Shishir Malav, Product Manager – Microchip Technology
Las redes inalámbricas son omnipresentes
El mercado de la conectividad inalámbrica ha experimentado un fuerte crecimiento y se prevé que siga aumentando con rapidez. Se espera que el volumen del mercado aumente desde los 71.600 millones de dólares en 2022 hasta 219.000 millones de dólares en 2030. Una mirada superficial nos indica que la mayoría de los productos ya incorporan en la actualidad algún tipo de conexión inalámbrica: desde dispositivos inteligentes en el hogar, como termostatos y televisores, hasta iluminación industrial, acceso inteligente y sistemas de acceso al coche. Cada vez resulta más raro encontrar productos electrónicos sin funciones inalámbricas; la conectividad inalámbrica ha pasado ser simplemente una ventaja a convertirse en una necesidad fundamental en los productos de consumo, industriales y de automoción.
Las tecnologías inalámbricas han evolucionado notablemente con el paso del tiempo y han potenciado las prestaciones de los productos. Sin embargo, esta evolución también dificulta su implementación, pues las empresas que desean integrar funciones inalámbricas en sus productos se enfrentan a retos considerables, de ahí que se hallen en desventaja respecto a sus homólogas con conocimientos sobre la tecnología inalámbrica.
Las redes inalámbricas pueden ser complicadas
La incorporación de funciones inalámbricas a una aplicación supone importantes desafíos que se pueden clasificar en tres grandes categorías: diseño de radiofrecuencia (RF), certificaciones regulatorias y desarrollo de software.
El diseño de RF es probablemente el aspecto más complejo a la hora de añadir funciones inalámbricas ya que exige conocimientos especializados sobre teoría electromagnética, por lo que se convierte en una difícil tarea incluso para los ingenieros con más experiencia en RF. El proceso de diseño de RF consiste en crear un diseño robusto del circuito, una placa de circuito impreso que resista las interferencias externas y conserve la integridad de la señal. Incluso mínimas variaciones de la capacidad o la inductancia parásita pueden afectar gravemente al rendimiento del circuito. Diseñar un circuito robusto de RF exige tener en cuenta numerosos efectos físicos y efectuar numerosas pruebas que requieren a su vez herramientas y entornos de carácter especializado, algo que puede precisar mucho tiempo y puede resultar costoso.
El diseño de RF conlleva regulaciones: varios organismos de normalización establecen regulaciones para diferentes protocolos inalámbricos en diferentes regiones. Por ejemplo, la Federal Communications Commission (FCC) regula los productos inalámbricos en Estados Unidos, la UK Conformity Assessed (UKCA) en el Reino Unido y la Radio Equipment Directive (RED) en Europa. Estos organismos han definido una serie de pasos que debe cumplir un producto inalámbrico para que pueda ser comercializado en sus mercados respectivos. Dependiendo del organismo y del protocolo o los protocolos inalámbricos, el proceso de certificación puede tardar entre unos pocos meses hasta casi un año y costar hasta 20.000 dólares.
Por último, también hay que tener en cuenta el desarrollo del software. La creación de software para un protocolo inalámbrico necesita conocerlo a fondo. Los entresijos de la interacción entre hardware y software son complejos de por sí, y esta complejidad se ve acentuada por las frecuentes actualizaciones de las especificaciones y las características del protocolo por parte de los grupos correspondientes con el fin de corregir vulnerabilidades y de añadir otras funciones. Además, el desarrollo de software para una red inalámbrica no es una tarea única. Pensemos, por ejemplo, en un sistema doméstico inteligente. Es probable que exija un conjunto de protocolos, como Bluetooth y Wi-Fi, dependiendo de los nodos finales del sistema. En una situación como esta, el software desarrollado para estos nodos ha de utilizar diferentes protocolos, garantizando que todos ellos interaccionen de forma correcta. Esto eleva de manera significativa el nivel de dificultad que conlleva el desarrollo de software para un sistema inalámbrico.
Las redes inalámbricas pueden ser sencillas
Las dificultades mencionadas obstaculizan el acceso al sector inalámbrico y perjudican la innovación. Imaginemos una solución que evite estos problemas por completo ofreciendo la posibilidad de instalar una red inalámbrica sin diseño de RF. Una solución que ya cuente con las certificaciones regulatorias y se suministre con el firmware preinstalado, eliminando así la necesidad de desarrollar software inalámbrico. Es entonces cuando se hace patente la utilidad de los módulos inalámbricos plug-and-play.
Los módulos inalámbricos plug-and-play están preparados para RF y se entregan con un robusto diseño de RF que permite integrarlos con facilidad en su placa de circuito impreso sin diseñar la parte de RF. También ofrecen una alta potencia de transmisión, el circuito de adaptación de la antena y la propia antena, y se les han efectuado todas las pruebas requeridas.
Figura 3. Módulo RNBD451
Por lo que se refiere a las certificaciones, estos módulos han sido comprobados y aprobados por los organismos regulatorios correspondientes en numerosos países, como EE.UU., Canadá, Reino Unido, Europa, China, Taiwán, Japón y Corea. A ellos se suman otros muchos países cuyas regulaciones se basan en una de las certificaciones existentes; en todos los casos ahorran tiempo y dinero, además de acortar el plazo de comercialización.
Los módulos inalámbricos plug-and-play se entregan con el firmware preinstalado. Los desarrolladores solo tienen que conectar estos módulos a través de un UART a un microcontrolador o microprocesador host y enviar unas instrucciones básicas de tipo ASCII o AT. El firmware de estos módulos asume los aspectos complejos del protocolo sin necesidad de conocimientos ni de implementación por parte del desarrollador. Además estos módulos son compatibles con Linux, garantizando así que pueda añadir funcionalidad inalámbrica a su diseño con un mínimo esfuerzo, sea cual sea su sistema host.
Examinemos la sencillez del método plug-and-play. Imaginemos, por ejemplo, que desea añadir Bluetooth a su aplicación. Un módulo Bluetooth plug-and-play como el RNBD451 es todo lo que hace falta para activar toda la funcionalidad Bluetooth Low Energy (LE). La tarjeta auxiliar RNBD451 permite crear prototipos con módulos RNBD451 en unos minutos conectándola a un ordenador a través de un cable USB Tipo C. Gracias a la disponibilidad inmediata tras el arranque, Bluetooth es accesible en cuanto se activa el módulo. Tras conectarlo, lo único que hay que hacer es escoger un terminal y así se obtiene el prototipo.
Figura 4. Tarjeta auxiliar para el RNBD451.
Para que el RNBD451 pase al modo de control solo hay que enviar «$$$». Cuando se halla en este modo se pueden transmitir instrucciones en ASCII a través del UART para acceder a las funciones deseadas, como buscar dispositivos Bluetooth LE o activar modos de bajo consumo cuando no se usa Bluetooth. Supongamos que quiere buscar todos los dispositivos Bluetooth LE cercanos. Para ello solo tiene que enviar la instrucción «F» desde su terminal. El RNBD451 empezará entonces a mostrar todos los dispositivos Bluetooth LE detectados que se encuentren cerca. Si es necesario, puede ajustar los parámetros para cambiar el intervalo de barrido por defecto y seleccionar una ventana. Para establecer una conexión con un dispositivo, utilice la instrucción de conexión «C» seguida de un ‘0’ o un ‘1’ para una dirección pública o privada, y luego la dirección MAC del dispositivo deseado. Así de sencillo es conectarse a un dispositivo Bluetooth con el RNBD451.
Los módulos RNBD451 no solo son fáciles de usar sino que también incorporan funciones avanzadas. Tienen la capacidad de conectarse a varios dispositivos Bluetooth porque admiten varios enlaces y varios roles. También ofrecen una alta potencia de transmisión a la salida de +12 dBm y soporte a capa física (PHY) codificada, garantizando así un alcance muy extenso. Los módulos también proporcionan un modo de instrucción remota que permite transmitir instrucciones a través de un dispositivo conectado a Bluetooth. Esto crea básicamente un modo autónomo que acaba con la necesidad de que el host envíe instrucciones. A todo ello hay que añadir que el RNBD451 incorpora mejoras específicas para Bluetooth 5.x como la «Extensión de Publicidad». Esta función ofrece más posibilidades de configuración de datos de publicidad, por lo que es una opción ideal para varias aplicaciones de Bluetooth LE como baliza.
Figura 5. Anuncio de la tarjeta auxiliar para el RNBD451.
Redes inalámbricas para todos
El enfoque plug-and-play aplicado a soluciones inalámbricas puede bajar significativamente el umbral de acceso, simplificando así la integración de capacidades inalámbricas para todos con el mínimo esfuerzo. Una solución de RF lista para usar y certificada en todo el mundo que pueda ser gestionada de manera sencilla a través de un sencillo conjunto de instrucciones del tipo AT a través de un UART es ideal para los desarrolladores que desean añadir funciones inalámbricas pero carecen de los conocimientos o de los recursos necesarios. Este enfoque mejora la accesibilidad de las tecnologías inalámbricas con diversos protocolos y fomenta la innovación. Los desarrolladores ahora tienen la posibilidad de incorporar Bluetooth, Wi-Fi, o ambas, sin necesidad de conocer con detalle ninguna de estas tecnologías.
