Para los sensores alimentados por batería del Internet de las cosas, es importante funcionar con la energía disponible el mayor tiempo posible. El ahorro de energía puede conseguirse de muchas maneras. El método más sencillo: El dispositivo solo se enciende de forma intermitente y pasa el resto del tiempo en modo de reposo. La desventaja: Durante el modo de suspensión, el dispositivo no es accesible desde el exterior. Los desarrolladores deben encontrar un compromiso entre un flujo de datos constante y el tiempo de inactividad necesario.

Serie de blogs "Ahorro de energía en LPWAN celular"

• Parte 1: Posibilidades y limitaciones de PSM y eDRX

• Parte 2: MQTT, CoAP y LwM2M: protocolos Lean para el IoT

• Parte 3: 1NCE Data Broker: Más duración de la batería con NB-IoT y LTE-M

  Hay muchas formas de prolongar la duración de la batería en las redes celulares. El modo de ahorro de energía (PSM) y la "recepción discontinua ampliada" (eDRX) son sólo dos de ellas. En nuestra serie de blogs dividida en varias partes, queremos profundizar en cómo los desarrolladores pueden obtener la máxima autonomía de tus dispositivos y dónde puedes encontrar obstáculos.

Ahorro de energía con NB-IoT y LTE-M

En las comunicaciones móviles, "Narrowband IoT" (NB-IoT) y "Long Term Evolution for Machines" (LTE-M) se han establecido como redes de "bajo consumo" (LPWAN). Las tecnologías de transmisión de banda estrecha son especialmente económicas en términos de consumo de energía. Para una eficiencia energética aún mayor, se pueden definir intervalos de tiempo adicionales en los que los dispositivos pasan a un modo de reposo: En comunicaciones móviles, estas funciones se denominan PSM y eDRX.

Lo que a priori parece una solución sencilla se complica cuando el producto final debe escalarse en grandes cantidades y/o desplegarse globalmente. Esto se debe a que PSM y eDRX dependen del operador de red correspondiente y a veces no están disponibles en absoluto. En esta serie de blogs, queremos analizar las ventajas y desventajas de este método y, más adelante, presentar un complemento escalable y potente o incluso una alternativa.

NB-IoT y LTE-M (también denominado LTE Cat M1) se han desarrollado explícitamente en las comunicaciones móviles para la comunicación de los denominados "dispositivos limitados". Dispositivos y sensores que se alimentan de una batería independientemente de una fuente de alimentación permanente. Las aplicaciones clásicas son dispositivos móviles de seguimiento o sensores en lugares remotos, como en campo abierto, lejos de cualquier fuente de alimentación. Dado que estos sensores sólo necesitan transmitir pequeñas mediciones de datos, como temperaturas o coordenadas, a intervalos, en lugar de suministrar un flujo de datos constante, deben poder vivir el mayor tiempo posible con una sola carga de batería. La razón es sencilla: Sustituir las pilas con regularidad después de un corto periodo de funcionamiento es caro y lleva mucho tiempo.

PSM y eDRX dependen del operador de red celular

Dos funciones para ahorrar energía se han consolidado en la mente de muchos desarrolladores de IoT: PSM y eDRX. Ambas controlan básicamente intervalos de tiempo en los que los dispositivos permanecen en una especie de modo de reposo y solo se despiertan ocasionalmente para comunicarse con la red. El rango se extiende desde unos pocos minutos hasta varios días. El inconveniente: Los operadores de redes móviles deben soportar estas funciones. Además, los desarrolladores no pueden elegir libremente los intervalos de tiempo con algunos proveedores, sino que tienen que adaptarlos a las especificaciones del operador de red.

Visión general de los estados de conexión NB-IoT y el consumo de energía con PSM y eDRX de un IoT-Device.

¿Qué hace el modo de ahorro de energía (PSM)?

El modo de ahorro de energía pone el dispositivo en una especie de sueño profundo y así ahorra energía: Supongamos que utilizamos una estación meteorológica en el campo que debe proporcionarnos a diario datos como la temperatura, la velocidad del viento o la humedad del suelo. No tiene sentido que la estación mantenga una comunicación constante con el móvil y transmita datos continuamente; eso consume demasiada energía.

En esta aplicación, basta con transmitir datos a intervalos más largos, de una hora aproximadamente. Por ello, tras transmitir los datos, la estación meteorológica pasa a un modo inactivo durante unos segundos. De este modo, mantiene abierta la conexión con el operador de red y escucha para poder aceptar comandos en caso necesario. Este modo inactivo consume menos energía que una conexión completa.

Ejemplo de "dispositivo restringido": Estación meteorológica "Nextfarming" de FarmFacts, cliente de 1NCE, en campo abierto

Al modo de inactividad breve le sigue el modo de ahorro de energía, una especie de sueño profundo. El aparato sigue registrado en la red, pero ya no transmite ni recibe datos. El consumo de energía se reduce al mínimo. Por otro lado, ya no se puede acceder a la emisora desde el exterior. Sólo cuando finaliza el intervalo preestablecido, el dispositivo se despierta y comienza a transmitir datos de nuevo.

Dependiendo de la aplicación, corresponde ahora a los desarrolladores determinar el periodo de tiempo ideal para que su dispositivo permanezca en modo de reposo. Mientras que para una estación meteorológica puede ser suficiente transmitir datos sólo una vez por hora, una solución de seguimiento para, por ejemplo, un vehículo o bienes transportados tendría que informar con más frecuencia, para que siempre se conozca la ubicación actual. Cuanto más tiempo permanezca el dispositivo en modo de ahorro de energía, más durará la batería. Sin embargo, los datos disponibles son entonces menos precisos.

Otra desventaja de este método de ahorro de energía basado en hardware: Los desarrolladores no siempre pueden asignar libremente los intervalos de tiempo. Según el proveedor, dependen de los intervalos permitidos por el operador de red. Los desarrolladores sólo tienen una influencia indirecta en el consumo de energía y deben encontrar un compromiso ideal dependiendo del país y del operador de red.

En la práctica, esto significa que la estación meteorológica en el país A con el operador de red X puede durar mucho más con una batería que en el país B con el operador de red Y.

¿Cómo funciona eDRX?

El término eDRX significa "extended Discontinuous Reception" (recepción discontinua ampliada) y permite a los desarrolladores personalizar con más detalle el modo inactivo de su dispositivo. Por ejemplo, eDRX permite definir con mayor precisión los intervalos en los que el dispositivo pasa al modo de recepción para estar localizable desde el exterior. Es una especie de "ajuste fino" para ahorrar energía, pero sin pasar inmediatamente al modo de ahorro de energía y manteniendo el dispositivo localizable el mayor tiempo posible desde el exterior. Pero aquí también hay truco: La función es nueva y aún no todos los operadores de red admiten eDRX. La compatibilidad con eDRX depende del operador de red

La compatibilidad con eDRX depende en gran medida del operador de red móvil en cuestión. Pero la cosa se complica aún más: aunque un operador de red admita eDRX, puede que sólo lo haga para las tarjetas SIM del propio proveedor. La función no siempre está disponible para las SIM extranjeras. Por lo tanto, quien desarrolle productos IoT para diferentes mercados y países debe saber de antemano exactamente qué requisitos se aplican en el área de uso correspondiente. Esto complica el desarrollo de IoT y el lanzamiento de productos. Sería más fácil encontrar un método más independiente que facilite el ahorro de energía.

Siguiente: MQTT frente a CoAP y LwM2M

IEn la segunda parte de nuestra serie de blogs sobre ahorro de energía en redes LPWAN celulares, nos centraremos en los protocolos de los dispositivos IoT. ¿Cómo pueden ayudar los protocolos a ahorrar energía?

Síganos en LinkedIn o Twitter para estar al día.