Introdução a LoRa®, NB-IoT e Sigfox

Introdução

 

A redução dos custos dos componentes eletrônicos viabilizou milhares de novos produtos e aplicações: rastreamento animal, monitoramento de vias públicas, controle de iluminação, dentre outros. Neste novo contexto, o conceito IoT tem-se popularizado. A sigla IoT significa Internet of Things (Internet das Coisas), que é um conceito amplo que envolve a conexão de dispositivos à rede, análise e inteligência de dados.

 

Segundo a instituição de inteligência de mercado Machina Research, em 2025 o mundo terá 27 bilhões de dispositivos conectados. Este cenário abre espaço para desenvolvedores e novas empresas, assim como gera dúvidas sobre os caminhos a serem seguidos. Estes são abundantes e as escolhas situam-se tanto no campo de hardware, firmware, infraestrutura de rede e ferramentas de gerenciamento.

 

Camadas de um sistema IoT
Figura 1 - Camadas de um sistema IoT. Fonte [2]

 

A Figura 1 mostra as diversas camadas de um sistema completo de Internet das Coisas, segundo o modelo proposto pelo IoT World Forum. Cada nível implica uma escolha e pela pluralidade de ofertas isto não é trivial. Dada a complexidade do tema o artigo focará na conectividade e em um pequeno subsistema de amplo espectro de aplicação: as tecnologias de radiofrequência de longo alcance LoRa®, Sigfox e NB-IoT.

 

 

Rede LoRa

 

A rede LoRa é uma solução sem fio sub-GHz em frequência não licenciada que endereça demandas para conexão entre dispositivos para aplicações de baixo consumo, longa distância (em alguns locais é possível conseguir 15 km) e baixo custo de infra-estrutura, considerando-se o grande número de nós. Como é possível verificar abaixo, a rede LoRa é bem popular e tem tido bastante aderência ao redor do mundo.

 

Adoção da rede LoRa ao redor do mundo.
Figura 2 - Adoção da rede LoRa ao redor do mundo. Fonte: LoRa Alliance/agosto 2017

 

De maneira simplificada, o sistema Lora vai funcionar com um módulo sub-GHz no end-device e um gateway que enviará os dados para servidores locais e/ou remotos.

 

Topologia da Rede Lora
Figura 3 - Topologia da Rede Lora. Fonte: LoRa Alliance/agosto 2017

 

Podemos considerar a rede Lora LoRaWAN™como tendo uma arquitetura bastante aberta: as empresas podem criar redes próprias para seus end-devices ou usar redes de terceiros. Na Figura 4 abaixo exemplifica-se como uma empresa criaria sua infraestrutura básica: cada nó do sistema teria um módulo LoRa que se comunicaria com um gateway.

 

Exemplo de uma estrutura de rede LoRa
Figura 4 - Exemplo de uma estrutura de rede LoRa

 

Esta abordagem em termos físicos simplifica e dá liberdade aos usuários que podem criar uma infraestrutura própria e conseguir uma cobertura ampla.

 

 

NB-IoT

 

O organismo de normas internacionais 3GPP concluiu a normatização do NB-IoT (Narrow Band IoT) em meados de 2016. Este padrão usará frequências licenciadas, as mesmas usadas por algumas frequências do 4G, permitindo que algumas estações sejam atualizadas e compartilhem sua infraestrutura. A taxa de dados é relativamente alta, aproximadamente 50 kbps.

 

Características NB-IOT
Figura 5 - Características NB-IOT. Fonte AT&T

 

Para ilustrar a aplicação a Figura 6 mostra uma possível aplicação para medidores inteligentes. A empresa que desenvolve os medidores utiliza um módulo NB-IoT e conecta o mesmo à rede celular compatível, não sendo necessária a compra de gateways e sim a subscrição a um serviço das operadoras que oferecem o serviço, como a AT&T. Isto facilita bastante o processo de conexão dos dispositivos, contudo pode trazer alguns limitantes tal como a cobertura da telefonia na rede rural.

 

Exemplo de aplicação NB-IoT.
Figura 6 - Exemplo de aplicação NB-IoT. Fonte Huawei

 

 

Sigfox

 

A rede Sigfox é uma rede narrow-band ou ultra narrow-band. O modelo de negócios adotado é diferente daquele adotado pela LoRa Alliance. A empresa Sigfox e seus operadores detêm o controle da tecnologia, servidores, abrindo espaço para outras entidades desenvolverem os dispositivos (end-points). Empresas como a ST, Silicon Labs e Microchip fabricam rádios compatíveis com a tecnologia.

 

Cobertura Sigfox
Figura 7 - Cobertura Sigfox. Fonte: Sigfox

 

 

Pela Figura 7 a cobertura da rede Sigfox é bem ampla e o custo dos módulos Sigfox tende a ser bastante atrativo. Uma empresa interessada em desenvolver um produto baseado em Sigfox deve desenvolver um hardware com um módulo sub-GHz compatível com a tecnologia e contactar o operador da região para informações sobre custo e pacotes de dados.

 

 

Conclusão

 

Durante os projetos que envolvem Internet das Coisas, as empresas devem fazer uma série de questionamentos sobre todas as camadas do projeto: hardware, software, servidores. O presente artigo tratou de três redes LPWAN (Low Power Wide Area Network): LoRa®, Sigfox e NB-IoT. Cada qual tem sua particularidade e possui características que se adequam a diferentes cenários. E para a realização da escolha adequada deve-se avaliar o custo de infraestrutura, serviço mensal, gerenciamento de dispositivos e cobertura de área, e não somente o custo de hardware..

 

 

Referências

 

[1] Machina Research

[2] IoT Reference Model, consultada em 10/9/2017

[3] LoRa Alliance, consultado em 10/9/2017

[4] Artigo Padrões NB-IoT são finalizados: e agora?

[5] NB-IOT

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Bruno Nunes
Sou graduado em Engenharia Elétrica pela Unicamp e possuo MBA em Economia de Empresas pela USP. Atuo como Engenheiro de Aplicações. Sou um entusiasta do mundo da eletrônica e da engenharia na indústria brasileira.

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Jose Geraldo Alves de AlmeidaBruno NunesGuilherme LizardoRogerio Moreira Recent comment authors
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Jose Geraldo Alves de Almeida
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Jose Geraldo Alves de Almeida

Excelente artigo! Para quem quiser fazer um dispositivo Sigfox um link útil https://build.sigfox.com/steps/sigfox

Guilherme Lizardo
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Guilherme Moreira Lizardo

Muito bom como sempre Bruno, parabéns!

Bruno Nunes
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bruno

Obrigado Guilherme 🙂

Rogerio Moreira
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Rogerio Moreira

Muito bom !

Bruno Nunes
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bruno

obrigado Rogério!