¿Sustituirá la conexión inalámbrica a la comunicación PLC?
IoT, sub-GHz, LPWAN… Cualquiera que esté al tanto de las tendencias contemporáneas en tecnología de telecomunicaciones y su evolución no podría haber pasado por alto estas abreviaturas «mágicas». Todos los fabricantes importantes de microcontroladores, sensores, chipsets de comunicación y sus componentes ofrecen algunos componentes «listos para IoT». Al principio, puede parecer que las campanas han doblado por PLC (power line communication) y que el futuro pertenece a la conexión inalámbrica. Pero, ¿es realmente así?
LPWAN
Gran alcance, bajo precio, facilidad de implantación, consumo insignificante: eso es lo que nos prometen estas redes. Podemos distinguir dos tipos principales:
Bandas sin licencia
Lo más frecuente es la banda de 868 MHz para aplicaciones europeas y 900-915 MhZ para Estados Unidos. Algunas redes también utilizan 433 MHz 2,4 GHz o el espectro originalmente establecido para la radiodifusión televisiva.
Los miembros típicos de esta familia son Sigfox, LoRa, Weightless, Nwave y otros. Trabajar en las bandas de frecuencia sin licencia exige seguir una serie de normas bastante estrictas dictadas por el regulador local.
Por poner un ejemplo, para el espectro de 868,8 MHz la potencia de transmisión está restringida a 25 mW ≈ 14dbm y el ciclo de trabajo de transmisión al 0,1% (sin LBT – escuchar antes de hablar). Esta restricción es la razón, por ejemplo, de que el punto final de la red Sigfox permita 140 mensajes enviados como máximo al día, y sólo 4 mensajes recibidos.
Bandas de frecuencia autorizadas
Entre ellos figuran los estándares LTE-M o NB-IoT. Se trata sobre todo de proveedores de redes móviles que ya disponen de infraestructura GSM y LTE y poseen una licencia para ello. Con estas «viejas-nuevas» tecnologías, con este tipo de redes, se esperan despliegues masivos en los próximos años.
Distribución de electricidad y control de la red
La aplicación de Comunicación PLC más utilizada es la lectura remota de contadores eléctricos. Con el auge masivo del uso de energías renovables, las distribuidoras se enfrentan a graves problemas.
El objetivo principal es equilibrar el volumen inmediato de energía generada y consumida. La simple lectura del contador se convierte entonces en una cuestión más compleja, ya que la red energética debe regularse en consecuencia. Este tipo de regulación impone grandes exigencias a la infraestructura de comunicaciones de toda la red eléctrica, desde el contador eléctrico hasta la subestación y el sistema de cabecera del distribuidor.
La tarea consiste en mantener la disponibilidad, el rendimiento y la latencia definidos a lo largo de toda la ruta. La experiencia demuestra que plantea un problema irresoluble para la tecnología utilizada actualmente (red GPRS, 3g o LTE).
Datos de campo
El uso de LPWAN para la lectura remota de contadores eléctricos y el control y regulación de la red de distribución puede parecer cómodo al principio. El seguimiento de vehículos y envíos, la monitorización de sistemas, el control del alumbrado público y muchas otras aplicaciones podrían seguirle.
¿Podemos encajar todo eso en el espectro sin licencia? ¿Qué ocurrirá en caso de sobrecarga de la red LPWAN? ¿Qué ocurrirá, especialmente en las grandes ciudades, con el rendimiento y la latencia, que son cruciales para la regulación de la red eléctrica?
Los contadores de electricidad pueden estar (y con frecuencia lo están) en el sótano/celda de la casa o en un cuarto de servicio sin ventanas, lo que significa que no hay servicio inalámbrico. Si no se instala una antena externa, las LPWAN son prácticamente inútiles en las bandas de frecuencia sin licencia.
Otro factor que puede influir en la selección de la tecnología adecuada para la función estratégica de control de la red eléctrica es la dependencia de otros sujetos. Es habitual que un proveedor tenga el monopolio de un determinado estándar inalámbrico en el país. Muchos estándares requieren el uso de un backend en la nube operado por el proveedor de la red para garantizar la recogida de datos de los puntos finales o el uso de un chipset que sólo suministra un fabricante con licencia.
Hay casos en los que es imposible utilizar PLC. Por ejemplo, contadores en ubicaciones remotas, fuera del alcance de la red mallada PLC. En estas situaciones se utiliza la conexión GSM, a pesar de su mayor coste. Pero estos son los casos en los que la LPWAN puede ser una alternativa más interesante.
Comunicación entre subestaciones
Una vez transferidos los datos a través de la red PLC desde el campo hasta el concentrador de datos en la subestación secundaria (MV-LV), el recorrido de los datos dista mucho de haber terminado. Es necesario crear una conexión entre el concentrador de datos y la subestación primaria/central (más concretamente, el centro de transformación primario MVHV). La experiencia demuestra que más del 12% de las subestaciones secundarias están situadas fuera del servicio de la red móvil.
Además de los datos medidos y los comandos para el contador eléctrico, este canal también se utiliza para la telemetría de la subestación y el control remoto (RTU). Para evitar que sea el cuello de botella, debe tener mejores prestaciones que la comunicación PLC de baja tensión subordinada. Los estándares interoperables modernos, como PRIME versión 1.4 o G3-PLC, funcionan con una velocidad en torno a 1Mbps en condiciones óptimas, por lo que la conexión entre CC y el sistema de cabecera nunca debería ser más lenta. Esto, por desgracia, excluye la mayoría de los estándares LPWAN.
La tecnología WIMAX estándar puede considerarse adecuada, ya que proporciona una conexión suficientemente robusta. Funciona en la banda de frecuencias autorizada, donde los canales son asignados por el regulador nacional. El resultado es un estado en el que la banda de frecuencias está básicamente «agotada» en zonas con perspectiva (por ejemplo, utilizada por proveedores locales de Internet). Otro factor es el elevado precio del punto de acceso WIMAX (AP).
Las líneas de alta tensión siempre están presentes en un transformador y, en comparación con las de baja tensión, las de alta tensión apenas se ven influidas por interferencias no deseadas. Permiten el uso de modulación y codificación de orden superior para lograr una velocidad de transmisión suficiente. Incluso en este ámbito, el PLC sigue siendo al menos una alternativa competitiva y su funcionamiento no depende de ningún proveedor privado.
Aplicaciones domésticas
El PLC no sólo afecta a la industria o la ingeniería energética. Probablemente, la aplicación PLC más conocida sea la «conexión en red por línea eléctrica«, que suele utilizar tecnología de enchufe doméstico basada en la norma IEEE1901 (BPL). El uso de este método de transmisión LAN/WAN es marginal debido a los precios actuales, la sencillez y la accesibilidad de las conexiones WI-FI. Sólo se utiliza en zonas problemáticas en cuanto a servicio WI-FI.
Los sistemas multiservicio y la domótica (medición de valores, control de electrodomésticos, sistemas de alarma) son otro ámbito en el que conviene utilizar módems PLC sencillos y baratos, ya que suelen funcionar en las bandas B y C del CENELEC, caracterizadas por unas interferencias relativamente escasas.
En comparación con la comunicación inalámbrica en bandas de frecuencia sin licencia (434 MHz, 868 MHz, 2,4 GHz), pueden ofrecer un mayor alcance sin restricciones causadas por obstáculos, como muros de hormigón armado. Es una forma sencilla de ampliar el alcance de Wireless M-Bus, Zigbee y otras conexiones inalámbricas en zonas problemáticas, como bloques de pisos.
Conclusiones: El futuro de la tecnología PLC
Basándonos en la información presentada, podemos ver que incluso en la época del auge de la tecnología inalámbrica, la tecnología PLC aún tiene mucho que ofrecer no sólo en el ámbito de las redes inteligentes.