Cuando Rob Moore y su equipo llegaron a Cook Inlet, en la costa sur de Alaska, la fuga de gas era visible desde el barco. Un gasoducto de gas natural. había fracasado, liberando hidrocarburos en un hábitat crítico para una tipo raro de ballena beluga y varias otras especies marinas en peligro de extinción. "Se podían ver olas de burbujas subiendo desde debajo del agua", dice Moore. "Parecía que una zona del mar estaba hirviendo".
Las poderosas mareas de la entrada ya habían difundido el gas en las aguas circundantes, mucho más allá de la mancha de burbujas. El agua sobre la fuga se ahogó con hielo e inhóspito para los buzos o técnicos de reparación, por lo que Aridea Solutions, donde Moore es VP de Soluciones, desplegaría sensores remotos especializados, básicamente Boyas habilitadas para IoT– para flotar a través de la entrada por encima de la fuga y controlar los niveles de gas y oxígeno del agua de mar circundante.
Todo lo que tenían que hacer era descubrir cómo recuperar una señal.
La guerra por el espectro
El acceso a Internet rural de Alaska es famoso por ser pobre. La colocación de cables y fibras en el vasto estado congelado y rocoso es tan desafiante que el 81 por ciento de las zonas rurales de Alaska todavia no tenia banda ancha en 2015. Para este proyecto, Aridea tuvo que confiar en el segmento de 900 mHz, un rango ultra alto del espectro de radiofrecuencia que está ocupado principalmente por operadores aficionados e industriales sin licencia y que requiere enormes torres para transmitir datos a través de largas distancias, para rebotar un Señal desde la boya al barco.
Pero la competencia incluso para este segmento menos popular se ha vuelto feroz en los últimos años a medida que más operadores son expulsados del espectro con licencia y se meten en la crisis electromagnética. Lo que una vez fue una carretera espectral solitaria para los canales de noticias locales y el ocasional proyecto de topografía ahora se entrecruzan con tráfico de señales de todo tipo de IoT industrial. La proliferación de usuarios en los 900 mHz es un efecto secundario de una batalla invisible por el derecho a comunicarse de forma inalámbrica.
Rob Moore
En los EE. UU., El espectro no reservado para fines federales es distribuido por la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC), el mismo organismo regulador que actualmente se opone a la demanda popular de neutralidad de la red. Durante años, la FCC ha estado reenvasando segmentos de espectro para ser subastados a operadores privados adinerados como los operadores de telefonía celular. El agua, el gas, los ferrocarriles, las empresas eléctricas y otros operadores de misión crítica dependen de los mercados del espectro secundario para acceder a las mismas bandas del espectro electromagnético reguladas por el gobierno federal.
Acceso equitativo por valor desigual
El problema subyacente con el enfoque de la FCC puede no ser económico, sino ontológico. Fuera de los EE. UU., El problema de la asignación de espectro requiere una traducción cultural: la E.U. los reguladores lo llaman "gestión del espectro", "armonización del espectro" o "coordinación del espectro", cada uno de los cuales refleja una Un enfoque más colaborativo, cívico. a distribuir un recurso valioso entre múltiples agentes.
Una E.U interna. informe del comité a partir de 2014 advirtió a los países miembros que renunciar al modelo de subasta de espectro podría representar "una carga financiera adicional" en forma de pérdida de ingresos. Pero protecciones para E.U. las industrias que operan bajo una licencia federal, como los servicios públicos estatales y los servicios de emergencia, superan con creces las escasas ofertas de servicios estadounidenses equivalentes.
Un número crítico de estos servicios en los EE. UU., Desde monitoreo ambiental hasta redes de comunicaciones industriales hasta globos meteorológicos, son operados de manera privada, lo que significa que no califican para el espectro federal gratuito, sin importar qué tan esenciales sean sus servicios.
Este aplanamiento de la jerarquía del consumidor y del tráfico crítico obliga a los servicios privados, pero cruciales, a competir con las mega corporaciones para acceder al espectro.
"En un momento, hubo una designación de potencia en el espectro", recuerda Kathy Nelson, Directorio de Mercadeo Técnico de Productos y Relaciones con la Industria de la empresa de comunicaciones industriales privada Ondas Networks, con sede en Silicon Valley. “Los servicios públicos se convirtieron en lo mismo que una compañía de pizzas, una compañía de autobuses … todos excepto la seguridad pública [services]", Que, como agencias gubernamentales, se benefician del acceso al espectro federal gratuito.
En cambio, "las empresas de servicios públicos tienen que comprar un espectro que los operadores comerciales no usan de los espectadores de espectro en un mercado secundario", dice Nelson.
La opción de portador de células
¿Por qué los operadores de misión crítica (MC) no pueden usar las mismas redes sin licencia y el servicio de celda secundaria que emplea otro software? Según Robert Thormeyer de la Consejo de Tecnología de Servicios Públicos, un grupo comercial que se centra en sistemas de comunicaciones críticos para empresas de servicios públicos, ese es exactamente el problema: a pesar de su falta de designación federal, los operadores de MC no son como otros usuarios privados del espectro.
Por un lado, señala, no todo el espectro es igual de adecuado para todas las aplicaciones. “Las diferentes bandas tienen diferentes características. Los servicios públicos se invierten en bandas específicas, como 6 GHz, porque funcionan para esas aplicaciones ”, dice Thormeyer. "Son resistentes a la intemperie y eficientes en largas distancias".
A diferencia de la nueva banda 900, la 600, también 6 GHz, ya es objeto de una feroz batalla reguladora. En octubre, el presidente de la FCC, Ajit Pai, propuso que la banda de 6 GHz se abriera al uso comercial sin licencia, agregando más presión a un espectro ya sobrecargado peligrosamente, y poniendo a los servicios esenciales en mayor riesgo de fallas y catástrofes. Los operadores de MC que han trabajado en este rango durante décadas ya han desarrollado sólidos estándares de hardware para operar aquí, y sus aplicaciones simplemente no funcionan tan bien en otras bandas.
Las aplicaciones industriales de IoT (IIoT) tampoco son adecuadas para el tipo de cobertura que pueden obtener al comprar un acceso secundario a los operadores de telefonía celular que ganan estas subastas. Si el uso de datos del consumidor es una conversación entre un servidor remoto o la nube y el dispositivo de un usuario, entonces las comunicaciones de IoT son una red de susurros donde las máquinas están en constante comunicación entre sí.
Los sensores envían pequeños paquetes de datos que hacen zoom de nodo a nodo antes de que puedan recibirse y procesarse en una puerta de enlace distante. Este tipo de comunicación se conoce en el mundo de las telecomunicaciones como máquina a máquina, o M2M, y es un sello distintivo de las aplicaciones de IIoT, y en gran medida es incompatible con el modelo de prioridad de velocidad sobre cobertura de las redes celulares.
Vulnerabilidad del portador
Sin embargo, lo más apremiante para las industrias de misión crítica es el tema de la seguridad de los datos. Es una preocupación que podría no ser una de las prioridades de los biólogos marinos, pero los expertos de MC saben que las empresas de servicios públicos son especialmente vulnerables a los ataques que afectan tanto al espectro sin licencia en el rango de frecuencias ultra altas como al espectro revendido por los operadores celulares.
A principios de este año, un tarjeta madre informe reveló que ciertos operadores celulares estadounidenses no habían detenido su práctica de vender ubicaciones de usuarios en tiempo real a terceros intermediarios de datos, a pesar de las advertencias de la FCC.
Otra preocupación de seguridad: ataques dirigidos a los servicios públicos.
"Los operadores de telefonía celular son vulnerables a los ataques de denegación de servicio", explica Stewart Kantor, presidente y director financiero de Ondas Networks. "Si un transportista es derribado de esa manera y está ejecutando los trenes en redes públicas, es vulnerable a que alguien bloquee el tráfico".
Pero avanzar hacia el rango de frecuencia ultraalta del espectro de radiofrecuencia, como lo hizo Avidea para desplegar su relé de señal de boya, es una opción débil para la mayoría de los operadores industriales.
"No quieren usar WiFi o frecuencias más altas", dice Kantor. "La cobertura disminuye radicalmente a medida que avanza en la banda del espectro".
Las soluciones Stopgap
Hasta ahora, sin embargo, las luces se han mantenido encendidas. El crecimiento de las aplicaciones IIoT ha provocado una sorprendente variedad de soluciones inventivas para el problema de acceso al espectro. Como era de esperar, los ingenieros de redes se han centrado primero en los problemas de hardware.
Investigadores de la Universidad de Arizona hecho avances emocionantes este año en el desarrollo de radios flexibles que saltan de una frecuencia desocupada de banda estrecha a otra para evitar interferencias. Mientras tanto, DARPA ha demostrado una función similar supervisado por una inteligencia artificial, donde las radios autónomas trabajan en colaboración para redistribuir dinámicamente el espectro en función de las necesidades en tiempo real.
Ondas Networks ha desarrollado dos enfoques distintos para asegurar el ancho de banda para IIoT. FullMax de la firma arquitectura de radio IoT de misión crítica, que ofrece un sistema alternativo para los operadores de MC frustrados con los estándares enfocados en el consumidor como LTE y Wi-Fi, se convirtió en la base de la tecnología inalámbrica IEEE 802.16 estándar en 2017
En cambio, el estándar ayuda a los usuarios de datos de misión crítica, incluidos los operadores industriales de cuyos servicios depende gran parte de la sociedad civilizada, a aprovechar lo que queda después de las subastas: un puñado de bandas legadas no adyacentes estrechas, que el sistema estándar de Ondas se une en un monstruo de Frankenstein de segmentos de radiofrecuencia.
La revolución del tráfico
Más recientemente, Ondas ha adquirido espectro en Alaska y el Golfo de México para desplegar sus propias redes privadas. Estas dos áreas altamente industriales, que totalizan casi un millón de millas cuadradas casi sin tráfico de consumidores, son campos de prueba ideales para una nueva solución de red industrial: permiten que las empresas privadas, no celulares, compren espectro de bajo valor y la reutilicen para aplicaciones industriales.
Estas nuevas redes están diseñadas para M2M y arquitecturas de borde, lo que las hace perfectas para fines industriales, desde los hábitats marinos de arrastre para contaminantes gaseosos hasta el monitoreo del funcionamiento de las redes de envío, ferrocarriles y plataformas petrolíferas.
Pero si bien es un desarrollo emocionante, puede que no sea suficiente.
Índice anual de redes visuales de Cisco predijo el otoño pasado que IoT impulsaría el crecimiento en el sector inalámbrico en los próximos años, y las conexiones M2M representarán más de la mitad de los 28.5 mil millones de dispositivos conectados del mundo para el año 2022. Los nuevos estándares y las tecnologías de salto de frecuencia pueden ayudar a aliviar la tensión en el espectro, pero incluso la arquitectura inalámbrica más flexible necesita acceso a al menos una porción de espectro sin interferir en otra señal, y en muchas aplicaciones de IoT.
Para aplicaciones industriales, la interferencia puede significar retrasos, confusión y el fallo ocasional que pone en peligro la vida. Esa es una perspectiva desastrosa, especialmente dado el reciente aumento de las catástrofes climáticas y su posible impacto en las redes vulnerables.
La Red Propósito
Entonces, ¿cómo sería un sistema de asignación de red realmente eficiente? Para Kantor, significa construir eficiencia y criticidad en el sistema de gestión desde el primer día.
"Cuando te paras a considerar la jerarquía de quién necesita acceso al espectro", dice Kantor, "estás construyendo lo que llamamos una red con propósito". Eso significa una distribución que prioriza la criticidad sobre el costo de oportunidad.
Pero ese cambio en las prioridades no puede ocurrir a menos que la FCC cambie su definición de misión crítica para incluir operadores privados. Es posible que las empresas eléctricas no califiquen para el espectro del gobierno en este momento, pero como señala Kantor, "si usted vive en Palm Springs y la electricidad se apaga a mediados del verano, la gente va a morir".
Thormeyer, quien ha pasado más de una década presionando por la reforma de la asignación de espectro desde dentro y fuera del gobierno federal, señala que los servicios públicos no son los gigantes de las telecomunicaciones, a pesar de la confusión generalizada; Realmente son más como servicios sociales.
"Debido a que los servicios públicos están regulados por los consejos federales, estatales y locales, no son como las empresas de telecomunicaciones", dice. "Proporcionan un servicio esencial sin el cual la sociedad no podría existir".
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