O que é LoRaWAN e para que serve?

Você está procurando uma rede sem fio que conecte dispositivos alimentados por bateria em edifícios, campi e cidades, sem planos de dados caros? Este guia explica o que é necessário. LoRaWAN É isso: como funciona, classes de dispositivos típicas, especificações por região e onde se encaixa melhor.

O que é LoRaWAN?

O termo “LoRaWAN” Refere-se ao protocolo e à arquitetura de sistema da Rede de Área Ampla de Baixa Potência (LPWAN). A camada física do LoRaWAN é baseada na modulação LoRa, que proporciona comunicação de longa distância entre dispositivos inteligentes, gateways e usuários finais. O alcance de cobertura do LoRaWAN pode chegar a 15 km, o que é muito maior em comparação com o Wi-Fi; além disso, LoRaWAN É mais econômico de implantar em comparação com as tecnologias de IoT celular (em áreas remotas). O protocolo LoRaWAN atende aos requisitos da Internet das Coisas (IoT), como comunicação bidirecional, segurança de ponta a ponta, mobilidade e também permite serviços de localização.

Como funciona o LoRaWAN?

LoRaWAN utiliza a modulação LoRa para transmitir pequenos pacotes de dados a longas distâncias com baixo consumo de energia. Utiliza uma topologia estrela-de-estrelas: dispositivos (nós finais) A mensagem é transmitida para gateways próximos, e vários gateways podem recebê-la. Os gateways encaminham pacotes para um servidor de rede via IP, que remove duplicatas, verifica a segurança e direciona os dados verificados para o servidor ou aplicativo correto.

O que é um gateway LoRaWAN?

O Gateway LoRaWAN É um dispositivo usado para fornecer cobertura LoRaWAN, semelhante a uma rede celular, que permite Dispositivos LoRaWAN para se comunicar com o servidor e o aplicativo do proprietário. Simplificando, ele atua como uma ponte entre o mundo físico e o mundo virtual. O gateway recebe os dados dos dispositivos LoRaWAN e os encaminha. ao servidor de aplicação, que o armazena e o distribui para os aplicativos conforme necessário. A comunicação na direção oposta, de aplicativos baseados em nuvem para dispositivos físicos, também é suportada.

A TEKTELIC é uma das principais fornecedoras de gateways LoRaWAN, que são projetados para fornecer comunicação confiável, segura e econômica entre sensores e aplicativos do usuário final. Oferecemos gateways para ambientes internos e externos com consumo mínimo de energia e ampla cobertura de frequência. Por exemplo, nosso Gateway IoT KONA Micro Oferece cobertura interna com conectividade "Sempre Ativa" e bateria de reserva com duração de até 4 horas, o que a torna a escolha perfeita para áreas que sofrem frequentes quedas de energia, mas precisam continuar recebendo e transmitindo dados.

Quanto aos portões externos, uma das opções mais universais é Gateway IoT KONA MacroProjetado para suportar condições climáticas adversas e ser implantado em áreas externas, o KONA Macro possui classificação IP-67, operando em uma faixa de temperatura de -40 °C a +60 °C, atendendo assim aos requisitos das implantações mais exigentes. Com capacidade para conectar um grande número de dispositivos IoT à rede, o KONA Macro permite sua implantação em aplicações complexas, como telhados e torres, maximizando o alcance e a cobertura e, consequentemente, reduzindo o custo total de implantação.

O que são sensores LoRaWAN?

Sensores LoRaWAN São dispositivos que utilizam o protocolo LoRaWAN para trocar dados com um gateway e seu servidor de rede. São usados ​​na implementação do LoRaWAN para aplicações como rastreamento de ativos, monitoramento de condições ambientais e coleta de outros tipos de dados de locais remotos. Os sensores têm baixo consumo de energia e longo alcance. Eles suportam controle adaptativo da taxa de dados, permitindo que sua operação seja configurada de forma flexível para suportar a transmissão eficiente tanto em longas quanto em curtas distâncias.

LoRa, LoRaWAN e LPWAN

LoRa, LoRaWAN e LPWAN são tecnologias de rede de longa distância de baixa potência. Que é usado para habilitar o Internet das Coisas (IoT)Elas oferecem diversas vantagens para aplicações de IoT, como longo alcance, baixo consumo de energia e custo-benefício. Ao mesmo tempo, embora LoRaWAN e LPWAN compartilhem muitas características, cada tecnologia oferece métricas de desempenho distintas em termos de latência, taxa de transferência, distâncias cobertas, etc. 

Lora

LoRa (Rádio de Longo Alcance) É uma tecnologia de camada física de baixo consumo e longo alcance usada para transmitir dados sem fio a longas distâncias..  Ele usa espectro espalhado por chirp como seu método de modulação de espectro espalhado, envio de dados ondas de rádio Para suportar conexões robustas de longo alcance e penetração profunda em ambientes internos ou subterrâneos, reduzindo o consumo de energia e ampliando o alcance de transmissão, o LoRa é mais adequado para aplicações que exigem baixas taxas de dados e cobertura de longo alcance, como rastreamento remoto de ativos e comunicação máquina a máquina (M2M).

LoRaWAN

LoRaWAN (rede de área ampla de longo alcance) É uma infraestrutura de rede sem fio segura e escalável para aplicações de IoT, e LoRaWAN redes São projetadas para fornecer comunicação confiável e de baixo custo para dispositivos conectados. É baseado na tecnologia de camada física LoRa. e utiliza uma topologia estrela-de-estrelas, com gateways conectando dispositivos finais ao servidor de rede central, além de suportar diferentes classes de dispositivos para atender às diversas necessidades de aplicação.

LWAN

LPWAN (Rede de Área Ampla de Baixa Potência) LPWAN é um termo genérico que se refere a tecnologias de rede sem fio projetadas para serem energeticamente eficientes e para fornecer comunicação de dados de longo alcance. Elas se concentram em aplicações de baixa taxa de dados, como redes de sensores, e são ideais para aplicações que exigem baixo consumo de energia e cobertura de longo alcance. O termo LPWAN não é necessariamente usado com LoRa. Pode ser baseado em uma das seguintes tecnologias:  LoRaWAN é um exemplo, outros incluem Sigfox, NB-IoT, Weightless, etc..

Aulas LoRaWAN

Em LoRaWAN, existem 3 classes de dispositivos com diferentes capacidades e perfis de consumo de energia: Classe A, Classe B e Classe C. 

Classe A é a opção mais econômica. Dispositivos dessa classe são alimentados por bateria por vários anos, o que é possível porque o dispositivo fica ativo apenas por um curto período, durante a transmissão de seus dados em um cronograma programado e por um período adicional imediatamente após essa transmissão para permitir que a rede se comunique com o dispositivo. No restante do tempo, o dispositivo permanece em modo de repouso, economizando energia. 

Ele se baseia em um design de comunicação do tipo Aloha, que permite conexões não agendadas. A comunicação é iniciada exclusivamente por um dispositivo final e inclui duas janelas de recepção curtas (Rx1 e Rx2) após a transmissão de uplink. Durante essas janelas de recepção, a rede pode enviar downlinks para o dispositivo – um recurso ideal para aplicações que precisam de comunicação rápida após a conclusão das transmissões de uplink. 

classe B É um modo de comunicação que aprimora a Classe A, permitindo que os dispositivos agendem janelas de transmissão de downlink durante intervalos de ping designados. Isso possibilita que os aplicativos enviem mensagens de controle durante esses intervalos designados sem precisar esperar por uma mensagem de saída do dispositivo. Os dispositivos de Classe B precisam ter alcançado a sincronização de tempo com a rede antes de poderem receber essas mensagens de downlink do gateway. 

Uma vez que um dispositivo Classe B tenha sido sincronizado corretamente, ele entra no modo de recepção durante seus intervalos de ping para garantir que possa receber quaisquer comunicações de downlink da rede. Dessa forma, a Classe B oferece uma latência muito menor do que sua antecessora, a Classe A; este modo de consumo de energia da bateria é reduzido em comparação com o modo Classe C, que exige que o receptor esteja sempre ligado. 

classe C É um modo de dispositivo final que permite a comunicação com dispositivos a partir de um gateway praticamente a qualquer momento. Requer mais energia do que suas contrapartes de Classe A ou B, porém oferece a menor latência no envio de dados do aplicativo para um dispositivo final. 

Em resumo: Classe A → maior duração da bateria, maior latência de downlink; Classe B → janelas de downlink programadas e latência previsível; Classe C → menor latência com maior consumo de energia (ideal para atuadores). Escolha a classe com base na rapidez com que você precisa controlar o dispositivo em relação à duração da bateria.

Casos de uso LoRaWAN

LoRaWAN é amplamente utilizado em edifícios inteligentes, agricultura, o setor médico, o a indústria de petróleo e gás e itambém é adequado para cidades inteligentes, logística, e aplicações industriais de IoT, entre muitos outros. Atualmente, as implantações de LPWAN mais comuns/de maior volume são:

1. Medição de água, gás e eletricidade;

2. Rastreamento, utilização e segurança de ativos e pessoas;

3. Gestão de instalações e imóveis;

4. Diversas aplicações industriais, principalmente para manutenção preventiva, redução de custos e aumento da eficiência;

5. Diversas cidades inteligentes incluem iluminação pública, estacionamento, coleta de lixo, monitoramento de infraestrutura crítica e gestão ambiental.

A TEKTELIC possui uma variedade de produtos para cada setor e uma lista de projetos bem-sucedidos. projetos.

Edifícios inteligentes

Para edifícios inteligentes, oferecemos um monitor de temperatura e umidade Chamado COMFORT, este sensor é um dispositivo multifuncional para monitoramento de condições internas. Ele mede luz, vibração, temperatura, umidade e detecta vazamentos, portas ou janelas abertas/fechadas.

A TEKTELIC forneceu o sistema COMFORT a um dos principais grupos de construção e regeneração do Reino Unido. Fique de olho no ambiente de escritório. e proporcionar um ambiente de trabalho saudável. Com o sensor COMFORT, os gestores do edifício conseguiram resolver os problemas de ventilação que tinham e manter condições climáticas ideais no interior.

Outro dispositivo que oferecemos para monitoramento de ambientes internos é o sensor de qualidade do ar BREEZEEste dispositivo foi projetado para monitorar os níveis de CO2, temperatura e umidade em tempo real. Ele pode ser útil para edifícios residenciais e comerciais, bem como para instituições públicas como escolas, universidades e bibliotecas. É totalmente integrado à infraestrutura LoRaWAN e pode ser adicionado a qualquer rede de sensores que sua empresa já possua.

Agricultura Inteligente

A agricultura inteligente é outra área de nosso interesse e oferecemos TREVO e Sensores de umidade do solo KIWI para o mercado. Ambos os sensores monitoram a umidade e a temperatura do solo, bem como a temperatura e a umidade ambiente, e também detectam luz. Eles têm até 10 anos de duração da bateria, então você pode esquecer as constantes trocas e recargas de bateria; basta instalar o sensor e ter medições atualizadas por até 10 anos. A única diferença entre o CLOVER e o KIWI é a forma de instalação. O CLOVER é montado diretamente na superfície, enquanto o KIWI possui um suporte elevado e pode ser instalado em uma árvore ou estaca de madeira com sondas externas.  

Nossos sensores KIWI já comprovaram sua eficiência em Jardim Botânico La Sapienza em Roma, e em Fazenda Brook House em Bromyard. Em ambos os casos, nossos sensores ajudaram a resolver o problema do planejamento da irrigação e forneceram os dados necessários para manter a saúde das plantas, além de apoiar o monitoramento ambiental em grandes áreas de jardins e fazendas. A maior vantagem dos sensores é a conectividade sem fio e a longa duração da bateria, características que a maioria dos outros dispositivos não possui.

Assistência médica

Na área da saúde, o LoRaWAN é utilizado para monitorar e rastrear pacientes, dispositivos médicos e outros dados relacionados à saúde. Com a implementação do LoRaWAN, os profissionais de saúde podem rastrear dados de pacientes em tempo real, permitindo que respondam rapidamente a mudanças na condição do paciente e tomem decisões informadas. Isso também ajuda a reduzir os custos associados à coleta manual de dados, além de proporcionar um melhor monitoramento do paciente e melhores resultados clínicos.

A TEKTELIC já percebeu o ritmo acelerado do desenvolvimento na área da saúde e, por isso, lançou diversos dispositivos vestíveis para monitoramento da saúde no mercado. Em primeiro lugar, nosso Dispositivo eDOCTORO dispositivo foi projetado para medir sinais vitais como frequência cardíaca, temperatura, frequência respiratória, expansão torácica, posição corporal, além de detectar tosse/espirro e muito mais. É fácil de usar, configurar e fornece dados em tempo real que podem ser monitorados e analisados ​​em um smartphone ou computador.

O outro dispositivo de monitoramento de saúde oferecido pela TEKTELIC é o Pulseira eBEATCom o eBEAT, os profissionais de saúde podem monitorar a frequência cardíaca, a temperatura corporal e os níveis de oxigênio no sangue dos pacientes. Graças à sua bateria de longa duração e design elegante, o eBEAT é o dispositivo perfeito para telemedicina e monitoramento remoto de pacientes durante o dia.

Industrial

Na indústria de petróleo e gás, o LoRaWAN pode ser usado para monitorar e gerenciar dutos, plataformas de perfuração e outros ativos remotos. Com a implementação do LoRaWAN, as empresas podem monitorar os níveis de produção de petróleo e gás, detectar possíveis vazamentos e contaminações, e garantir a segurança e a conformidade com as normas do setor. A tecnologia também ajuda as empresas a detectar e responder de forma rápida e precisa a quaisquer eventos ou problemas inesperados.

A TEKTELIC tem Rastreador de ativos GPS industrial ORCA, que pode ser usado para rastrear ativos em trânsito ou em armazéns. É um dispositivo único, pois incorpora as tecnologias LoRaWAN, GPS e BLE, permitindo a transmissão de dados de localização dos ativos tanto em ambientes internos quanto externos. Possui uma faixa de temperatura operacional de -40 °C a +70 °C, o que o torna adequado para as condições mais exigentes.

Os sensores LoRaWAN mais comuns

Os sensores LoRaWAN mais comuns são:

• Sensores ambientais
• Sensores de movimento
• rastreadores de localização

Esses sensores podem ser usados ​​para diversas aplicações, como monitoramento de condições ambientais, ocupação e rastreamento de ativos.

Sensores ambientais estão acostumados a monitor ambiental temperatura e umidadeSão comumente utilizados em escritórios, edifícios residenciais e outros espaços internos. Podemos citar a TEKTELIC. VIVID e CONFORTO como esses tipos de sensorsAmbos os sensores são projetados para monitorar umidade, temperatura e movimento em áreas internas, otimizando o ambiente dentro do edifício. Eles podem ser configurados remotamente, permitindo aplicações, comportamentos, limites e relatórios personalizados, possibilitando o suporte a diversas aplicações de IoT para casas e escritórios inteligentes. 

Sensores de movimentoPor sua vez, permitem o monitoramento da ocupação em determinadas áreas de um edifício e ajudam a controlar os ativos. Com detectores de movimento, os usuários podem acompanhar os deslocamentos de pessoas e objetos na organização e organizar melhor o fluxo de pessoas. Além disso, os sensores de movimento podem ser conectados a sistemas de reserva de salas para um planejamento e gerenciamento de reuniões mais eficazes. VIVID É um dos sensores de movimento mais eficazes graças à sua lente PIR e às diversas opções de mascaramento. Além disso, pode ser conectado a... Tablet de exibição TEMPO Para atualizações em tempo real sobre a ocupação das salas e o status das reuniões, o TEMPO pode ser sincronizado com o Microsoft Outlook e o Google Agenda, dispensando a necessidade de softwares adicionais.

rastreadores de localização São necessários para rastrear os ativos durante o transporte. Também podem ser usados ​​para localizar funcionários em áreas de risco no local de trabalho. Os dispositivos de localização geralmente são pequenos e fáceis de fixar a um ativo sem a necessidade de equipamentos de montagem adicionais. Por exemplo, a TEKTELIC SELO É um rastreador vestível LoRaWAN e GPS com design compacto e elegante, ideal para monitoramento de pessoas em ambientes internos e externos. Possui bateria de longa duração, com autonomia de até 12 meses, o que o torna um investimento com excelente custo-benefício para qualquer empresa.

Alternativas ao LoRaWAN

Embora o LoRaWAN® tenha se tornado um dos padrões LPWAN mais amplamente adotados, ele não é a única opção para conectar dispositivos IoT de baixa potência. Dependendo da aplicação, outras tecnologias sem fio, como Sigfox, NB-IoT, Mioty, Wi-Fi ou redes celulares tradicionais, também podem ser consideradas. Cada uma apresenta suas próprias vantagens e desvantagens.

Vale a pena mencionar também o Zigbee, um protocolo de rede mesh popular e amplamente utilizado em casas inteligentes e automação predial. O Zigbee é eficiente em termos de energia e de baixo custo, mas foi projetado para comunicação de curto alcance (dezenas de metros)Ao contrário do LoRaWAN, o Zigbee exige implantações de malha densa e não cobre grandes áreas externas ou cidades inteiras. Para aplicações como iluminação inteligente, climatização e eletrodomésticos, o Zigbee funciona bem em ambientes internos, mas para sensores de longo alcance alimentados por bateria em campi universitários ou cidades, o LoRaWAN geralmente é a melhor opção.

Quais são os benefícios do LoRaWAN?

A implementação do LoRaWAN tem um dos maiores impactos no duração da bateria do nó, capacidade da rede, qualidade do serviço, segurança, e uma variedade de programas que servem à rede.

Consumo Inteligente de Energia

Um nó LoRaWAN troca informações quando tem dados prontos para enviar. Esse tipo de protocolo é comumente chamado de método Aloha. Por outro lado, em uma rede celular ou em uma rede síncrona, os nós frequentemente precisam "acordar" para sincronizar com a rede e verificar as mensagens. Essa sincronização consome uma quantidade significativa de energia e é o principal fator que reduz a vida útil da bateria.

Capacidade de rede

Muitas redes implantadas existentes utilizam uma arquitetura de rede "malha". Em uma rede LPWAN em malha, os nós finais individuais encaminham informações de outros nós para aumentar o alcance de comunicação da rede e o tamanho da célula. Embora isso aumente o alcance, também adiciona complexidade, reduz a capacidade e diminui a vida útil da bateria, porque os nós encaminham e recebem informações irrelevantes de outros nós. É por isso que a arquitetura estelar de longo alcance de LoRaWAN Faz todo o sentido para preservar a vida útil da bateria do dispositivo quando a conectividade de longo alcance está disponível e para ajudar gateways e redes a suportar milhões de mensagens com alta escalabilidade.

Qualidade e segurança do serviço

Na tecnologia LoRaWAN, os nós não estão conectados a um gateway específico. Em vez disso, os dados transmitidos por um nó são normalmente recebidos por múltiplos gateways e encaminhados para o servidor central da rede, onde as mensagens são verificadas e encaminhadas com segurança para a sua aplicação. 

A inteligência e a complexidade são transferidas para os servidores de rede que gerenciam a rede e filtram pacotes redundantes recebidos, realizam verificações de segurança, agendam confirmações por meio do gateway ideal, executam taxas de dados adaptativas e muito mais. Se o nó for móvel ou estiver em movimento, não há necessidade de transferir o controle de um gateway para outro, o que é uma característica fundamental que viabiliza o aplicativo de rastreamento de ativos.

Especificações LoRaWAN

O LoRaWAN As especificações variam de região para região, com base nas regulamentações específicas de cada país onde o sistema será implantado. Foi especificado pela primeira vez in Janeiro 2015 pela LoRa Alliance. A TEKTELIC pode apresentar Produtos LoRaWAN e soluções específicas para a Europa e a América do Norte, como um membro patrocinadormembro da LoRa Alliance.  Além disso, alguns produtos já contam com suporte em países selecionados da Ásia e do Oriente Médio. 

LoRaWAN para a Europa

O LoRaWAN define um plano de canais regional para a UE baseado no espectro na faixa de 863-870 MHz. A operação sem licença nessa faixa de frequência é permitida com potência de transmissão de 14 dBm, desde que seja respeitado o limite de ciclo de trabalho de transmissão inferior a 1%.

LoRaWAN para a América do Norte

A banda ISM na América do Norte é de 902 a 928 MHz. O LoRaWAN utiliza 64 canais com largura de banda de 125 kHz, variando de 902.3 MHz a 914.9 MHz, além de 8 canais com largura de banda de 500 kHz, variando de 903 MHz a 914.2 MHz, para os canais de uplink. Os canais de downlink, também com largura de banda de 500 kHz, variam de 923 MHz a 928 MHz. Na América do Norte, a potência máxima de transmissão é limitada a menos de 30 dBm se o dispositivo operar com salto de frequência em mais de 50 canais; outras regulamentações permitem a operação com um nível de potência reduzido, de 20 dBm, ao saltar em um número menor de canais. De acordo com a FCC, não há limite para o ciclo de trabalho, mas existe um tempo máximo de transmissão de 400 milissegundos por mensagem.

É seguro?

Sim, LoRaWAN é seguro por natureza. Utiliza chaves AES-128 e criptografia de ponta a ponta para os dados da aplicação. Ao se conectar, os dispositivos obtêm duas chaves de sessão de 128 bits: NwkSKey para integridade da rede e AppSKey para confidencialidade em nível de aplicação.

Limitações do LoRaWAN

Apesar de suas muitas vantagens, o LoRaWAN apresenta algumas limitações que devem ser consideradas antes de sua adoção.

Primeiro, LoRaWAN não oferece cobertura universal. Ao contrário das redes celulares, é comum querer implantar LoRaWAN em uma área sem cobertura de rede. Felizmente, é possível trabalhar com LoRaWAN operadores de rede para expandir sua cobertura para sua área de interesse ou implantar e operar sua própria rede empresarial. Em algumas áreas, A Rede das Coisas pode servir como um público LoRaWAN opção em vez de criar uma implementação empresarial privada.

Segundo, Aplicações que exigem dispositivos móveis precisam de cobertura nas áreas por onde seus dispositivos irão se deslocar. Isso pode exigir o estabelecimento de acordos de roaming com operadoras de rede vizinhas. É provável que seus dispositivos possam se deslocar por uma área maior do que a rede que você deseja operar; cooperar com redes vizinhas pode ser muito útil nesse caso.  

Em terceiro lugar, o LoRaWAN tem uma taxa de dados limitada., que é inferior a 50 kbps. Isso a torna inadequada para aplicações que exigem taxas de dados mais altas, como streaming de vídeo ou áudio. 

É rápido?

LoRaWAN não é particularmente rápido, mas foi projetado para comunicação de longo alcance e baixo consumo de energia, que exige baixas taxas de dados. As taxas de dados podem variar de 0.3 kbps a 50 kbps, com um alcance de até 15 km (10 milhas). Portanto, se você precisa enviar medições e relatórios, é rápido, mas não será uma boa opção para enviar vídeos ou imagens.

Ao mesmo tempo, se você abordar a decisão de escolher o protocolo LoRaWAN levando em consideração todas as limitações e, principalmente, o propósito da sua implementação, poderá usufruir de todos os benefícios da tecnologia LoRaWAN listados acima.

Resumo Curto

O Rede LoRaWAN Funciona onde outras redes não podem ser usadas devido a distâncias, alto consumo de energia, tráfego intenso ou falta de cobertura. Onde os serviços de engenharia não conseguem instalar o cabo, a antena LoRaWAN também surge como solução. Este padrão foi projetado para conectar dispositivos que enviam pequenas quantidades de informações a longas distâncias com consumo mínimo de energia (o que tem um efeito positivo no preço dos sensores). A abertura do padrão, a longevidade dos equipamentos de rede, a alta eficiência energética, a ausência de barreiras regulatórias e a flexibilidade das soluções tornam-se opções viáveis. LoRaWAN Uma das tecnologias mais amplamente adotadas para implantações de IoT de longo alcance e baixo consumo de energia..

Por isso, se você busca uma rede confiável para infraestrutura ou dispositivos de IoT para criar um ambiente inteligente, deve considerar a conectividade LoRaWAN. Para obter informações mais detalhadas sobre a tecnologia LoRaWAN, fique à vontade para... entre em contato com nossa equipe de vendas.