Probando NBIoT en Santiago de Chile

¿Qué es el NBIoT?

El Narrow Band o NBIoT, es una tecnología de transmisión de datos de banda estrecha que utiliza las potencialidades de las redes de telefonía móvil para conectar equipos que no requieren transmitir grandes volúmenes de datos en un flujo constante a internet, si no de manera esporádica, es decir, para control, monitoreo o automatización de ciertos procesos. Esto lo hace gracias a su capacidad de conectarse a redes existentes, lo que hace que no se necesario establecer una nueva y costosa infraestructura de red para poder utilizarla.

El objetivo de esta tecnología es poder conectar dispositivos a una red especifica a bajo costo, con bajo nivel energético y a gran velocidad, por lo mismo, es una tecnología muy atractiva para cualquier tipo de implementación IoT gracias a su formato para conexionado masivo y autónomo.

En resumen, NBIoT es la versión celular para redes LPWA ya que permite conectar dispositivos directamente a Cloud sin Gateway.

¿Cómo Funciona?

Como se mencionó anteriormente, NBIoT utiliza redes de telefonía, pero más precisamente, las redes que ya se encuentran existentes.

Considerando que las redes celulares se dividen en diversos canales de frecuencia que permiten el envío y recepción de datos, el NBIoT se destaca por utilizar canales de muy baja frecuencia, generalmente de 25Khz hacia abajo, esto produce que el consumo energético sea mucho menor en los dispositivos que utilizan esta tecnología y por consecuencia, mucho más autónomos.

Resumen de Características definidas por Entel

La clave está en que NBIoT tan solo se conecta a la red cuando es necesario, ya sea porque el dispositivo al que está conectado le ha transmitido sus datos o cuando recibe una petición externa.

Es importante destacar que NBIoT presenta una seguridad a nivel de autenticación y además el cifrado de datos que viajan a través de la red de telefonía móvil, por lo que lo hace una tecnología muy segura.

NBIoT requiere un mínimo de 180Kbps de ancho de banda para enlaces ascendentes y descendentes, por lo que los operadores de redes celulares pueden utilizar una portadora LTE en el bloque físico de 180 KHz .

Modulación y Tasa de Transmisión de NBIoT

Considerando el formato de comunicación que utiliza NBIoT, un diagrama aproximado de como se podría llegar a una solución utilizando sus características tendría la siguiente arquitectura en el caso de tratarse de monitoreo de datos:

Diagrama de Solución IoT Basado en Narrow Band

Probando Narrow Band IoT en Santiago de Chile

Cabe destacar que actualmente NBIoT no se encuentra del todo desplegado en Santiago de Chile, ya que esta tecnología está en fase de pruebas previas a su masificación. El proveedor actual de esta tecnología en Santiago de Chile es Entel, quién habilitó un par de bandas con el fin de realizar pruebas de implementación en diferentes áreas de la ciudad.

Específicamente, las bandas de frecuencia que habilitó Entel son:

  • B28 – 700MHz
  • B2 – 1900MHz

Cabe destacar que amabas bandas funcionan bien con NBIoT para lo que respecta a pruebas piloto, pero la banda B2 es la mejor para casos de funcionamiento indoor.

Para la realización de la prueba se utilizaron varios equipos compatibles con NBIoT con el fin de analizar la cobertura y la correcta conexión a internet. Considerando que NBIoT aún no se encuentra desplegado de forma comercial en el país, fue necesario contactarnos con el proveedor para que habilitara una área de cobertura en nuestras oficinas y solicitar un chip compatible y registrado para su uso en pruebas.

Como placa base se consideraron varios modelos del módulo Quectel BG ya que son compatibles con LTE y NB, entre ellos el BC68, BG77 y BG96, probando también la alternativa que entrega RAKwireless de módulos compatibles con Quectel para un posterior escalamiento en proyectos IoT. La principal diferencia entre estos módulos es la cantidad de funcionalidades que tienen, ya sea disponibilidad de GPS, la cantidad de bandas en las que trabaja, etc.

Módulo Quectel BC68
Módulo Quectel BG77 de RAKwireless
Módulo Quectel BG96

Como estos equipos es posible realizar configuraciones mediante comandos AT, de esta forma podemos registrar los datos necesarios y las credenciales para conectarnos a internet usando NB, por lo que son ideales para la realización de pruebas de conectividad y envío de datos a internet. Es posible realizar este tipo de configuraciones AT con cualquier programa que disponga con tal funcionalidad, nosotros utilizamos el que entrega Quectel.

Para esta prueba fue importante considerar varios parámetros al momento de configurar el dispositivo y vincularlo a la red.

Lo primero es establecer la banda de frecuencia disponible en la zona en la que se realizarán las pruebas. Como se mencionó anteriormente, Entel cuenta con 2 bandas disponibles para pruebas piloto, en nuestro caso contábamos con disponibilidad de la banda B28, por lo que se utilizó el siguiente comando para definir esta banda:

AT+NBAND=28

Considerando que NBIoT es una tecnología celular, la conexión a la red se realiza mediante una tarjeta SIM dedicada a esta tecnología, por consiguiente, se requiere de un APN entregado por el proveedor. Este APN puede disponer o no de un usuario o contraseña dependiendo del nivel de seguridad que requiera el PNP de la implementación.

Es importante destacar que en nuestras pruebas intentamos utilizar SIM 4G corrientes para probar conexión para saber si era posible, pero a pesar de que logramos conectarnos a la red, no fe posible conectarse a internet, esto solo se puede conseguir con las tarjetas SIM especificas para esta tecnología entregadas por el proveedor.

Teniendo en consideración lo anterior, el segundo paso es registrar en el módulo el APN del proveedor registrando un contexto PDP de IPV4, esto se realizó con el siguiente comando:

AT+CGDCONT=1,"IP","APNProveedor"

El número 1 es el valor que se le asigno al contexto, este valor se utiliza más tarde al activar el PDP.

En nuestro caso, solo teníamos disponible un operador de NB al cual conectarse, por lo que la conexión fue automática, pero es importante apuntar directamente al operador de NB. En el caso de requerir la conexión a un proveedor especifico el comando requerido es el siguiente:

AT+COPS:X,X,"X"

Con el módulo ya conectado al proveedor ese necesario habilitar el servicio de dominio de paquetes, esto se realiza con el siguiente comando:

AT+CGATT=1

Ahora se habilita el contexto PDP (1 = habilitado) y su definición particular guardada al momento de registrar el APN anteriormente:

AT+CGACT=1,1

Ya con esto, debemos verificar si contamos con conexión a internet utilizando el siguiente comando AT, en este caso probamos con los DNS de Google:

AT+NPING=8.8.8.8

Tras recibir una respuesta y verificar la conexión a internet, podemos abrir la red para un cliente MQTT enviando un comando especificando el identificador del cliente, el nombre del host y el puerto:

AT+QMTOPEN=Id,"nombrehost",puerto

Ya con la red abierta, podemos ingresar el usuario y contraseña para el envío de mensajes, en nuestro caso solo requerimos del id del cliente:

AT+QMTCONN=0,"clientID"

Finalmente ya podemos publicar mensajes con el siguiente comando (para este caso dependerá completamente del tipo de mensaje que se envíe, por lo que recomendamos leer la documentación):

AT+QMTPUB

En nuestra experiencia con redes LPWA en cuanto a precios y tipos de implementación, consideramos que NBIoT viene como una solución muy económica tanto como proyectos pequeños como para proyectos de gran magnitud, esto debido a su fácil instalación e integración a soluciones IoT.

Aunque aún no se encuentre desplegado de manera comercial, contamos con amplio conocimiento en aplicaciones basadas en esta tecnología, por lo que si te interesa saber más y requieres de asesorías con respecto a esta nueva tecnología, no dudes en contactarnos: https://wisely.cl/contacto/