Si estás leyendo estas líneas, es muy probable que hayas escuchado alguna vez sobre el internet de las cosas, los dispositivos conectados, las ventajas que podrían tener las ciudades inteligentes en un futuro para sus habitantes, y posiblemente, de una de las tecnologías más prometedoras para lograrlo a gran escala, que es NB-IoT.
Pero antes de entrar de lleno a hablar sobre las virtudes —y desventajas— de este estándar, es necesario que partamos por el principio:
¿Qué es NB-IoT?
NB-IoT —o Narrowband Internet of Things— es un estándar de comunicación para redes de área amplia de baja potencia desarrollado por 3GPP, un consorcio formado por una gran cantidad de empresas del mundo de las telecomunicaciones, y que tal vez les suene conocida como la entidad que desarrolla las redes móviles y las distintas especificaciones alrededor de ellas.
Como es de esperar, NB-IoT está basado en las redes móviles que todos conocemos, y forma parte del 3GPP Release 13, que corresponde a las especificaciones para LTE Advanced Pro, lanzadas en el 2015.
A grandes razgos, se trata de una red de ultra-bajo consumo para dispositivos del internet de las cosas. Está optimizada para la transmisión o recepción de muy pequeñas cantidades de datos, y pensada exclusivamente para dispostivos de baja potencia que se localicen en entornos remotos, como sensores o actuadores, donde no hay acceso a una infraestructura especialmente diseñada para su uso.
Indirectamente, podemos pensar en NB-IoT como un sucesor mucho más moderno de las redes 2G para su uso en aplicaciones fuera de la telefonía móvil, más ahora que muchos operadores —y países— han decidido apagarlas poco a poco, en favor de las redes móviles de última generación.
La ventaja de NB-IoT respecto a otras alternativas, es que puede existir a la par de las redes móviles 4G y 5G, lo que la dota de una cobertura virtualmente nacional, permitiendo un despliegue bastante superior al de otras opciones como LoRaWAN, SigFox o Telensa, con apenas esfuerzo por parte de los operadores nacionales.
¿Cómo funciona?
Como tal, NB-IoT tiene su origen como una extensión de las redes móviles. Sin embargo, es necesario retroceder un par de pasos para entender lo que la hace especial.
A nivel espectral, las redes LTE —al igual que muchas otras tecnologías de transmisión de datos— utilizan un esquema de modulación especial, a fin de optimizar el envío o recepción de datos, así como divisiones de espectro en pequeños bloques físicos de recursos.
Tomemos como ejemplo un operador con un espectro asignado de 5MHz, representando visualmente cada uno de los PRB que lo componen:
Cada uno de esos bloques, —denominados Physical Resource Block (o PRB)— posee un ancho de banda de 180kHz, formando parte de un bloque aún más grande, que será aquel espectro que tenga asigando el proveedor de servicios celulares.
Como podemos observar, este pedacito de espectro estaría compuesto por alrededor de 27 PRB, abarcando todo el «espacio» asignado, que son 5MHz. Sin embargo, este operador no podrá hacer un uso completo de este espacio, debido a las bandas de protección.
Bandas de protección
Las bandas de protección son secciones estrechas no utilizadas del espectro radioeléctrico, pensadas para separar dos rangos de frecuencia más altos, de manera que no existan interferencias entre si al transmitir simultáneamente, protegiendo cada uno de los grupos.
En el caso de las redes móviles, son secciones explícitamente sin asignar, que fungen como separadores entre dos bloques de frecuencias. En nuestro ejemplo, quedarían más o menos así:
¿Y qué sección tiene designada NB-IoT?
A diferencia de su hermano mayor LTE-M1 —del que hablaremos en otra ocasión—, que hace uso de 6 bloques designados dentro del espectro LTE de un operador, NB-IoT únicamente hace uso de un solo PRB, dotándolo de un ancho de banda extremadamente reducido.
Sin embargo, lo que suena como su mayor desventaja, también es su mayor virtud:
Modos de operación, la magia detrás de NB-IoT
NB-IoT tiene la particularidad de tener varios modos de operación, según las necesidades —o recursos— que tenga un operador en particular, como pueden ser:
- Dentro del espectro LTE asignado por el regulador
- Espectro independiente
- Dentro de bandas de protección
En el primer caso, NB-IoT tendría un solo PRB asignado dentro del espectro utilizable del operador, de manera que compartiría espacio con los demás bloques «tradicionales», sin que la calidad del servicio se vea perjudicada en exceso.
No obstante, una de las particularidades de las redes NB-IoT, es que se puede integrar dentro del mismo espacio que las bandas de protección. De esta manera, se reutiliza una pequeña porción de este bloque de espectro, a fin de brindar un servicio extra sin que se vea afectada la calidad en las comunicaciones, licitar nuevas bandas, o que se presenten interferencias durante su uso.
Por si fuera poco, el operador también puede ofrecer múltiples bloques NB-IoT en su red, combinando las distintas «ubicaciones», para dotarlo de aún más densidad, u ofrecer servicios dedicados en a través de bloques exclusivos.
A su vez, NB-IoT tiene la capacidad de ser desplegada fuera del espectro usualmente asignado a la red 4G de un operador, como puede ser una banda distinta a la de los servicios móviles, una red LTE privada, o bien, una combinación de ambos.
Todas estas características permiten que NB-IoT pueda operar con niveles de señal mucho más reducidos, un uso de energía extremadamente bajo, y dependiendo de la implementación, una menor cantidad de interferencias respecto a otros protocolos más comunes, especialmente al combinarlo con las bandas sub-GHz.
Seguridad, tan robusta como las redes móviles
Un dato no menos importante, es que todos los modos de operación cuentan con la misma seguridad que las redes móviles que conocemos, en donde cada dispositivo debe registrarse —a través de varios pasos— de manera independiente y privada, para poder hacer uso de la red como tal.
Por si fuera poco, NB-IoT posee una infraestructura administrada, canales cifrados de transmisión o recepción de datos que pueden hacer uso de comunicaciones P2P, funcionamiento esporádico, y en caso de que algún atacante tenga acceso y quiera reemplazar la SIM, existe la opción de bloquear los dispositivos ante manipulaciones, si es necesario.
¿Dónde se utiliza?
Tal y como indicamos unas líneas más arriba, NB-IoT es una solución moderna bastante polivalente, que puede ser empleada en una enorme variedad de aplicaciones, que van desde recabar datos de sensores colocados en zonas remotas, o incluso controlar dispositivos simples a distancia, como:
- Medidores inteligentes, como los de electricidad, agua o gas
- Alarmas, como las de incendios, inundaciones, gases y sistemas antirrobo
- Monitores de salud y rastreadores personales
- Seguimiento de activos, flotillas o pertenencias
- Smart cities, para control de iluminación, estacionamientos o gestión de residuos
- Monitoreo de las condiciones climáticas
- Agricultura inteligente
- Industria 4.0, para gestionar el funcionamiento de las fábricas
De forma más general, podemos peonsar en ella como una red pensada para todos aquellos sensores y actuadores «pasivos» que podrían encontrarse en un área concreta, independientemente de su aplicación final.
Sensores ambientales en Las Vegas
La ciudad de Las Vegas, en Estados Unidos, ha implementado una serie de sensores para detectar potenciales inundaciones, así como postes para iluminación inteligente, que también recaban información ambiental como temperatura, humedad y acumulación de gases, en colaboración con T-Mobile, Ericsson y Qualcomm.
Aspersores y ovejas conectadas en Noruega
Por su parte, Telia, un operador noruego, lanzó un par de proyectos relacionados con la agricultura y la ganadería.
En el primero, se implementaron sensores de presión sobre sistemas de irrigación, de manera que al caer la presión del mismo en alguna zona, alerte inmediatamente si existe alguna irregularidad. Su segundo proyecto —aunque en fase de prueba—, fue colocar rastreadores a 1000 ovejas pastando en un campo de Rogaland, para reportar la posición exacta, así como la salud del animal.
Detectores de gas y humo en China
China Unicom ha hecho lo propio con alarmas de humo y detectores de gas, planeando un despliegue de 170,000 alarmas de humo para departamentos en renta, en el distrito de Hangzhou. La idea es que estos dispositivos entreguen datos diversos a una plataforma unificada, como niveles de humo, consumo de energía, e intensidad de la señal.
Además, estas alarmas podrán recibir actualizaciones vía OTA, y reportar incidentes a los servicios de emergencia, a los administradores de un edificio, e incluso a otros habitantes de la misma unidad.
¿Cómo se compara respecto a otras alternativas?
Cuando se trata de redes de comunicaciones dedicadas para el internet de las cosas, y especialmente aquellas usadas en despliegues u operaciones considerablemente mayores que los que podemos encontrar en el hogar, existen varias alternativas de baja potencia que son relativamente fáciles de implementar.
En este apartado, tecnologías como LoRaWAN y SigFox suelen ser predominantes, puesto que se caracterizan por entregar una cobertura decente y son apenas exigentes en términos energéticos, lo que las coloca como una alternativa excelente para dispositivos remotos que funcionan a baterías, como sensores u otro tipo de actuadores.
No obstante, cada despliegue requerirá de una puerta de enlace —o gateway— para comunicarse con los dispositivos finales, que bien puede ser proporcionada por un tercero —como The Things Network—, o una gestionada especialmente por nosotros.
Si bien puede sonar como algo positivo en primera instancia, hay que tener en cuenta que, si buscamos cubrir un área especialmente grande o en muchas ubicaciones a la vez —como a nivel nacional—, rápidamente se vuelve problemático gestionar tantos lugares al mismo tiempo. Y aquí, NB-IoT no tiene competencia.
Al hacer uso de la infraestructura 4G/5G existente, NB-IoT puede garantizar un despliegue y estabilidad que dificilmente podríamos obtener por nuestra cuenta, o, al menos, con la misma sencillez.
Otra de las ventajas, es el amplio soporte por parte de operadores, así como de fabricantes de dispositivos y semiconductores. A diferencia de opciones como LoRaWAN, aquí tenemos un estándar ampliamente aceptado por un gran número de empresas, entre ellas, más de 100 operadores a nivel mundial, en 68 países.
Esa adopción, sumado a la extensa cobertura de las redes LTE —y en cierta medida, también 5G—, la convierten en la tecnología celular perfecta para impulsar el internet de las cosas, tanto en el presente, como en el futuro.
