A rede dos dispositivos desconectados

Marco Túlio Chella
25/10/2017

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Nos dias de hoje, ao imaginar dispositivos conectados, talvez, as imagens mais recorrentes sejam de smartphones, tablets, televisões inteligentes, alguns dispositivos como lâmpadas controladas por aplicativos e até carros com alguns recursos de conectividade. Todos esses dispositivos, utilizam tecnologias consolidadas ao longo de muitos anos, são elas 3G, 4G, Wifi e Bluetooth. Em um ambiente industrial, no chão de fábrica, onde é importante confiabilidade e robustez, as redes conectadas por fio como a ethernet tradicional e a CAN (Controller Area Network) são as dominantes.

Uma característica comum dessas redes é o fato de serem projetadas para oferecer uma grande taxa de transferência de dados e, para que isso seja possível, os dados devem ser transportados em frequências de rádio elevadas, acima de 1 GHz. As operadoras de telefonia no Brasil utilizam faixas de 1.8 e 2.1 GHz, enquanto o WiFi e Bluetooth operam em diversos canais na frequência de 2.4 GHz.  À medida que a frequência aumenta, o comprimento da onda diminui, nesse caso, obstáculos naturais como paredes, vegetação, impedem a propagação do sinal; uma forma de contornar essa limitação é aumentando a potência na transmissão, o que resulta em maior consumo de energia e, por consequência, redução no tempo de operação do equipamento, caso utilize bateria; a outra forma, é montar uma rede de bases sempre ao alcance dos dispositivos, essa é a opção adotada pelas operadoras de telefonia com suas antenas e rádios distribuídos pelas cidades. Outro aspecto a considerar em se tratando das operadoras de telefonia, é o modelo de negócios elaborado especificamente para atender à telefonia com voz e serviços de Internet que demandam altas taxas de transferência, então, se, por exemplo, um sistema de monitoramento que transfere apenas alguns bytes for conectado por meio da rede de telefonia a cobrança será pelos planos oferecidos pelas operadoras que oferecem gigabytes.

Para tratar questões técnicas como alcance de cobertura, consumo de energia e tarifação sensível ao volume de dados que trafegam, está sendo desenvolvido e em alguns casos já em fase de implantação, um novo conceito de rede, denominado LPWAN (Low Power Wide Area Network) essa categoria de rede tem a proposta de efetuar a comunicação de dados sem fio a distâncias que podem variar de 2 km a 50 km com consumo de energia na ordem de microamperes.

As implementações atuais da LPWAN adotam frequências de comunicação na faixa de sub GHz utilizando a faixa espectral ISM (Industrial, Scientific and Medical) que muda de acordo com o país, no Brasil a frequência estabelecida é a 915 MHz.

Duas opções se destacam no momento para implantar uma LPWAN: LoRa (Long Range) responsável pela camada física combinado com o LORAWAN que implementa o enlace de dados, e operadoras específicas para Internet das Coisas com tecnologias e modelos de negócio proprietários.

Tanto LoRa quanto o modelo baseado em operadora comercial é constituído por nós (nodes) contendo sensores, atuadores e módulos de comunicação; esses módulos se conectam a bases executando aplicações que convertem os dados para os protocolos da Internet.

O modelo LoRa regido por uma aliança [2] adota princípios mais abertos, qualquer um pode adquirir o hardware LoRa, montar os nós com sensores, construir sua estação base (Gateway) e desenvolver o software.  Do outro lado, as novas operadoras para Internet das Coisas fornecem o hardware proprietário e todo o serviço de comunicação, segurança e armazenamento de dados. No Brasil já temos uma dessas operadoras com redes implantadas nos maiores centros do Brasil e com a promessa de até o final desse ano (2017) cobrir todas as regiões metropolitanas do país. O diferencial é disponibilizar toda uma plataforma pronta para uso com preços muito atrativos; conforme divulgação, existirão planos anuais a partir de um dólar e hardware para nós custando em média três dólares a unidade.

O alcance e baixo consumo das redes LPWAN vão habilitar a implantação de dispositivos conectados nos mais diversos ambientes, possibilitando a criação de plataformas e aplicações para segurança pública, controle de desastres e eventos, agronegócios, controle de resíduos e as mais diversas demandas por monitoramento. É possível que a rede LPWAN seja a resposta tecnológica para atender a estimativa de conectar bilhões de dispositivos [3] em futuro próximo.

[1] Crédito da imagem:  Wilgengebroed on Flickr (Wikimedia Commons) / Creative Commons (CC BY 2.0). URL: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Internet_of_Things.jpg.

[2] LoRa Alliance. Wide Area Network for IoT. URL: https://www.lora-alliance.org/. Acesso:  23 de outubro (2017).

[3] Mckinsey. The Internet of Things: Sizing up the opportunity. URL: https://www.mckinsey.com/industries/semiconductors/our-insights/the-internet-of-things-sizing-up-the-opportunity. Acesso:  23 de outubro (2017).

Como citar este artigo: Marco Túlio Chella. A rede dos dispositivos desconectados. Saense. URL: http://www.saense.com.br/2017/10/a-rede-dos-dispositivos-desconectados/. Publicado em 25 de outubro (2017).

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Marco Túlio Chella

Doutor em Engenharia Elétrica e da Computação. Professor da Universidade Federal de Sergipe. Escreve sobre Internet das Coisas no Saense

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