Guia do sensor LoRaWAN: Casos de uso e tipos

Este artigo é uma introdução aos sensores de Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) e por que eles são importantes. Ele explica os benefícios da implantação de um sensor LoRaWAN, o que é um sensor da Internet das Coisas (IoT), que tipos de sensores estão disponíveis e o princípio de funcionamento dos sensores LoRaWAN, seguido de alguns tipos diferentes de sensores LoRaWAN. Por fim, concluiremos com as vantagens de usar sensores LoRaWAN em sua aplicação IoT. 

O que é LoRaWAN e por que é importante? 

Tal como referido em artigos anteriores, LoRaWAN significa "Long Range Wide Area Network", que é um protocolo de rede que se baseia na modulação de rádio LoRa. Tornou-se popular com o avanço das alianças que promovem o LoRa em aplicações da Internet das Coisas (IoT). Estas caraterísticas promissoras incluem: 

• Operação de longo alcance: As aplicações LoRaWAN IoT podem estabelecer comunicações de longo alcance até 13 km num ambiente rural e até ~ 10 km num ambiente urbano. 
• Baixo consumo de energia: Os dispositivos LoRaWAN activados pela modulação de rádio LoRa consomem pouca energia em comparação com outras redes de área alargada (WAN), como a comunicação celular. 
• Ligação segura: Os dispositivos com LoRa estão equipados com encriptação AES de 128 bits para proteger a transmissão de informação. 
• Vida útil da bateria melhorada: Os dispositivos LoRa implantados são geralmente alimentados por bateria e teriam uma vida útil de cerca de 10 anos 
• Baixo custo dos dispositivos 

Estas caraterísticas fazem da LoRaWAN uma opção popular para redes WAN de baixa potência (LPWAN) Aplicações IoT que exigem uma carga útil e uma largura de banda reduzidas. 

O que é o sensor LoRaWAN? 

Os sensores LoRaWAN são os dispositivos finais implantados em uma rede LoRaWAN. Eles se enquadram nas grandes categorias de sensores IoT. Portanto, vale a pena discutir o que é um sensor IoT.  

Um sensor IoT é o dispositivo final responsável pela interação com o ambiente físico. Adquirem valores de parâmetros físicos e convertem-nos em sinais que são depois lidos por um nó inteligente, como um microcontrolador. A principal caraterística de um sensor IoT é o facto de transmitir os dados físicos recolhidos através da Internet para o nó inteligente. Para facilitar a ligação à Internet, são amplamente utilizados diferentes meios de comunicação sem fios, como o Wi-Fi e o telemóvel. 

Agora, tendo uma breve compreensão do que é um sensor IoT, vamos ver o que são sensores LoRaWAN. Os sensores LoRaWAN são um tipo de sensor IoT, onde o meio de comunicação sem fio é a modulação de rádio LoRa. Eles têm inerentemente os recursos vantajosos da modulação de rádio LoRa que discutimos anteriormente. Os sensores LoRaWAN agiriam como sensores IoT comuns, além dessas caraterísticas inerentes. No entanto, eles são personalizados para serem implantados em redes LoRaWAN em vez de em redes WAN convencionais. 

A necessidade de tais sensores LoRaWAN surgiu devido às muitas aplicações que utilizam a modulação de rádio LoRa. Isso foi motivado por seu custo barato e menor consumo de energia, tornando-os ideais para sensores alimentados por bateria. Além disso, os sensores LoRaWAN podem transferir informações a uma longa distância, o que os torna superiores aos sensores IoT convencionais. Além disso, devido ao uso da modulação de rádio LoRa, eles podem ter um desempenho muito bom em ambientes onde pode haver mais interferências e ruídos.  

Princípio de funcionamento do sensor LoRaWAN

Os sensores LoRaWAN são compostos por dois elementos principais: 

• Elemento de deteção 
• Módulo LoRa 

O elemento sensor é responsável pela aquisição ou deteção dos parâmetros físicos desejados. Estes podem variar entre diferentes elementos sensores, como acelerómetros, elementos sensores de temperatura, sensores de pressão, etc.  

O módulo LoRa actua como o módulo de rádio ou o módulo de comunicação co1TP14. Este módulo permite a modulação de rádio LoRa para permitir a transferência de dados de sensores de recolha para uma unidade inteligente. Ele também é responsável por habilitar medidas de segurança, como a criptografia adequada para permitir a modulação de rádio LoRa. Os módulos LoRa não transmitem dados continuamente e têm uma taxa de transmissão limitada. Isso, no entanto, aumenta a latência na comunicação. Os sensores LoRaWAN são divididos em três classes principais, dependendo do seu modo de transmissão de dados como no link de receção: 

• Classe A: Estes estão autorizados a receber informações em janelas de receção especificadas 
• Classe B: Estes têm janelas de receção adicionais, no entanto, são pré-planeados 
• Classe C: Estes dispositivos receberiam informações a não ser que estivessem a transmitir dados, pelo que a latência é menor. No entanto, estas classes de dispositivos consomem muita energia 

Idealmente, os sensores LoRaWAN comunicariam os dados do sensor a um Gateway LoRa na LoRaWAN ou, em alguns casos, comunicar-se-ia diretamente com um nó central, como um servidor. Esta informação é então processada por um nó central, como um servidor local ou um servidor na nuvem, onde o utilizador pode aceder e monitorizar a sua aplicação. 

Tipos de sensores LoRaWAN 

Os sensores LoRaWAN podem ser divididos em diferentes categorias, dependendo do tipo de aplicação que está a ser utilizada. As redes LoRaWAN são populares nas seguintes verticais: 

• Aplicações de monitoramento: Os dispositivos LoRaWAN podem enviar informações sob a forma de mensagens curtas, o que os torna adequados para aplicações que não requerem vigilância ininterrupta 
• Aplicações seguras: Devido às caraterísticas de segurança inerentes, os sensores LoRaWAN são preferidos em aplicações que exigem alta segurança 
• Aplicações de longo alcance: Os sensores LoRaWAN podem transmitir informações a longa distância, o que os torna um candidato ideal para a monitorização de activos que exijam uma operação a longa distância 

Dependendo das verticais e dos diferentes tipos de aplicação dos sensores LoRaWAN, diferem. Neste artigo, vamos passar brevemente por alguns dos sensores LoRaWAN common. 

• Sensores de movimento 

São utilizados para detetar movimentos em aplicações como a monitorização de bens, a segurança doméstica, aplicações de automação e o controlo de ocupação. Os sensores de movimento podem detetar o movimento de pessoas e objectos. Estes accionam um alarme ou fazem uma contagem do movimento detectado. Existem vários sensores de movimento commercial disponíveis para diferentes aplicações dos utilizadores. 

• Sensores de rastreio 

Os sensores LoRaWAN de rastreio são úteis no rastreio de bens em indústrias como as cadeias de abastecimento. Estes são normalmente montados em cima de objectos ou pessoas para os localizar a grandes distâncias. A principal vantagem dos sensores de rastreamento LoRaWAN, quando comparados a outros dispositivos de rastreamento, é sua eficiência energética. 

• Sensores ambientais 

Estes são os sensores LoRaWAN mais populares que estão atualmente em uso. Os sensores ambientais LoRaWAN podem medir o nível de CO2, a humidade, a temperatura, a qualidade do ar, etc., e são amplamente utilizados na agricultura inteligente, em aplicações de monitorização de desastres, em cidades inteligentes e noutros serviços públicos. Atualmente, existe uma enorme procura de sensores ambientais LoRaWAN, devido à sua baixa potência e custo de manutenção mais barato. 

Porquê utilizar o sensor LoRaWAN? 

Poderá querer considerar sensores LoRaWAN na sua aplicação se estiver a verificar os seguintes factores: 

• Utilização da rede LoRaWAN para permitir o funcionamento a longa distância 
• Utilização de dispositivos finais alimentados por bateria, limitando assim o consumo de energia permitido 
• A presença de numerosas fontes de ruído e interferências no ambiente de funcionamento. Um bom exemplo deste tipo de ambiente é uma instalação de automatização 
• A segurança e a fiabilidade são os principais factores da aplicação 

No entanto, as razões para escolher sensores LoRaWAN não se limitam aos factores acima referidos, mas dependem da natureza da aplicação do utilizador. 

Vantagens do sensor LoRaWAN

Alguns dos principais benefícios da implantação de sensores LoRaWAN são: 

• São fáceis de implantar. Além disso, o custo de manutenção incorrido é muito baixo quando comparado com outras soluções IoT, como o Wi-Fi 
• Os sensores LoRaWAN utilizam o espetro de frequências não licenciadoque não exige custos de licenciamento adicionais 
• O baixo consumo de energia e o longo alcance de funcionamento fazem deles uma solução de rede LPWAN popular 
• Com a criação do Aliança LoRaOs sensores baseados em LoRa são suportados e bem reconhecidos a nível mundial 
• Bateria de longa duração 
• Ligação segura e fiável 

Conclusão 

Em conclusão, podemos dizer que os sensores LoRaWAN são uma solução popular para a sua aplicação IoT se o alcance da operação e a duração da bateria forem as suas principais preocupações. No entanto, os sensores LoRaWAN garantem a fiabilidade das aplicações IoT de redes de área alargada.