¿Qué tienen en común el comportamiento de itinerancia de una tarjeta SIM M2M, la duración de la batería de un dispositivo IoT y el tráfico rodado? Más de lo que cabría suponer a primera vista.
De hecho, al igual que un coche consume combustible cuando tiene que arrancar una y otra vez en un atasco, un dispositivo IoT también consume energía cuando busca una red móvil adecuada y repite los intentos de conexión.
Pero es precisamente esa energía la que cuenta en las aplicaciones de IoT que funcionan con batería. Sobre todo cuando se espera que los dispositivos funcionen de forma fiable durante muchos años y el cambio de batería resulte complicado o costoso.
Si se quiere maximizar al máximo la duración de la batería, la mayoría se fija primero en los factores más evidentes: ¿qué capacidad tiene la batería? ¿Con qué frecuencia envía datos el dispositivo? ¿Es eficiente en el consumo de energía el hardware integrado? Por supuesto, todo eso es importante. Sin embargo, hay un factor que a menudo se subestima:
¿Cómo encuentra el dispositivo una red móvil?
De hecho, antes de que un dispositivo IoT pueda transmitir datos, debe establecer primero una conexión estable. Dependiendo de la libertad que tenga para elegir entre las redes móviles disponibles (palabra clave: itinerancia controlada e incontrolada), este proceso influye más en la duración de la batería de lo que se pensaba.
Advertencia previa: si un dispositivo tiene que intentar conectarse varias veces a una red preferida, consume energía en cada uno de esos intentos. Esto ocurre con el roaming controlado, ya que la tarjeta SIM indica al dispositivo a qué red debe conectarse, independientemente de la calidad de la cobertura en ese lugar. Sin embargo, si un dispositivo puede seleccionar directamente la red con la mejor conexión disponible —como ocurre con el roaming no controlado—, se conecta más rápido, necesita menos intentos de conexión y, por lo tanto, consume menos energía.
Esto no significa que el roaming sin control mejore automáticamente la duración de la batería en todos los casos. Sin embargo, ayuda a evitar un consumo innecesario de energía en condiciones de red difíciles. ¿Por qué es así?
Itinerancia dirigida frente a itinerancia no dirigida: por qué algunos dispositivos siempre siguen la misma ruta
Para entender cómo los dispositivos IoT pueden conectarse a la red móvil, sigamos un momento con nuestro ejemplo del tráfico rodado:
Quien quiera ir en coche de Hamburgo a Múnich probablemente elija una ruta en su navegador y se ponga en marcha. Si las condiciones del tráfico cambian durante el trayecto, el navegador vuelve a calcular la ruta. Un atasco por aquí, un corte de carretera por allá, y el navegador propone automáticamente una ruta mejor.
La libertad de elegir por sí mismo la mejor ruta para alcanzar el objetivo describe con bastante precisión el enfoque del roaming no gestionado: el dispositivo IoT puede conectarse a la mejor red móvil local sin instrucciones externas para alcanzar su objetivo: una transmisión estable de datos.
Todos sabemos por experiencia propia que la cobertura móvil varía según la ubicación: a veces es más fuerte, otras más débil y, en ocasiones, ni siquiera hay señal. Dado que hay dispositivos IoT que necesitan una conexión (muy potente) en todo momento, ofrecemos nuestras tarjetas SIM M2M, que permiten a estos dispositivos acceder a varias redes dentro de un mismo país (itinerancia nacional). Y para que realmente utilicen siempre la red más potente del lugar, existe el roaming no dirigido (Non-Steered Roaming).
Sin embargo, no todos los dispositivos del IoT disfrutan de esa libertad.
En el denominado «roaming dirigido» (Steered Roaming) , el proveedor de la tarjeta SIM determina qué red móvil debe utilizar el dispositivo de forma prioritaria. Por lo tanto, el dispositivo siempre intenta conectarse primero a esa red, incluso cuando otra red en la misma ubicación ofrezca una mejor conexión. Volviendo a nuestro ejemplo del navegador: ya sea por un corte de carretera o un atasco, la ruta no cambia, independientemente del tiempo que se tarde finalmente en llegar al destino. En el peor de los casos, estos intentos de conexión continúan hasta que la red móvil preferida deja de estar disponible por completo. Por este motivo, el roaming dirigido no es adecuado para todas las aplicaciones del IoT.
Digresión: ¿Cuándo conviene el roaming controlado y cuándo el no controlado?
Además de la transmisión de datos en tiempo real, hay otros factores que deben tenerse en cuenta a la hora de elegir el comportamiento de itinerancia. Entre ellos se incluyen, entre otros:
No todas las aplicaciones tienen los mismos requisitos. Algunas necesitan una disponibilidad máxima, otras una duración máxima. Los dispositivos que transmiten datos críticos en tiempo real, como los signos vitales de un paciente desde una ambulancia, corren un mayor riesgo de sufrir problemas de conexión con la itinerancia controlada y, en el peor de los casos, podrían poner en peligro vidas humanas. En cambio, en el caso de un contador inteligente que solo transmite la lectura una vez al día, los pequeños retrasos suelen ser irrelevantes.
La situación solo se vuelve crítica cuando la batería se agota mucho antes de lo previsto. Y es precisamente aquí donde conviene fijarse en el consumo de datos en roaming de un dispositivo.
Por qué la elección de la red consume energía
Volvamos mentalmente al tráfico rodado. Y es que, de hecho, la relación entre el comportamiento de itinerancia y la duración de la batería se puede explicar sorprendentemente bien con el trayecto diario al trabajo.
Imaginemos que cada mañana vamos al trabajo en coche. Hay dos rutas:
- Ruta A, el recorrido oficialmente recomendado y
- La ruta B, que, sin embargo, algunos días tiene menos tráfico y, por lo tanto, es más rápida.
Si cada mañana nos viéramos obligados a tomar la ruta A —independientemente del tráfico que haya en ese momento—, tardaríamos más en llegar, consumiríamos más combustible y nos encontraríamos más a menudo en atascos. Lo mismo ocurre con las tarjetas SIM de IoT o los dispositivos que se ven obligados a conectarse siempre de forma prioritaria a una red móvil concreta. Consumen energía al intentar repetidamente conectarse a una red que, en realidad, no es lo suficientemente buena para la transmisión de datos deseada.
Pero, ¿por qué es así?
La mayoría de la gente da por sentado que un dispositivo IoT consume energía principalmente cuando transmite datos. Sin embargo, en realidad ya consume bastante energía antes incluso de enviar un solo byte. Esto se debe, entre otras cosas, a que el dispositivo, antes de la transmisión de datos,
- buscar redes móviles disponibles,
- establecer una conexión,
- iniciar sesión en la red y
- debe mantener la conexión.
Es como un ordenador portátil que se enciende por la mañana. Aunque abrir un correo electrónico en sí solo lleva unos segundos, el arranque del sistema operativo, el inicio de sesión y el establecimiento de la conexión a Internet también requieren tiempo y energía.
Con los dispositivos IoT ocurre lo mismo. El envío propiamente dicho de un valor de medición suele durar solo una fracción del tiempo total de comunicación. Por eso, en el caso de los sensores alimentados por batería que transmiten solo unos pocos bytes al día, el establecimiento de la conexión puede incluso consumir más energía que la transmisión de datos en sí. Si, debido al roaming controlado, un dispositivo tiene que buscar varias veces una red adecuada o iniciar repetidamente intentos de conexión, este consumo de energía aumenta aún más.
O, por seguir con nuestro ejemplo del tráfico: quien llega al trabajo cada mañana sin desvíos ni atascos consume menos combustible que alguien que se queda atascado habitualmente en el tráfico o que necesita varios intentos para llegar a su destino.
Análisis técnico en profundidad: dónde se produce realmente el consumo de energía en la telefonía móvil
Para terminar, echemos un vistazo un poco más técnico a los antecedentes.
El hecho de que el roaming sin control pueda ahorrar energía no se debe únicamente a que el dispositivo se conecte a Internet más rápido. A nivel técnico, también hay varios factores que influyen en el consumo de energía.
1) Menor potencia de transmisión
Los módulos de telefonía móvil ajustan su potencia de transmisión en función de la calidad de la señal. Si la señal es débil, el dispositivo debe transmitir con mayor potencia para que la red móvil pueda recibirlo. Si la señal es fuerte, el dispositivo necesita mucha menos energía.
Se puede comparar con una conversación: quien está frente a su interlocutor habla más bajo que alguien que quiere hacerse oír al otro lado de una sala ruidosa.
2) Menos repeticiones en la transmisión de datos
Las malas condiciones de conexión suelen hacer que haya que volver a enviar los paquetes de datos, igual que en una conversación en la que no se entiende una frase y hay que repetirla. Quizás incluso varias veces.
Estas repeticiones también consumen energía. Por lo tanto, una conexión estable no solo garantiza una mayor disponibilidad, sino que, al mismo tiempo, reduce el consumo innecesario de electricidad.
3) Más tiempo en modo de ahorro de energía
Muchos dispositivos IoT modernos pasan la mayor parte de su vida útil en modo de suspensión y solo se activan brevemente para transmitir datos. Las tecnologías LPWAN (red de área amplia de baja potencia), como Narrowband IoT el LTE-M, se han desarrollado precisamente para este caso de uso. Gracias a funciones de ahorro de energía como el modo de ahorro de energía (PSM) y la recepción discontinua extendida (eDRX), los dispositivos pueden desactivar sus módulos de radio durante largos periodos de tiempo y, de este modo, alcanzar una autonomía de batería de varios años.
Sin embargo, estos mecanismos solo funcionan de manera óptima si la comunicación con la red móvil es fiable. Si, tras salir del modo de suspensión, un dispositivo tiene que buscar varias veces una red adecuada, compensar las interrupciones de conexión o reenviar datos repetidamente, se pierde parte del potencial de ahorro energético. Cuanto más rápida sea la comunicación, más rápido podrá el dispositivo volver a su modo de suspensión de bajo consumo.
Un ejemplo práctico
Tomemos como ejemplo un contador inteligente situado en el sótano de un edificio de viviendas. Allí hay tres redes de telefonía móvil disponibles:
- Red A con señal débil
- Red B con buena señal
- Red C con muy buena señal
En el roaming controlado, el dispositivo siempre intenta conectarse primero a la red A, ya que esta ocupa el primer puesto en la lista de prioridades. La consecuencia:
- El establecimiento de la conexión tarda más debido a la debilidad de la señal.
- Hay que intentarlo varias veces hasta que se establezca la conexión.
- El propio dispositivo tiene que transmitir a mayor potencia (y consumir más energía).
- Se producen cortes de conexión con mayor frecuencia.
En el caso del roaming no dirigido, el dispositivo seleccionaría directamente la red C.
- La conexión es más rápida, más estable y consume menos energía.
- El propio dispositivo necesita menos energía para la transmisión de datos y vuelve al modo de suspensión más rápidamente.
Una sola conexión apenas supone una diferencia, pero a lo largo de varios años de funcionamiento, estos pequeños ahorros se van acumulando. Este efecto es especialmente relevante en aquellos casos en los que se espera que los dispositivos funcionen durante muchos años sin necesidad de mantenimiento:
- Contadores inteligentes en los sótanos
- Sensores en la automatización de edificios
- Aplicaciones para ciudades inteligentes
- Sensores ambientales y de nivel
- Dispositivos de IoT industrial en lugares de difícil acceso
Cada intento de conexión que se evite contribuye a prolongar la duración de la batería y, por lo tanto, a reducir los costes de mantenimiento.
Conclusión: el camino más corto ahorra energía
La duración de la batería de un dispositivo IoT depende de muchos factores. Además del tamaño de la batería, el hardware, la tecnología inalámbrica y las funciones de ahorro de energía, también influye el comportamiento a la hora de seleccionar la red.
No hay una respuesta única que sea correcta o incorrecta. Tanto el roaming controlado como el no controlado tienen su justificación, dependiendo de la aplicación, el entorno técnico y los requisitos del proyecto.
El roaming controlado puede resultar útil cuando las conexiones de red suministran energía de forma permanente a los dispositivos o cuando es necesario cumplir determinados requisitos comerciales y normativos.
Por el contrario, cuando se trata de dispositivos IoT alimentados por batería que deben funcionar de forma autónoma durante muchos años o que se desplazan por entornos de red cambiantes, la itinerancia no controlada ofrece numerosas ventajas. La posibilidad de seleccionar directamente la mejor red disponible ayuda a evitar intentos de conexión innecesarios y a reducir el consumo de energía.
Hay algo que es especialmente importante tener en cuenta: la elección de la red móvil no solo influye en la calidad de la conexión de un dispositivo, sino también en su consumo energético. O, por volver una última vez al tema del tráfico rodado:
Quien llega a su destino sin desvíos, atascos ni paradas constantes suele viajar de forma más eficiente.
