Tecnologías inalámbricas: WiFi, Bluetooth, Zigbee, Z-Wave, LoRA, WiMAX y RFID

El IoT existe desde hace tiempo, y cada vez hay más dispositivos y tecnologías conectadas en este sector. El Internet de las cosas o IoT es una realidad desde hace tiempo, y en este sector se está reduciendo el almacenamiento de datos y se está produciendo una estandarización inalámbrica. Debido a la popularidad de WiFi y Bluetooth, o el WiMAX, son los más conocidos, pero otros términos como Zigbee y Z-Wave, entre otros, se están haciendo cada vez más populares debido a los productos conectados que los están usando como tecnología wireless base.

Bluetooth

Bluetooth

El Bluetooth (BT) es una de las tecnologías inalámbricas más populares y que está más extendida entre los dispositivos sin cables. La puedes ver en multitud de equipos, desde smartphones, hasta auriculares inalámbricos, altavoces sin cables, y otros muchos elementos domóticos.

Esta tecnología nace de la mano de la compañía sueca Ericsson y un conjunto de compañías del sector tecnológico al que posteriormente se unieron otras empresas como Microsoft. El trabajo conjunto de todas ellas hizo que esta tecnología tuviera una rápida aceptación por parte de los fabricantes y se transformara en un estándar.

Un dato curioso sobre el símbolo y el nombre de esta tecnología es que su símbolo parecen dos dientes azules, como su propio nombre indica, pero este término proviene de un dios de la mitología nórdica.

Gracias a la tecnología BT, y sus distintas versiones, se pueden conectar dispositivos de todo tipo de una forma cómoda, sin necesidad de cables, y con un buen rendimiento y eficiencia energética. Además, es muy sencilla de utilizar, y tiene una alta compatibilidad dada su aceptación. Por eso la encontrarás en multitud de dispositivos para transferir sonido o datos de cualquier tipo en distancias cortas (ya que una de las limitaciones es precisamente su alcance).

Desde su creación, Bluetooth ha evolucionado, lanzando nuevas versiones que no solo iban mejorando la velocidad de transferencia y la eficiencia energética, también agregando otras funciones y codecs.

Características del Bluetooth

Entre las principales características del Bluetooth encontramos:

  • Opera en la banda ISM libre entre los 2.402 y los 2,480GHz, por lo que no requiere de ninguna licencia.
  • Su alcance llega a unos 10 metros de distancia, aunque depende de la potencia de emisión con la que disponga el equipo transmisor y si estamos en interior o al aire libre.
  • BT está orientada a conexiones punto a punto o red de malla de pocos nodos, generalmente 2.
  • La velocidad máxima de transmisión de datos depende de la versión, pero se pueden llegar a los 50 Mbps o más en futuras versiones.
  • No supera bien ciertos obstáculos como las paredes y otras barreras que puedan interferir.
  • Se usa en multitud de aplicaciones, desde ordenadores, hasta dispositivos móviles, periféricos, IoT, domótica, vehículos, etc.

Versiones de Bluetooth

VersiónFecha Mejora principalCoberturaVelocidad
Bluetooth 1.01999Fue la primera en salir. 10 metros721 kbps
Bluetooth 1.12002Mejoras básicas respecto a la 1.0.10-15 metros721 kbps
Bluetooth 1.22003Mejoras contra las interferencias.10-15 metros721 kbps
Bluetooth 2.02004Tiene Enhanced Data Rate (EDR) o tasa mejorada de datos50 metros2 Mbps
Bluetooth 2.12007Implementa Secure Simple Pairing (SSP) para facilitar el emparejamiento.50 metros2 Mbps
Bluetooth 3.02009Llega con HS de High Speed que aumenta la velocidad.50 metros24 Mbps
Bluetooth 4.02010Bluetooth Low Energy o LE para consumir menos energía.Hasta 100 metros24 Mbps
Bluetooth 4.12013Nuevamente se producen mejoras básicas.Hasta 100 metros24 Mbps
Bluetooth 4.22014Compatibilidad con el protocolos IPv6.Hasta 100 metros24 Mbps
Bluetooth 5.02016Audio Dual para emparejar dos dispositivos de sonido a la vez.Hasta 100 metros32 Mbps
Bluetooth 5.12019Permite identificar la procedencia de señales. Hasta 200 metros50 Mbps
Bluetooth 5.22020Low Complexity Communication Codec (LC3) Enhanced Attribute Protocol (EATT) LE Power Control, una optimización dinámica de la potencia de transmisión entre los dispositivos.Hasta 240 metros50 Mbps

WiFi

WIFI 6 logo

La tecnología inalámbrica WiFi o Wireless Fidelity es otra de las más extendidas, junto con Bluetooth. Está presente en multitud de dispositivos, especialmente los de red, como los routers, los ordenadores, los dispositivos móviles, entre otros elementos conectados.

Se trata de una tecnología inalámbrica de transmisión de datos utilizada para Internet y basada en ondas de radio. Las frecuencias que se utilizan son distintas, concretamente el WiFi utiliza dos, una de ellas es la 2,4GHz compatible con dispositivos más antiguos y con un mayor alcance (al ser una onda más penetrante) y la de 5GHz, que consigue mejores velocidades y es compatible con los dispositivos más nuevos (aunque no sortea los obstáculos tan bien como la 2.4Ghz).

Estándares de conectividad WiFi

Al igual que ocurre con Bluetooth, WiFi también ha ido evolucionando a lo largo de los años, lanzando nuevas versiones con mejoras principalmente en la velocidad y en la seguridad. Estas mejoras se realizan desde la WiFi Alliance, un conglomerado compuesto por multitud de empresas del sector y se identifican bajo el estándar IEEE 802.11.

Nueva nomenclaturaEstándar
Wi-Fi 1IEEE 802.11a
Wi-Fi 2IEEE 802.11b
Wi-Fi 3IEEE 802.11g
Wi-Fi 4IEEE 802.11n
Wi-Fi 5IEEE 802.11ac
Wi-Fi 6IEEE 802.11ax

Mientras más avanzado sea el estándar, mayor velocidad de transferencia y mejor seguridad de cifrado tendrá. No obstante, esto dependerá de los dispositivos conectados, ya que ambos deben soportar el estándar bajo el que se comunicarán. No obstante, los dispositivos suelen ofrecer retrocompatibilidad con versiones anteriores.

Dos de los últimos estándar que se están usando en la actualidad son WiFi 5 y WiFi 6 lanzados en 2013 y 2019 respectivamente:

 Wi-Fi 5Wi-Fi 6
SeguridadWEP, WPA1, WPA2WEP, WPA1, WPA2, WPA3
Bandas2.4 Ghz y 5 GHz2,4 GHz y 5 GHz
Ancho de banda20MHz, 40MHz, 80MHz, 80+80MHz y 160MHz20MHz/40MHz a 2.4GHz, 80MHz, 80+80MHz y 160MHz a 5 GHz
Tamaños de FTT64, 128, 256, 51264, 128, 256, 512, 1024, 20148
Modulación más alta256-QAM1024-QAM
ODFMANo, sólo OFDM
MU-MIMOSólo para descargaDisponible en subida y bajada
Color BSSNoSí, disminuye las interferencias
Target Wake TimeNoSí, permite consumir menos energía

En cuanto a las aplicaciones, la tecnología WiFi nos ofrece el acceso a Internet desde diferentes dispositivos al conectarse a una red inalámbrica cercana. Además de red, también puede servir como tecnología de enlace entre dispositivos para transferencia de datos.

Por otro lado, el alcance o cobertura va a depender de ciertos factores. Uno de ellos es la frecuencia, como he mencionado anteriormente, una onda de 2.4 Ghz es más penetrante y puede ampliar la cobertura, mientras que una de 5 Ghz será más rápida pero con peor penetrabilidad. Por otro lado, también dependerá de campos electromagnéticos cercanos o interferencias, obstáculos, potencia de salida y antenas. No obstante, se puede ampliar el alcance usando repetidores WiFi.

Características del WiFi

Entre las principales características del WiFi hay que destacar:

  • Opera en la banda de frecuencia de 2.4 GHz y 5GHz. Ésta segunda, al ser una franja menos usada, permite mejoras respecto a la 2.4.
  • Su alcance puede variar según factores externos, pero llega más lejos que el Bluetooth.
  • Su velocidad también es superior a la del BT. Por ejemplo, el WiFi 6 puede llegar a transferir datos a 9,6Gbps.
  • Dificultad para atravesar ciertos obstáculos: paredes, zonas con campos electromagnéticos o interferencias, pantallas de agua (depósitos, piscinas,…), etc.

WiMAX

WIMAX

La tecnología Wimax se basa en el estándar IEEE 802.16, y también suele llamarse también Acceso Inalámbrico de Banda Ancha. El estándar IEEE 802.16 es el estándar de la red de área metropolitana inalámbrica (WMAN), desarrollado por el grupo de trabajo para permitir el acceso inalámbrico de banda ancha punto a multipunto. El acceso inalámbrico se realiza en este caso mediante microondas, en vez de por ondas de radio como el anterior.

WiMAX es similar a WiFi, pero proporciona un acceso de banda ancha de mayor velocidad y de área más amplia con menos interferencias. De hecho, el Internet de banda ancha WiMAX ofrece altas velocidades y alcances de kilómetros. Por eso, se puede usar como alternativa a las tecnologías 4G y 5G LTE para llevar Internet a lugares donde no llega el cable de cobre telefónico o la fibra óptica.

La tecnología WiMax enlaza puntos de acceso WLAN con Internet y proporciona conectividad de banda ancha a dispositivos de diversos tipos. En su forma más simple, WiMax es una versión inalámbrica estandarizada de Ethernet, pensada sobre todo como alternativa a las tecnologías cableadas, como los módems de cable, DSL y enlaces T1/E1, para proporcionar acceso de banda ancha en las instalaciones de los clientes.

Esta tecnología también se basa en protocolos IP, pero, a diferencia del WiFi que tiene solo unos metros de alcance, permiten hasta 50 kilómetros para las estaciones fijas, así como de 5 km a 15 km para las estaciones móviles.

Gracias a estas microondas con frecuencias de 2,5 a 5,8 GHz, se pueden alcanzar velocidades de hasta 1Gbps en puntos fijos, por ejemplo una casa, y de 365Mbps en puntos móviles. Aun así, siempre dependerá de lo que te ofrezca la empresa a la que le contratas el servicio (ISP).

LORA

LORA

LoRa son las siglas de Long Range, y es una tecnología inalámbrica patentada y desarrollada por la compañía francesa Cycleo (adquirida por Semtech). Esta tecnología es capaz de modular la red de amplia área y baja potencia basándose en técnicas de modulación del espectro derivadas de CSS. Actualmente está bajo LoRa Alliance.

La red LoRa emplea bandas de frecuencia de radio por debajo del giga-hercio, como las de 863-870 / 873 Mhz, 915-928 Mhz, etc., y cuenta con amplias coberturas. Por ello, tiene capacidad para la geolocalización dentro de los dispositivos IoT.

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) es una tecnología de redes inalámbricas de bajo consumo, que cubre grandes distancias, es bidireccional y para transmisión de bajo volumen de datos. Es decir, serviría como alternativa al zigbee, Bluetooth,etc., pero con alcances como WIMAX, lo que la hace apta para las Smart Cities. No obstante, su mayor limitación es su baja velocidad.

Ventajas de LoRaWAN

Las ventajas de LoRaWAN son las siguientes:

  • Permite conocer el estado y controlar diferentes elementos como sensores y actuadores de forma remota.
  • Tiene cobertura de cientos de kilómetros.
  • Es de muy bajo consumo, apto para dispositivos que dependan de pilas o baterías.
  • Es muy sencillo.
  • Es seguro.
  • Su señal puede sortear obstáculos de forma fácil debido a sus bajas frecuencias de operación.
  • Diferentes perfiles de dispositivos según las necesidades de cada caso.
  • Es una tecnología bastante exitosa en Europa.

Zigbee

ZIGBEE

Zigbee un protocolo de comunicación inalámbrico que también emplea ondas de radio como WiFi. Gracias a él se puede hacer que varios dispositivos se comuniquen entre sí, lo que resulta muy práctico para el hogar domotizado o Smart Home y el IoT. Por otro lado, también se pueden crear mallas de dispositivos o red mesh.

Zigbee permite la conexión directa entre dispositivos, sin necesidad de que haya un router al que estén conectados todos los dispositivos de la red, como ocurriría con WiFi. Pero sí que se necesita un puente o hub, un dispositivo que será el que se conecte a Internet y el encargado de repartir la señal entre el resto de los dispositivos conectados a él.

Ventajas

Cuando se conectan varios dispositivos a la misma red, puede producirse una saturación de la misma, por lo que Zigbee resulta ventajoso al evitar dicha saturación del WiFi. Por otro lado, es más barato y menos complicado que Bluetooth o WiFi y consume menos energía que esas tecnologías. Por otro lado, al ser Zigbee un protocolo abierto, a pesar de estar gestionado por la Zigbee Alliance, permite que determinados fabricantes lo modifiquen para que los concentradores solo sean compatibles con sus propios dispositivos.

Zigbee es un protocolo de conexión inalámbrica de bajo consumo adecuado para aplicaciones de baja tasa de transferencia de datos. La automatización del hogar, los sensores de red inalámbricos, los sensores de humo o de movimiento, la recogida de datos médicos, wearables, e incluso ciertos sistemas de control industrial son algunas de las aplicaciones que se benefician de la naturaleza de bajo consumo de la tecnología Zigbee.

Características

En cuanto a las características más llamativas de ZigBee están:

  • Necesita un hub o puente.
  • Permite crear mallas o red mesh.
  • Los dispositivos no se conectan de forma individual a Internet.
  • Bajo consumo de energía.
  • Cobertura de entre 10 y 20 metros.
  • Velocidades de solo 250 kbit/s.
  • Es un protocolo abierto.

Z-Wave

Z-WAVE

Z-Wave es junto con Zigbee los dos protocolos de comunicación inalámbrica alternativos al WiFi o Bluetooth que existen en la actualidad. Aunque no es tan popular como los anteriores, poco a poco va ganando adpetos en el mundo de la tecnología.

Z-Wave tiene semejanzas con Zigbee, como que funcionan en modo malla, aunque también tiene diferencias. En vez de estar gestionado por una alianza de empresas y ser abierto, Z-Wave es una tecnología propietaria y privada, por lo que no se pueden realizar cambios sobre ella.

Ventajas y desventajas

Al ser una tecnología cerrada, garantiza que todos los dispositivos compatibles lo serán al 100%, soportando todas las funciones, ya que no habrá variaciones. Algo que no sucede en ZigBee, en el que ciertos fabricantes pueden modificarlo a su antojo y generar problemas de compatibilidad con otros dispositivos de otra compañía.

Z-Wave tiene un mayor rango o alcance que Zigbee, pudiendo llegar hasta los 100 metros de distancia. Además, también es más estable, lo que garantiza las transmisiones de datos sin problemas. No obstante, no todo son ventajas frente a ZigBee, ya que ésta permite hasta 65000 dispositivos conectados, Z-Wave solo permite unos 200. Por tanto, ZigBee podría ser más apropiada para las Smart Cities o la industria, y Z-Wave para uso doméstico.

Z-Wave también requiere del uso de un hub o puente para poder conectar y administrar los dispositivos enlazados.

Por otro lado, mientras ZigBee permite usar la banda de frecuencias 2.4 Ghz en cualquier parte del mundo, Z-Wave no te aporta tanta libertad, ya que usa diferentes frecuencias en diferentes países, por lo que no se podrán usar los dispositivos en cualquier parte.

Características

En cuanto a las características de Z-Wave, podemos destacar:

  • Necesita un hub o puente.
  • Admite redes tipo mesh o malla.
  • Los dispositivos no se conectan de forma individual a Internet.
  • Ofrece un bajo consumo de energía.
  • Alcance máximo de 100 metros.
  • Velocidades de transferencia de datos muy bajas, de hasta 100 kbit/s.
  • Es un protocolo cerrado.
  • Utiliza varias frecuencias según el país.

RFID

rfid

La tecnología RFID (Radio Frecuency Identification) es una tecnología que permite la transferencia remota de infromación y el almacenamiento. Todo basado en etiquetas o tags (transpondedores) y lectores. Por este motivo, se deduce que el rango de acción del lector RFID tendrá sus limitaciones, ya que necesita mandar una señal a la etiqueta y que ésta retorne la información necesaria. La distancia dependerá de la potencia de tranmisión empleada.

En cuanto a las frecuencias empleadas por RFID, como su propio nombre indica, es del espectro de la radiofrecuencia o ondas de radio. Y puede operar en frecuencias como 125 KHz, 13,56 MHz, 433-860-960 MHz y 2,45 GHz.

Características

Las características principales de RFID son:

  • Etiqueta RFID: estos tags o transpondedores combinan receptor y tranmisorde información, además de memoria. Por este motivo, las etiquetas se componen de tres elementos básicos:
    • Chip: se trata de un circuito integrado que puede estar dispuesto en fibra de carbono FR4 o PCB, o en un sustrato flexible.
    • Antena: también se puede implementar de forma rígida o flexible, y se fabrica en un material metálico como el cobre.
    • Sustrato: es la base flexible o rígida donde están contenidos tanto la antena como el chip.

Los propios tags pueden ser de dos tipos:

  • Pasivos: aquellos que no necesitan de una fuente de alimentación, recibiendo toda potencia del propio lector. Por eso este tipo de tags no puede emitir información siempre que quieran, sino que lo hacen solo cuando el lector opera sobre ellos.
  • Activos: necesitan una fuente de alimentación, pero permiten estar transmitiendo señal sin necesidad de que el lector actue sobre ellos.

Por otro lado, el sistema RFID también cuenta con otros elementos importantes para funcionar, como:

  • Lector: es el dispositivo encargado de transmitir una señal energética al tag o etiqueta para poder recibir información almacenada en el tag. Suele tener dos módulos, un módulo de RF para transmitir y una unidad de control, así como una antena. Aunque se llame lector, actuará de emisor y receptor, como he mencionado antes.
  • Controlador: puede ser desde un dispositivo móvil, hasta un ordendor, pasando por otros equipos. Es el encargado de ejecutar una app que puede procesar los datos obtenidos por el lector RFID o mandar órdenes.
  • Middleware: se trata de un software encargado de leer, filtrar, descifrar y manejar la información que llega de los controladores cercanos.

Jaime Herrera

Jaime Herrera

Técnico electrónico y experto en el sector de los semiconductores y el hardware. Apasionado de la tecnología y la computación.

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