Las ciudades inteligentes, o «Smart Cities», han emergido como un paradigma transformador que busca mejorar la calidad de vida de los ciudadanos a través del uso de tecnologías de la información y la comunicación (TIC). En el corazón de este concepto se encuentran las tecnologías de la Internet de las Cosas (IoT), que permiten la interconexión y el intercambio de datos entre una amplia gama de dispositivos y sistemas dentro del entorno urbano.

En este artículo, exploraremos en detalle algunas de las principales tecnologías IoT que están desempeñando un papel fundamental en el desarrollo de las Smart Cities, incluyendo Zigbee, Z-Wave, LoRaWAN, Sigfox, NB-IoT y otras soluciones emergentes. Analizaremos cómo estas tecnologías están siendo implementadas en diversos ámbitos de las ciudades inteligentes, desde la gestión de la energía y el transporte hasta la seguridad pública y el control del medio ambiente.

El Internet de las Cosas (IoT) está transformando la forma en que vivimos y operamos en las ciudades. Al conectar dispositivos, sensores y sistemas, el IoT permite recopilar y analizar datos en tiempo real para mejorar la eficiencia, la sostenibilidad y la calidad de vida en las ciudades inteligentes. Algunas de las áreas clave donde el IoT está teniendo un impacto significativo incluyen:

– Gestión de la Energía: Sensores en sistemas de medición inteligente de energía, termostatos inteligentes y controles de iluminación, permitiendo a los usuarios y a los proveedores de servicios controlar y optimizar el consumo energético.

– Gestión de residuos: Sensores en contenedores de basura que controlan los niveles de llenado para optimizar las rutas de recogida.

– Gestión de agua/aguas residuales: las aplicaciones de IoT proporcionan una supervisión inalámbrica 24 horas al día, 7 días a la semana, de pozos, estaciones de bombeo, alcantarillas y otros componentes de los sistemas de agua y aguas residuales.

– Alumbrado público inteligente (aplicación específica de la Gestión de Energía): Farolas que se encienden y apagan automáticamente según la luz natural y el tráfico peatonal.

– Control del medio ambiente: Sensores que miden la calidad del aire, el ruido y otros factores ambientales.

– Gestión del tráfico: Semáforos y señales que se ajustan dinámicamente al flujo de tráfico para reducir los atascos.

Para habilitar estas aplicaciones, se han desarrollado varias tecnologías de conectividad IoT, cada una con sus propias fortalezas y debilidades. En este artículo, compararemos las principales tecnologías IoT utilizadas en smart cities: Zigbee, LoRaWAN, NB-IoT, Sigfox, LTE-M y EC-GSM-IoT.

Comparación de tecnologías IoT

Zigbee

Zigbee es un estándar de comunicación inalámbrica de bajo consumo y corto alcance basado en el estándar IEEE 802.15.4. Algunas características clave de Zigbee incluyen:

– Frecuencia de operación: 2.4 GHz, 915 MHz y 868 MHz

– Tasa de datos: 250 kbps

– Alcance: 10-100 metros

– Topología de red: Malla, estrella, árbol

– Seguridad: 128-bit AES

– Consumo de energía: Muy bajo

En el contexto de las Smart Cities, Zigbee se utiliza en una amplia gama de aplicaciones, como la gestión de la energía, la automatización del hogar y edificios, el control del medio ambiental, la gestión de residuos.

LoRaWAN

LoRaWAN es un protocolo de comunicación de área amplia de bajo consumo (LPWAN) que utiliza la modulación LoRa en el espectro de radio sin licencia. Algunas características clave de LoRaWAN incluyen:

– Frecuencia de operación: 868 MHz (Europa), 915 MHz (América)

– Tasa de datos: 0.3 kbps a 50 kbps

– Alcance: 2-5 km en áreas urbanas, 15 km en áreas rurales

– Topología de red: Estrella de estrellas

– Seguridad: 128-bit AES

– Consumo de energía: Muy bajo

LoRaWAN es adecuado para aplicaciones IoT que requieren una cobertura de área amplia y un bajo consumo de energía, como el seguimiento de activos, el control medioambiental y la gestión de residuos[4].

NB-IoT (Narrow Band IoT)

NB-IoT es un estándar de comunicación celular de banda estrecha desarrollado por 3GPP (Proyecto de Asociación de Tercera Generación) para aplicaciones IoT sobre redes LTE (Long Term Evolution), este término se utiliza para referirse a redes orientadas a comunicaciones móviles de alta velocidad (4G y 5G). Los principales proveedores de telefonía móvil están desplegando sus redes NB-IoT como solución de cobertura global para desplegar servicios de IoT masivos en todo el mundo.  Estos operadores siguiendo las especificaciones Algunas características clave de NB-IoT incluyen:

– Frecuencia de operación: Bandas LTE licenciadas

– Tasa de datos: 200 kbps

– Alcance: Mejora la cobertura en interiores en 20 dB

– Topología de red: Celular

– Seguridad: Heredada de LTE

– Consumo de energía: Muy bajo, hasta 10 años de duración de batería

NB-IoT es adecuado para aplicaciones IoT que requieren una cobertura de área amplia, seguridad en las conexiones y un bajo consumo de energía, como la control remoto de contadores, la gestión de activos y la automatización industrial.

Sigfox

Sigfox es un proveedor de red LPWAN (Low Power Wide Area Networks), redes de área amplia y baja potencia, utilizando una tecnología propietaria para comunicaciones IoT de baja velocidad. Algunas características clave de Sigfox incluyen:

– Frecuencia de operación: 868 MHz (Europa), 902 MHz (América)

– Tasa de datos: 100 bps a 600 bps

– Alcance: 3-10 km en áreas urbanas, 30-50 km en áreas rurales

– Topología de red: Estrella

– Seguridad: Autenticación de dispositivos

– Consumo de energía: Muy bajo

Sigfox es adecuado para aplicaciones IoT que requieren una cobertura de área amplia y un consumo de energía extremadamente bajo, como el seguimiento de activos y el control del medio ambiente.

LTE-M

LTE-M, también conocido como Cat-M1, es un estándar de comunicación celular de baja potencia desarrollado por 3GPP (Proyecto de Asociación de Tercera Generación) para aplicaciones IoT. Algunas características clave de LTE-M incluyen:

– Frecuencia de operación: Bandas LTE licenciadas

– Tasa de datos: 1 Mbps

– Alcance: Mejora la cobertura en interiores en 15 dB

– Topología de red: Celular

– Seguridad: Heredada de LTE

– Consumo de energía: Bajo, hasta 10 años de duración de batería

LTE-M es adecuado para aplicaciones IoT que requieren una mayor tasa de datos y movilidad, como el control del tráfioco y los vehículos, la telemedicina y la automatización industrial.

CIoT (EC-GSM-IoT)

EC-GSM-IoT, también conocido como CIoT, es un estándar de comunicación celular de baja potencia desarrollado por 3GPP (Proyecto de Asociación de Tercera Generación) para aplicaciones IoT. Algunas características clave de EC-GSM-IoT incluyen:

– Frecuencia de operación: Bandas GSM licenciadas

– Tasa de datos: 240 kbps

– Alcance: Mejora la cobertura en interiores en 20 dB

– Topología de red: Celular

– Seguridad: Heredada de GSM

– Consumo de energía: Muy bajo, hasta 15 años de duración de batería

EC-GSM-IoT es adecuado para aplicaciones IoT que requieren una cobertura de área amplia, seguridad de las comunicaciones y un consumo de energía extremadamente bajo, como el control y medición de contadores y la gestión de activos en áreas remotas.

Tabla comparativa de características

A continuación se presenta una tabla comparativa de las principales características de las tecnologías IoT mencionadas:

Característ.	Zigbee	LoRaWAN	NB-IoT	Sigfox	LTE-M	EC-GSM-IoT
Frecuencia	2.4 GHz, 915 MHz, 868 MHz	868 MHz, 915 MHz	Bandas LTE	868 MHz, 902 MHz	Bandas LTE	Bandas GSM
Tasa de datos	250 kbps	0.3-50 kbps	200 kbps	100-600 bps	1 Mbps	240 kbps
Alcance	10-100 m	2-15 km	Mejora 20 dB	3-50 km	Mejora 15 dB	Mejora 20 dB
Topología	Malla, estrella, árbol	Estrella de estrellas	Celula LTE	Estrella	Celula LTE	Célula GSM
Seguridad	128-bit AES	128-bit AES	Heredada de LTE	Autenticación	Heredada de LTE	Heredada de GSM
Consumo	Muy bajo	Muy bajo	Muy bajo, 10+ años	Muy bajo	Bajo, 10+ años	Muy bajo, 15+ años

Casos de uso en smart cities

Cada tecnología IoT tiene sus fortalezas y es adecuada para diferentes aplicaciones en smart cities. A continuación se presentan algunos ejemplos:

– Gestión de residuos: NB-IoT y Sigfox son ideales para controlar los niveles de llenado de contenedores de basura debido a su bajo consumo de energía y amplia cobertura[2].

– Alumbrado público inteligente: Zigbee es adecuado para controlar y gestionar remotamente las luces de la calle dentro de un área limitada, mientras que LoRaWAN puede usarse para aplicaciones a mayor escala.

– Gestión del medio ambiente: LoRaWAN y Sigfox son ideales para desplegar sensores de calidad del aire y ruido en toda la ciudad debido a su amplia cobertura y bajo consumo de energía.

– Gestión del tráfico: LTE-M y EC-GSM-IoT pueden usarse para controlar el flujo de tráfico y ajustar dinámicamente los semáforos y señales gracias a su mayor tasa de datos y movilidad.

Conclusión

El IoT está transformando la forma en que operan las smart cities, permitiendo una gestión más eficiente y sostenible de los recursos. Si bien existen varias tecnologías IoT disponibles, cada una con sus propias fortalezas y debilidades, la elección dependerá de los requisitos específicos de la aplicación, como la cobertura, el consumo de energía, la tasa de datos y la seguridad. A medida que las smart cities continúan evolucionando, es probable que veamos una mayor adopción y convergencia de estas tecnologías para crear soluciones IoT más robustas y escalables.

Referencias

[1] ABAMobile. (2023). La tecnología en las Smart Cities: apps, IoT y big data. Recuperado de https://abamobile.com/web/tecnologia-en-smart-cities-apps-iot-big-data/

[2] AlfaIOT. (2023). Internet de las Cosas y Smart Cities: la gran transformación digital. Recuperado de https://alfaiot.com/actualidad-iot/internet-de-las-cosas-y-smart-cities-transformacion-digital-de-las-ciudades/

[3] B. Cendón and A. Mancheño, «Comunicación para la gestión inteligente de residuos urbanos con tecnología Narrow Band IoT (NB-IoT),» III Congreso Ciudades Inteligentes, 2017. https://www.esmartcity.es/comunicaciones/comunicacion-gestion-inteligente-residuos-urbanos-tecnologia-narrow-band-iot-nb-iot

[4] «Comparativa entre LoRa y Sigfox. Estas son las ventajas y las desventajas de cada una,» Internet de las Cosas, 11 de noviembre de 2022. https://internetdelascosas.xyz/articulo.php?id=1508

[5] K. Mekki et al., «A comparative study of LPWAN technologies for large-scale IoT deployment,» ICT Express, vol. 5, no. 1, pp. 1-7, 2019. https://openaccess.uoc.edu/bitstream/10609/87205/6/mmachadogTFM0119memoria.pdf

[6] «LoRaWAN versus NB-IoT: ¿Cómo se comparan y difieren?,» MOKOSmart, 2022. https://www.mokosmart.com/es/lorawan-vs-nb-iot-how-do-they-compare-and-differ/

[7] Nexus Integra. (2023). Smart cities: 4 tecnologías esenciales. Recuperado de https://nexusintegra.io/es/smart-cities-4-tecnologias-esenciales/

[8] Nuclio Digital School. (2023). Smart cities: el IoT en las ciudades inteligentes. Recuperado de https://nuclio.school/blog/smart-cities-el-iot-en-las-ciudades-inteligentes/

[9] S. Hernández, «Estudio en detalle de LoRaWAN. Comparación con otras tecnologías LPWAN,» Trabajo de Fin de Máster, Universitat Oberta de Catalunya, 2020. https://openaccess.uoc.edu/bitstream/10609/106369/7/shernandezc6TFM0120memoria.pdf

[10] Thales Group. (2023). El IoT y las ciudades inteligentes seguras y sostenibles. Recuperado de https://www.thalesgroup.com/es/countries-americas/america-latina/news/el-iot-las-ciudades-inteligentes-seguras-sostenibles

Artículo publicado el LinkedIn el 26/05/2024, para acceder al artículo pulsar aquí.