Se estima que para 2030 habrá en el mundo 30.000 millones de objetos conectados. El potencial de crecimiento de la IoT es enorme, pero también supone importantes retos tecnológicos a superar como lograr conectar objetos a la Red de redes donde no existe infraestructura de red móvil, como lugares remotos o zonas rurales. Para ello la solución propuesta son los satélites de órbita terrestre baja también conocidos como LEO.
Pero la solución no es tan sencilla. ¿Cómo comunicamos esos dispositivos IoT con los satélites? Precisamente en resolver esta cuestión están inmersos los investigadores de la Universitat Oberta de Catalunya (UOC), Guillem Boquet y Borja Martínez, del grupo Wireless Networks (WINE), del Internet Interdisciplinary Institute (IN3) en un estudio que analiza cómo mejorar la coordinación entre los miles de millones de objetos conectados de la superficie terrestre y los satélites que circulan por nuestra atmósfera.
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Satélites: protagonistas estelares en IoT
Como indican desde la entidad docente e investigadora, en los últimos años las constelaciones de satélites LEO han emergido como una solución alternativa que permite solventar las limitaciones de las redes terrestres. “Los satélites LEO son especialmente relevantes para el IdC, ya que requieren menos potencia de transmisión para lograr una comunicación fiable al encontrarse más cerca de la Tierra. Esto permite a los dispositivos ahorrar energía, prolongar la vida de la batería y reducir los costes de mantenimiento”, explica Guillem Boquet. “Entre otras ventajas, desplegar un satélite en órbita baja tiene un coste considerablemente inferior, lo que posibilita ofrecer servicios de conectividad a precios más adecuados al contexto IdC”.
Además, los satélites LEO –como los de Starlink de SpaceX, Eutelsat OneWeb o el proyecto Kuiper de Amazon– permiten mantener una latencia (el retardo entre las comunicaciones) mucho más baja que con los satélites geoestacionarios, cuentan con muchos más satélites en funcionamiento y una cobertura más amplia, su tiempo de despliegue es mucho más corto y son idóneos para las comunicaciones de multitud de sectores.
Sin embargo, su uso para la Internet de las cosas ha de salvar algunos escollos.
Desafíos del uso de satélites para IoT
El empleo de satélites como parte de la red IoT tiene sus propias barreras. Algunas están relacionadas con el desarrollo de la industria en sí mismo (el despliegue de megaconstelaciones satelitales para garantizar una cobertura continua no parece probable a corto plazo por su baja rentabilidad en el contexto IoT), y otras tienen que ver con restricciones derivadas del propio diseño de la tecnología, como el aumento de la probabilidad de interferencia entre comunicaciones, las limitaciones en el uso de la energía por parte de los dispositivos IoT y las dificultades de sincronizar los ciclos de trabajo de los dispositivos IoT con los intervalos en los que la comunicación satelital está disponible.
Las constelaciones LEO no proporcionan cobertura continua, por lo que las ventanas de comunicación son irregulares y de corta duración
“Los dispositivos IdC suelen funcionar con batería y tienen ciclos de actividad para despertarse y apagarse a intervalos regulares, con el objetivo de conservar energía. Estos ciclos de actividad periódicos son comunes en las comunicaciones terrestres e incluso están estandarizados. Pero las constelaciones LEO no proporcionan cobertura continua, por lo que las ventanas de comunicación son irregulares y de corta duración”, puntualiza Guillem Boquet. “Esto hace que sea necesario desarrollar estrategias de sincronización más avanzadas, que garanticen una comunicación fiable y acceso a las oportunidades de conectividad ofrecidas por la red satelital”.
Solución para optimizar la sicronización entre satélites y dispositivos IoT
Los modos de ahorro de energía de los dispositivos de Internet de las cosas, que definen los tiempos en que el terminal puede conservar energía y alargar su tiempo de autonomía poniéndose en reposo, dependen de tiempos periódicos. Pero esto no encaja con cómo funcionan las constelaciones satelitales. Para poder sincronizar las necesidades de los objetos conectados con los tiempos de acceso a los satélites LEO, es necesario poder predecir dónde va a estar cada satélite y cuándo se va a abrir la ventana de comunicación.
“La solución que proponemos consiste en sincronizar las necesidades de transmisión de la aplicación IdC y de comunicación de la red con los momentos en que el satélite estará accesible. La base de esta sincronización es poder predecir estos momentos mediante un modelo de la trayectoria orbital del satélite, partiendo de un punto inicial conocido”, detalla el investigador. “Sin embargo, realizar predicciones tiene un coste energético, ya que requiere operaciones de cálculo periódicas y actualizar el modelo predictivo cuando este se desvía de la realidad”.
Probado en el nanosatélite Enxaneta
La solución desarrollada por los investigadores de la UOC se puso a prueba con un caso de comunicación real con el nanosatélite Enxaneta, primer satélite de la Generalitat de Catalunya dentro del proyecto NewSpace. Los resultados fueron prometedores: mejora la ratio de acceso al satélite hasta en un 99 % y garantiza el acceso a la red a largo plazo, minimizando el consumo energético del dispositivo.
La solución desarrollada por los investigadores de la UOC se puso a prueba con un caso de comunicación real con el nanosatélite Enxaneta consiguiendo una mejora de la ratio de acceso al satélite hasta en un 99% y garantizando el acceso a la red a largo plazo, minimizando el consumo energético del dispositivo
“Los siguientes pasos son completar el análisis de costes y beneficios de implementar esta solución, considerando diversas aplicaciones, redes de servicio, tipos de constelación satelital, dispositivos IdC y tecnologías de comunicación, y proponer e implementar modos de ahorro de energía que se adapten automáticamente a las demandas de comunicación y las condiciones variables de las redes no terrestres”, concluye.
