Cómo Wi-SUN permite una red escalable y fiable para ciudades inteligentes

Si presta atención mientras camina por una ciudad moderna, no pasará mucho tiempo antes de que se dé cuenta de que, en términos de escala, alcance y número de dispositivos por red, las ciudades inteligentes están entre las aplicaciones de Internet de las Cosas (IoT) más grandes. Desde la iluminación y el control del tráfico hasta el monitoreo altamente localizado de temperatura, humedad y contaminación atmosférica para aplicaciones para teléfonos inteligentes, los sensores están por todas partes. Al diseñar productos para estos escenarios, la proliferación y densidad de nodos hacen que la fiabilidad de la red dependa de la capacidad del protocolo inalámbrico elegido para satisfacer estas demandas.

Para ello, consideremos la Red Inalámbrica Inteligente Ubicua (Wi-SUN), una red inalámbrica de malla inalámbrica escalable y basada en estándares de menos de 1 gigahercio (GHz) que permite la integración flexible de dispositivos y un rendimiento responsivo. Para aplicaciones de ciudades inteligentes como la medición inteligente, la infraestructura pública y la monitorización ambiental, esta red de bajo consumo y área amplia (LPWAN) proporciona una base sólida para el éxito de su implementación a largo plazo.

¿Por qué Wi-SUN para IoT a gran escala?

Entre los muchos protocolos inalámbricos que he encontrado, Wi-SUN destaca por combinar varias características que se ajustan especialmente bien a las redes de ciudad inteligente. Primero, opera en frecuencias sub-GHz, proporcionando una cobertura extendida y buena penetración a través de materiales de construcción, permitiendo comunicaciones fiables en entornos urbanos. Esta resistencia en la comunicación se ve reforzada por las capacidades de red en malla de Wi-SUN.

A diferencia de la topología en estrella utilizada en Wi-Fi, la red en malla permite que los dispositivos retransmitan datos a través de nodos vecinos. Las conexiones de acceso se establecen mediante cadenas de dispositivos autoorganizadas y autorreparables. Para aplicaciones de infraestructuras críticas generalizadas, estos mecanismos de redirección aumentan la resiliencia operativa cuando se interrumpen las vías de comunicación.

Wi-SUN también ofrece comunicación de baja latencia para monitorización y control casi en tiempo real del dispositivo, junto con un funcionamiento eficiente energéticamente para una duración de batería de varios años en aplicaciones de sensores y medidores de ciclo de servicio. Además, la seguridad integrada ayuda a proteger el acceso a la red y la integridad de los datos mediante la autenticación mutua.

Aun así, la base de Wi-SUN en estándares abiertos podría ser su mayor fortaleza a medida que se expanden las redes de ciudades inteligentes. El cumplimiento de normas reduce el bloqueo de proveedores y simplifica la integración de dispositivos de varios fabricantes. Con una rápida adopción de IoT y un panorama competitivo que impulsa la innovación y ventanas de lanzamiento al mercado cada vez más estrechas, los desarrolladores necesitan vías rápidas para la implementación de Wi-SUN y una gestión de red a largo plazo.

Soluciones Wi-SUN flexibles e inteligentes para instalaciones a largo plazo

Durante muchos años, Digi ha tenido un historial probado de ofrecer módulos inalámbricos XBee fiables para protocolos inalámbricos estándar y emergentes, así que fue bueno ver que cuentan con variantes Wi-Sun. Por ejemplo, el módulo de micromontaje XB-WSB-RM-001 (Figura 1) (para mercados norteamericanos) ofrece una solución rentable para preparar redes inteligentes de ciudad para el futuro. Una huella de solo 19 × 13 milímetros (mm) permite una integración compacta y la alternativa XB-WSB-UM-001 incluye un puerto U.FL montado en superficie para conexión directa con antenas compatibles.

Figura 1: El módulo de micromontaje XB-WSB-RM-001 Wi-SUN proporciona un camino rápido para la adopción de Wi-Sun, con inteligencia de borde integrada y E/S para soportar nodos inteligentes de IoT. (Fuente de la imagen: Digi)

En el corazón de los módulos Wi-SUN de Digi está el sistema EFR32FG25 en chip (SoC) de Silicon Labs, que soporta aplicaciones MicroPython personalizadas para mejorar la inteligencia en el borde y la autonomía del dispositivo. La detección de eventos, el preprocesamiento de datos y las cargas de control local pueden ejecutarse directamente en el módulo XBee para soportar aplicaciones dinámicas de detección y control como calefacción y iluminación inteligentes. Los sensores y periféricos pueden conectarse mediante interfaces GPIO, I²C, SPI y UART.

Los módulos Wi-SUN de Digi también soportan conexiones Bluetooth de bajo consumo (BLE) para aprovisionamiento remoto y comunicación directa con sensores BLE cercanos. Como muchos dispositivos IoT, estos módulos ofrecen un modo de suspensión de ultrabajo consumo que consume tan solo 1.5 microamperios (μA), permitiendo una larga duración de la batería y reduciendo los requisitos de mantenimiento a largo plazo.

Sin embargo, los entornos urbanos inteligentes pueden poner a prueba la longevidad de los dispositivos. En consecuencia, Digi especifica sus módulos Wi-SUN para operar en el rango de temperatura de −40 °C a 85 °C. Con una carcasa adecuada, un diseño basado en XBee puede soportar instalaciones de ciudades inteligentes tanto en interiores como en exteriores en todo el mundo. Los módulos Wi-SUN cuentan con aprobaciones regulatorias para Estados Unidos, Canadá, Europa, India y Japón, proporcionando tranquilidad y un rápido tiempo de salida al mercado.

Configuración de una red Wi-SUN con el ecosistema Digi

Aunque las redes en malla hacen la mayor parte del trabajo para las comunicaciones Wi-SUN, seguirás necesitando una pasarela para conectarte a redes más amplias y a la nube. Digi ofrece algunas soluciones para esto, pero la más versátil es el XH-WS0-CW1-101 XBee Hive Border Router para Wi-SUN (Figura 2).

Figura 2: El router de borde Xbee Hive para Wi-SUN proporciona un puente entre las redes en malla Wi-SUN y las plataformas en la nube para la orquestación de datos y flotas. (Fuente de la imagen: Digi)

El router XH-WS0-CW1-101 soporta hasta 300 dispositivos Wi-SUN por unidad, lo que lo hace adecuado para escalar redes en aplicaciones como la medición inteligente en grandes edificios. También ofrece conectividad Wi-Fi, Bluetooth, LTE Cat 1, Ethernet y RS-232/485 para redundancia de red e integración simplificada y flexible con la infraestructura existente.

Una vez que su red Wi-SUN está en marcha, Digi Remote Manager ofrece una plataforma de software de nivel empresarial para implementar y gestionar su flota de forma segura. Desde una sola computadora de escritorio, tablet o teléfono, puede:

• Programar actualizaciones seguras de firmware, garantizando un rendimiento estable e integridad de red
• Monitorizar el estado del equipo para ayudar en el mantenimiento y minimizar el tiempo de inactividad
• Cree informes detallados sobre historial de conexiones, calidad de señal, latencia, uso de datos, pérdida de paquetes y más para determinar el éxito operativo y diagnosticar problemas
• Proporcionar alertas en tiempo real basadas en datos en bruto o patrones detectados mediante inteligencia dentro del módulo

Conclusión

El uso de bandas sub-GHz por parte de Wi-SUN ofrece ventajas significativas para las LPWAN a gran escala, como las que se usan en ciudades inteligentes. Sin embargo, la seguridad, las redes en malla y la naturaleza abierta de Wi-SUN son las características definitorias del éxito de implementación a largo plazo. Con XBee para módulos Wi-SUN, el Hive Border Router y la plataforma Digi Remote Manager, Digi proporciona un ecosistema completo para la rápida adopción de Wi-SUN, permitiendo a los ingenieros crear aplicaciones inteligentes fiables para ciudades inteligentes que pueden escalarse fácilmente a medida que evolucionan las necesidades.