La promesa de 5G: Exageración versus realidad

Las empresas están siempre en busca de tecnologías que puedan ayudar a acelerar drásticamente sus procesos de negocio al tiempo que minimizan los costos y aseguran la calidad. Los innovadores empresariales pueden sacar provecho de esto diseñando productos de IoT que satisfagan las demandas de velocidad de las empresas, ayudándolas al mismo tiempo a mantener los costos al mínimo.

La tecnología inalámbrica de quinta generación (5G) es una tecnología prometedora para construir soluciones de IoT que permiten comunicaciones de máquina a máquina rápidas como el rayo, extremadamente fiables y de bajo costo.

¿Pero puede el 5G, que aún está surgiendo, cumplir realmente todas sus promesas? ¿Son sus promesas "anunciadas" realistas o una simple fanfarronada?

La promesa del 5G

Muchos creen que el 5G permitirá utilizar casos de uso de "tipo ciencia-ficción" que las generaciones más antiguas de tecnología inalámbrica no pueden soportar. Incluso el 4G palidece en comparación con el 5G en términos de velocidad, latencia y frecuencia del espectro, entre otros factores (véase la figura 1).

Figura 1: Comparación de 4G y 5G, como se anuncia. (Fuente de la imagen: Voler Systems)

5G tiene varios casos de uso comercial, incluyendo redes privadas de transporte inteligente y asistencia sanitaria hiperconectada. El Transporte inteligente permitirá nuevos servicios aprovechando las comunicaciones inalámbricas rápidas y fiables entre los vehículos inteligentes y los sensores incorporados en las carreteras y los ferrocarriles. Permitirá aumentar la visibilidad y el control de los sistemas de transporte inteligentes.

En el ámbito de la atención de la salud, se espera que la tecnología 5G mejore los resultados y el bienestar de los pacientes mediante la predicción de posibles problemas de salud individuales y la organización de intervenciones médicas tempranas. Puede ayudar a habilitar servicios de salud sostenibles mediante aplicaciones como la cirugía robótica a distancia. Es por eso que organizaciones de salud con visión de futuro como el Hospital Rush de Chicago planean pasar a la conectividad 5G.

La realidad, sin embargo, es más compleja.

Varios factores influyen o impiden a los negocios realizar plenamente el potencial de 5G. Primero discutamos algunos fundamentos importantes sobre 5G:

• Bandas de frecuencia

El rendimiento de 5G depende de la banda de frecuencia disponible (ver Figura 2). La velocidad máxima de datos, por ejemplo, es solo de hasta 100 Mbps dentro del espectro de banda baja (por debajo de 1 GHz), hasta 400 Mbps dentro del espectro de banda media (1 GHz a 6 GHz), y hasta 10 Gbps dentro del espectro de banda alta (6 GHz a 86 GHz). El espectro de banda alta u onda milimétrica (mmWave), sin embargo, tiene una disponibilidad limitada.

Además, las señales de mmWave no transmiten más de unos 100 metros y no pueden penetrar en las paredes o incluso en las ventanas. Debido a la densidad requerida de estaciones base solo estará disponible en zonas urbanas densas, pero la señal está bloqueada por los edificios.Sin embargo, la IoT no suele necesitar la alta velocidad de la mmWave.

Figura 2: Espectro de 5G dentro de tres bandas de frecuencia clave (Fuente de la imagen: Voler Systems)

• Clases de servicio de 5G

  Las tres clases de servicio 5G son: banda ancha móvil mejorada (eMBB), comunicaciones ultra confiables y de baja latencia (URLLC), y comunicaciones masivas de tipo máquina (mMTC). Cada una tiene sus características, aplicaciones y limitaciones.

  • eMBB permite velocidades de datos muy altas, hasta 10 Gb/seg (20 veces 4G), una capacidad de tráfico muy alta (1 millón de dispositivos/km²), y una latencia del aire muy baja (hasta 4 ms). Sus casos de uso incluyen la realidad virtual (VR) y la realidad aumentada (AR). Esta es la clase de servicio para los dispositivos inteligentes como teléfonos inteligentes, tabletas y transmisión de TV UHD (4K y 8K).

    El rendimiento del eMBB, sin embargo, depende de la banda de frecuencia disponible. Si la banda de frecuencia disponible es inferior a 1 GHz, por ejemplo, la experiencia será muy parecida a 4G (hasta una velocidad de datos de 100 Mb/seg a la baja y 50 Mb/seg a la alta).La latencia de 4 ms es de una dirección, y solo a la torre celular más cercana. La transmisión a larga distancia es mucho más lenta.

  • URLLC está diseñado para escenarios in situ como sistemas de transporte inteligentes (backhaul de infraestructura), automatización discreta (control de movimiento), automatización de procesos (control remoto) y distribución de electricidad (alto voltaje). Promete una latencia muy baja (hasta 1 ms) y una disponibilidad y fiabilidad ultra-alta (99.9999%), que es mucho mejor que la 4G.

    Pero incluso si la 5G promete mejorar radicalmente el rendimiento de la URLLC, muchas cosas siguen siendo improbables como la cirugía a distancia y los videojuegos de alta velocidad conectados a distancia y la realidad aumentada en casa. La fiabilidad de "seis nueves" que promete es cuestionable para cualquier conexión inalámbrica.

  • mMTC apoyará la implementación masiva de IoT y permitirá un costo de dispositivos muy bajo y un consumo de energía muy bajo, lo cual es una propuesta atractiva para edificios inteligentes, logística, rastreo, administración de flotas, dispositivos vestibles y medidores inteligentes.

    La norma mMTC aún se está escribiendo, así que por ahora la IoT está respaldada por las normas 4G: NB-IoT y LTE-M.

La 5G no proporciona actualmente todo lo que promete.

El estado actual del mMTC está lejos de ser una exageración. Actualmente, la 5G no proporciona todo lo que promete. Se sigue trabajando en los estándares para el mMTC y las tecnologías 5G existentes no están optimizadas para el tamaño del paquete y las sesiones cortas. La señalización de control también es ineficiente en el sentido de que requiere 100 bytes de señalización para enviar 10 bytes de datos. Los actuales esquemas de codificación de canales también son ineficientes para los paquetes de datos pequeños. La duración prevista de la batería de 10 años solo es posible con mensajes muy infrecuentes y tasas de datos muy bajas.

Disponibilidad de 5G

La disponibilidad de 5G es también un factor determinante. La figura 3 muestra lo que las ciudades y los transportistas están ofreciendo 5G a mayo de 2020. Muestra que la ubicación del usuario y el transportista que utiliza marcarán una gran diferencia debido a las siguientes razones:

• Solo cuatro compañías de telefonía móvil de EE. UU. están implementando 5G: AT&T, Verizon, T-Mobile y Sprint
• Para usar 5G, se requiere un teléfono o dispositivo 5G.
• Hay poca cobertura en las zonas rurales.
• Es poco probable que se ofrezca cobertura de mmWave de alta velocidad en zonas suburbanas o rurales, ya que se necesitaría una torre de telefonía móvil cada 300 metros.
• Algunos proveedores tienen una velocidad limitada.

Figura 3: Mapa de disponibilidad de 5G
Rojo: T-Mobile, Negro: Verizon, Azul: AT&T, Amarillo: Sprint (Fuente de la imagen: Digital Trends)

¿Qué hay de los servicios de IoT existentes?

NB-IoT y LTE-M (también llamado Cat M o Emtc) coexistirán con 5G. La cobertura de NB-IoT y LTE-M en los EE. UU. es buena. En mayo de 2019, Verizon anunció que el 92% de la población de EE. UU. está cubierta por su red NB-IoT.

Los servicios no celulares (ZigBee, LoRa, Ingenu, Sigfox, e ingrávidos), por otro lado, no están incluidos en 5G, pero seguirán funcionando usando un espectro sin licencia. Pero no están disponibles en muchos lugares.

¿Qué significa esto para el futuro de la IoT?

Hay pocos cambios por ahora.

Pero la tecnología 4G, NB-IoT y LTE-M, solo se ha implementado lo suficiente desde 2019. Permite que los dispositivos que funcionan con baterías se comuniquen directamente con Internet sin pasar por un teléfono móvil o un punto de acceso Wi-Fi. El momento para esta tecnología es ahora.

Sin embargo, hay que tener en cuenta que cada norma inalámbrica tiene sus ventajas y desventajas (véase el cuadro 1). Para conocer el estándar correcto para el diseño de dispositivos IoT y evitar errores costosos y otros riesgos de diseño de IoT, consulte con expertos en diseño de IoT o contrate ingenieros competentes en IoT.

Tabla 1: Comparación de los estándares inalámbricos de IoT existentes. (Fuente de la imagen: Voler Systems)

Conclusión:

Las industrias de potencia de IoT y de 5G se están convirtiendo en una realidad. Pero como el 5G está todavía en su infancia, no proporciona todo lo que promete. Sin embargo, la 5G es una nueva tecnología prometedora que seguramente beneficiará a las empresas.

Los innovadores de negocios pueden ayudar a hacer realidad las promesas de 5G diseñando dispositivos de IoT listos para 5G o 4G, seguros y confiables. Sin embargo, no es una tarea sencilla y requiere la ayuda de expertos.

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