Machine Type Communications (MTC)
Recientemente
la industria inalámbrica ha mostrado un creciente interés en
comunicaciones M2M (Machine to Machine) ligadas a tecnologías como Smart
Grid, Redes de sensores inalámbricos y aplicaciones enfocadas a
maximizar el control de recursos y el seguimiento de inventarios de
bienes. Pero exactamente ¿qué beneficios aporta M2M a la industria?
¿Cómo se ha comportado el mercado? E igualmente importante ¿por qué
tanta emoción? Mi primer contacto con la tecnología me llevó a pensar
que no sería relevante y no veía un impacto importante para el usuario,
pero esta opinión cambió a medida que me fui informando mejor. En esta
entrada comparto mis conclusiones sobre la tecnología; de cómo empezó, y
porqué pienso que podría ganar relevancia y mis conclusiones sobre la
justificada emoción de la industria.
Orígenes y conceptos relacionados
La
comunicación entre máquinas, objetos, etc. Es más vieja que los
conceptos modernos de redes inalámbricas; de hecho la adopción masiva de
la computación y la evolución de las redes ocasionó que el concepto de
la Internet de las cosas emergiera. En sus inicios el concepto se
centraba en proveer a objetos con identificación única y capacidades de
comunicación por radiofrecuencia para que algunas aplicaciones como
rastreo y control de inventario fueran posibles de realizar sin la
intervención humana, de esta forma soluciones comerciales de RFID
se han conocido desde entonces. En la actualidad el concepto es algo
diferente, y se enfoca en permitir que las máquinas produzcan cantidades
masivas de información, la cual en la actualidad es producida por
humanos.
En
el ambiente inalámbrico, la primera incursión en M2M, fue impulsada por
grupos de investigación pertenecientes a fabricantes de dispositivos,
quienes propusieron el concepto de módulos de comunicación con toda la
circuitería necesaria para obtener servicio de las redes celulares sin
contar con una interfaz para humanos, estos módulos además podían ser
incluidos en casi cualquier dispositivo pensable, éste último obteniendo
las capacidades de comunicación del módulo. Entonces las primeras
aplicaciones aparecieron a mitad de los 90 para la industria automotriz y
puntos de venta, satisfaciendo necesidades de rastreo y monitorización.
Se concluye entonces que se ha contado con soluciones M2M por algún
tiempo, pero debe considerarse que bajo ninguna circunstancia estas
aplicaciones iniciales se convirtieron en fuentes de dinero
significativas para los MNO (Mobile Network Operators) ni tampoco
causaron gran impacto en el mercado, entonces, ¿qué ha cambiado
últimamente?
Peleando para volverse relevante
La
mayor diferencia entre entonces y ahora, es por supuesto el desempeño
de las redes inalámbricas, cuando aparecieron las primeras aplicaciones
M2M o MTC, las redes celulares apenas empezaban a optimizar sus
arquitecturas de segunda generación para el tráfico de datos (i.e. EDGE
para 2G GSM), por otro lado no existían herramientas para el desarrollo
flexible de aplicaciones, solo hasta 2005 se empezaron a añadir
funcionalidades de Java en los módulos y la fabricación de los mismos se
especializó para diferentes ambientes, todo lo anterior y otros avances
en términos tecnológicos permitieron que a finales de la primera década
del 2000 el primer MNO hiciera públicos sus intereses para desarrollar y
apoyar la tecnología.
Pero
nuevamente MTC, mantuvo un perfil bajo, algo seguía faltando, y ese
“algo” pasó a principios de 2008, cuando explotó el primer ambiente
virtual construido alrededor del concepto de un teléfono inteligente;
ahora contábamos con tiendas virtuales para acceder a aplicaciones que
nos permitían convertir nuestro teléfono en una herramienta
personalizada, el camino para el protagonismo de MTC estaba listo.
Arquitectura funcional de la MTC
La
industria y academia están construyendo estándares y descripciones
técnicas para optimizar las redes inalámbricas para MTC, para describir
la arquitectura funcional de esta tecnología podemos dividirla en tres
dominios:
- Dominio
de los dispositivos: que contiene todas las posibles máquinas, objetos y
dispositivos de usuario final que están destinadas a comunicarse.
- Dominio
de la red de comunicaciones: es la columna vertebral que provee acceso
al Dominio de los dispositivos, provee control de suscripción, seguridad
y comunicación hacia el Dominio de aplicación.
- Dominio de aplicación: que contiene las tiendas virtuales, ambientes virtualizados y soluciones de gestión para MTC.
Los
dispositivos pueden comunicarse de distintas maneras; directamente
entre ellos o D2D (device to device), usando la ayuda de la red para
establecer comunicación, y finalmente entre el servidor de aplicación y
el dispositivo. Además de ayudar en la comunicación, la red debe proveer
todo lo necesario para permitir la gestión de la suscripción al
servicio de grupos grandes de dispositivos, al mismo tiempo permitiendo
mecanismos de control e interfaces de usuario para interactuar con
entidades funcionales como HLR, HSS y bases de datos que permiten la
realización del servicio, todo mientras se conservan los niveles de QoS
para la comunicación H2H (Human to Human).
Para
poder tener un ambiente compatible entre comunicaciones H2H y D2D, la
industria y academia están esforzándose por definir y categorizar las
soluciones de MTC usando aspectos específicos de su comunicación con la
red o con el servidor de aplicación, estas clasificaciones reciben el
nombre de funcionalidades de red, y hasta el momento se han definido las
siguientes:
Baja movilidad, Controlada por tiempo, Tolerante a retardo, Solamente
PS, Transmisiones pequeñas de datos, Solamente MO, Monitorización de
MTC, Alarma con prioridad, Conexión segura, Iniciada por ubicación
específica, Destino suministrado por red para información de subida,
Transmisión infrecuente, Funcionalidades MTC por grupo.
Una mirada rápida pero profunda a la red
Algunas
entidades funcionales han sido propuestas para ser agregadas a la red y
así permitir un uso optimizado de los recursos evitando impactos en las
comunicaciones regulares para humanos. La primera entidad es conocida
como MTCG (MTC Gateway) es opcional y proporciona un acceso centralizado
y control de potencia a dispositivos sin funcionalidades adecuadas de
MTC, está ubicada entre el Dominio de los dispositivos y el Dominio de
la red. El SCS (Service Capability Server) es un elemento de red
intermedio entre la red y el Dominio de aplicación, provee APIs
(herramientas para que los programadores usen funcionalidades
específicas de la red en sus aplicaciones). La MTC-IWF (MTC Interworking
Function) está ubicada al interior del Dominio de red, su función es
centralizar la comunicación de varios dispositivos por funcionalidad de
red hacia entidades de red claves que suministran, autenticación,
autorización, contabilidad y gestión de la suscripción.
Retos de la tecnología
A continuación, listo los obstáculos principales que la industria y academia intentan solucionar:
1.
Aumento en la interferencia co-canal e intra-canal: la industria
propone usar los esquemas de mitigación de interferencia avanzados ya
propuestos en Rel-11 para LTE-A y las mejoras futuras para Rel-12.
2.
Descubrimiento de nodos (Antes de que exista comunicación los nodos
deben ser encontrados): la industria propone esquemas de asistencia de
red para agilizar el descubrimiento entre nodos de forma transparente
para el usuario.
3.
Congestión de señalización tráfico: la industria propone diferentes
controles de tráfico tanto en la RAN como en el NAS de la red combinados
con la agrupación de dispositivos por funcionalidad de red y zonas
geográficas de control donde una entidad funcional decide si otorgar o
no acceso a un grupo particular de dispositivos, adicionalmente un
esquema sofisticado de asignación de recursos de espectro enfocado en
evitar la congestión de señalización.
4. Roaming global para LTE no transparente: La industria trabaja para armonizar las bandas de espectro para LTE en varios países.
Una mirada al futuro
En
medio de tanto entusiasmo, emerge un potente concepto como solución
para millones de personas sin acceso a servicios básicos pero que poseen
un celular, la idea es permitir a instalaciones remotas en forma
distribuida que provean servicios fundamentales usando el balance de
cuenta y MTC sin la necesidad de costosas instalaciones centralizadas
del gobierno o privadas. Otro campo son las BSN (Body sensor networks)
éstas fueron concebidas como la reunión de sensores distribuidos por el
cuerpo y que obtienen información vital para luego enviarla a un
servidor de aplicación en Internet, MTC proveerá finalmente un marco de
referencia funcional que lo hará posible. Finalmente y como lo expuse en
la introducción, las máquinas producirán la información, de ser así, la
cantidad producida podría fácilmente sobrepasar la tasa actual, Big
Data es el nombre usado por la industria de tecnologías de la
información para agrupar los algoritmos matemáticos, los espacios
virtuales y en general todas las soluciones que permitirán la obtención,
organización, gestión e interfaz para la vasta cantidad de información
que MTC y otras tecnologías permitirán. Las aplicaciones y los
ecosistemas OTT (over the top: compañías grandes de Internet) también
jugarán un papel importante, a continuación comparto mi opinión sobre
cómo serán importantes para MTC y la industria inalámbrica.
El ambiente de las aplicaciones y su influencia en MTC
La
industria inalámbrica identificó rápidamente la importancia de las
aplicaciones y los ecosistemas especializados para el desarrollo de la
tecnología MTC, a finales de 2009 los MNO (Mobile Network Operators)
invitaron a desarrolladores de SW interesados en MTC a presentar sus
aplicaciones y soluciones, premiándolos con dinero y otros estímulos,
esto ha evolucionado hoy a una compleja oferta de plataformas de
desarrollo especializadas patrocinadas por diversos actores de la
industria, dichas plataformas son capaces de soportar el desarrollo
desde la creación hasta el mantenimiento después del lanzamiento.
Hablando específicamente de las aplicaciones, éstas pueden ser
clasificadas en dos grandes modelos; aquellas con un modelo clásico
cliente-servidor y aquellas con un modelo D2D (P2P). Dentro de estos dos
grupos cada aplicación suministra soluciones para cualquiera de los
siguientes requerimientos de comunicación:
- Aplicaciones elásticas (i.e. FTP, correo electrónico)
- Aplicaciones de tiempo real estricto (i.e. voz)
- Aplicaciones con adaptación al retardo (i.e. audio y video)
- Aplicaciones con velocidad adaptativa (i.e. difusión adaptativa)
En
la actualidad, la industria continúa promoviendo concursos anuales para
empresarios y desarrolladores en búsqueda de soluciones innovadores.
Varios de los primeros proveedores de HW ahora tienen plataformas en
línea incluyendo capacidades de computación en la nube y herramientas de
gestión que permiten a los desarrolladores no sólo construir la
aplicación sino gestionar la información producida por las máquinas que
conforman la solución, de igual manera también les permite controlar
aspectos de la suscripción celular de los dispositivos, en otras
palabras, estas plataformas ya hacen interfaz con las redes celulares,
como se propone en los estándares. El Dominio de la aplicación de MTC
tiene su propia arquitectura compuesta de Application Enablement
Platforms (AEP) que hacen interfaz con la red para gestionar la
información producida por las máquinas y permiten la integración a las
redes celulares. Application Development Platforms (ADP) que proveen
herramientas al desarrollador para construir aspectos de SW de la
solución.
El círculo se cierra: MTC y la batalla entre MNO y OTT
MTC
se fundamenta en la premisa que los dispositivos interactúan entre sí
para producir información sin la asistencia humana, pero la información
debe estar al servicio del ser humano, la única forma de hacerlo posible
es por medio de interfaces de usuario y mecanismos que permitan una
consulta fácil, o en términos generales una interacción intuitiva, como
los hábitos de uso de la computación están migrando de estáticos a
móviles, el proceso de pensamiento inductivo nos lleva a concluir que
los ecosistemas OTT (Sistemas operativos móviles, tiendas de aplicación,
etc.) constituyen el canal más efectivo para suministrar a los humanos
con las interfaces, los ambientes virtuales y el control sobre
cantidades enormes de información, ¿Cómo? Bueno, porque casi cualquier
persona con un teléfono inteligente sabe cómo funcionan las
aplicaciones. En términos de gestión tendencias como BYOD y herramientas
como las tiendas virtuales permitirán a las compañías una fácil
distribución y control de las versiones de la interfaz así como de otros
aspectos, al mismo tiempo permitiendo atender algunos aspectos de
seguridad. En conclusión, mi opinión es que los ecosistemas OTT están
ayudando a que MTC se vuelva relevante.
MTC
nació desde la perspectiva de los MNO, y son éstos quienes promueven su
adopción masiva, y el hecho que los ecosistemas OTT estén ayudando a
cumplir con este objetivo, provén el ingrediente irónico a todos los
artículos producidos por los medios
en torno al tema. MTC bajo ninguna circunstancia puede considerarse
como un mercado excluyente, varios actores provenientes de distintos
campos ya están involucrados, y considero que es la oportunidad para que
los MNO prueben su capacidad para ser innovadores y flexibles en un
mercado siempre cambiante.
Comentarios finales
La
existencia de soluciones comerciales para M2M es real, pero también es
real el hecho que estas soluciones estén desplegadas en redes celulares
no optimizadas para estas soluciones, y en el eventual escenario de una
adopción masiva estas optimizaciones serán necesarias para evitar
perjudicar las comunicaciones entre humanos. La existencia temprana de
estas soluciones es fundamental para identificar necesidades reales del
mercado, para construir un relacionamiento con el cliente de la
tecnología y para crear vínculos comerciales que alimentarán finalmente
el ecosistema. Las soluciones existentes como, terminales portátiles de
pago con tarjeta, la medición en transportes, Smart Grid, seguridad por
seguimiento, entre otras, se beneficiarán de un ambiente optimizado
integrado con ambientes OTT y otras tecnologías inalámbricas.
Mi opinión personal sobre los beneficios de MTC para la industria es:
- Pondrá
a prueba las capacidades de los proveedores de servicio de la industria
como innovadores capaces de cambiar y adaptarse a un mercado de
requerimientos dinámicos.
- Puede favorecer la creación de colaboraciones interesantes entre OTT y MNO.
- Los
esquemas de QoS (Quality of Service) se fortalecerán y madurarán en
todas las redes para permitir la coexistencia de las comunicaciones M2M y
H2H.
- Proveerá otro escenario de prueba que varias tecnologías
inalámbricas puedan integrarse bajo un propósito común. Los estándares
proponen que la comunicación D2D directa se realice por medio de bandas
de espectro no licenciadas coordinadas desde la red por medio de bandas
licenciadas; este planteamiento abre la puerta para que otras
tecnologías se integren.
Publicado por Jorge Guzman Olaya en 01/07/2013 11:01:19
