O que é uma rede de área alargada de baixa potência (LPWAN)?

A Internet cresceu a passos largos nas últimas duas décadas. Atualmente, a conetividade não se refere apenas a dispositivos como smartphones e computadores. A Internet das Coisas (IoT) cria ecossistemas e aplicações mais vastos e complexos. Uma parte importante é a Low-Power Wide Area Network (LPWAN), que abordaremos neste artigo.

O que é uma rede de área alargada de baixo consumo (LPWAN)?

Designada como uma classe de redes de conetividade sem fios em 2013, a Low-Power Wide Area Network (LPWAN) abrange uma série de tecnologias de rede sem fios. Essencialmente, estas tecnologias de conetividade sem fios têm um alcance, um consumo de energia e um custo de comunicação comm padrão. Estas caraterísticas fazem delas a escolha ideal para aplicações industriais e de cidades inteligentes.

As principais caraterísticas das tecnologias LPWAN incluem:

• Gama alargada:

As tecnologias LPWAN oferecem conetividade que vai desde cerca de 3KM a 50KM para zonas urbanas e rurais, respetivamente. Este alcance entre dispositivos pode torná-lo adequado para aplicações interiores e exteriores em que as tecnologias sem fios de curto alcance, como Bluetooth, Wi-Fi e Zigbee falta.

• Baixo consumo de energia:

O baixo débito de dados é a chave para o baixo consumo de energia da LPWAN em aplicações de longo alcance. Muitas soluções de monitorização da IoT não necessitam de um débito de dados elevado, pelo que podem funcionar com baterias baratas de baixo consumo para até 15 anos.

• Poupa custos:

A facilidade de implementação da rede ajuda a eliminar complexidades significativas de conceção de hardware com dispositivos de baixo custo. Além disso, a maioria das tecnologias LPWAN utiliza a topologia em estrela, eliminando a arquitetura de rede redutora. As tecnologias LPWAN podem utilizar bandas licenciadas ou sem licença para o seu caso de utilização ideal.

Quais são as tecnologias LPWAN?

As tecnologias LPWAN podem ainda ser divididas em duas categorias principais com base nas suas necessidades de licenciamento. Aqui, as conectividades celulares, como NBIoT e LTE-CAT M1, funcionam em bandas licenciadas. Ao mesmo tempo, LoRaWan e SigFox funcionam em bandas de frequência não licenciadas.

Estas tecnologias podem ainda servir necessidades de aplicações únicas com as suas caraterísticas, como o alcance, a largura de banda, a taxa de transmissão, o consumo, o espetro de frequências e a cobertura do país. Eis a análise pormenorizada das tecnologias LPWAN mais importantes para comparar e compreender:

• LoRa:

LoRa funciona num espetro de frequência não licenciado de 868/915MHz com uma largura de banda de 125KHz. É especificamente útil para necessidades de baixa potência, onde pacotes menores são trocados com mensagens ilimitadas por dia. Como tal, oferece uma taxa de dados de 0,3 KBPS a 50 KBPS. Os dispositivos e gateways LoRaWAN podem ser facilmente acessíveis e usados em muitas aplicações internas e externas. LoRa consome a menor potência das tecnologias LPWAN.

• NB-IoT:

A NBIoT é a pioneira entre as Quota de mercado LPWANe o LoRa vem em segundo lugar. A NBIoT usa a banda licenciada LTE na banda, incluindo bandas não utilizadas de 200 kHz anteriormente usadas para GSM ou CDMA. Em comparação com o LoRaWAN, oferece uma largura de banda de 180KHz e uma taxa de dados semelhante de 50Kbps.

• LTE-M:

A seguir, a tecnologia LPWAN de banda licenciada menos popular é a LTE-M, que funciona na mesma banda LTE. No entanto, oferece uma largura de banda muito maior (1,08MHz) e uma taxa de dados de 1 Mbps. Além disso, a LTE-M também suporta a troca de voz para além dos dados, ao contrário das outras tecnologias aqui referidas.

• SigFox:

A SigFox utiliza uma tecnologia proprietária que funciona em 868/915 MHz através de um único operador em todo o país. O que distingue a SigFox é a comunicação em linha de vista de 1.000 km com um débito de dados de 100bps. No entanto, a SigFox oferece atualmente cobertura em 45 países e tem a menor quota de mercado das quatro.

Quais são as aplicações populares da LPWAN?

Como o nome sugere, a LPWAN é a escolha mais adequada para aplicações em que é necessário um menor consumo de energia para cobrir uma vasta área. Eis algumas das mais proeminentes aplicações industriais, de cidades inteligentes e comerciais da LPWAN:

1. Instalações industriais inteligentes

A utilização de LPWAN para aplicações industriais é um interesse crescente. Pode ser utilizada para monitorizar instalações mais vastas e controlar infra-estruturas maciças. Com a utilização de dispositivos de nós e um conjunto de gateways, a LPWAN pode ser utilizada para vigiar as operações e condições industriais.

Pode incluir a deteção de incêndios, a gestão de empregados, a monitorização do nível de água, a deteção de fugas de gás e muitas outras aplicações finais. Com a menor manutenção e a facilidade de implementação, a LPWAN pode ajudar a simplificar as operações de instalações industriais, cadeias de fornecimento, configurações de fabrico e fábricas.

2. Soluções de medição:

Os contadores inteligentes podem ajudar as cidades a evoluir e a gerir sem problemas o seu abastecimento de energia, água e gás. O problema da contagem é o roubo, as taxas e a corrupção no consumo destes recursos. Os contadores inteligentes baseados em LPWAN podem ajudar a combater estes problemas com um esforço manual mínimo por parte da administração.

3. Gestão e exploração de frotas:

A gestão de uma frota de veículos pode ser pesada e conduzir a uma logística ineficaz ou mesmo a condições acidentais em locais perigosos. A gestão de frotas com LPWAN pode ser bastante útil em áreas onde a má gestão de veículos pode ser acidental, como locais de exploração mineira ou portos. A gestão simplificada da frota aumentará a eficiência, poupará combustíveis e optimizará os prazos de entrega.

4. Infra-estruturas urbanas de rua:

As soluções LPWAN para cidades inteligentes podem ajudar a controlar a iluminação pública, a resolver o congestionamento do tráfego e a monitorizar a saúde de vastas estruturas. Uma rede de sensores e gateways pode ser instalada em vários módulos numa vasta área da cidade. Esta cadeia de redes pode gerir cidades inteligentes com ordem e controlo. Como resultado, a LPWAN permitirá que os cidadãos das cidades inteligentes vivam uma vida de saúde, comodidade e crescimento.

5. Controlo da qualidade da água:

A monitorização da qualidade da água é uma necessidade do momento com a crescente poluição da água. A monitorização do nível da água numa área mais vasta da rede de abastecimento não é viável sem a LPWAN. A LPWAN pode ajudar a monitorizar o abastecimento em todas as áreas e pode identificar poluentes em qualquer nó específico para salvaguardar o abastecimento.

No entanto, estas não são as únicas aplicações a que a LPWAN está limitada. Para gerir e controlar regiões alargadas, a LPWAN pode ser utilizada para mais aplicações, como a recolha de lixo, a medição da qualidade do ar, a gestão de catástrofes e muitas outras.

Em suma

A LPWAN desbloqueou uma enorme variedade de aplicações IoT de longo alcance e de baixo consumo. Essas aplicações de longo alcance simplificarão as vastas infra-estruturas, conduzindo a um melhor ecossistema de segurança, conetividade e crescimento. Para se ter uma ideia, prevê-se que haverá 24 mil milhões dispositivos interligados até 2050 com esta taxa de crescimento da IdC.