Todos sabemos que una característica importante de las redes de área amplia de baja potencia (LPWAN) es su consumo energético ultrabajo. La mayoría de las tecnologías LPWAN afirman que pueden ofrecer una autonomía de más de 10 años, lo que las convierte en el tipo de conexión preferido para las redes de sensores IoT alimentadas por batería.
¿Cómo consigue LPWAN una autonomía de batería tan prolongada?
topología en estrella
Debido a las grandes distancias físicas, las redes LPWAN pueden implementarse con una topología en estrella y, aun así, cubrir de forma eficaz una amplia zona geográfica. Como se mencionó en el artículo anterior, una topología en estrella de un solo salto ahorra órdenes de magnitud más energía que una topología en malla en el caso de las redes inalámbricas de corto alcance.
Comunicación asíncrona
La mayoría de las redes de área amplia de baja potencia que operan en el espectro sin licencia utilizan protocolos ligeros de control de acceso al medio (MAC) para las comunicaciones asíncronas. Por ejemplo, el protocolo de acceso aleatorio ALOHA, de uso común. En un sistema ALOHA, los nodos acceden al canal y envían mensajes en cualquier momento sin necesidad de enviar señales a la estación base para solicitar permiso ni de detectar las transmisiones actuales de otros nodos para coordinarse.
La principal ventaja de este protocolo de acceso aleatorio es que no requiere una sobrecarga de control compleja. Esto reduce considerablemente el consumo de energía y simplifica el diseño del transceptor. La desventaja es que la comunicación asíncrona puede limitar significativamente la escalabilidad. Esto se debe a que la transmisión de datos entre nodos no está coordinada, lo que aumenta la probabilidad de colisiones de paquetes y de pérdida de datos.
modo de suspensión
Los nodos finales LPWAN están programados para estar activos únicamente cuando necesitan transmitir mensajes. El resto del tiempo, el transceptor se apaga y entra en modo de suspensión profunda, con lo que consume muy poca energía. Si partimos de la base de que un nodo solo necesita enviar unos pocos mensajes al día (enlace ascendente), el consumo de energía es muy bajo.
En la comunicación bidireccional, el nodo final debe estar activo para escuchar los mensajes de enlace descendente enviados desde la estación base. A continuación, se puede establecer un horario de escucha para que los nodos solo se activen en momentos predefinidos para recibir los mensajes de enlace descendente. Como alternativa, se puede coordinar a los nodos y las estaciones base de manera que los mensajes de enlace descendente se envíen poco después de que llegue el enlace ascendente. Esto ayuda a reducir el tiempo que un nodo necesita estar “activo” para recibir datos.
¿Tienen las distintas tecnologías LPWAN la misma duración de la batería?
La respuesta es rotundamente no. De hecho, el consumo energético y la duración de la batería resultante pueden variar considerablemente no solo entre las distintas tecnologías LPWAN, sino incluso entre los distintos modelos de implementación de una misma tecnología. Veamos a continuación los dos factores principales.
En primer lugar, el tiempo de “difusión” de radio —el principal indicador del consumo de energía durante la transmisión— varía significativamente entre los distintos sistemas LPWAN. Para que quede claro, la transmisión es la actividad que más energía consume en un nodo final. El tiempo de difusión es el tiempo total que tarda un mensaje en propagarse desde un nodo hasta la estación base. En igualdad de condiciones, cuanto más corto sea el tiempo de emisión, menor será el consumo de energía. Si se envía el mismo mensaje tres veces por motivos de redundancia, su tiempo total de emisión y su consumo de energía se triplicarán.
En segundo lugar, no todas las LPWAN emplean una combinación de los tres métodos anteriores. Por ejemplo, para mejorar la calidad del servicio, las LPWAN celulares emplean protocolos de sincronización mediante los cuales los nodos finales deben enviar una señal a la estación base para solicitar permiso para enviar mensajes (es decir, un «handshake»). Además de imponer mayores requisitos de consumo energético debido a una sobrecarga excesiva, este proceso también hace que el consumo de energía y la duración total de la batería de cada transmisión sean impredecibles, ya que resulta difícil prever cuántos «handshakes» habrá que realizar antes de que se permita el envío del mensaje. .
Con el respaldo del ETSI, la segmentación de Telegram introduce un método de transmisión único que minimiza el tiempo de difusión y, al mismo tiempo, resuelve el dilema entre la calidad del servicio y el consumo energético.
Por último, 10 o incluso 20 años es, en realidad, un periodo muy largo en lo que respecta a la duración de la batería, pero hay una serie de factores que deben tenerse plenamente en cuenta para lograrlo. Aparte de condiciones generales como la frecuencia de los mensajes y el tipo de batería utilizada (preferiblemente una con una baja tasa de autodescarga), al fin y al cabo, la elección de la tecnología LPWAN adecuada sí que importa. módulo nbiot
