11 ideas erróneas sobre el IoT celular

Autor: Martin Lesund, Technical Product Manager – Cellular IoT, Nordic Semiconductor

El IoT celular ha evolucionado con rapidez durante la década pasada hasta convertirse en una tecnología fundamental para los actuales dispositivos conectados a larga distancia mediante redes inalámbricas. Este artículo aborda 11 de las ideas erróneas más comunes sobre el IoT celular.

Según IoT Analytics, había unos 1.300 millones de conexiones LPWAN para IoT en todo el mundo a finales de 2023; de acuerdo con esta fuente, NB-IoT (58 por ciento) y LTE-M (15 por ciento) sumaban el 73 por ciento de la base instalada. No obstante, persisten algunos conceptos equivocados acerca del alcance, el consumo, la complejidad y la robustez de esta tecnología. Vayamos a los hechos.

1. El diseño del IoT celular es complicado

El diseño celular exigía antiguamente completar un complejo rompecabezas de componentes: un módem de un proveedor, un microcontrolador de otro, un PMIC por separado, la etapa de entrada de RF y un posible módulo GNSS. Esta fragmentación ha sido una pesadilla para la adaptación de impedancias, la gestión de la alimentación y la depuración. La realidad actual pasa por el SiP (System-in-Package). Dispositivos como el nRF9151 de Nordic integran el procesador de la aplicación, el módem multimodo, el PMIC y la etapa de entrada de RF en un solo encapsulado que se suministra certificado. Esto elimina la complejidad del hardware de la etapa de RF y permite que los desarrolladores escriban el código de la aplicación directamente sobre el microcontrolador integrado mediante un SDK unificado que agiliza el paso del prototipo a la producción masiva.

2. Los dispositivos IoT celulares necesitan una tarjeta SIM física

Si bien todos los dispositivos celulares requieren un módulo SIM (Subscriber Identity Module) para la autentificación de la red, los días de las tarjetas de plástico insertables han quedado atrás. Soluciones modernas como el nRF9151 de Nordic admiten SIM 4FF/Nano estándar y MFF2 (eSIM soldadas) y, lo que es más importante, también son compatibles con SoftSIM y nuSIM. nuSIM incorpora la funcionalidad un SIM en el entorno de procesamiento seguro de las aplicaciones (Arm TrustZone), por lo que acaba por completo con la necesidad de hardware SIM físico. Esto reduce la lista de materiales, deja espacio libre en la placa y elimina el zócalo SIM, que es a menudo un punto de fallo mecánico en entornos con vibraciones o corrosivos.

3. El IoT celular consume demasiado

Esta falsas creencia tiene su origen en los antiguos módems M2M. Los modernos módems LPWA (Low Power Wide Area) LTE-M y NB-IoT (especialmente el nRF9151) están diseñados para diferentes estados de reposo y activos. Cuando se utiliza el modo de ahorro de energía o PSM (Power Saving Mode), la Serie nRF91 puede consumir 2,7 µA aproximadamente y mantener el registro en la red sin comunicarse. Para aplicaciones que exijan una menor latencia, la recepción discontinua ampliada o eDRX (extended Discontinuous Reception) permite al dispositivo monitorizar avisos de la red a intervalos con un bajo consumo medio de corriente (p.ej., ~18 µA dependiendo de la duración del ciclo). Esto prolonga la autonomía de la batería hasta varios años, de modo que es comparable, e incluso mayor en algunos casos de tráfico intenso, a las tecnologías LPWAN no celulares.

4. El IoT celular es demasiado caro para su despliegue generalizado

La premisa de que el celular es una opción reservada al segmento más alto del mercado es obsoleta. El menor coste de fabricación del SiP, junto con la eliminación de los componentes externos (cristales, interruptores de carga, zócalos SIM), han disminuido enormemente el coste del hardware. Además, el nRF9151 admite la Power Class 5, que se caracteriza por su baja potencia de salida y reduce la corriente máxima. Esto permite que los diseños utilicen tecnologías de baterías menos costosas o baterías compactas que antes eran inapropiadas para los picos de demanda de los entornos celulares. Junto con los planes de datos que disminuyen el coste para datos dispersos, el IoT celular tiene un coste competitivo para el despliegue masivo, por ejemplo, en contadores inteligentes y seguimiento logístico.

5. El IoT celular solo es adecuado para dispositivos estáticos

Esta idea equivocada tiene su origen en las primeras implantaciones de NB-IoT, que fueron diseñadas para sensores fijos y carecían de funciones fiables de transferencia (handover). Sin embargo, LTE-M fue especialmente desarrollado para movilidad. Admite la transferencia entre células y una reconexión de baja latencia similar a la de un smartphone, por lo que resulta ideal para seguimiento de activos, gestión de flotas y dispositivos vestibles (wearables). El propio NB-IoT ha evolucionado: si bien sigue siendo la mejor opción para aplicaciones estáticas, las versiones modernas admiten mecanismos de reselección que permiten su uso en aplicaciones “nómadas” cuando un dispositivo se mueve y luego se asienta en una nueva ubicación.

6. El IoT celular no funciona bajo tierra

En contra de lo que se cree, NB-IoT y LTE-M incorporan modos CE (Coverage Enhancement) que utilizan técnicas como la repetición de señales de decodificación que están muy por debajo del ruido de fondo. NB-IoT en concreto proporciona una pérdida máxima de acoplamiento o MCL (Maximum Coupling Loss) de hasta 164 dB, que mejora en alrededor de 20 dB la ganancia respecto al LTE estándar. Esto permite que las señales penetren a gran profundidad en sótanos, aparcamientos subterráneos y pozos de registro, por lo que se pueden implementar en aplicaciones como contadores inteligentes de agua y monitorización del alcantarillado donde fallan otras tecnologías de radio.

7. El IoT celular no proporciona una cobertura global

En 2024, la GSMA informó que existían más de 115 redes LTE-M y 137 redes NB-IoT en todo el mundo. El SiP multimodo permite cubrir la inmensa mayoría de las zonas económicas mundiales. Un aspecto fundamental es que los despliegues modernos raramente se basan en un solo operador. El uso de la tecnología iSIM/eSIM o las SIM de itinerancia global ofrecen la posibilidad de que los dispositivos se conecten a la red más potente disponible en la región con el fin de disfrutar de la redundancia que no pueden ofrecer las redes propietarias de tipo local. Ahora la introducción de las redes NB-NTN (Non-Terrestrial Networks) proporciona de repente el soporte de comunicaciones por satélite, añadiendo así una cobertura global a cualquier punto con visión directa del cielo.

8. El IoT celular no funciona en lugares remotos

El lanzamiento del SiP nRF9151 ofrece soporte a redes NB-IoT NTN (Non-Terrestrial Networks) conformes con 3GPP Release 17. Esto permite que el mismo hardware se comunique con satélites de órbita baja o LEO (Low Earth Orbit) y geoestacionaria o GEO (Geostationary Orbit) que dan cobertura en desiertos, océanos y lugares remotos donde no hay torres de comunicaciones. La combinación de LTE-M/NB-IoT terrestre para áreas urbanas y NTN para áreas remotas permite que los desarrolladores puedan construir soluciones de seguimiento verdaderamente globales que conmuten dinámicamente los perfiles basados en la cobertura.

9. El IoT celular tiene una seguridad débil

Lo cierto es que el IoT celular se caracteriza por unos excelentes niveles de autentificación y cifrado. La seguridad se ve reforzada aún más al nivel del dispositivo. Por ejemplo, la Serie nRF91 incorpora ARM TrustZone y la tecnología CryptoCell. Esto permite disponer de una “raíz de confianza” en la que claves y certificados se guardan en un entorno seguro e inaccesible al software de la aplicación. Cuando se combina con servicios en la nube para aprovisionamiento seguro, el IoT celular ofrece un mayor nivel de seguridad que las alternativas basadas en la banda ISM.

10. El IoT celular no proporciona una velocidad suficiente de los datos

Si bien no se ha diseñado para la transmisión de vídeo 4K, LTE-M alcanza unas excelentes prestaciones. Ofrece unas velocidades reales de subida/bajada de ~300–375 kbps. En el contexto de IoT se trata de una conexión de “banda ancha”. Es más que suficiente para actualizaciones de firmware OTA (Over-the-Air), transmitir diversos fragmentos de voz o cargar registros históricos de maquinaria industrial. NB-IoT es más lento y está destinado a pequeñas cargas útiles, pero LTE-M cubre con creces el hueco que existe entre los sensores de bajo consumo y las aplicaciones que manejan una gran cantidad de datos.

11. Las alternativas basadas en LPWAN son más baratas y sencillas que el IoT celular

Las LPWAN propietarias (como LoRaWAN o Sigfox) se presentan a menudo como una opción más económica pero ocultan una “deuda en la infraestructura”. Su despliegue exige a menudo desarrollar, alimentar y mantener las pasarelas (gateways) propias o bien recurrir a otros operadores mediante diversos acuerdos de nivel de servicio o SLA (service level agreements). El IoT celular funciona dentro de un espectro regulado y en una infraestructura mantenida por empresas de telecomunicaciones que facturan miles de millones de dólares. No es necesario planificar el espectro, instalar pasarelas ni preocuparse por las interferencias procedentes de otros dispositivos sin licencia. Cuando se calcula el coste total de propiedad o TCO (Total Cost of Ownership), que incluye mantenimiento, fiabilidad y cobertura garantizada, el IoT celular resulta ser a menudo la opción más económica para un despliegue escalable de categoría profesional.