La llegada de la cuarta y quinta generaciones de conectividad celular, con nuevos estándares de baja potencia y de área amplia como LTE-M, NB-IoT y 5G, permite conectar de manera fácil la mayoría de la maquinaria y otros activos en la industria del siglo XXI. Además, las redes privadas permiten la seguridad, privacidad y fiabilidad de la conectividad celular.
Según el informe de investigación, “Rise of the Smarter, Swifter, Safer Production Employee”, publicado por Ericsson, la mayoría de las empresas manufactureras esperan contar con al menos un 80 % de automatización dentro de 10 años, y muchas de ellas esperan que el uso de herramientas basadas en las TIC se duplique en los próximos cinco años.
Mientras que las conexiones por cable, sobre todo Las Redes Sensibles al Tiempo (TSN, según sus siglas en inglés), proporcionan la mejor ruta de alta prioridad para los datos de tiempo crítico, se prefieren las comunicaciones inalámbricas como la forma más rápida de conectar muchos dispositivos, maquinaria y otros activos en la industria.
Desde la llegada del GSM, la segunda generación de redes celulares, en 1991, las industrias lo han adoptado para conectar máquinas, sistemas de vigilancia, alarmas y otros sistemas. GSM cuenta con transmisión de datos básicos en GPRS/EDGE y SMS.
Diez años después, la tercera generación (3G) permitió una transmisión de datos más rápida, un espectro más amplio y un estándar mundial. Un nuevo organismo de normalización industrial, el Proyecto de Asociación de Tercera Generación (3GPP), nació para ofrecer a sus miembros un entorno estable para elaborar los informes y especificaciones que definen las tecnologías del 3GPP. Hoy, con su nombre original, el 3GPP define las especificaciones de cada generación de redes celulares.
Los proveedores de servicios celulares (CSP) eliminan las redes celulares de 2G y 3G
En los últimos 30 años se instalaron cientos de miles de dispositivos Machine-to-Machine (M2M) que utilizan redes 2G. Se trata de actuadores, sensores ambientales, medidores de servicios públicos, sistemas de alarma y otros sensores que utilizan SMS y GPRS/EDGE para la comunicación.
Una de las razones para invertir en conectividad 4G y 5G para el IoT es que los operadores están cerrando las redes 2G y 3G heredadas en todo el mundo. Aunque los dispositivos existentes podrían seguir funcionando por el momento en esas redes heredadas, el soporte se reducirá de forma progresiva y las operadoras dejarán de activar nuevos dispositivos 2G. Las conexiones existentes viven en la actualidad de un tiempo prestado.
Al igual que ocurre con la 2G, muchas operadoras están deseosas de poner fin a las antiguas redes 3G para reutilizar ese espectro para soportar la 4G LTE y la 5G. Los nuevos dispositivos necesitan más velocidad, y el 3G alcanza un máximo de unos 3 Mbps. Además de ser más rápido, el 4G LTE también es más eficiente, ya que permite que más dispositivos compartan canales y cuenta con tecnologías IoT masivas como LTE Cat-M y NB-IoT.
Según la inteligencia de la GSMA, además de las 43 redes ya cerradas en 2020, se cerrarán al menos 64 redes más entre 2021 y 2025, ya que los operadores buscan optimizar las operaciones y los costos y recuperar espectro para el 4G y el 5G.
La ventaja de 4G LTE con LTE-M y NB-IoT
La llegada de la cuarta generación de redes celulares (evolución a largo plazo o 4G) supuso un salto cualitativo en el funcionamiento de la telefonía móvil en las aplicaciones industriales. No solo se diseñó por primera vez una nueva radio para manejar las conexiones masivas del Internet de las Cosas (IoT), sino que a medida que las nuevas versiones estuvieron disponibles, los nuevos estándares de bajo consumo permitieron nuevas aplicaciones y dispositivos más pequeños.
Dos estándares de IoT operan en las redes 4G y 5G: la Evolución a Largo Plazo para Máquinas (LTE-M, según sus siglas en inglés) y la banda angosta del Internet de las Cosas (NB-IoT, según sus siglas en inglés), que ofrecen una nueva conectividad de baja potencia y de área amplia en las redes celulares. Esto permitió el despliegue de aplicaciones masivas de IoT, especialmente para uso industrial y agrícola. Con el paso de los años, LTE-M se hizo muy popular en Estados Unidos, y NB-IoT se convirtió en el estándar preferido en Asia y Europa.
Para la mayoría de las aplicaciones masivas de IoT que requieren un bajo consumo de energía y la seguridad y disponibilidad de las redes celulares, NB-IoT y LTE-M son las soluciones preferidas. Aunque ambos soportan despliegues masivos de IoT de miles de conexiones, hay algunas diferencias: NB-IoT requiere menos energía y módems más pequeños, por lo que es ideal para dispositivos más pequeños que funcionan con baterías, pero no es compatible con los SMS (todavía) ni con la voz. LTE-M requiere más energía, pero es compatible con los SMS y una comunicación de voz limitada.
Desde la perspectiva y la rentabilidad del proveedor de servicios celulares, LTE-M les permite soportar el servicio en las redes 4G existentes con una actualización de software, mientras que NB-IoT requiere hardware adicional.
Con la llegada de las redes 5G, tanto LTE-M como NB-IoT forman parte de la especificación y, por tanto, son compatibles de manera directa. Además, para las aplicaciones de IoT que requieren más ancho de banda pero no toda la capacidad de la red, existe 5G NR-REDCAP, que ofrece un rendimiento similar al de LTE en el espectro de sub-GHz.
Con la llegada de la SIM integrada (eSIM), algunas empresas, tales como Infineon, STMicroelectronics y Sony Semiconductors ofrecen conjuntos de chips más pequeños para la conectividad celular.
Nueva radio, 5G avanzada y 5G Redcap
Todavía tenemos que conseguir que todas las especificaciones del 5G estén disponibles en todas partes. La mayoría de las redes 5G de todo el mundo utilizan el la versión 15 del 3GPP, la cual es la 5G Non Standalone (no independiente). Eso significa que esas redes necesitan el apoyo de la infraestructura 4G LTE existente.
El 5G Standalone (la versión 16 y superiores) permite la conectividad masiva del IoT utilizando solo la energía necesaria para realizar el intercambio de datos necesario. Los dispositivos IoT pueden conectarse sobre la marcha y ajustar su potencia en consecuencia.
Además, para las aplicaciones críticas del IoT, como la robótica y las operaciones remotas, las redes 5G proporcionan la fiabilidad necesaria, una latencia ultrabaja y un menor consumo de energía.
La introducción de las capacidades de la nueva Radio 5G NR-REDCAP, que proporciona velocidades 4G a muchas más frecuencias con un menor consumo de energía, hará que el 5G sea una opción adecuada para muchos usuarios que requieren una mayor seguridad y una conectividad sin compromisos. Además, los nuevos conjuntos de chips e iSIM, más pequeños y baratos, ayudan a reducir el costo de la lista de materiales y el consumo de energía.
Según Ericsson, “El trabajo de la versión 17 del 3GPP sobre la compatibilidad con los dispositivos NR de capacidad reducida es un paso importante para ampliar el mercado al que se puede dirigir la 5G NR. Permite que un dispositivo de capacidad reducida opere en cualquiera de las bandas de frecuencia NR”.
Mientras el 5G sigue en desarrollo, el 6G llegará pronto
Se está investigando y desarrollando el siguiente estándar de conectividad inalámbrica celular.
Diferentes empresas e instituciones de investigación están trabajando con el 3GPP para definir y probar la viabilidad de la próxima evolución de la red, la 6G. Esperan que la 6G proporcione velocidades de 1 a 100 Gbps al usuario final, y una capacidad multi-MIMO de 100 a 1000 ondas moduladas de forma simultánea y de forma dependiente, al proporcionar efectivamente velocidades de decenas de Terabytes por segundo.
Además de proporcionar una localización precisa a unos pocos centímetros, que complementa el GPS, las técnicas de imagen 6G identificarán a cualquier persona u objeto en movimiento. Esta infraestructura inteligente e inmersiva podría soportar la realidad virtual (RV) de baja latencia, la realidad aumentada (RA) y la telepresencia sin fisuras.
El auge de las redes inalámbricas privadas
Las redes privadas alámbricas e inalámbricas existen desde hace muchos años. Muchas industrias utilizan una combinación de Ethernet por cable y Wi-Fi para conectar máquinas, sensores, puertas de enlace y otros activos.
Mientras que las redes celulares proporcionan una nueva capa de seguridad y disponibilidad, algunas industrias requieren conectividad en las instalaciones y la posibilidad de asegurar localmente los datos y las operaciones. LTE y 5G ofrecen la opción de desplegar redes celulares privadas para ubicaciones y aplicaciones específicas.
Algunas redes privadas no son más que trozos virtuales que operan sobre la infraestructura pública existente. Los proveedores de servicios celulares las gestionan y ellos asignan una parte del espectro o algunas celdas para sus clientes industriales.
Hoy en día, algunos proveedores de infraestructura celular también ofrecen redes privadas fuera del dominio del CSP. Empresas como Cisco, Samsung, Huawei, Nokia y Ericsson, entre otras, ofrecen ahora sus soluciones de forma directa a los grandes clientes industriales.
“Las industrias también pueden desplegar una red privada con su propio espectro empresarial si puede obtenerlo del regulador”, mencionó Sylwia Kechiche, Analista principal de la industria, empresa en Ookla, “o pueden alquilarlo al operador. Así que hay varias maneras diferentes para una empresa, en función de qué tipo de nivel de control quieren, si quieren estas redes privadas virtuales”.
Juniper Research sitúa a Nokia y Ericsson como líderes en el negocio de la telefonía móvil privada. Según la compañía, “nuestro estudio reveló que los operadores de redes celulares tradicionales suelen retrasarse en el despliegue de las capacidades de las redes privadas, lo que permite a otros proveedores asumir ese papel. Los actores más exitosos aquí son los vendedores de redes con canales de equipos que pueden utilizar para entrar en el mercado. La naturaleza flexible de la 5G ha permitido a muchos operadores no tradicionales prestar servicios de telefonía celular privados, sobre todo cuando la regulación permite el uso sin licencia del espectro de la 5G”.
Los CSP, que son técnicamente capaces, siguen necesitando formar a su personal de ventas para atender las necesidades de sus clientes industriales. Sus vendedores, muchos de los cuales están a punto de jubilarse, están acostumbrados a promocionar servicios más antiguos, como los de voz y datos.
Tom Loozen, líder global de Telecomunicaciones de EY declaró a IoT Times que los operadores de telefonía móvil deben intensificar sus esfuerzos para ofrecer soluciones de red privada. De lo contrario, argumentó que otros integradores de sistemas más agresivos seguirían comiendo su almuerzo.
