Escrito por: Naelton F. da Silva
Antes de mais nada, é necessário explicar o que é e a relevância que uma infraestrutura de rede LoRa proporciona.
LoRa é uma tecnologia de modulação para redes de longo alcance e baixa potência, projetada para permitir a comunicação de dispositivos em áreas amplas e remotas, como áreas rurais, cidades inteligentes e aplicações de Internet das Coisas (IoT). Seu funcionamento é baseado nas frequências de 433, 868 e 915 MHz, das quais a última é a frequência regulamentada para uso no Brasil.
A disseminação da tecnologia LoRA (Long Range) tem sido amplamente difundida, especialmente em relação à transmissão de dados de sensores e/ou equipamentos que armazenam dados.
Neste artigo, contamos um pouco mais sobre essa tecnologia e citamos alguns exemplos de como a utilizamos aqui no PTI-BR.
Por que a tecnologia LoRaWAN tem sido amplamente utilizada
Com essa tecnologia, é possível conectar centenas de nós (End devices) a um único concentrador (Gateway), ou mesmo criar uma rede MESH, conectando diferentes dispositivos entre si. Outro ponto relevante da tecnologia é a eficiência energética que tal rede pode proporcionar aos dispositivos que a utilizam.
Veja, abaixo, algumas das principais características de uma rede LoRa.
É importante frisar que frente à sua utilização de banda estreita, a transmissão pode alcançar maior distância, que pode chegar a 15 km em áreas rurais, entretanto, com baixa taxa de transferência de dados quando comparado a redes de banda larga (como 3G e 4G). A rede LoRA pode prover uma taxa de transmissão de dados que pode variar de 300 bps a 50 kbps.
Arquitetura da rede LoRaWAN
A arquitetura da rede LoRaWAN consiste em três componentes principais:
- End Devices – são elementos que tem por finalidade coletar informações e transmiti-las para a rede, sendo tais elementos previamente indicados para uso em sua devida aplicação como medidores de consumo de energia, captadores de dados ambientais, monitoramento de ativos, entre outros;
- Gateways – atuam como intermediários entre os dispositivos finais e a rede LoRaWAN, recebendo os sinais de rádio emitidos pelos dispositivos (end devices) e os encaminhando para a rede;
- Network Server – componente central da arquitetura LoRaWAN. De forma simples, é o servidor responsável por gerenciar a rede, receber e processar dados enviados pelos gateways e, por fim, encaminhá-los para sua devida aplicação.
A tecnologia de modulação é composta por três camadas: física, MAC e de aplicação.
A camada física, também conhecida como LoRa, é a modulação sem fio utilizada para criar o link de comunicação de longo alcance. Por sua vez, o termo LoRaWAN se refere ao protocolo de rede ou camada MAC, que permite a implementação de detalhes de funcionamento, segurança e outros fatores para garantir uma maior qualidade dos serviços.
Como determinar um mapeamento de cobertura com a tecnologia LoRaWAN
Para realizar um mapeamento de cobertura de uma determinada região, é preciso determinar a localização exata do gateway e definir um conjunto de pontos de teste que cubram a área de interesse.
Em cada ponto de teste, são utilizados equipamentos de medição para medir o sinal recebido RSSI (Received Signal Strength Indicator) e a relação sinal-ruído SNR (Signal-to-Noise Ratio), podendo, dessa forma, avaliar a cobertura, bem como a qualidade da comunicação. Entre os equipamentos de medição utilizados nos testes, pode-se citar medidores de potência, analisadores de espectro e antenas direcionais.
O indicador RSSI mede a potência do sinal recebido pelo dispositivo em dBm, que é uma medida de intensidade de sinal e pode ser utilizado para determinar a proximidade do dispositivo em relação ao gateway.
Já o indicador SNR mede a relação entre o sinal recebido e o nível de ruído em dB, possibilitando, dessa forma, analisar a qualidade do sinal e, com isso, pode ser utilizado para detectar a presença de interferências ou ruídos nos canais de comunicação.
Entenda como o PTI-BR definiu e estipulou sua rede de cobertura LoRaWAN
Inicialmente, foi definido o local de instalação física de um gateway e, posteriormente, foram escolhidos, de forma arbitrária, diversos pontos de teste nas imediações da Usina de Itaipu.
Os testes em campo foram realizados com o auxílio de um dispositivo georreferenciado denominado End device, permitindo a identificação dos indicadores nos diferentes pontos supracitados.
Com o dado coletado, é possível gerar um heatmap de cobertura, tornando o entendimento de cobertura mais intuitivo. Na imagem abaixo, é possível verificar o resultado de tal estudo.
Vale ressaltar que quanto mais próximo de 0 o indicador RSSI estiver, melhor é a intensidade do sinal.
Distância: 3,1 km
Distância: 1,7 km
Dados do mapeamento:
Resultados alcançados com o nosso teste
Com o teste realizado, foi possível identificar a variação de RSSI nas imediações da usina. Tais alterações são justificadas por conta das características topográficas da região, principalmente por haver algum tipo de obstrução na linha de visada, fazendo com que o sinal tenha perda de potência.
Após a obtenção dos resultados gerados, é possível identificar a possibilidade de aplicações que utilizem o protocolo de comunicação LoRa no local. Além disso, pelo heatmap gerado, é possível visualizar o comportamento do sinal, bem como auxiliar na escolha do local de instalação, tanto do gateway quanto dos dispositivos finais.
Realize testes LoRaWAN com o auxílio do PTI-BR
Dessa forma, o ambiente do Living Lab se apresenta como um lugar propício para realização de novos desenvolvimentos, validações e testes utilizando da rede LoRa.
Não apenas tais atividades locais, a equipe tem a expertise e o conhecimento para auxiliar na implementação da rede em diferentes locais, de acordo com a necessidade do parceiro.
Entre em contato conosco pelo email nit@pti.org.br