Finn Boetius, Ingeniero de Marketing de Producto – Wifi & Matter, Nordic Semiconductor
En la era moderna es razonable dar por hecho que los caros artículos que se mueven por el mundo son seguidos y protegidos cuidadosamente para que nunca se extravíen. Pero lo cierto es que sigue habiendo un preocupante número de contratiempos que acaban en la desaparición de activos muy importantes, a veces para siempre. Por ejemplo, la revista Popular Mechanics informa que se han perdido más de un millón de piezas de recambio necesarias para mantener operativos los aviones de combate F-35, con un valor estimado de esas piezas extraviadas de al menos 85 millones de dólares.
Una cosa es un avión de combate y otra muchísimo más complicada es saber dónde está todo cuando se transporta un ingente número de artículos a largas distancias. Por ejemplo, se utilizan unos 68 millones de contenedores para el transporte de mercancías por el mundo (según Statista) y cualquiera de ellos puede contener millones de dólares en productos fabricados o materiales. El seguimiento de estos activos es una pesadilla logística para las empresas. La tecnología inalámbrica ofrece las respuestas.
Navegación y seguimiento mediante GPS
Una solución tecnológica es el sistema GPS (Global Positioning System), el principal componente del sistema GNSS (Global Navigation Satellite System). Miles de millones de personas ya confían en GNSS a diario como ayuda para sus desplazamientos y ahora también constituye la base en muchas aplicaciones IoT para el seguimiento de activos valiosos que de lo contrario se perderían.
La constelación GPS, formada por 24 satélites situados a unos 20.000 kilómetros por encima de la Tierra, está configurada para asegurar se puedan observar cuatro satélites desde cualquier punto del planeta. Estos satélites transmiten su localización, estado y hora precisa, a partir de los relojes atómicos que incorporan, hasta un receptor GPS terrestre. El receptor registra la hora de llegada de la señal y luego calcula la distancia hasta cada satélite (usando para ello la diferencia de tiempo entre la transmisión y la recepción de la señal, y multiplicándola por la velocidad de la luz). La información de los cuatro satélites se puede utilizar entonces para identificar la posición del receptor sobre la superficie del planeta. Si se añade el receptor a la mercancía valiosa siempre se podrá saber dónde está.
Problemas del sistema GNSS
Bueno, quizás no siempre. Pese a su sofisticado diseño, GNSS sigue sufriendo varios problemas. Por ejemplo, las inexactitudes de los relojes pueden provocar errores de temporización. Para combatirlos, los sistemas GNSS comparan varios satélites y utilizan algoritmos para determinar qué relojes sufren errores y reinicializarlos. Otros problemas se deben a que la señal relativamente débil entre los satélites y los receptores terrestres puede sufrir perturbaciones con facilidad. Dado que la intensidad de la señal GPS en la superficie de la tierra es de apenas -130 dBm por término medio (según gps-repeaters.com), obstáculos como las filas de edificios altos, también conocidos como “cañones urbanos”, pueden bloquear la transmisión.
Incluso cuando los datos se transmiten correctamente se pueden producir errores multirruta, que surgen cuando la señal es reflejada por los edificios antes de llegar al receptor, provocando errores de temporización e información incorrecta sobre la posición. También pueden surgir errores debido a variaciones de densidad en la atmósfera de la Tierra que pueden retardar o distorsionar la señal GNSS.
La interferencia electromagnética (EMI) procedente de otras fuentes de radio también pueden provocar errores de temporización. Para mitigar estos problemas se emplean técnicas como el filtrado, la correlación y la medida de la potencia de la señal, así como el modelado de la ionosfera y la troposfera. Sin embargo, pese a toda esta tecnología, a veces GNSS simplemente no funciona y las empresas logísticas necesitan alternativas para mantener su seguimiento.
Maximización de la autonomía de la batería con barrido de SSID Wi-Fi
Otro inconveniente de GNSS es que puede tardar varios minutos en determinar la localización inicial de un artículo, lo cual aumenta fuertemente el consumo de las baterías, un problema que se puede mitigar en parte gracias a tecnologías como A-GPS y P-GPS (Assisted-GPS y Predicted-GPS). Estos métodos, utilizados por los nRF Cloud Location Services de Nordic junto con el SiP nRF9160 una solución IoT celular multimodo de la propia compañía, utilizan datos de asistencia del satélite almacenados en una base de datos. Esta información se transmite al nRF9160 a través de la red LTE-M o NB-IoT, por lo que se acelera la conexión con el primer satélite y se reduce el consumo.
Sin embargo, incluso con A-GPS y P-GPS, las necesidades de batería para GNSS siguen siendo considerables. Este factor es importante para algunas aplicaciones, como los dispositivos de seguimiento de activos que suelen incorporar baterías más pequeñas pero siguen necesitando una larga duración. Si se requiere una precisión de unos pocos metros, sólo GNSS puede conseguirla; pero si es aceptable una exactitud del orden de decenas de metros, existen alternativas que pueden reducir el consumo.
Una técnica de localización de este tipo, que proporciona una alternativa razonablemente precisa a GNSS con un menor consumo, es el barrido de SSID (Service Set Identifier) Wi-Fi. Cada punto de acceso (Access Point, AP) de Wi-Fi se identifica mediante un SSID, que sirve como referencia técnica para el nombre del AP. Si se conoce el SSID de la red es posible comparar la referencia con las bases de datos que indicarán su localización.
Los chips para Wi-Fi, como los circuitos integrados auxiliares de la Serie nRF70 de Nordic, pueden emplear la técnica para determinar la localización mediante el barrido de cualquier AP de Wi-Fi para su SSID. En el caso de Nordic, un SiP nRF9160 puede enviar a continuación el SSID (e información práctica de otro tipo) a la nRF Cloud a través de una conexión celular. nRF Cloud comprueba entonces una o más bases de datos con SSID
Wi-Fi y envía la localización del artículo a partir de la posición de los AP cercanos junto con grado de incertidumbre para esa localización, bien sea al nRF9160 o a otro destinatario.
Cómo lograr el balance correcto entre precisión y autonomía de la batería con la localización de Wi-Fi
Aunque es difícil mejorar la exactitud de GNSS, cuando es aceptable una precisión un poco más baja y la autonomía de la batería es primordial, o bien en aplicaciones de seguimiento de activos en aplicaciones donde es probable que la señal de GNSS se vea interrumpida, la localización de SSID Wi-Fi es una excelente alternativa.
Con las Series nRF91 y nRF70 de Nordic, y su nRF Cloud, resulta sencillo pasar recurrir a uno u otro método de localización basado en GNSS y Wi-Fi en un dispositivo de seguimiento de activos para alcanzar el equilibrio entre la precisión de la localización y la autonomía de la batería que mejor se ajuste a la situación. Ya no hay excusas que justifiquen la pérdida de las costosas piezas de aviones o de cualquier otro activo valioso.
