La versión 17 de la norma 3GPP mejorala compatibilidad con NB-IoT y las redes no terrestres. Esto se denomina escenario 4 o, por los implicados, escenario satélite. Las constelaciones de satélites de órbita terrestre baja (LEO) podrán gestionar el tráfico NB-IoT (IoT de banda estrecha) definido por las normas 5G, sin modificaciones.
Cualquier dispositivo IoT con conectividad celular podrá conectarse y comunicarse con constelaciones de satélites equipadas con tecnología de torre celular 5G. El dispositivo IoT no necesita ninguna modificación ni antena especial. De hecho, es posible que el aparato ni siquiera sepa que funciona a través de una red no terrestre. Actualmente se están creando redes no terrestres (RNT) para ofrecer una conectividad verdaderamente ubicua. Para saber cómo ypor qué, Avnet hablócon Gianluca Redolfi, Director General de Sateliot, uno de los pioneros en este campo.
¿Cómo se pone la 5G en el espacio?
En el pasado, las redes celulares comerciales estaban centradas en el ser humano. Eso cambió con IoT. Pero hay un desajuste entre el despliegue de torres de telefonía móvil y la ubicación de los dispositivos conectados. Cada vez se utilizan más dispositivos en lugares remotos. Se necesita una mayor cobertura 5G para darles soporte.
Hay que ampliar la cobertura a zonas que no pueden ser atendidas por las redes convencionales. Los miembros del 3GPP lo reconocen y están trabajando para solucionarlo.
La red desplegada por Sateliot se basa en nanosatélites. Un nanosatélite es un término general para describir cualquier satélite que pese hasta 10 kg. Cada nanosatélite incluye una carga útil, que en este caso es la torre celular 5G. Sateliot colabora con socios para construir y lanzar los nanosatélites, pero ha desarrollado la propia carga útil.
Los satélites LEO de la empresa orbitan el planeta a 24.000 kilómetros por hora, a una altura de 600 km. tarda unos 90 minutos en completar una órbita, por lo que se necesitan varios satélites para proporcionar una cobertura casi constante.
Todo lo que se pone en órbita está expuesto a variaciones extremas de temperatura, radiación y efectos espaciales como vientos solares y fragmentos de meteoritos. Sateliot ha diseñado sus nanosatélites para que sobrevivan en el espacio unos cinco años.
Gianluca Redolfi explicó que la empresa tiene previsto construir un NTN de 256 nanosatélites. Esto proporcionaría cobertura suficiente para que los dispositivos IoT de cualquier parte de la superficie se conectaran a la red una vez cada minuto.
El NTN cumple las normas 3GPP. Cada satélite de una NTN debe proporcionar conectividad para hasta 50.000 dispositivos NB-IoT. Con esta capacidad, Redolfi no ve ningún problema en que la red Sateliot soporte el IoT masivo. Si la red se acerca a su capacidad, la empresa puede añadir más satélites. «Tenemos autorización para llegar a 500», dijo Redolfi.
¿Qué es el IoT masivo?
El IoT masivo es el punto en el que se unen la tecnología celular y el IoT. El IoT masivo describe el tipo de dispositivos que necesitan una conectividad a Internet sencilla pero fiable y de bajo coste. Ofrecer esa conectividad crea nuevas oportunidades. Es masivo porque podría haber cientos de miles de millones de dispositivos conectados de esta forma.
Redolfi explicó que el principal mercado objetivo de Sateliot es el IoT masivo. Esto puede incluir soluciones ecológicas como la vigilancia de avalanchas or prevención de incendios forestales. También abarcará aplicaciones agrícolas como el control del pastoreo del ganado en llanuras remotas. Desde el punto de vista comercial, cambiará la forma de operar de las empresas de logística y dela cadena de suministro, al proporcionar una supervisión continua de los activos, estén donde estén en el mundo.
«El IoT masivo requiere dos cosas: dispositivos o sensores muy asequibles y una conectividad muy asequible», dijo Redolfi. Los usuarios pueden esperar pagar 1 $ al mes o menos para mantener cada dispositivo conectado.
Los sensores de bajo coste, unos 2 $ cada uno según Redolfi, también deben ser de bajo consumo. Se espera que funcionen hasta cinco años sin mantenimiento, lo que incluye un cambio de pilas. Aunque quizá no tan duros como los del espacio, los sensores utilizados en el IoT masivo también podrían estar expuestos a condiciones extremas.
Redes celulares para el IoT masivo
Las generaciones anteriores de conectividad celular se han utilizado para complementar las operaciones de IoT. Se espera que las tecnologías implementadas en 5G cambien el panorama. Las comunicaciones de banda estrecha se concibieron pensando en los datos. Proporciona la combinación adecuada de ancho de banda y fiabilidad que necesita el IoT.
La cuestión sigue siendo la cobertura. Pero con los NTN que se están realizando ahora, puede que la cobertura deje de ser un problema. Aquí es donde encajarán Sateliot y las empresas como ella. Redolfi cree que su empresa tiene una ventaja significativa sobre las demás.
«Estamos recurriendo a distintas empresas. Tenemos nuestro propio equipo interno, y en conjunto esto nos basta para construir la primera constelación de satélites con este estándar. Somos los primeros, y probablemente estemos un par de años por delante de los demás», afirma Redolfi.
Redolfi cree que el modelo de red celular está preparado para la disrupción. Actualmente, los proveedores de red atraen abonados, venden equipos diseñados para su red y retienen a los clientes mediante contratos vinculados a sus servicios. Esto puede funcionar para las personas, pero cree que las empresas con dispositivos conectados tienen requisitos diferentes.
El modelo de negocio de Sateliot consiste en asociarse conh proveedores de redes terrestres. La red Sateliotl actúan como cualquier otra red para los clientes con contrato de itinerancia. Cuando su dispositivo no pueda conectarse a una torre de telefonía móvil local, cambiará automáticamente a una torre de telefonía móvil por satélite.
«Vendemos nuestra conectividad al por mayor a los operadores del mundo, proporcionando ampliación de cobertura para IoT de banda estrecha a sus clientes», dijo Redolfi.
Redes no terrestres para el IoT masivo
El consorcio 3GPP lleva trabajando en la normalización de la NTN desde 2017, con un elemento de estudio (SI) en la versión 15. El potencial de las redes 5G no terrestres abarca casos de uso que entran dentro de los habilitadores de servicios de banda ancha móvil mejorada (eMBB) y comunicaciones masivas de tipo máquina (mMTC). Para las aplicaciones IoT, el mMTC es el eje central. NB-IoT pertenece a mMTC.
Las NTN están pensadas para proporcionar continuidad de red a los dispositivos que entran y salen de la cobertura de las torres de telefonía terrestre. Sin embargo, los satélites se mueven a velocidades de unos 7,5 km/s. El tiempo que tendrá un aparato para comunicarse con una torre de telefonía móvil en el espacio podría ser de unos 6,5 segundos.
Este tiempo puede variar. Si el satélite genera un haz mayor, tendrá una huella mayor. Una huella más grande significa una cobertura más larga. La norma 3GPP también habla de satélites LEO a alturas de 600 km y 1.200 km, así como de satélites geoestacionarios a 35.786 km. Estos factores hacen que el área del haz de un LEO se sitúe normalmente entre 100 km y 1.000 km. Las latencias unidireccionales para los LEO serán de unos 30 ms a 50 ms.
El haz puede ser fijo o móvil, lo que también influirá en el tiempo de cobertura. La tecnología de dirección por haz prevé dos escenarios. En el escenario de haz móvil, el haz cubre un área fija, por lo que la huella en la superficie se mueve con el satélite. En el escenario de haz fijo, el haz se dirige de modo que su huella se mantenga mientras lo permita su posición en órbita.
Hay muchas otras consideraciones y retos de diseño cubiertos por las normas 3GPP. Superarlas ha permitido el desarrollo de las NTN y ahora estamos en el punto de implantación a gran escala. El IoT masivo necesitará sin duda apoyarse en estas NTN si quiere cumplir las expectativas.
Conclusión
Puede sonar extravagante proporcionar cobertura celular para aplicaciones IoT utilizando satélites. Pero el abaratamiento de la tecnología y el mayor acceso al espacio lo hacen factible. El consorcio 3GPP lleva muchos años trabajando en este sentido. Muchas empresas participan en el esfuerzo por hacer de las NTN una propuesta viable.
La vida útil de un nanosatélite es de unos cinco años. En ese tiempo, habrá proporcionado conectividad a innumerables dispositivos IoT. Cuando el satélite esté listo para ser sustituido, las normas y la tecnología habrán mejorado. El sustituto será aún más capaz, y probablemente ya habremos pasado a depender de su servicio.
