de 10 Gbps y una latencia inferior a un milisegundo, la tecnología inalámbrica 5G está preparada para hacer evolucionar las redes móviles hasta convertirlas en fuentes de conectividad super rápidas, flexibles y de bajo consumo.
Las redes 4G siguen implementándose en todo el mundo. Pasará un tiempo hasta que se generalice la presencia de las redes con conectividad 5G y los chipset y dispositivos 5G lleguen al mercado a escala comercial. En aquellos ámbitos que no requieren un rendimiento extremadamente alto y latencias ultra bajas se podrá seguir usando el 4G incluso una vez que el 5G se haya implementado. El estándar 5G NR ha sido diseñado para solaparse y coexistir con la red principal 4G. Así es que, al menos desde el punto de vista del diseño técnico, la compatibilidad se ha integrado en los servicios móviles inalámbricos 4G y 5G.
