O que é uma rede de área ampla de baixa potência e quais são seus usos?

A internet continua a crescer, e a Internet das Coisas (IoT) é uma área que continua a crescer em ritmo acelerado. As redes de longa distância de baixa potência (LPWANs) estão impulsionando grande parte desse crescimento, um tipo de conexão de baixa potência para uma rede de longa distância que é útil para implantação e uso de IoT.

Então, vamos dar uma olhada em LPWANs, os diferentes tipos de LPWANs e alguns exemplos do mundo real de como eles são usados.

O que é a IoT?

Para entender LPWANs, você deve entender o que é a IoT. Não precisamos abordar isso com muita profundidade, mas um pouco de conhecimento ajudará muito a entender os LPWANs.

O termo IoT refere-se a dispositivos físicos que estão interconectados. Esses dispositivos incluem tudo, desde termostatos inteligentes em sua casa até postes de luz inteligentes em uma cidade.

Alguns dispositivos habilitados para IoT comuns incluem:

• Dispositivos domésticos inteligentes: Termostatos, iluminação, câmeras de segurança
• Industrial: Sensores em equipamentos de fabricação, sensores de controle de estoque
• Cidade inteligente: Iluminação pública e semáforos, transporte público
• Agricultura: sensores de solo, irrigação inteligente, controle de gado

Estas são apenas algumas maneiras pelas quais a IoT está sendo usada. Mas, para que os sistemas IoT funcionem, eles precisam estar conectados, e os LPWANs geralmente desempenham esse papel.

O que é um LPWAN?

Uma LPWAN é uma rede de comunicação sem fio que pode fornecer transmissões de dados de baixa largura de banda e baixa potência em uma área ampla. Devido à área que uma LPWAN pode cobrir, ela é perfeita para ajudar as redes IoT a se comunicarem.

Um LPWAN não tem um tamanho de área fixo específico que possa cobrir. A cobertura depende de vários fatores, incluindo a tecnologia de transmissão, o número de dispositivos IoT conectados, as taxas de dados disponíveis e muito mais. Além disso, outros fatores afetam a cobertura e transmissão da LPWAN, como obstruções ambientais.

Como funcionam os LPWANs?

As propriedades de baixo consumo de energia dos LPWANs são a chave para sua funcionalidade. Os dispositivos IoT geralmente são dispositivos alimentados por bateria e com baixo consumo de energia. Além disso, a maioria dos dispositivos IoT transmite pequenas quantidades de dados a taxas de bits baixas. Isso torna os LPWANs ideais para conectar esses dispositivos em longas distâncias usando um mínimo de energia.

LPWANs usam principalmente frequências de rádio não licenciadas. Isso nega a necessidade de licenciamento e reduz os custos. A forma como os dados são codificados e transmitidos depende do tipo de LPWAN. Mas no coração de cada tipo está uma técnica de modulação projetada para transmitir dados por longas distâncias com o mínimo de interferência.

Alguns dos métodos usados ​​para conseguir isso incluem:

• Usando códigos de correção de erros
• Espalhamento de sinal (espalha o sinal em uma ampla banda de frequência)
• Redução da taxa de dados

É bastante útil pensar em termos de uma torneira de água. Ligue-o totalmente e você terá um fluxo poderoso; isso pode ser comparado a uma WAN (Wide Area Network) tradicional com muitos dados (água) fluindo muito rapidamente. A desvantagem é que isso requer muita energia para manter o fluxo funcionando.

Reduza esse fluxo para um gotejamento constante e você terá um LPWAN. A água ainda percorrerá a mesma distância, mas pouca energia é necessária para manter o fluxo.

3 principais benefícios dos LPWANs

A razão pela qual os LPWANs são usados ​​para conectar dispositivos IoT pode ser resumida considerando três benefícios principais que esses tipos de redes oferecem.

1. Custo: O custo de uma LPWAN é menor do que uma WAN tradicional. Tanto do ponto de vista do hardware quanto do custo de implementação, os LPWANs oferecem uma solução de conectividade de baixo custo.
2. Faixa: O alcance de um LPWAN varia dependendo de fatores como topologia, requisitos de projeto, condições ambientais e interferência. Uma rede típica pode operar em um alcance de cerca de seis milhas. Mas, como veremos na próxima seção, alguns tipos de LPWAN possuem um alcance máximo de cerca de 25 milhas.
3. Poder: Transceptores, sensores e outros itens LPWAN geralmente são dispositivos de baixa potência. Por exemplo, muitos deles são alimentados por baterias, e é comum que a expectativa de vida de uma bateria seja medida em anos.

Esses atributos contribuem para a adoção de LPWANs como a principal forma de conectividade para milhões de dispositivos IoT.

Os principais tipos de LPWAN

Existem vários tipos distintos de LPWAN. O tipo de LPWAN escolhido depende de vários fatores. Por exemplo, o tipo Sigfox de LPWAN possui um alcance de até 25 milhas; isso o torna benéfico quando os dispositivos estão espalhados por um longo alcance.

Aqui estão alguns dos tipos mais comuns de LPWAN:

• LoRaWAN: Isso usa uma técnica chamada Chirp Spread Modulation para obter comunicação de longa distância. A mesma técnica permite conseguir isso com um consumo de energia muito baixo. Os LoRaWANs oferecem vários benefícios, incluindo baixo custo e escalabilidade. Ele também possui suporte para recursos de geolocalização e comunicação bidirecional.
• NB-IoT: Este é um LPWAN que opera em redes celulares. Isso permite manter os recursos de definição de um LPWAN, mas tem os benefícios adicionais de maiores taxas de dados e segurança aprimorada.
• Sigfox: Sigfox é um serviço LPWAN proprietário que possui cobertura global. Ele usa modulação de banda ultraestreita para atender aos requisitos de alcance e energia dos dispositivos conectados e, em condições ideais, pode atingir um alcance de até 25 milhas.
• Sem peso: Weightless atinge seus objetivos de LPWAN de conectividade de longa distância e baixa potência usando modulação de frequência de banda larga e multiplexação de frequência ortogonal. Este é outro serviço que tem cobertura global.

Como você pode ver, existem diferentes abordagens sobre como atingir os objetivos de uma LPWAN. No entanto, muito do que orienta a escolha de um LPWAN está nas funções que se espera que ele atenda, o que é melhor compreendido observando algumas das maneiras pelas quais os LPWANs estão sendo usados.

Para que são usados ​​os LPWANs?

Já abordamos isso, mas a melhor maneira de entender completamente como os LPWANs funcionam é discutir alguns cenários do mundo real em que os dispositivos IoT estão sendo utilizados.

cidades inteligentes

As cidades estão usando cada vez mais LPWANs com grande efeito. Algumas das maneiras comuns pelas quais eles estão sendo usados ​​incluem:

• Iluminação pública inteligente: As luzes de rua inteligentes usam LPWANs para vários usos. O mais comum é economizar energia ajustando o brilho das luzes dependendo de fatores como condições climáticas, hora do dia e nível de atividade na rua.
• Semáforos Inteligentes: Estes são usados ​​para aliviar o congestionamento, priorizando os semáforos para otimizar o fluxo de tráfego
• Estacionamento Inteligente: Sensores podem ser usados ​​para monitorar a disponibilidade de vagas de estacionamento.

A mudança para cidades mais inteligentes visa melhorar a qualidade de vida dos residentes e reduzir a pegada de carbono e as contas de energia dos municípios.

Agricultura

A agricultura é outro setor que viu um rápido aumento no uso de dispositivos IoT e LPWANs. Aqui estão algumas das maneiras pelas quais as LPWANs ajudam os agricultores:

• Monitoramento do Solo: LPWANs e sensores podem monitorar as condições do solo, como umidade e temperatura. Isso permite que os agricultores economizem água regando apenas onde e quando for necessário.
• Controle de Pecuária: A localização do gado pode ser utilizada por sensores conectados a uma LPWAN.

Este é outro setor onde um LPWAN pode cortar custos e reduzir o impacto ambiental das práticas agrícolas.

Assistência médica

Os LPWANs estão transformando a assistência médica e a maneira como monitoramos pacientes e condições. Entre os usos para a tecnologia estão:

• Forneça informações em tempo real sobre o estado de saúde do paciente usando dispositivos de monitoramento remoto do paciente
• Rastreie o status e a localização do equipamento
• Monitorar e ajustar as condições ambientais dentro dos estabelecimentos de saúde

No geral, o LPWANS pode ajudar a simplificar o tratamento dos pacientes e reduzir as despesas gerais ao mesmo tempo.

LPWANs: lento e constante vence a corrida

LPWANs são os heróis desconhecidos de um mundo cada vez mais conectado. Usando uma abordagem lenta e constante para a transferência de dados, essas redes estão tornando nossas cidades mais inteligentes, nossas casas mais seguras e nossa agricultura mais eficiente.

O poder da informação não é apenas "big data"; às vezes, as pequenas coisas da vida importam.