Introdução ao LPWAN (Low Power Wide Area Network)

A rede LPWAN (Low Power Wide Area Network) é frequentemente utilizada em IoT (Internet of Things, ou Internet das coisas) quando há necessidade de enviar poucos dados, em distâncias relativamente largas, garantindo maior vida útil para as baterias a serem implementadas durante os processos de comunicação e aplicação. A figura 1 faz um comparativo do alcance e da largura de banda de algumas redes.

 

Comparativo do Alcance e Largura de Banda de algumas redes
Figura 1 - Comparativo do Alcance e Largura de Banda de algumas redes

 

Em se tratando de LPWAN, muito se fala sobre LoRa (Artigo escrito por Vidal Pereira da Silva Junior), Sigfox, NB-IoT e algumas especificações do LTE, que nada mais são do que redes baseadas em LPWAN. Esse artigo retratará, de forma básica, algumas das principais características da rede LPWAN, como, por exemplo, seus principais segmentos de aplicações, topologia de comunicação, vantagens e desvantagens deste tipo de rede.

 

 

Topologia da LPWAN

 

A rede LPWAN  utiliza topologia em estrela, isto é, os dispositivos que integrados à tal rede são conectados diretamente ao ponto de acesso.

 

Para garantir melhorias de comunicações entre dispositivos e o ponto de acesso podem ser aplicados repetidores de sinais, que têm como papel suprir as necessidades de latência, área de cobertura e confiabilidade. É importante ressaltar que a topologia em estrela elimina a implementação de um complicado protocolo de roteamento de malha sem fio, conhecido também por rede Mesh. A figura 2 demonstra a topologia de rede estrela em IoT.

 

Topologia em Estrela
Figura 2 - Topologia em Estrela

 

 

Processo de comunicação

 

Na figura 2, a estação base fornece conectividade para uma grande quantidade de dispositivos, enquanto o transporte dos dados fornecidos são enviados para servidores (nuvem) por meio do protocolo TCP/IP. Vale ressaltar que a estação base também é responsável pela tradução de protocolos de IoT, como por exemplo o MQTT (Artigo escrito por Marcelo Barros).

 

Fluxo do Tráfego de dados da LPWAN
Figura 3 - Fluxo do Tráfego de dados da LPWAN

 

 

Vantagens e Desvantagens do LPWAN

 

Entre as principais vantagens das redes LPWAN estão:

  • Longo Alcance que pode variar de 2 a 50 km em campo aberto. A figura 3 faz um breve levantamento de algumas redes e seus alcances;

 

Algumas protocolos de redes e seus alcances
Figura 4 - Algumas protocolos de redes e seus alcances

 

  • Grande autonomia de energia, pois as baterias podem durar até 10 anos com uma única recarga;

 

Gráfico do tempo da vida útil da bateria e alcance
Figura 5 - Gráfico do tempo da vida útil da bateria e alcance

 

  • Fácil instalação;
  • Baixo custo de implementação;
  • Poucas estações base para fornecimento de cobertura;
  • Autenticação de rede dedicada.

 

Com relação às desvantagens, os destaques vão para:

  • Baixo tráfego de dados que alcança tipicamente 100 bits/segundo;
  • Utilização de faixa espectral não licenciada para LoRa e Sigfox, ISM (Industrial, Scientific and Medical). Por esse motivo, há restrição na potência emitida pela antena da estação;
  • Limite diário de tráfego de dados. Utilizando a rede Sigfox como exemplo, é possível enviar 140 mensagens ao dia.

 

 

Algumas aplicações baseadas em LPWAN

 

Dentre as aplicações que utilizam redes baseadas em LPWAN, se destacam as seguintes:

  • Medições de água e gás;
  • Segurança pública;
  • Iluminação pública;
  • Agricultura;
  • Prevenção de desastres físicos;
  • Controle de gado.

 

 

Referências

 

DIAS, Renata. Internet das Coisas sem mistérios. Uma nova inteligência para os negócios. São Paulo: Netpress Books, 2016.

 

LoRaWAN, "What is it? A Techinical Overview of LoRa and LoRaWAN. LoRa Alliance, 2015.

 

LinkLabs, "A COMPREHENSIVE LOOK AT Low Power, Wide Area Networks. For ‘Internet of Things’ Engineers and Decision Makers" 2016.

 

Egli, R Peter. "Lpwan- Low Power Wide Area Network", 2015.

 

Teleco, " O que é LPWAN". Seção Internet das Coisas (M2M).

Conrad, D. " How new long range radios will change the Internet of Things", Outubro de 2015.

Intelligence BI. "Sigfox plans to build IoT networks in U.S 100 cities this year", Business Insider, Maio de 2016.

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Pablo Melo
Tecnólogo em Eletrônica Automotiva pela Fatec Sorocaba. Mestrando em Engenharia Elétrica pela UNESP Sorocaba, com ênfase em Sistemas Mecatrônicos. Desenvolve estudos direcionados para aplicações do protocolo OPC UA voltadas para a Internet das Coisas Industrial, Indústria 4.0 e RAMI 4.0. Ama pesquisar tecnologias sobre sistemas embarcados, sempre acompanhado por uma boa dose de café.