La Internet de las cosas (IoT) conectada por satélite no es algo nuevo. Según Alastair MacLeod, de Ground Control, algunos clientes llevan varias décadas utilizando una versión de esta tecnología.

Ground Control diseña y construye tecnología conectada por satélite, incluidos dispositivos IoT satelitales de formato pequeño y bajo consumo y rastreadores portátiles habilitados para mensajería bidireccional. “Tenemos clientes que han estado con nosotros durante casi 30 años, como ejemplo de algunos de los casos de uso de IoT satelital más antiguos que tenemos”, dice MacLeod, destacando una empresa de agua que necesita monitorear de forma remota sus sitios de tratamiento.

Esos casos más antiguos generalmente se limitan a lugares ultra aislados donde la conectividad satelital era la única opción, y si nos remontamos a ese momento hace 30 años, ese cliente habría necesitado una antena parabólica de entre 0,9 metros y 1,6 metros, instalada por expertos, para habilitar su IoT conectada por satélite.

Desde entonces, las cosas han cambiado drásticamente y el propio IoT ha experimentado importantes avances. El primer dispositivo IoT fue una tostadora conectada, creada en 1990 por John Romkey a raíz de una apuesta. Estaba conectada a Internet mediante el Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de Internet (TCP/IP) y se podía encender o apagar de forma remota. Posteriormente, Romkey añadió un brazo de grúa para introducir el pan en el dispositivo, creando un sistema de tostado de extremo a extremo.

Los experimentos de cocina de Romkey se produjeron antes de que se acuñara el término IoT, pero en las décadas posteriores los dispositivos conectados se han vuelto omnipresentes, con avances como las redes 5G y el Edge Computing que permiten transferencias rápidas de datos y un procesamiento localizado de datos que reduce el tiempo de decisión de las máquinas. Más tarde, la IA ha añadido la posibilidad de un comportamiento de patrones aprendidos y, como resultado, mejores respuestas.

Esto es fabuloso para lugares con una conectividad sólida e infraestructura energética: no hay motivo para que no se puedan implementar soluciones informáticas de borde potentes si se dispone de la infraestructura de red y energía necesaria. Pero ¿qué sucede con los lugares más remotos? ¿Qué sucede cuando estás en el borde de la civilización?

Afortunadamente, la tecnología satelital también ha experimentado una revolución paralela. Los primeros satélites eran geoestacionarios (GEO) no se movían con respecto al punto de la Tierra que se encontraba justo debajo.

En la década de 1980, los satélites de órbita terrestre baja (LEO) comenzaron a representar un verdadero desafío para la GEO. Estos satélites están en constante movimiento, orbitando la Tierra en 128 minutos o menos con una excentricidad de menos de 0,25.

La proliferación de satélites

El número de satélites activos en órbita ha aumentado de 533 en 1994 a 8.377 en enero de 2024, lo que supone un enorme aumento del 1.472 por ciento. La mayor parte de ese crecimiento se ha producido en los últimos años y se concentra en torno a las naves LEO.

Según Macleod, de Ground Control, la reducción de los costes de lanzamiento ha sido un factor importante. “El coste de poner cosas en el espacio ha bajado drásticamente y, dependiendo de cuándo se mida, podría ser por un factor de 10, o si se retrocede lo suficiente, por un factor de 100”, afirma. “Esto ha significado que los activos puestos en el espacio no tienen que costar miles de millones de dólares o tener una vida útil de 30 años, por lo que han entrado más participantes en el mercado.

Cuando el llamado “impuesto espacial” era más alto, la única motivación para utilizar la conectividad satelital era si había vidas o millones de dólares en juego. Pero, como sucede con cualquier tecnología, a medida que se vuelve más asequible, puede llegar a un público comercial más amplio, y en 2022 los satélites fueron arrastrados al mundo del 5G a través de la actualización más reciente del 3GPP, Release-17.

Versión 17 del 3GPP

3GPP es una iniciativa que proporciona especificaciones para las tecnologías de telecomunicaciones celulares. Fue fundada en 1998 y su objetivo era establecer especificaciones técnicas e informes para un sistema móvil 3G, con el fin de estandarizar la conectividad.

La versión 17 se congeló oficialmente, lo que significa que no recibió más actualizaciones, ni cambios, en junio de 2022, y provocó un gran cambio en el mercado.

“3GPP es el pistoletazo de salida para la convergencia entre el IoT basada en el espacio, o IoT satelital, y la IoT terrestre, en lo que podría venir después, y en términos generales eso es la IoT de banda estrecha (NB-IoT)”, explica MacLeod.

“[NB-IoT] utiliza la tecnología y el protocolo de IoT terrestre y los coloca en el segmento espacial para que, con el tiempo, se pueda tener un dispositivo que alterne entre la red terrestre y la espacial”.

La versión 17 incluye una serie de especificaciones para redes no terrestres 5G (NTN) para plataformas en varias órbitas, incluidas GEO, MEO (órbita terrestre media), LEO y HAPS (pseudo satélites de gran altitud). La versión 17 de IoT-NTN es específica para IoT y ofrece capacidades de procesamiento que van desde 1 a 100 Kbps para dispositivos NB-IoT y eMTC (una tecnología de área amplia de bajo consumo que proporciona un servicio de velocidad de datos comparativamente alta para aplicaciones de IoT).

La versión también incluye dos bandas de frecuencia para respaldar esto, ambas en el rango de frecuencia 5G FR1 255 en la banda L (1626,5-1660,5 MHz UL/1525-1559 MHz DL) con un ancho de banda FDD de 34+34 MHz, y n256 en la banda S (1980-2010 MHz UL / 2170-2200 MHz DL) con un ancho de banda FDD de 30+30 MHz.

MacLeod señala, sin embargo, que hasta la fecha no hay nadie que ofrezca dispositivos verdaderamente compatibles con la versión 17 y capaces de cambiar entre los tipos de redes IoT espaciales y terrestres sin problemas de acuerdo con los estándares 3GPP.

Andrew Nuttall, director de tecnología y cofundador de Skylo, un proveedor de conectividad vía satélite GEO, estima que actualmente hay alrededor de 10 mil millones de dispositivos conectados a través de redes móviles. "Tal vez haya unos pocos millones de dispositivos móviles conectados por satélite, por lo que si se observan esos dos ecosistemas, se trata de alrededor de cuatro órdenes de magnitud", dice Nuttall.

“La gente suele tener no solo uno, sino varios dispositivos celulares conectados en paralelo. Hoy en día se pueden comprar teléfonos y dispositivos satelitales, pero son completamente independientes. Se compra hardware y equipos separados y se paga a distintas personas”.

La visión es que la IoT y los teléfonos móviles se diseñarán de manera que, cuando dejen de tener conectividad terrestre, puedan cambiar automáticamente a la conectividad satelital. Los dispositivos ya no serán ni lo uno ni lo otro, sino que serán ambos, ofreciendo una red mucho más confiable, ya que cuando un dispositivo pierde contacto con la red terrestre, se puede utilizar una alternativa permanentemente disponible.

“Los satélites son maravillosos desde el punto de vista de la cobertura”, afirma Nuttall. “Siempre que se ve el cielo, se tiene conectividad satelital. El desafío radica en que se trata de un dispositivo independiente, y ese ecosistema no ha proliferado ni crecido a gran escala”.

Al llegar a ese punto, MacLeod predice que primero veremos gente usando estándares de tipo 3GPP a través de enlaces satelitales, pero no serán interoperables inmediatamente.

“Las cosas pueden cambiar, pero para que el segmento espacial sea súper eficiente, actualmente se utiliza un protocolo de datos conocido como NIDD (entrega de datos no basada en IP), que está optimizado para enlaces más complejos”, explica MacLeod.

“Pero NB-IoT no lo utiliza, por lo que el estilo actual de abordar la comunicación de datos en el espacio no se refleja en el de la red terrestre. Por supuesto, eso cambiará, pero ninguno de nosotros sabe exactamente cuánto tiempo llevará”.

El silicio necesario para que los dispositivos puedan cambiar de forma fluida está siendo desarrollado actualmente por empresas como Qualcomm y otras, pero aún no está ampliamente disponible. Los plazos estimados actuales parecen sugerir que estará disponible a finales de este año. De todos modos, varios actores están entrando en el espacio espacial y están haciendo su apuesta por una parte de él.

Edge Computing

Existe cierto desacuerdo sobre lo que esto significará para el Edge Computing. El IoT y el Edge Computing, en muchos casos de uso, van de la mano. El problema radica en la ubicación de estos dispositivos IoT conectados por satélite.

En la mayoría de los casos, si opta por una conexión satelital en lugar de una terrestre, se encontrará en un lugar remoto con una conectividad muy limitada de otros tipos. Pero, junto con la conectividad limitada, suele haber un suministro de energía limitado.

“La energía eléctrica puede ser tan escasa o incluso más escasa que la conectividad”, afirma MacLeod.

La cantidad de energía necesaria para hacer funcionar un terminal satelital puede variar significativamente. En el extremo superior se encuentra, por ejemplo, la antena parabólica Starlink accionada estándar Gen 2 que utiliza entre 50 y 75 vatios.

“Hemos tenido clientes que se quejan porque algo que vendemos consume cinco vatios y, en ocasiones, puede llegar a nueve cuando está transmitiendo”, dice Macleod.

Estas limitaciones de potencia también se aplican a las soluciones informáticas Edge. Si tiene dificultades para encontrar cinco vatios para la transmisión de datos por satélite, es probable que también esté limitado en la potencia que puede utilizar para el procesamiento de datos en la ubicación.

Pero la otra cara de la moneda es que el tiempo de transmisión satelital es generalmente más caro que el tiempo de transmisión terrestre, lo que significa que es preferible mantener los datos al mínimo, y consolidar esos datos puede requerir computación de borde.

“Lo que se busca en el Edge es tener la menor cantidad posible de puntos finales y utilizar la menor cantidad de datos posible”, explica MacLeod.

“Una configuración clásica sería la de tener sensores por todas partes, que luego se conectan a puertas de enlace LoRaWAN para realizar la concentración, y luego esas puertas de enlace se comunican con la terminal satelital y lo envían de vuelta”.

En la actualidad, MacLeod no ha visto muchos ejemplos de esto en el mundo real, pero Nuttall de Skylo predice que el uso del Edge Computing aumentará a medida que crezca el IoT por satélite. "En todo caso, esto aumenta la necesidad y el deseo de hacer computación Edge", afirma.

Existen diferentes motivaciones para el Edge Computing. “Una de ellas es que se desea reducir la cantidad de datos que se transmiten, de modo que se puedan tomar decisiones localmente”, afirma Nuttall.

La otra razón clave es la latencia, pero si sus necesidades de Edge Computing son reducir la latencia en unos pocos milisegundos, siendo realistas, la conectividad satelital no es el camino a seguir.

“Además, este [IoT conectado por satélite] es un servicio de banda estrecha, no de banda ancha. Por lo tanto, si se generan gigabytes de datos, no se debería transmitirlos a través de esta red, sino que se debería realizar el análisis localmente y luego transmitir los resultados”.

Shahbaz Ali, jefe de productos de Sateliot, que ofrece servicios de IoT por satélite, planteó un escenario en el que el Edge Computing y la conectividad satelital podrían coincidir.

“Un ejemplo podría ser un servicio de respuesta a emergencias por incendios forestales en, por ejemplo, la selva amazónica”, dice Ali. “Se necesitaría Edge Computing para tomar una decisión en el momento y en el momento en función de los datos que recopilen los sensores para activar un sistema contra incendios, y no se puede garantizar una conectividad del 100 por cien con ninguna red terrestre”.

En cuanto a si ese cálculo se realizaría alguna vez en un satélite o en un centro de datos espacial, MacLeod, de Ground Control, es escéptico y dice que no espera verlo "en un futuro previsible".

Esto se debe a que el costo de poner en órbita los ordenadores, además del costo de transmitir los datos al espacio, hace que esa tarea sea poco práctica. “Hay demasiadas cosas que te llevan en la dirección opuesta, la dirección del sentido común, como para hacer eso”, dice MacLeod.

Geometría versus LEO

Skylo ha apostado por los satélites GEO para su oferta. Aunque las transferencias de datos desde estas naves implican una mayor latencia que sus homólogos LEO, Nuttall dice que la empresa tomó esta decisión porque su objetivo principal es "resolver la convergencia de los ecosistemas eliminando los cambios de comportamiento".

“Hay muchas formas diferentes de conectar dispositivos a través de satélites, pero hay un conjunto muy específico de soluciones que permiten esa convergencia”, explica.

“Queremos utilizar bandas de frecuencia estandarizadas porque no queremos obligar a la gente a elegir soluciones tecnológicas a medida, queremos poder utilizar los recursos del espectro de servicios móviles por satélite regulados y armonizados a nivel mundial y queremos ofrecer una conectividad continua. Para cumplir esos tres criterios, los únicos satélites aplicables hoy en día son los GEO”.

La latencia actual de esos satélites GEO es de alrededor de 500 milisegundos, lo que, dependiendo del caso de uso, podría importar mucho o no importar en absoluto.

Skylo aún no ha lanzado oficialmente su propio satélite, pero OQTechnology, comenzó a investigar NB-IoT conectado a satélites LEO en 2016, con el plan de construir una constelación o red específicamente para conectarse a dispositivos IoT de bajo consumo.

Actualmente, OQ tiene 10 satélites LEO en órbita y tiene una cobertura global que, según afirma, es comercialmente viable. También afirma ser compatible con Release-17.

La conectividad a través de satélites LEO es variable porque, a diferencia de GEO, están en constante movimiento. En el caso de OQ, el tiempo de revisión (el tiempo entre el cual un satélite regresa al mismo punto de la Tierra dos veces) oscila entre cuatro y seis horas.

“Eso es bueno para algunas aplicaciones”, dice el fundador y director ejecutivo de OQ, Omar Qaise. “Muchos dispositivos IoT no tienen que comunicarse constantemente y, de hecho, están diseñados para la comunicación en ráfagas. Se pueden alimentar solo con batería, activarse para enviar una ráfaga de datos y luego volver a dormirse”.

Pero a medida que la compañía agregue más satélites a su red, esos períodos de desierto de Internet se reducirán.

Sateliot, una de las empresas que más ruido está generando en el mundo de los satélites IoT, también está buscando utilizar LEO para este propósito.

Fue un importante contribuyente a la versión 17 y afirma ser el primer operador de satélites NB IoT LEO del mundo que está implementando ese estándar para el mercado.

Al igual que Skylo, Sateliot aún no es comercial. La compañía había desplegado, a 31 de diciembre de 2023, cinco prototipos de satélites, aunque planea alrededor de 256 a largo plazo. En cuanto a cuándo lanzarán más satélites al espacio, la compañía tiene una fecha de lanzamiento para algún momento de este año, aunque no la ha compartido públicamente.

Cuando se hayan lanzado esos satélites y la conectividad NB IoT estandarizada esté disponible, los operadores de redes móviles podrán ofrecer conexiones perfectas a redes satelitales y terrestres, y Sateliot afirma que podrá brindar servicio a aplicaciones más críticas en términos de tiempo de una manera asequible.

Ali, de Sateliot, admite que, si bien las cosas están avanzando en el mundo de la IoT satelital, el costo sigue siendo una limitación.

“Lo que impide que el IoT por satélite se adopte de forma masiva son las barreras de costes existentes”, afirma Ali. “Los precios del hardware de conectividad por satélite oscilan entre 80 y 350 dólares, y la conectividad cuesta entre 10 y 35 dólares por dispositivo al mes.

“Es muy caro en sectores como la agricultura o la ganadería, donde es necesario desplegar millones de dispositivos. No hay justificación económica para ello”.

En general, todavía hay cierto escepticismo sobre la tecnología. Qaise, de OQ, atribuye parte de esto a la mala reputación que recibió el sector después de que aparecieran muchas empresas emergentes de IoT por satélite, para luego desaparecer. "Esto generó una mala sensación de que el modelo no funciona para los operadores de satélites", dice.

MacLeod también atenúa parte de la propaganda, disipando lo que describe como algunas personas “arrojando un montón de capital al cielo” junto con afirmaciones de nuevas tecnologías radicales y un “nuevo amanecer”.

“En definitiva, lo irritante de la ingeniería y de la física de las transmisiones por radio es que las leyes de la física no dejan de existir. El espacio siempre estará más lejos.”