Você está pensando em integrar LoRaWAN em sua solução IoT?? No domínio do rápido avanço da tecnologia IoT, LoRaWAN se destaca como um player formidável no setor LPWAN. Se sua consideração se inclina para uma solução de rede LoRaWAN para aplicações industriais ou empresariais, aprofundar-se nas complexidades deste protocolo é um primeiro passo crucial. Neste artigo, fornecemos um mergulho profundo em todos os aspectos principais da tecnologia LoRaWAN. Junte-se a nós enquanto navegamos pelos fundamentos, fornecendo insights para tomar decisões informadas para seus empreendimentos de IoT.
O que é a tecnologia LoRaWAN
LoRaWAN significa Rede de Área Ampla de Longo Alcance. É um protocolo WAN de baixo consumo de energia projetado para itens e ativos operados por bateria sem fio. As redes LoRaWAN normalmente usam espectro não licenciado, como bandas de 433 MHz ou 900 MHz, para conectar dispositivos à Internet em longas distâncias sem fio..
A tecnologia é baseada em uma camada física chamada LoRa, que usa modulação de espectro espalhado chirp. Este método espalha o sinal por uma largura de banda mais ampla, tornando-o robusto a interferências e dando-lhe a característica de longo alcance. A Semtech desenvolveu originalmente a técnica de modulação LoRa e a mantém.
LoRaWAN adiciona um protocolo de camada de rede para permitir a comunicação bidirecional entre dispositivos finais e gateways. Os gateways então se conectam aos servidores da rede central por IP. Esta arquitetura permite recursos como taxas de dados adaptativas, endereçamento de dispositivo, segurança, roaming etc.. tornando possíveis implantações em grande escala.
The LoRa Alliance, é uma associação aberta sem fins lucrativos que supervisiona Padrões LoRaWAN e impulsiona a adoção global. Acabou 500 membros em todo o mundo entre fabricantes de dispositivos, operadores, provedores de soluções avançando na implantação.
A diferença entre LoRa e LoRaWAN
Basta colocar, LoRa refere-se apenas à técnica de modulação física ou esquema de codificação de sinal que permite comunicação de longo alcance. Ele usa o conceito de modulação de espectro espalhado chirp e correção de erro direta para atingir uma faixa de cobertura de mais de 10 milhas em ambientes rurais e 3 milhas nas cidades.
O protocolo LoRaWAN é executado sobre a modulação LoRa para gerenciar a comunicação de dados, permitir trocas bidirecionais e implementar funções de segurança de rede. Isso inclui recursos como otimização da taxa de dados, esquemas de endereçamento, implementando criptografia AES-128 e gerenciando trocas de dados entre dispositivos e gateways.
Então LoRa é o esquema de modulação da camada física que permite sinalização de longo alcance, enquanto LoRaWAN define o protocolo e padrões de comunicação. Pense em LoRa como a rodovia que permite aos veículos cobrir longas distâncias rapidamente, enquanto LoRaWAN são os sinais e controles de trânsito que governam o trânsito ordenado e seguro nessa rodovia.
Como funciona a tecnologia LoRaWAN
A arquitetura LoRaWAN inclui dispositivos finais/nós com sensores, entradas, servidor de rede, e servidor de aplicativos.
Os endpoints se conectam por meio de links LoRa com gateways implantados em ambientes externos, como em edifícios, torres, etc. Conectividade de backhaul de interface de gateways como WiFi, Ethernet ou celular. Eles podem cobrir quilômetros de longo alcance com taxas de dados que se adaptam entre 0,3 kbps e 50 kbps.
Os gateways encaminham mensagens de potencialmente milhões de dispositivos de volta para um servidor de rede central. Ele gerencia funções essenciais como segurança, endereçamento, perfis de dispositivos, as regras, adaptação da taxa de dados etc.. Ele também desduplica mensagens e controla a entrega confirmada entre aplicativos e dispositivos.
O servidor de rede transfere dados por meio de conexões IP para um servidor de aplicativos. É aqui que reside o aplicativo IoT e a lógica de negócios, para decodificar dados do sensor e conectá-los aos painéis, analítica, serviços em nuvem etc..
Dispositivo LoRaWAN classes A, B, & C
LoRaWAN contém três tipos diferentes de dispositivos finais para atender às diferentes necessidades que surgem em uma ampla gama de aplicativos:
Classe A: Potência mais baixa, e dispositivo final bidirecional
Esta é a classe padrão que permite que os endpoints transmitam uplink a qualquer momento, seguido por duas janelas curtas de recebimento de downlink. Como a comunicação do uplink é assíncrona e o downlink segue o tempo do uplink, os dispositivos podem dormir, maximizando a vida útil da bateria. Mensagens de downlink são armazenadas em buffer no servidor.
Classe B: Um dispositivo terminal bidirecional com atraso de downlink determinístico
Dispositivos Classe B abrem janelas de recebimento adicionais em intervalos programados sincronizados com a rede. Isso permite menor latência de downlink ao custo de maior consumo de energia. O atraso determinístico é programável em 128 segundos tornando-o adequado para operação com bateria.
Classe C: Atraso mínimo, equipamentos terminais bidirecionais
Com base na Classe A, A classe C mantém o receptor aberto continuamente, a menos que transmita. Isso permite que o servidor faça downlink a qualquer momento com atraso quase zero. Contudo, a escuta contínua pode consumir mais de 50mW, então a Classe C é adequada para aplicações alimentadas pela rede elétrica. A comutação temporária é possível.
Comparação de LoRaWAN vs.. outras tecnologias LPWAN
O espaço LPWAN, uma parte em rápido crescimento do mercado de conectividade IoT, inclui SigFox, LoRaWAN, NB-IoT, LTE-M, Laboratórios de links, e sem peso. Outros protocolos como LTE-CAT M, IEEE P802.11AH, e Dash7 também desempenham papéis vitais no ecossistema LPWAN. Nesta secção, mergulharemos principalmente nas tecnologias anteriores mencionadas.
- LoRaWAN
LoRaWAN, governado pela Aliança LoRa, é caracterizado por sua camada de rede de padrão aberto com suporte de uma aliança diversificada da indústria. Operando no chip LoRa, ele se destaca em aplicações somente de uplink através da distribuição eficiente de pacotes codificados, reduzindo colisões e interferências. Apesar de ser um padrão aberto, A dependência da LoRaWAN dos chips da Semtech para implementação full stack adiciona uma camada de exclusividade.
- Sigfox
Sig Fox, uma empresa francesa fundada em 2009, distingue-se com alcance estendido alcançado através de taxas de modulação lentas. Como uma tecnologia proprietária, SigFox é uma boa escolha para aplicações que exigem rajadas de dados pequenas e pouco frequentes, como latas de lixo inteligentes e sensores de estacionamento. Contudo, limitações na capacidade de downlink e suscetibilidade à interferência de sinal representam desafios para certos casos de uso.
- NB-IoT e LTE-M
NB-IoT e LTE-M estão surgindo no espaço LPWAN, aproveitando a conectividade LTE padrão. NB-IoT se destaca em eficiência energética e custo-benefício, tornando-o ideal para aplicações em cidades inteligentes, enquanto LTE-M oferece uma taxa de dados mais alta. A escolha entre os dois depende de aplicações específicas; NB-IoT é adequado para medidores inteligentes, enquanto o LTE-M pode ser mais vantajoso para drones ou veículos.
- Laboratórios de links
Link Labs utiliza o chip LoRa, mas introduz uma camada MAC privada chamada Symphony Link. Symphony Link adiciona alguns recursos importantes de conectividade sobre LoRaWAN, incluindo atualizações de firmware sem fio garantidas, recepção de mensagem, recursos de repetidor, e a remoção de limites de faixa dinâmica e ciclo de trabalho.
- Sem peso
A missão da Weightless SIG é padronizar a tecnologia LPWAN. Como o único padrão verdadeiramente aberto, Weightless está operando em um espectro não licenciado em sub-1ghz. 3 versões do Weightless podem ser usadas para diferentes propósitos:
Sem peso-w: Aproveite o espaço em branco (espectro local não utilizado na banda de televisão licenciada)
Sem peso-n: Um protocolo de banda estreita de espectro não licenciado derivado da tecnologia NWave
Peso-p: Protocolo bidirecional derivado da tecnologia Platanus da M2COMM
Weightless N e P são escolhas mais populares porque a duração da bateria do Weightless W é menor.
Vantagens da tecnologia LoRaWAN
Aqui estão alguns dos principais benefícios oferecidos pela tecnologia LoRaWAN:
- Potência ultra baixa: Dispositivos LoRaWAN podem operar em modo de baixo consumo de energia e sua bateria pode durar vários anos.
- Alcance excepcional: Cobertura de longo alcance até 10 quilômetros em áreas rurais e 1-3 milhas em ambientes urbanos
- Penetração profunda interna: As redes LoRaWAN podem oferecer cobertura profunda interna, e cobrir facilmente edifícios de vários andares.
- Licenciamento gratuito do Spectrum: A tecnologia LoRaWAN opera gratuitamente (sem licença) frequências, sem taxas adicionais de licenciamento de espectro.
- Alta capacidade: Capacidade de rede para suportar mais de um milhão de dispositivos por cobertura de gateway.
- Implantação pública e privada: É fácil implantar redes LoRaWAN privadas e públicas com o mesmo software e hardware (dispositivos finais, entradas, antenas).
- Segurança de ponta a ponta: Forte 128 criptografia bit AES ponta a ponta para segurança robusta.
- Baixo custo: Custo muito baixo para dispositivos e operação, tornando-o ideal para implantações de grandes dispositivos
- Ecossistema: LoRaWAN tem um ecossistema muito grande de fabricantes de dispositivos, desenvolvedores de aplicativos, provedores de serviços de rede, e fornecedores de soluções.
Casos de uso da tecnologia LoRaWAN
Aqui estão algumas categorias de casos de uso promissores, perfeitas para LoRaWAN:
Cidades inteligentes & Serviços de utilidade pública
As cidades podem conectar eficientemente infraestruturas cívicas como medidores, latas de lixo, luzes da rua, monitores de poluição. Até mesmo o rastreamento de veículos e ônibus é viável, permitindo transporte inteligente. Para empresas de serviços públicos, a medição inteligente em escala é altamente viável, abrangendo gás, medidores elétricos e de água.
Cadeia de mantimentos & Logística
Empresas de logística podem rastrear a localização, condição e movimento de contêineres, paletes em vários depósitos e em trânsito. A cadeia de frio pode garantir a integridade de produtos perecíveis. Operações portuárias podem rastrear guindastes, veículos, carga etc..
Agricultura Inteligente & Agricultura
Sensores LoRaWAN podem proliferar em fazendas, pomares e vinhedos monitorando a umidade do solo, ambiente de colheita, condições de armazenamento durante todo o ano através de sensores de bateria. Wearables de saúde animal e localização também estão surgindo.
Gestão de ativos & Rastreamento
Ativos valiosos, como equipamentos, dispositivos podem ser monitorados em locais para parâmetros como temperatura, choques, movimento etc.. melhorando a segurança, utilização e vida útil. Paletes com etiqueta LoRaWAN, caixas agilizam armazéns.
IoT industrial & Monitoramento do sensor
As fábricas podem implantar soluções confiáveis, sensores de longo alcance para rastrear ativos, métricas de segurança e indicadores de qualidade do produto em todos os andares, sem fios ou trocas de bateria. Até mesmo locais remotos, como pipelines, plataformas etc.. pode ser medido.
Saúde Inteligente & Médico
Hospitais podem conectar com eficiência dispositivos médicos e ativos como cadeiras de rodas usando LoRaWAN para melhor rastreamento e utilização. As pulseiras dos pacientes durante a hospitalização beneficiam os fluxos de trabalho ao monitorar o movimento. As instalações de vida assistida também beneficiam das capacidades de localização e de deteção de quedas, melhorando a segurança.
Sensores MOKOSmart LoRaWAN para sua aplicação
MOKOSmart oferece uma variedade de sensores habilitados para LoRaWAN que são perfeitos para muitas aplicações IoT de longo alcance e baixo consumo de energia. Alguns dos sensores MOKOSmart LoRaWAN que podem ser úteis incluem:
Sensor de movimento LoRaWAN PIR: Detecta movimento e pode ser usado para monitoramento de ocupação, alertas de intrusão, gatilhos de automação, e mais.
LoRaWAN GPS Tracker: Rastreia a localização de ativos em tempo real e também pode monitorar temperatura e movimento. Útil para gerenciamento de frota, rastreamento de ativos, e prevenção de roubo.
Sensor de umidade e temperatura LoRaWAN: Monitora a temperatura ambiente e os níveis de umidade. Ótimo para logística de cadeia de frio, Monitoramento de climatização, rastreamento de unidade de armazenamento, e análise ambiental.
Botão de pânico LoRaWAN: Um botão de alerta de emergência que pode notificar o pessoal sobre problemas ou ativar sistemas de resposta a emergências quando pressionado.
Sensor de estacionamento LoRaWAN: Detecta a presença de veículos em uma vaga de estacionamento. Permite aplicações e análises de estacionamento inteligentes.
Emblema inteligente LoRaWAN: Rastreia a localização do pessoal em tempo real e também pode atuar como um botão de pânico para enviar alertas. Ótimo para gerenciamento de força de trabalho, controle de acesso, e aplicações de segurança.
Como começar com a tecnologia LoRaWAN
Para implantar Soluções LoRaWAN desde a prova de conceito até implementações em grande escala, as etapas principais geralmente envolvem:
- Pesquise se LoRaWAN atende à confiabilidade, alcance e vida útil da bateria
- Compreender as opções de cobertura através de redes públicas, redes comunitárias ou implantações privadas
- Selecione hardware como módulos LoRa e sensores LoRaWAN
- Verifique a disponibilidade do provedor de serviços de rede local ou implante gateways próprios
- Conecte o hardware do dispositivo final por meio de gateways a um servidor de rede LoRaWAN
- Desenvolva aplicativos de dispositivos e integração de aplicativos IoT com serviços em nuvem
- Cobertura de teste e desempenho do sensor em condições de implantação esperadas
Com cobertura LoRaWAN e opções de dispositivos expandindo rapidamente, agora é um ótimo momento para explorar seus próprios casos de uso inovadores de LoRaWAN.
