Espacios inteligentes: conectividad

Además, un diseño que elija un método de comunicación que no sea adecuado para su aplicación, no solo sufrirá fallas de diseño, sino que incluso puede requerir uno nuevo desde cero, ya que el hardware subyacente elegido desde un principio puede no ser compatible con otra tecnología de comunicaciones.

Por ello, es esencial que los ingenieros se tomen el tiempo necesario para determinar con exactitud cuáles son los requisitos de su proyecto, qué puede ofrecer cada tecnología de comunicación y cuál es la más adecuada para su situación.

¿Qué factores son importantes a la hora de elegir una opción de conectividad de espacio inteligente?

A la hora de elegir la tecnología de conectividad, son muchos los factores que pueden hacer que una solución se convierta en un fracaso. En el caso de los espacios inteligentes, lo más probable es que se reduzca la autonomía, la potencia, el ancho de banda, la confiabilidad, las características y la seguridad.

Seleccionar una opción de conectividad basada en el alcance permitirá que los dispositivos funcionen a mayores distancias, pero esto puede ser a costa del consumo de energía. El alcance está relacionado de forma directa con la energía consumida y, por tanto, las tecnologías de máximo alcance son las que más potencia consumen (a no ser que sacrifiquen su ancho de banda).

La energía es el segundo factor más importante que hay que tener en cuenta a la hora de implementar una solución inalámbrica, ya que el consumo de energía varía mucho entre las distintas tecnologías. Las tecnologías con menor ancho de banda y menor alcance consumirán a menudo órdenes de magnitud menores de energía que las tecnologías de alta potencia y largo alcance, y esto puede ser conveniente para los dispositivos alimentados por baterías con cantidades limitadas de energía inmediata.

El ancho de banda es otro factor importante a considerar, ya que algunos dispositivos pueden requerir el envío de grandes cantidades de información (como las cámaras), mientras que otros pueden arreglárselas con el envío de unos pocos bytes cada hora. Lo mejor es intentar utilizar el menor ancho de banda posible, ya que esto suele permitir mayores alcances a la vez que se reduce de manera significativa el consumo de energía.

La fiabilidad es un factor que puede ser problemático para los diseños que necesitan dar respuestas en tiempo real. Esto no significa que siempre se envíen datos, pero sí que en el momento en que se produce un evento, el dispositivo o el servicio al que se conecta debe ser capaz de responder de inmediato. Una tecnología de comunicación inalámbrica que no puede proporcionar confiabilidad puede perder eventos, lo que lleva a un sistema poco fiable.

Aunque todas las tecnologías de comunicación inalámbrica ofrecen la transmisión de datos como servicio fundamental, algunas tecnologías pueden ofrecer funciones adicionales, como el posicionamiento. Estas características pueden aportar funcionalidad adicional sin costo añadido a un diseño.

Pero de todos los factores mencionados con anterioridad, uno de los más importantes, por mucho, es la seguridad. Con la creciente importancia de la privacidad y la seguridad en la electrónica moderna, los futuros espacios inteligentes estarán dominados por dispositivos habilitados para Internet, y la posibilidad de que se recopilen datos privados (rostros, biometría, etc.), hará necesario que los dispositivos de los espacios inteligentes sean seguros. Por ello, cualquier tecnología de comunicación inalámbrica que se elija deberá estar protegida contra los ataques.

¿Cuáles son las principales tecnologías de espacios inteligentes?

Aunque existen varias tecnologías inalámbricas, las más comunes son Wi-Fi, Bluetooth, celular y banda ultraancha (UWB). Existen otras tecnologías como LoRaWAN y los satélites, pero se utilizan en aplicaciones más especializadas en las que los sensores pueden encontrarse en zonas en extremo remotas.

El Wi-Fi es una tecnología excelente para aplicaciones que buscan un buen alcance y altas tasas de transferencia de datos. Dado que el Wi-Fi se desarrolló pensando en la electrónica de consumo, está diseñado para su uso en juegos, transmisión de videos e intercambio de archivos, todo lo cual puede ser en extremo exigente. Sin embargo, la baja latencia, el gran ancho de banda y el largo alcance tienen como contrapartida un elevado consumo de energía, lo que puede hacer que el Wi-Fi sea una mala opción para los dispositivos alimentados por baterías.

El Bluetooth es una tecnología inalámbrica que funciona en el mismo espectro de frecuencias que el Wi-Fi (2,4 GHz), pero, a diferencia de este, tiene un alcance de solo unos metros y una velocidad de tasas de transferencia de datos mucho menor. Esto hace que Bluetooth sea una opción de muy bajo consumo (en comparación con el Wi-Fi), y el desarrollo del Bluetooth de baja energía es un complemento aún mejor para las aplicaciones que buscan funcionar con batería para períodos de tiempo prolongados. Sin embargo, el reducido ancho de banda implica que los sensores que buscan transmitir grandes paquetes de datos pueden hacerlo mejor con una tecnología diferente.

Las comunicaciones celulares (como el 4G y el 5G) utilizan menos energía en comparación con el Wi-Fi y ofrecen un excelente alcance y ancho de banda. Esta tecnología también aprovecha que en una zona con cobertura móvil no es necesario instalar ningún equipo especial para que los sensores se conecten a la red. Sin embargo, la cobertura celular no siempre es buena, y las zonas remotas sobre todo pueden sufrir el acceso a la red.

UWB es una tecnología de red que ha empezado a ganar adeptos desde hace poco tiempo gracias a su capacidad para ofrecer comunicaciones de largo alcance y consumir mucha menos energía que el Wi-Fi y la telefonía móvil. Además, el uso de un amplio espectro y de ráfagas cortas de energía permite un posicionamiento en extremo preciso de los dispositivos. Así, la UWB es en particular ventajosa en aplicaciones que requieren el seguimiento de activos en movimiento.

¿Qué opción de conectividad de espacio inteligente es la mejor?

Después de revisar las diversas opciones de conectividad disponibles para los ingenieros, la pregunta sigue siendo: ¿Cuál es la mejor? La respuesta es ninguna de ellas, ya que la selección de la tecnología de conectividad a utilizar depende de los requisitos del diseño.

Los espacios inteligentes al aire libre en zonas urbanas pueden beneficiarse en gran medida de las redes celulares gracias a la amplia cobertura que ofrecen, la posibilidad de instalar dispositivos en la mayoría de los lugares sin dejar de recibir una señal confiable y la posibilidad de trabajar con la energía de la batería. Además, el uso de redes celulares elimina la necesidad de routers, puentes o módems adicionales que se sitúan entre los dispositivos y un ISP, lo que reduce de manera significativa la complejidad del hardware.

Los espacios inteligentes de interior (como los hogares) pueden aprovechar el Wi-Fi debido a su buen alcance, su amplia disponibilidad para particulares, su capacidad para proporcionar mensajes de baja latencia y su uso generalizado en dispositivos de IoT preexistentes. Aunque el Wi-Fi consume mucha energía, es probable que los dispositivos instalados en el interior tengan acceso a la red eléctrica.

Los espacios inteligentes que no disponen de infraestructura eléctrica pueden depender de las baterías, y en esos casos, tanto el Bluetooth como el UWB pueden ser beneficiosos. Ya existen en el mercado algunos dispositivos Bluetooth de bajo consumo que se alimentan por sí mismos a través de la fuerza mecánica (como un timbre), lo que demuestra lo poco que se necesita para hacer funcionar los dispositivos Bluetooth.

Las aplicaciones que implican sensores en movimiento (como transpaletas, personas o paquetes), pueden aprovechar las ventajas de la UWB, que ofrece largo alcance, baja energía y un seguimiento preciso. La UWB ya se utiliza en dispositivos de seguimiento de activos, como los AirTags de Apple, y cada vez son más los teléfonos inteligentes que integran la UWB en sus diseños.

¿Hacia dónde apuntará la industria del espacio inteligente?

De todas las tecnologías de comunicación que se utilizan en la actualidad, la celular parece ser la solución definitiva para los espacios inteligentes. En primer lugar, lo más probable es que los espacios inteligentes del futuro se limiten a las ciudades, los emplazamientos industriales y los hogares, y todos estos lugares tienen recepción celular. Esto significa que se pueden añadir dispositivos a un espacio inteligente sin necesidad de instalar nuevos equipos de red, y el único requisito para agregar nuevos equipos sería dirigirlos al servicio de nube correcto.

Mientras que el 5G todavía está en fase de implementación, el 6G ya está en desarrollo, e incluso se afirma que será la primera red unificada en la que será la única red inalámbrica necesaria. Por supuesto, el Bluetooth y el Wi-Fi seguirían desempeñando una función, pero una red centralizada podría aportar grandes ventajas, como una mejor cobertura y una instalación más sencilla. Además, es probable que los espacios inteligentes contengan cientos de sensores, y las redes Wi-Fi actuales no están diseñadas para manejar tantos dispositivos conectados al mismo tiempo (mientras que las redes celulares sí lo están).

Existen muchas tecnologías de conexión y es esencial elegir la adecuada para su aplicación, ya que intentar hacer cambios en un diseño demasiado avanzado en la fase de desarrollo puede ser en extremo costoso. A la hora de decidirse por una tecnología, defina cuáles son los requisitos principales de su diseño y, a continuación, considere qué características futuras puede decidir incluir. Por último, hay que pensar hacia dónde puede avanzar el sector, ya que hacer que los dispositivos sean compatibles con las soluciones futuras podría suponer una enorme ventaja competitiva frente a los dispositivos que se deban reemplazar.