INFRAESTRUTURA PARA REDES DE DADOS

A principal infraestrutura de rede que devemos nos preocupar é a comunicação entre os Nodes e os Gateways (ou concetradores), pois desse ponto em diante a comunicação deve ser no padrão da Internet TCP/IP, normalmente cabeada (Ethernet) ou via telefonia (3G/4G).

Diagrama LoraWAN.png

Vejamos quais são as principais tecnologias disponíveis para esse primeiro nível de comunicação (de uma forma bem resumida e simplificada):

Ethernet: sistema cabeado (RJ45). Esse sistema possibilita excelente confiabilidade e segurança aliado a ótima velocidade e banda. O sistema Fast possibilita velocidades de até 100 Mbps enquanto o sistema Gigabit chega a 1 Gbps (10x mais rápido). A grande desvantagem é a impossibilidade de Nodes móveis e custos elevados de instalação.

Bluetooth: Essa já é uma rede sem fio de grande versatilidade, possibilitando facilidade muito maior de instalação. Entretanto, a mobilidade não é tão grande pois as distâncias entre pontos não pode ser muito elevada (na ordem de metros). A versão mais recente dessa tecnologia evolui bastante em distância e consumo, mas ainda ainda é um impedimento para grandes projetos. Pode ser viável quando o ambiente é restrito e o concentrador é um computador. A velocidade é relativamente baixa, na ordem de 25 Mpbs, e na versão 5 pode chegar a 50 Mbps. Opera na frequência de 2.4GHz.

WiFi: Padrão adotado para redes locais, sendo utilizado para comunicação de computadores, smartphones e smartstvs, devido a características como: alta velovidade e banda, excelente confiabilidade e performance, razoável abrangência espacial e baixo custo. Opera com a banda de 2.4GHz e recentemente foi lançada uma nova versão operando em 5.0GHz. A frequência mais alta possibilitou um almento na velocidade de tráfego de 600 Mbps para 1300 Mbps, mas perdeu alcance.   

Mobile (3G/4G):  Sem dúvida a tecnologia sem fio mais dissiminada no mundo e utilizada para grandes área de cobertura, possibilitando o acesso a Internet em quase todas as regiões do planeta. Possui razoável velocidade e banda (ficando melhores a caga nova geração), boa confiabilidade e performance, ótima abrangência espacial mas custo elevado. Outra desvantagem dessa tecnologia é que ainda consome muita energia e fica impossível desenvolver projetos com longa duração de bateria. O 4G no Brasil começou a operar em 2,6 GHz (banda 7), depois passou para 1,8 GHz (banda 3) e agora a preferência é para 700 MHz (banda 28). Essas mudanças visam o aumento do alcance (abrangência de cada antena na ordem de dezenas de Kms), possibilitando uma maior cobertura a um menor custo. 

SigFox: Esse é um padrão proprietário que foi desenvolvido especificamente para equipamentos de IoT, visando longo alcance e mobilidade, baixo consumo e duração da bateria e excelente seguranca e confiabilidade. A esse tipo de tecnologia foi dado o nome de LPWA (Low Power Wide Area). A desvantagem foi a diminuição da velocidade e banda de tráfego. Por exemplo, na frequência adotada no Brasil (de 902 a 928 MHz, exceto entre 907,5 e 915 MHz), cada transmissão pode enviar somente 12 bytes a 100 bps, com limite de 140 mensagens por dia. Apesar de parecer pouco, isso é mais que suficiente para a grande maioria das aplicações IoT, que trabalham somente com dados específicos e não com imagens, sons e vídeos. Outra vantagem dessa rede é que opera com frequência variável (espalhamento espectral), impossibilitando o uso de equipamento capazes de anular o sinal e melhorando o desenpenho em relação a ruídos. É uma rede com cobertura global e de baixo custo, mas exclusiva da SigFox. Isso significa que você pode desenvolver um Node com rádio SigFox, mas não terá que contratar da SigFox o acesso à rede e ao network server.

LoRa:  Outra alternativa de rede LPWA, só que dessa vez com padrão aberto, o que torna possível a instalação de infraestruturas diversas e concorrente por empresas diferentes em todo o mundo. Para a comunicação entre o rádio do Node, o Gateway e o Network Server foi desenvolvido um protocolo específico (camada lógica) chamado LoRaWAN, responsável por todo o excelente desempenho da comunicação:

  • máxima performance de consumo (um Node pode operar até 5 anos sem recarga);
  • exelente segurança (2 níveis avançados de criptografia AES128);
  • excelente confiabilidade e qualidade do serviço (espalhamento espectral);
  • ótima abrangência (um Gateway tem alcance de até 5 Km de raio com capacidade para 50 mil Nodes. Em casos específicos pode chegar a 10 Km);
  • baixo custo (com o aumento de players oferecendo serviços os custos cairão cada vez mais);
  • maior transmissão que o SigFox (aproximadamente 200 bytes);
  • taxa de transmissão de 0,3 a 50 kbps (para maximizar a bateria);

 

Devido a esssas principais características acreditamos que o LoRa será um dos principais padrões adotados para sistemas IoT no mundo. Entretanto precisamos lembrar que uma rede LoRa, por ser aberta, pode ser montada diretamente através da instação de um Gateway, mas nesse caso será necessário também a configuração de um Network Server, que pode ser conseguido através de plataformas terceirizadas específicas ou pela instação de aplicações OpenSource.

Vale comentar ainda que o padrão LoRa estabele algumas frequências distintas de operação de acordo com a região. Para o Brasil ficou estabelecida a frequência nominal de 915 MHz, indo de 902 a 928 MHz, exceto entre 907,5 e 915 MHz. Essa faixa excluida se deve ao licenciamento do GSM e por isso, ficamos mais parecidos com a região da Austrália (de 915 a 928 MHz) que dos EUA (de 902 a 928 MHz).

NB-IoT:  Narrow Band IoT. Uma tecnologia do tipo LPWA que é uma variante da LTE (4G) dedicada às aplicações IoT. Devido a isso deverá ser o foco de investimento das empresas de telefonia que já possuem infraestruturas instaladas e passaram a ser os provedores desse serviço. No Brasil os testes das primeiras redes começaram em 2019 pela TIM.