Políticas energéticas en el IoT

Los operadores de telefonía mantienen que su tecnología e infraestructuras pueden soportar entre el 10 – 15% de los dispositivos que el paradigma IoT tiene previsto desplegar a través de sus soluciones GPRS/3G/4G actuales. La tecnología Wifi puede abarcar otro tanto por cierto importante, pero es evidente que para los entornos no alimentados – no solo en las Smart Cities, sino también las infraestructuras o el entorno agrícola – ambas posibilidades no son la solución.

El IoT tiene grandes retos por delante, sin duda. Gus Vos – Chief Engineer de Sierra Wireless – las resume muy bien en las llamadas 3 C’s – Cost (Precio), Current (Consumo energético) and Coverage (Cobertura) – , personalmente viendo el problema que puede suponer, añadiría una cuarta C, la de Cybersecurity (Ciberseguridad).

En lo relativo al consumo energético, optimizarlo en los sistemas no alimentados es esencial para la viabilidad de las redes inalámbricas. Un mal uso de tecnología o dispositivos derivará a corto o medio plazo en unos Costes inasumibles para su mantenimiento. En un sistema con centenares o miles de puntos dispersos alimentados con baterías, el cambio de éstas puede suponer un gasto en tiempo y dinero nada despreciable. Por ello, independientemente de las tecnologías elegidas, los equipos de nuestra red IoT deben seguir el siguiente conjunto de políticas con el fin de aumentar el tiempo de vida útil de las baterías siempre que sea posible:

• MODO DE TRABAJO: El estado normal de un nodo debe ser de hibernación, es decir, prácticamente apagado. Solamente debe estar siempre activo el sistema que le permite despertarse delante de un estímulo. Una vez se produce éste, el nodo se activa completamente y realiza las funciones que tiene programadas, típicamente adquirir una información, procesarla y enviarla.

• ESTRATEGIA: Priorizar el uso de PUSH respecto al PULL, de esta manera el nodo asegura transmitir información útil. Se evita tener que ir activando el nodo periódicamente sin que esto implique nuevos datos.

• ESCRITURA: El problema de una estrategia PUSH es que imposibilita la escritura de parámetros. Si esto fuera necesario, se aplica un procedimiento donde el nodo periódicamente – una vez al día, a la semana, al mes … – pregunta a su Gateway si quiere escribir sobre él. Si no recibe respuesta inmediatamente, cierra la comunicación y vuelve al estado de hibernación. Si el Gateway tiene que cambiar algún parámetro, inmediatamente le responde con el mensaje. Una vez lo recibe el nodo, lo procesa, aplica el cambio y vuelve a hibernar.

• ARQUITECTURA: Se debe garantizar que, por cada transmisión de información, sean necesario activar el mínimo número de nodos. Esto implica que, por encima de arquitecturas malla o árbol, se debe priorizar la arquitectura estrella ya que el nodo envía la información directamente al Gateway.

• COMUNICACIÓN: Se deben minimizar los tiempos de transmisión, ya que implican tener el nodo activo y generando una señal. Es un momento de gran consumo. Por ello se deben enviar el número mínimo de mensajes – siempre garantizando su envío y recepción – y a la máxima velocidad posible. Esto implica que es mejor enviar un único mensaje grande que tres más pequeños y siempre a la máxima velocidad que permita el canal.

• CÓDIGO: El código de programación del nodo debe estar optimizado, minimizando las líneas de código a ejecutar ya que, típicamente, cada procesador ejecuta cada línea de comando a una velocidad periódica – que varía entre 1 y 1000 μs -. Por ello, cualquier conjunto de instrucciones que se puedan reducir implicará menos tiempo de activación del nodo. Evidentemente, cualquier instrucción que deja en espera el dispositivo – por ejemplo, una estructura WHILE – están altamente desaconsejadas. Si se utilizan siempre deben tener una salida del bucle por motivos de timeouts.

• POSIBLE FUENTE DE ALIMENTACIÓN: Dependiendo de la tipología de la señal recogida y medida, es posible extraer energía de ella con el fin de alimentar el nodo. Implica unas capas adicionales al nodo de adquisición y rectificación de la señal, pero supone una gran ventaja en caso de obtener un nivel aceptable de energía. Para poder hacerlo se deben cumplir dos condiciones. La primera es que la señal adquirida lo permita, es decir, es posible hacerlo si se están midiendo temperaturas o presiones, pero es más complicado si la señal recogida es humedad o polución. La segunda condición es que la adquisición no afecte a su medida. La veracidad de la información prioriza sobre la alimentación del nodo.

• AVISOS: El nodo debe transmitir el nivel de batería en cada mensaje o cuando éste baje de cierto umbral. No es una política de ahorro energético como tal, pero puede ayudar a tomar decisiones, ya sean de escritura de sus parámetros – bajar la frecuencia de envío de información – o para poder planificar tareas de mantenimiento preventivo.

Seguramente cualquier red de dispositivos que no cumplan en una gran medida estas características, estará destinada a presentar grandes problemas. Ahora bien, tan importante es que los dispositivos estén enfocados al ahorro energético a que la tecnología utilizada para la transmisión de información sea la acertada. Recordad, una transmisión de información por 3G/4G consume 2500 veces más energía que una basada en IEEE 802.15.4.

Si quieres saber más cómo abordar proyectos de ingeniería con IoT visita esta entrada de nuestro blog: