3. Capa de Red: esta capa proporciona conectividad y selección de ruta entre dos sistemas que pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas
4.1 ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE TECNOLOGÍAS LPWAN
Como primer paso, debemos realizar un análisis comparativo entre tecnologías LPWAN existentes con el fin de conseguir una solución óptima acorde a los requisitos de diseño de UAV’s. Como primer approach realizaremos una introducción estas tecnologías:
SIGFOX:
Sigfox es una empresa francesa fundada en 2009, basa su actividad principalmente en desarrollo de redes inalámbricas independientes para su implementación en el internet de las cosas. Para su uso, es necesario la incorporación de chips compatibles, para ello trabaja con fabricantes como Texas Instruments, Atmel, Silicon Labs, entre otros, para poder ofrecer los distintos tipos de SOC, transceptores y componentes de conexión a su red.
Sigfox fue inspirado en el sistema de comunicaciones existente en los submarinos de la II Guerra Mundial, que eran capaces de transmitir mensajes cortos a todo el mundo por medio de transmisores bidireccionales de baja potencia.
Esta tecnología se presenta como un complemento o alternativa al uso de las redes actuales. La red actualmente se encuentra disponible en 32 países, entre ellos España y presenta previsiones de una expansión mayor en un corto plazo de tiempo.
Ilustración 4.1.2: Key Figures de Sigfox.
MÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIAL 23 LoRa y LoRaWAN:
Una serie de líderes de la industria del internet como ARM, Cisco, IBM, Microchip, Semtech, entre otros, fundaron la LoRa Alliance con el objetivo de desarrollar un nuevo tipo de tecnología de comunicación más eficiente y conseguir un standard de tecnología para el internet de las cosas. Estas comunicaciones están enfocadas para pequeños dispositivos que
desean transmitir poca información y, por tanto, no tener la necesidad de una gran velocidad, pero si con la clara intención de emplear el menor consumo posible para mantener el servicio de estos dispositivos.
Este tipo de tecnología es la evolución de las tecnologías de espectro ensanchado usadas en la II Guerra Mundial donde los esfuerzos de investigación y desarrollo se centraban en contramedidas de radares, interceptación de señales y balizas de navegación.
Actualmente existen redes abiertas a usuarios finales en Francia, Bélgica, Suiza, Países Bajos y Sudáfrica, desplegadas por grandes operadores de telecomunicaciones como Orange. En España, no exista actualmente una red operativa, aunque parece que Orange, al igual que en Francia, tiene intención de desplegar una en España.
NB-IoT:
NarrowBand IoT es una tecnología standard evolución de la tecnología LTE/4G para su adaptación al internet de las cosas. Es desarrollado por Vodafone, Huawei y U-Blox, presentando la gran apuesta de las operadoras por la implementación de versiones reducidas de tecnología móvil 4G.
El Grupo Aguas de Valencia y Vodafone España han presentado recientemente una prueba piloto que demuestra la viabilidad de esta tecnología con resultados muy positivos.
Vodafone anunció en octubre de 2016 que implementará las primeras redes NB-IoT comerciales en Alemania, Irlanda, Países Bajos y España en los primeros meses de 2017.
Vodafone contará precisamente en España con más de 1.000 estaciones de red actualizadas con esta tecnología, permitiendo cada una de ellas, conectar más de 100.000 dispositivos a internet.
Ilustración 4.1.3: LoRa.
MÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIAL 24 Tras esta introducción, exponemos las principales características de estas tecnologías LPWAN:
Características
Tecnología Ultra Narrowband Spread Spectrum Ultra Narrowband
Modulación BPSK / GFSK CSS / FSK OFDMA
Topología Estrella Estrella Estrella
Bandas de Frecuencia (EU) 868 MHz 433/868 MHz 800 MHz
Tipo de Banda de Frecuencia Libre (ISM) Libre (ISM) Licenciada (4G)
Ancho de Banda 100 Hz 125-500 kHz 200 kHz
Rango de Alcance Urbano 3-10 km 2-5 km Red Móvil
Rango de Alcance Suburbano 30-50 km 15 km Red Móvil
Velocidad de Transmisión 100 bps 290 bps - 50 kbps 20 kbps
Tamaño del Mensaje 12 bytes 242 bytes -
Limitación de Mensajes 140 mensajes/día Ilimitado Ilimitado
Eficiencia Energética Alta Alta Alta
Inmunidad Interferencias Baja Alta Baja
Desarrolladores Sigfox Lora Alliance 3GPP
Disponibilidad en España Si Si 2017
* NB-IoT es el nombre dado a LTE Cat. 13 NB1, desarrollado por Vodafone, Huawei y U-Blox. Tabla 4.1.1: Análisis Comparativo de Características de las Tecnologías LPWAN.
Una vez establecidas las características de las tecnologías a valorar, debemos establecer el criterio de valoración, para ello expondremos las características demandadas para este proyecto.
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Alcance:
La OACI define siete tipos de espacio aéreo, nombrando a cada uno de ellos con una letra desde la A hasta la G. De la A a la E nos encontramos ante espacios aéreos controlados. Los requisitos y grado de control requeridos para volar en estos espacios son mayores en la zona A y se van reduciendo hacia la E. Los espacios F y G son espacios aéreos no controlados y son este tipo de espacios aéreos en los que los UAV’s pueden volar.
Para los vuelos se seguirán las Reglas de Vuelo Visual (VFR), vuelo realizado de día y condiciones visuales favorables, siempre a la vista y con la limitación de no superar los 120 metros de altura, además de realizar el vuelo en zonas adecuadas, en nuestro caso, en el Club de Aeromodelismo A Pombiña, situado en Narón.
Eficiencia Energética:
La eficiencia energética será otro factor imprescindible, debemos asegurar cargar al dron con el menor el menor consumo posible con el fin de afectar lo mínimo la autonomía de vuelo.
Transmisión de Información:
Debemos asegurar el máximo ancho de banda y las menores interferencias con el fin de mantener un enlace estable en el cuál se pueda transmitir la mayor cantidad de datos evitando la pérdida de paquetes.
Tras esto, exponemos las valoraciones en cuanto a afinidad, siendo elegida la tecnología LoRa: Requisitos de Diseño Alcance ✓ ✓ ✓ Eficiencia Energética ✓ ✓
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Ancho de Banda X ✓ ✓ Inmunidad a Interferencias X ✓ X Disponibilidad ✓ ✓ XMÁSTER EN INGENIERÍA INDUSTRIAL 26