Cómo el Wi-Fi HaLow amplía el alcance y la fiabilidad de los flujos de datos IoT

En un entorno altamente competitivo y en rápida evolución, los desarrolladores de Internet de las Cosas (IoT) deben responder a algunas preguntas importantes: ¿Cuántos datos necesitará enviar y recibir mi dispositivo? ¿Cuánto debería durar la batería? ¿A qué distancia puede estar de una puerta de enlace? ¿Cuántos dispositivos puedo conectar en una sola red? ¿Qué tan fácil es configurarlo y asegurarlo?

Las respuestas a estas preguntas determinan el protocolo de conectividad y, en casos donde el alcance y el rendimiento moderado de datos son importantes, Wi-Fi HaLow ofrece una solución equilibrada.

Las necesidades cambiantes de las redes IoT

Ya sea seguimiento de activos o cualquier cosa "inteligente", como la detección agrícola, la iluminación o la medición, las cargas de trabajo inalámbricas de IoT tienen algo en común: los nodos finales individuales alimentan datos en bruto a plataformas en la nube para su análisis y control. Aunque útil para recopilar información en redes grandes, los dispositivos en sí suelen ser relativamente sencillos. Con recursos limitados a bordo, es la nube la que hace la mayor parte del pensamiento en estas aplicaciones.

Coparemos esto con las emergentes aplicaciones inalámbricas en el borde que ofrecen análisis local de datos y toma de decisiones en el dispositivo. El mantenimiento predictivo industrial es un buen ejemplo. Aquí, un nodo sensor detecta un cambio en las características o el rendimiento de la máquina fuera de un rango predefinido y envía una notificación a la nube, en lugar de transmitir datos continuamente para su análisis en la nube. Comprensiblemente, esto ahorra ancho de banda limitado de red para obtener información más importante.

Sin embargo, a veces los datos en bruto o comprimidos se transmiten mejor en tiempo real, como en redes de cámaras de seguridad de baja tasa de bits o infraestructuras de edificios inteligentes, donde el control es tan importante como los informes. Aquí, los protocolos de red de acceso inalámbrico de largo alcance y bajo consumo (LPWAN) podrían no ser adecuados, ya que estaban diseñados principalmente para paquetes de datos pequeños y informes dispersos. Aunque el Wi-Fi estándar ofrece altas tasas de datos, sus requisitos de alcance y consumo pueden limitar las opciones de despliegue para dispositivos alimentados por batería. Por tanto, los desarrolladores se benefician de protocolos inalámbricos que ofrecen un compromiso entre ambos. Aquí es donde entra el Wi-Fi HaLow.

Cómo el Wi-Fi HaLow soporta flujos de datos fiables de largo alcance

El estándar abierto subyacente IEEE 802.11ah para Wi-Fi, HaLow, ofrece tasas de datos más altas que las tecnologías LPWAN y un alcance ampliado en comparación con el Wi-Fi estándar. Esto permite a los desarrolladores implementar cargas de trabajo inalámbricas más exigentes, como streaming de vídeo comprimido o ráfagas de datos de alta frecuencia en dispositivos de próxima generación.

Aquí se puede encontrar un resumen del estándar, mostrando cómo algunas de las especificaciones técnicas clave se traducen directamente en beneficios operativos para los despliegues de IoT:

• Portadora inferior a 1 gigahercio (GHz) (Figura 1): Con buena penetración a través de paredes y apoyando una comunicación fiable en edificios, el estándar también permite un alcance de aproximadamente 1 kilómetro (km) en exteriores, dependiendo de las condiciones de despliegue.
• Canales OFDM de banda estrecha: Diseñado para despliegues a gran escala como ciudades inteligentes, el estándar define una capacidad teórica de más de 8.000 dispositivos por punto de acceso. De nuevo, esto depende de las condiciones reales.
• Soporte IP nativo: Aunque Wi-Fi HaLow requiere sus propios puntos de acceso, soporta una interfaz directa con tecnología LAN. A diferencia de muchos estándares inalámbricos, este normalmente no requiere capas propietarias de middleware, lo que simplifica su despliegue.

Figura 1: Wi-Fi HaLow funciona por debajo de 1 GHz, lo que lo hace útil para larga distancia y alta penetración. (Fuente de la imagen: Quectel)

Wi-Fi HaLow también es compatible con modos de ahorro de energía y funcionamiento Target Wake Time (TWT), lo que permite meses o años de batería para dispositivos de bajo ciclo de uso. Esto reduce los requisitos de mantenimiento para los despliegues tradicionales de IoT, permitiendo al mismo tiempo comunicaciones bajo demanda y de rendimiento medio.

Es comprensible que los desarrolladores puedan mostrarse reacios a adoptar nuevos protocolos inalámbricos para sus redes IoT, pero la adopción no tiene por qué ser difícil. Existen soluciones para la integración compacta de Wi-Fi HaLow con una complejidad de diseño RF reducida.

Módulos compactos Wi-Fi HaLow para conectividad a gran escala

El módulo HaLow FGH100M Wi-Fi (Figura 2) de Quectel es un ejemplo claro de lo sencilla que puede ser la adopción de tecnología. El módulo ofrece funcionalidad Wi-Fi HaLow en un paquete de 13 × 13 × 2,2 milímetros (mm), 0,72 gramos (g), lo que lo hace adecuado para dispositivos IoT ligeros y con espacio limitado.

Figura 2: El FGH100M proporciona funcionalidad Wi-Fi HaLow en un módulo compacto adecuado para nodos terminales alimentados por batería. (Fuente de la imagen: Quectel)

Las opciones de fuente de alimentación incluyen 3,0 a 3,6 voltios para operación directa desde baterías, o 1,8 a 3,6 voltios desde la E/S del dispositivo, lo que facilita la inserción de un módulo FGH100M en diseños existentes. La integración mediante interfaces únicas SDIO, SPI y antena agiliza aún más el desarrollo. Además, Quectel ofrece precertificación para Europa, América, Canadá, Australia y Nueva Zelanda, facilitando el cumplimiento y acelerando el tiempo de salida al mercado.

La serie FGH100M comprende dos modelos que sirven a diferentes aplicaciones mediante altas y bajas tasas de datos de la capa física máxima (PHY), aunque el rendimiento real dependerá de las condiciones de instalación. El FGH100MAAMD ofrece comunicaciones de hasta 3,3 megabits por segundo (Mbits/s), soportando aplicaciones de bajo a moderado rendimiento como cerraduras inteligentes y asistentes de voz. Para casos de uso de mayor rendimiento como sistemas de intercomunicación de vídeo comprimido, que pueden requerir actualizaciones de firmware más grandes o transmisión de datos con límites de ancho de banda, el FGH100MABMD soporta tasas de 32,5 Mbit/s, dependiendo de la configuración del canal.

Conclusión

Dado que el IoT está en constante evolución, está claro que los desarrolladores necesitan cada vez más protocolos a largo plazo que ofrezcan un rendimiento de datos moderado a gran escala. Wi-Fi HaLow encaja bien en este nicho, con los beneficios añadidos de una buena penetración en paredes y soporte IP nativo. Gracias a un diseño y precertificación fáciles de integrar, los módulos de FGH100M de Quectel ofrecen una forma rápida de implementar Wi-Fi HaLow en diversas aplicaciones.