miércoles, 28 de octubre de 2020

La evolución de internet en Argentina

Internet, un avance tecnológico que ocurrió a finales de los años 90 y principios del 2000, revolucionó al mundo en todos los aspectos a tal punto que hoy en día es imposible imaginar un futuro sin estar conectado a la red. Tanto es así, que La Organización de Naciones Unidas, ONU, declaró el acceso a internet como un derecho humano debido a la importancia que tiene en la sociedad actual, esto se puede apreciar claramente en el contexto de la pandemia, donde permitió la continuidad de las actividades de los distintos sistemas y organizaciones.

Todo esto no sería posible sin una infraestructura que soporte toda la demanda de transferencias de datos requerida por los usuarios. Así como hubo una evolución a nivel digital, también lo hubo en lo físico más específicamente en los medios de transporte de datos, teniendo como última tecnología a la fibra óptica sin embargo existen otras alternativas no menos importantes que no podemos dejar de lado como el cable coaxial, par trenzado de cobre, antenas, etc.  ya que su aplicación va a depender de diferentes factores.

En este artículo vamos a presentar la situación actual de las telecomunicaciones en Argentina, el nivel de integración de internet con la sociedad, y el decreto 690/2020 que declara servicios públicos esenciales a los Servicios de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) y el acceso a las redes de telecomunicaciones.

La ASIET (Asociación Interamericana de Empresas de Telecomunicaciones) nos presenta los siguientes datos:






Las estadísticas demuestran un claro desarrollo en las estructuras de las telecomunicaciones, una prueba clara de ello es como las redes han sostenido los aumentos de la demanda durante la cuarentena sin llegar a colapsar. Entonces si hubo un desarrollo relevante en la infraestructura, ¿Por qué seguimos con problemas al realizar una videoconferencia? Para responder esta pregunta debemos mencionar dos características principales de una conexión a internet, velocidad de descarga y subida de datos (download y upload). Frecuentemente tenemos en cuenta la velocidad de descarga ya que es el parámetro que resaltan los proveedores y lo que el usuario promedio mayormente requiere, dejando de lado el upload que es la velocidad en la que se transmiten los datos desde un dispositivo en particular hacia internet y que suele ser mucho menor que el download. Sin embargo, con la emergencia sanitaria en el cual nos encontramos, los requerimientos de gran parte de los abonados cambiaron, demandando mayor velocidad de subida de datos debido a las videoconferencias u otras actividades. Esta situación atípica probablemente planteará una reestructuración a los proveedores de internet en sus políticas de venta respecto a los parámetros mencionados anteriormente.

A continuación, se puede observar dos gráficos presentados por ENACOM de cómo se fue dando el avance con su respectiva tecnología y velocidad promedio a lo largo de los últimos años.


El día 21 de agosto del corriente año, se aprobó el decreto 690/2020 que declara servicios públicos esenciales a los Servicios de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) y el acceso a las redes de telecomunicaciones que tiene como fin principal garantizar el acceso a dichos servicios a toda la población.  No es el primer país en tomar esta decisión, sin embargo, existe una diferencia con respecto a los demás, que es la regulación de las tarifas que se llevaría a cabo por el ente regulatorio, ENACOM.

 En el siguiente cuadro se muestra los países que adoptaron medidas similares con sus respectivas denominaciones.

 


En los países mencionados anteriormente, las tarifas están definidas por el mercado en competencia lo que conlleva a una inversión continua en infraestructura como se viene demostrando a lo largo de los últimos años.

Según distintas asociaciones a nivel nacional e internacional, el decreto 690/2020 tendrá un impacto negativo sobre la infraestructura de las telecomunicaciones a nivel nacional sin embargo todavía no hay suficientes datos estadísticos para poder generar un juicio al respecto.



Enlaces de interés

https://datosabiertos.enacom.gob.ar/dashboards/20000/acceso-a-internet/

https://asiet.lat/


Autor: Reynalde Paolo, Estudiante de Ingeniería Electrónica.



miércoles, 21 de octubre de 2020

Tecnología de punta: LoRa y LoRaWAN


Contexto


En este artículo vamos a hablar sobre el qué y cómo funcionan estas tecnologías, y veremos algunos ejemplos de aplicación de los mismas actualmente implementados.

Para entrar en contexto es importante definir que LoRa es una tecnología para comunicaciones inalámbricas, patentada por SEMTECH Co., que se basa en la modulación del espectro expandido, en particular la CSS (Chirp Spread Spectrum). Esta modulación permite una compatibilidad electromagnética con el resto de las comunicaciones que se encuentran viajando por el aire debido a que su baja velocidad de datos no interfiere con las del resto. De aquí deriva su nombre: LoRa por Low Ratio, aunque algunas bibliografías se lo acreditan a Long Range, la cual es otra característica de esta tecnología. El largo alcance se logra gracias a la baja velocidad de transmisión de datos, la robustez a las interferencias y a la baja frecuencia de trabajo. Todas estas características son atribuibles a la modulación.

Por otro lado, LoRaWAN (también llamado LPWA) se refiere a un protocolo de comunicación para redes de bajo consumo y de área expandida (Low Power Wide Area) diseñado para conectar inalámbricamente “cosas” al internet. Responde al concepto de IoT (Internet of Things) enfocándose en los requisitos clave para poder implementarlo de manera integral, como son: la comunicación bidireccional, la seguridad de un extremo a otro, la movilidad y los servicios de localización.

Recorriendo el modelo OSI



El ENACOM, cumpliendo su rol de ente nacional de comunicaciones, establece las bandas de frecuencias radioeléctricas que son declaradas de uso compartido en el ámbito del territorio nacional y no requieren de autorización para su uso, según la Resolución del Ministerio de Modernización Nº 581/18. Entre ellas podemos destacar la banda que abarca 915-928 MHz, la cual resulta una de las bandas en las que trabaja la tecnología LoRa. 

Se habilita el uso de distintas bandas de frecuencias ISM (industrial, scientific and medical) según la región, por ejemplo en Europa se permite la banda de 868 MHz, en Norte América 915 MHz, entre otras.

Modulación LoRa


Se llama Chirp Spread Spectrum, o CSS, y se utiliza en comunicaciones militares y espaciales desde hace décadas. La gran ventaja de la misma es que puede lograr comunicaciones a largas distancias (típicamente kilómetros) y tiene gran solidez frente a las interferencias. Este tipo de modulación de espectro expandido se basa en un desplazamiento lineal de la frecuencia portadora a lo largo de toda la banda, delimitada por las frecuencia de corte superior (fhigh) o inferior (flow).

En el siguiente gráfico se ilustra cómo se vería una señal de portadora antes y después de ser modulada, analizando la frecuencia de la misma en función del tiempo. Recordemos que si nos encontramos en Argentina, nuestra frecuencia central (fcenter) deberá estar dentro de la banda de 915 MHz.


Los conceptos a tener en consideración en CSS son: "chirp", "chip" y "spreading factor". 
  • Chirp se puede traducir como "barrido" y hace referencia al desplazamiento cíclico que tendrá la frecuencia portadora.
  • Chip hace referencia a los posibles saltos que puede presentar la portadora los cuales se traducen directamente en los posibles símbolos a transmitir.
  • Spreading Factor (SF) se refiere a la cantidad de bits con los que se codifica un símbolo.
En el siguiente ejemplo se ven ilustrados estos conceptos:



Si analizamos el último símbolo a transmitir (95), vemos que si codificación viene dada por el código: 95 = 1011111. Lo que nos dice que nuestro SF es 7. Y la cantidad de chips posibles es de 27 = 128.

Es importante tener en cuenta el SF a utilizar ya que influirá en parámetros como la duración de cada símbolo, que se conoce como Bit Rate, así como en el tiempo de transmisión del mensaje, conocido como Time on Air (ToA). A su vez está estrechamente ligado con la distancia alcanzable y la sensibilidad del sistema, la cual aumentará a la vez que aumente el ancho de banda a utilizar.

Las distancias alcanzables varían según los obstáculos con los que se topará la señal. En zonas urbanas ese rango puede variar entre 1-2 km mientras que en zonas rurales se pueden alcanzar distancias de 10-20 km. 

¿Cómo se implementa LoRaWAN?


Como vimos, LoRa trabaja en la capa física y es la encargada de habilitar el enlace de comunicación de largo alcance, mientras que LoRaWAN define el protocolo de comunicación y la arquitectura del sistema de red, siendo aspectos determinantes la vida útil de la batería de un nodo, como también en la capacidad de la red, la calidad del servicio (QoS) y la seguridad. 

Arquitectura de red


Generalmente la red LoRaWAN tiene una topología estrella. La arquitectura la conforman las pasarelas (Gateways), los nodos finales, servidor de red y servidor de aplicación. En una red LoRaWAN, los nodos no están asociados con un Gateway específico, por lo cual, los datos transmitidos por un nodo son típicamente recibidos por múltiples Gateways. Cada Gateway reenviará el paquete recibido desde el nodo final al servidor de red, a través de una red de retorno (Backhaul) ya sea celular, Ethernet, satelital o WiFi. En el siguiente gráfico se ve la topología de red descrita.


La inteligencia y la complejidad están a cargo del servidor de red. Su tarea es gestionar la red y filtrar los paquetes redundantes recibidos, realizar comprobaciones de seguridad, programar confirmaciones a través del Gateway óptimo y realizar adaptación a la velocidad de datos, conocido como Adaptative Data Rate (ADR).

Seguridad 


Es extremadamente importante incorporar seguridad para cualquier LPWAN. La seguridad del protocolo de red LoRaWAN se basa en la norma IEEE 802.15.4, ampliándose mediante la utilización una capa de seguridad para la red y otra capa de seguridad para la aplicación. La autenticidad del dispositivo final (nodo) en la red, es garantizada por la capa de seguridad de la red y para garantizar que el operador de la red no tenga acceso a los datos de la aplicación del usuario final, se emplea la capa de seguridad de aplicación; se utiliza el estándar de cifrado AES para cada dispositivo final LoRaWAN.

Ejemplo de Implementación 

La empresa Decentlab desarrolló un sistemas de monitorización personalizados en tiempo real para productores agrarios. El mismo tiene como objetivo investigar las relaciones entre la luz, la temperatura, la humedad, la lluvia, la calidad y el rendimiento para potenciar la agricultura sostenible (explotaciones agrícolas, plantaciones de árboles, bosques, entre otros). Asimismo, aporta capacidad de control de la humedad y temperatura del suelo a gestores de parques y jardines, ayudando a optimizar el uso de recursos hídricos en jardines y parques urbanos.

Esta solución de monitorización agrícola IoT LoRaWAN mediante registro inalámbrico de datos de Decentlab es compatible con todos los sensores utilizados en esta en la industria agraria y presenta un bajo consumo de energía que permite un despliegue rápido y fácil en áreas remotas sin cables. 


En esta siguiente fotografía se ve el producto final desarrollado, el cual debe cumplir con normas internacionales. En este caso por ser un dispositivo de exterior, debe responder a los grados de protección IP, como por ejemplo el IP67 que asegura la protección total frente al agua y polvo.

Verticales de mayor oportunidad para IoT


El primer campo de aplicación de esta tecnología es todo lo que se refiere a gerenciamiento de activos, camiones y flotas. También en la industria agropecuaria ya que el campo argentino necesita mantenerse cada vez más competitivo. 

En el área de la industria productiva de bienes y servicios, se debería realizar un gran trabajo para que las fábricas se integren y doten de una inteligencia común a todo el espacio de producción, con el fin de implementar esta tecnología. Por último, podemos hablar de oportunidades en el hogar y ciudades inteligentes, así como todo lo que se refiere a parking, medición ambiental y polución.

Comentarios finales


La tecnología LoRa, en conjunto con el protocolo LoRaWAN, satisface una importante necesidad de IoT para aplicaciones de largo alcance, baja potencia y baja tasa de datos. Este artículo ha examinado la capa física LoRa y las especificaciones LoRaWAN que hacen esto posible. No cabe duda que será una de las tecnologías de punta en el mercado y la clave para que esto se de, como opinión personal, será el aspecto de la seguridad tanto constructiva como informática.


Enlaces de interés


Autor: Julio Agustín Donadello, Estudiante de Ingeniería Electrónica.

martes, 6 de octubre de 2020

Una interesante alternativa para encaminarse a la autonomía energética


En este artículo les contaremos sobre cómo se puede sacar provecho de las energías renovables con la producción individual, a pequeña escala, de electricidad para el propio consumo y a su vez aportando a la sociedad con el concepto de smart grid. 
Mediante equipos específicos, algunos de ellos autoinstalables, se puede complementar con el balance neto en las instalaciones autónomas. Así, en el caso de un sistema conectado a red, el balance neto permite verter a la red eléctrica el exceso producido por un sistema de autoconsumo con la finalidad de poder hacer uso del sobrante en otro momento. De esta forma, la compañía eléctrica que proporcione electricidad cuando la demanda sea superior a la producción del sistema de autoconsumo, descontará de la factura el exceso producido por el sistema de autoconsumo. 
Por otro lado se está contribuyendo al saneamiento del medio ambiente con el uso de energías limpias, al camino a la eficiencia energética y a la autosuficiencia. 


Energía solar híbrida

Lo convencional para la instalación en el hogar es la combinación de energía solar y energía eólica (para ser efectiva la colocación de esta última, el viento en la zona debe superar los 3 m/s). Para su instalación se necesita básicamente un generador fotovoltaico (panel solar), un generador eólico, un inversor (teniendo en cuenta de que la energía producida por los generadores se obtiene en forma de señal continua), un transformador de media tensión/baja tensión (MT/BT) y, finalmente, la conexión a la red de electricidad.





Ventajas de la energía solar híbrida
  • Si bien las energías solar y eólica son fuentes de energía intermitentes y variables, en el artículo comentaremos las formas de implementarlas para alimentarnos cuando estos no puedan entregar energía. 
  • Tener al menos una parte de energía solar ayuda a reducir las emisiones y la dependencia de combustibles fósiles.
  • Permite reducir el consumo de la red eléctrica general. Así, no es necesario arriesgarse con una instalación 100% solar de autoconsumo.
  • Se puede optimizar el costo de la energía, accediendo a la fuente más barata según el momento.
  • La duración de los paneles ronda entre 25 y 30 años en promedio, mientras que la de los aerogeneradores ronda entre los 15 y 20 años.

Desventajas de la energía solar híbrida
  • La instalación es más compleja y costosa en comparación con una instalación de energía 100% solar.
  • Tienen un funcionamiento más complejo que los sistemas con una sola fuente de energía al tener que gestionar varias de esas fuentes según necesidades y momentos de aprovechamiento. 

Formas de implementarla

Algo importante a destacar es que existen tres métodos para aprovechar esta tecnología: grid-off, grid-on e híbridos. 

Grid-off: sistemas completamente aislados de la red eléctrica, al requerir la acumulación de energía, se utilizan bancos de baterías para el abastecimiento necesario. 
Su ventaja es la independencia energética, mientras que su desventaja es la costosa inversión en baterías y su mantenimiento. 

Grid-on: estos sistemas están conectados a la red y no tienen necesidad de baterías, ya que utiliza la red cuando no genera su propia energía. 
Su ventaja es que su instalación es mucho más económica que la anterior, su desventaja es que si el suministro central deja de funcionar, este no puede utilizar el suyo, debido a una imposición de sincronismo propio del sistema.

Híbridos: como podemos imaginar, este método implementa lo bueno de los dos métodos anteriores y busca eliminar las limitaciones, es la nueva tendencia.
De esta manera podemos contar con energía propia, independientemente del suministro exterior en caso de cortes. Pero no todo es bueno, ya que tiene una desventaja: requiere una inversión más costosa que las anteriores, debido a los inverters (inversores) que utilizan para adaptar los mismos. 


¿Que es una smart grid?

Son redes inteligentes que permiten descentralizar la distribución de la energía por parte de un solo proveedor, a varios “proveedores pequeños”.



El término smart grid se asocia a menudo con el concepto de medidores inteligentes, capaces de ofrecer una facturación detallada por franjas horarias, lo que permitiría a los consumidores no solamente elegir las mejores tarifas entre las diferentes empresas eléctricas, sino también discernir entre las diferentes horas de consumo, lo que a su vez permitiría un mejor uso de la red. 
Este sistema también permitiría mapear con más precisión el consumo, y anticipar mejor las necesidades futuras a nivel local. Incorpora la tecnología digital necesaria para que una comunicación fluida en ambas direcciones tenga lugar entre la instalación y el usuario. Es decir, este canal iría desde el proveedor de energía hasta los hogares, pero también desde los hogares hasta el proveedor. De esta manera, si la producción de energía en su hogar es mayor a la que consume, usted la vierte en la red eléctrica y obtiene un beneficio por parte del ente regulador de energía.


¿Qué beneficios tiene una smart grid?
  • Una transmisión más eficiente de la electricidad.
  • Un restablecimiento más rápido y eficaz tras una interrupción del servicio.
  • Reducción en los picos de demanda, bajando así también los precios.
  • Integración a gran escala de sistemas de energías renovables.

Lo que nos importa saber

Un hogar promedio consume entre 250 y 400kWh al mes. Con un panel solar de 330W suponiendo 5 horas de sol al día, podemos obtener un aproximado de 50kWh al mes. 
Un aerogenerador de 1000W, suponiendo un viento promedio de 4 m/s, podemos obtener un aproximado de 2.1kWh por día, al mes serían 63kWh. 
Para cubrir un consumo promedio, si bien se pueden adicionar ambos, es aconsejable adicionar los paneles solares necesarios en vez de aerogeneradores. Esto es teniendo en cuenta su fácil instalación y adaptabilidad del sistema de control de la energía. 
Como dato extra, un panel de 330W tiene como dimensiones 1.95m x 1m x 4cm y su peso es 28Kg. Mientras que el aerogenerador tiene un peso aproximado de 50Kg y sus palas miden 1m. Estos son datos aproximados y varían dependiendo del equipo elegido en el mercado.


Comentarios finales 

Es evidente que el uso de las energías renovables en el hogar nos pueden dar muchos beneficios tanto económicos como al medio ambiente.
También hay que reconocer que hoy en día, requiere una importante inversión para poder disfrutar de esos beneficios y sus amortizaciones son a mediano y largo plazo. Sería conveniente incorporar a las políticas nacionales un plan para poder darle una facilidad al usuario y que este se pueda aportar a esta nueva tendencia; ya que el beneficio no va a ser sólo individual, sino que adaptando correctamente este tipo de tecnología a una gran cantidad de usuarios, podríamos solventar el gran problema de la autonomía energética en nuestro país. 


Autor: Lic. Cristian Franco, Capitán del Ejército Argentino, Estudiante de Ingeniería Electrónica.