IoT masivo es el nombre que reciben los despliegues en los que un número muy grande de dispositivos pequeños, baratos y alimentados por batería se conectan en una misma zona, y cada uno envía unos pocos bytes de datos de vez en cuando. Piense en todos los contadores de agua de una localidad, todas las plazas de aparcamiento de un entramado de calles o todos los contenedores de residuos de una ruta de recogida. El término procede de la planificación del 5G por parte del sector móvil, donde describe redes diseñadas para admitir un millón de dispositivos por kilómetro cuadrado.

Para las empresas de servicios públicos y los urbanistas, la escala cambia lo que hay que planificar. Un sensor es fácil. Cuarenta mil plantean preguntas sobre la capacidad de radio, la duración de las baterías, quién opera la red y cómo un equipo pequeño sabe qué dispositivos siguen comunicando.

Lo esencial

  • IoT masivo significa cantidades enormes de dispositivos de bajo consumo que envían cada uno mensajes pequeños y poco frecuentes, normalmente con baterías pensadas para durar muchos años.
  • Las opciones celulares son NB-IoT y LTE-M, operadas por los operadores móviles en espectro con licencia, y son también la forma en que el 5G cubre hoy el IoT masivo.
  • Las tecnologías LPWAN como LoRaWAN y mioty usan espectro sub-GHz sin licencia, en redes que puede operar usted mismo.
  • La radio determina la capacidad y la duración de las baterías, mientras que la operación de la flota determina si el proyecto sigue funcionando en su quinto año.

¿Qué son los dispositivos de IoT masivo?

Los dispositivos de IoT masivo comparten un perfil más que una finalidad. Son fijos o se mueven despacio. Informan según un calendario: cada 15 minutos, cada hora o una vez al día. Cada envío es diminuto, a menudo de 10 a 50 bytes: una lectura de contador, un nivel de llenado, una temperatura, un estado abierto o cerrado. Toleran el retardo, porque nadie necesita el estado de una plaza de aparcamiento en 10 milisegundos. Y funcionan con baterías que se espera que duren años, porque mandar a alguien a cambiar 40 000 baterías es un proyecto en sí mismo.

Ejemplos típicos son los contadores de agua, gas y calor, los sensores de plazas de aparcamiento, los sensores de nivel de llenado en contenedores de residuos, las sondas de humedad del suelo, los detectores de fugas en edificios, los nodos de calidad del aire y las etiquetas sencillas de localización de activos. Un videoportero o una cámara de seguridad no pertenecen a este grupo. Ambos necesitan mucho más ancho de banda y energía de los que una red de IoT masivo está diseñada para ofrecer.

Las cifras muestran por qué el problema es el número de transmisiones y no la cantidad de datos. Tomemos como ejemplo una empresa de aguas con 40 000 contadores, cada uno de los cuales envía una lectura de 20 bytes cada hora:

  • 40 000 contadores × 24 lecturas = 960 000 mensajes al día
  • 960 000 mensajes × 20 bytes ≈ 19 MB al día, menos que un vídeo corto del móvil

El volumen de datos es insignificante. Lo difícil es que casi un millón de transmisiones de radio cortas tienen que llegar a un receptor sin chocar entre sí, que cada contador tiene que despertarse, transmitir y volver a dormir con un presupuesto de energía ajustado, y que los sistemas centrales tienen que distinguir un contador que está callado de uno averiado.

Distinguir ambos casos es tarea de la operación de la flota. A esta escala, los dispositivos se registran por lotes, sus claves de seguridad se guardan en un lugar más seguro que una hoja de cálculo y se vigila qué dispositivos dejan de informar, porque una batería agotada y una radio averiada parecen idénticas vistas desde la oficina.

Quien compara el mejor software de actualización OTA para flotas de IoT masivo se encuentra con una cuestión de radio antes que con una de software. Una actualización de firmware por el aire (OTA) significa enviar decenas o cientos de kilobytes a cada dispositivo, y las redes de bajo consumo están pensadas sobre todo para el tráfico de subida. LoRaWAN, por ejemplo, cuenta con especificaciones de la LoRa Alliance para multidifusión y entrega fragmentada de firmware, pero en bandas sin licencia con límites de ciclo de trabajo, actualizar miles de dispositivos puede llevar horas o días. LTE-M gestiona con más holgura las descargas grandes. Muchos fabricantes de dispositivos simplemente diseñan el hardware de IoT masivo para que rara vez necesite una actualización.

¿Qué redes móviles admiten el IoT masivo?

Los operadores móviles atienden el IoT masivo con dos estándares del 3GPP, el organismo que redacta las especificaciones celulares. Ambos llegaron con la Release 13 del 3GPP, completada en 2016.

NB-IoT (Narrowband IoT) usa un canal de solo 180 kHz de ancho. Es lento y está pensado para cargas útiles muy pequeñas, pero llega hasta el interior profundo de los edificios y bajo tierra, lo que lo convierte en una opción habitual para contadores. LTE-M, también llamado LTE Cat-M1, usa 1,4 MHz, ofrece velocidades de datos más altas, sigue funcionando mientras un dispositivo pasa de una celda a otra e incluso puede transportar voz. Ambos tienen dos funciones de ahorro de energía, PSM (modo de ahorro de energía) y eDRX (recepción discontinua extendida), que permiten a un dispositivo dormir durante largos periodos sin dejar de estar registrado en la red.

La vía celular tiene puntos fuertes claros. El operador construye y mantiene la red, la cobertura a menudo ya existe y el espectro tiene licencia, así que nadie más puede transmitir en él. Las contrapartidas son igual de claras. Cada dispositivo necesita su propia suscripción, la cobertura depende de si su operador ha activado NB-IoT o LTE-M allí donde estarán sus dispositivos, y el soporte de itinerancia entre países varía.

La otra familia es la tecnología LPWAN (red de área amplia de bajo consumo) en espectro sin licencia, principalmente LoRaWAN y mioty. Aquí es usted, o un proveedor que elija, quien instala gateways o estaciones base, y los dispositivos no necesitan una suscripción por dispositivo. Comparadas una junto a otra, las cuatro quedan así:

NB-IoT LTE-M LoRaWAN mioty
Espectro Con licencia, del operador Con licencia, del operador Sin licencia, sub-GHz Sin licencia, sub-GHz
Quién opera la red Operador móvil Operador móvil Usted o un proveedor Usted o un proveedor
Suscripción por dispositivo Sí Sí No No
Punto fuerte Alcance en interiores profundos Movilidad, cargas útiles mayores Gran ecosistema de dispositivos Capacidad, tolerancia a interferencias
Organismo de normalización 3GPP 3GPP LoRa Alliance ETSI

Ninguna de las dos familias gana en todos los casos. Una empresa de servicios públicos que ya paga a un operador por miles de conexiones valora la elección de forma distinta a una ciudad que quiere ser propietaria de su infraestructura de radio durante décadas.

¿Qué es el IoT masivo en 5G?

Cuando la UIT, la agencia de las Naciones Unidas para las telecomunicaciones, estableció los requisitos del 5G bajo el nombre IMT-2020, definió tres escenarios de uso. La banda ancha móvil mejorada cubre los teléfonos y los datos rápidos. Las comunicaciones ultrafiables de baja latencia cubren aplicaciones como el control industrial. Las comunicaciones masivas de tipo máquina, abreviadas como mMTC, cubren cantidades enormes de dispositivos sencillos, y ese tercer escenario es el IoT masivo. El requisito mínimo de la UIT para él es una densidad de conexiones de 1 000 000 de dispositivos por kilómetro cuadrado.

Lo que sorprende a muchos es que el IoT masivo en 5G es hoy, sobre todo, NB-IoT y LTE-M. El 3GPP incluyó ambos en su propuesta de 5G porque cumplen los requisitos de mMTC, y los operadores pueden explotarlos junto a 5G New Radio. No existe una radio 5G más reciente para los sensores más baratos. 5G RedCap (capacidad reducida), introducido en la Release 17, se dirige a un nivel intermedio, como los wearables y las cámaras industriales, que necesitan más ancho de banda del que ofrece NB-IoT. La Release 19 inició el trabajo sobre el IoT ambiental, orientado a etiquetas diminutas que obtienen energía de su entorno en lugar de llevar batería, pero ese trabajo está en una fase temprana.

Así que, cuando un proveedor habla de IoT masivo en 5G, las preguntas útiles que hay que hacerle son concretas. ¿Qué radio usan realmente los dispositivos? ¿La admite su operador en los puntos donde se montarán los dispositivos, incluidos sótanos y armarios de contadores? ¿Cuánto cuesta una suscripción por dispositivo y año, multiplicada por el número de años que espera que funcionen los dispositivos?

¿Cómo gestiona mioty el IoT masivo?

mioty se diseñó desde el principio para el caso denso y de bajo consumo. Es una tecnología LPWAN desarrollada en Fraunhofer IIS y normalizada por ETSI como TS 103 357, una especificación también conocida como TS-UNB (telegram splitting ultra-narrowband). En Europa transmite en la banda libre de 868 MHz.

Su idea central es la fragmentación de telegramas (telegram splitting). En lugar de enviar un mensaje en una sola ráfaga, un dispositivo mioty lo divide en muchos subpaquetes muy cortos y los envía en momentos distintos y en frecuencias distintas. Un código de corrección de errores permite a la estación base reconstruir el mensaje aunque se pierda hasta la mitad de esas ráfagas. En una banda saturada eso importa: si otro transmisor borra unas cuantas ráfagas, el mensaje llega igualmente y, como cada ráfaga es tan corta, las colisiones entre miles de dispositivos son de entrada menos probables.

Las cifras de capacidad publicadas por Fraunhofer IIS y la mioty Alliance son de hasta 110 000 dispositivos finales por estación base, con un alcance de unos 2,5 km, y hasta 3,5 millones de mensajes al día por estación base para cargas útiles pequeñas enviadas aproximadamente cada hora. Son cifras del protocolo, y los resultados reales dependen del terreno, los edificios y los intervalos de envío. Frente al ejemplo anterior de 40 000 contadores, el presupuesto de mensajes de una sola estación base deja margen de sobra, lo que significa que la planificación de una red mioty depende sobre todo de la cobertura.

Una estación base, por sí sola, solo recibe la radio. Sigue necesitando un service center, el nombre que da mioty al servidor de red que gestiona los dispositivos finales y entrega sus lecturas a las aplicaciones. En Kilo puede ejecutar esa pieza de tres maneras: alojar usted mismo el Kilo mioty Service Center de código abierto; usar mioty con el servidor de red integrado en Kilo Cloud, donde añade un conector mioty, configura sus estaciones base para que apunten a él y no tiene ninguna infraestructura mioty que operar; o, previa solicitud, contar con la edición Enterprise, que Kilo le licencia e instala en sus propias instalaciones.

A partir de ahí, las lecturas de mioty aparecen en los mismos paneles y reglas que los dispositivos LoRaWAN de la misma organización. Para flotas del tamaño de un distrito, un solo disparador de regla puede vigilar hasta 500 dispositivos seleccionados y evalúa cada uno por separado.

Preguntas frecuentes sobre IoT masivo

¿Qué diferencia hay entre el IoT masivo y el IoT crítico?

El IoT masivo se optimiza para cantidades enormes de dispositivos, bajo coste y larga duración de la batería, y acepta retardos de segundos o más. El IoT crítico está en el extremo opuesto: cirugía remota, mensajes de seguridad entre vehículos o robots estrechamente sincronizados, donde un mensaje tiene que llegar en milisegundos y casi nunca fallar. Ambos usan hardware distinto, funciones de red distintas y presupuestos muy distintos.

¿Se considera LoRaWAN IoT masivo?

LoRaWAN no forma parte de la definición de 5G de la UIT, que abarca estándares celulares, pero atiende a la misma clase de dispositivos y se usa ampliamente en medición, edificios y agricultura. La mayoría de los sensores LoRaWAN son dispositivos de Clase A, que solo escuchan durante una breve ventana justo después de transmitir. Ese hábito es una parte importante de por qué pueden funcionar años con una batería.

¿Cuánto duran las baterías de los dispositivos de IoT masivo?

El objetivo de diseño del 3GPP para NB-IoT y las opciones de IoT celular estudiadas junto a él era de hasta diez años de duración de la batería con una batería de 5 Wh. La duración real depende de la frecuencia con que informa el dispositivo, de la distancia a la celda o estación base más cercana y de la temperatura a la que está expuesto. Un sensor que informa cada 15 minutos desde un sótano profundo consume mucha más energía al día que uno que informa a diario desde una azotea.

¿Necesita 5G el IoT masivo?

No. Muchos operadores lanzaron NB-IoT y LTE-M en sus redes 4G años antes del 5G, y las LPWAN no necesitan ninguna red móvil. Un plazo más apremiante para muchas empresas de servicios públicos es el apagado de las redes 2G y 3G, que obliga a pasar los contadores conectados más antiguos a una tecnología más reciente.

Cinco contadores emulados, creados a partir de plantillas de modelos de sensores reales, le permiten ensayar la parte operativa antes de comprar una estación base. Muestre sus lecturas en un panel y configure una regla que genere una alarma cuando el consumo supere el límite que usted elija; el plan gratuito de Kilo tiene cabida exactamente para eso. «Enviar una vez» envía una sola lectura fuera de rango, para que pueda ver cómo llega la alarma. Cuando llegue el hardware mioty o LoRaWAN real, conecte esos mismos dispositivos al conector real y conserve el panel y la regla que ya ha creado.