Classes LoRaWAN de dispositivos

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O padrão LoRaWAN define três tipos de dispositivos: Classe A, Classe B e Classe C. Todos os dispositivos LoRaWAN devem implementar Classe A, enquanto Classe B e Classe C são extensões da especificação de dispositivos Classe A. Todas as classes de dispositivos suportam comunicação bidirecional (uplink e downlink). Durante atualizações de firmware over-the-air (FUOTA), um dispositivo deve ser alterado para Classe B ou Classe C.

Observação: Os dispositivos finais não podem enviar mensagens de uplink enquanto recebem mensagens de downlink.

Classe A

Todos os dispositivos finais LoRaWAN devem suportar implementação de Classe A. Um dispositivo Classe A pode enviar uma mensagem de uplink a qualquer momento. Assim que a transmissão de uplink for concluída, o dispositivo abre duas janelas curtas de recebimento para receber mensagens de downlink da rede. Existe um atraso entre o final da transmissão do uplink e o início de cada janela de recepção, conhecido como RX1 Delay e RX2 Delay, respectivamente. Se o servidor de rede não responder durante estas duas janelas de recepção, o próximo downlink será agendado imediatamente após a próxima transmissão de uplink.

LoRaWan Classes

O servidor de rede pode responder durante a primeira janela de recebimento (RX1) ou a segunda janela de recebimento (RX2), mas não usa ambas as janelas. Vamos considerar três situações para mensagens de downlink conforme ilustrado abaixo.

LoRaWan Classes

  • O dispositivo final abre ambas as janelas de recebimento, mas não recebe uma mensagem de downlink durante nenhuma das janelas de recebimento.
  • O dispositivo final recebe um downlink durante a primeira janela de recepção e, portanto, não abre a segunda janela de recepção.
  • O dispositivo final abre a primeira janela de recebimento, mas não recebe um downlink. Portanto, ele abre a segunda janela de recebimento e recebe um downlink durante a segunda janela de recebimento.

Os dispositivos finais Classe A têm um consumo de energia muito baixo. Portanto, eles podem operar com bateria. Eles passam a maior parte do tempo em modo de suspensão e geralmente têm longos intervalos entre uplinks. Além disso, os dispositivos Classe A têm alta latência de downlink, pois exigem o envio de um uplink para receber um downlink.

A seguir estão algumas aplicações  para dispositivos finais Classe A:

  • Monitoramento ambiental;
  • Rastreamento de animais;
  • Detecção de incêndio florestal;
  • Detecção de vazamento de água;
  • Estacionamento inteligente;
  • Rastreamento de ativo;
  • Gestão de resíduos.

Classe B

Os dispositivos Classe B estendem os recursos da Classe A abrindo periodicamente janelas de recebimento chamadas slots de ping para receber mensagens de downlink. A rede transmite periodicamente um beacon sincronizado no tempo (unicast e multicast) através dos gateways, que é recebido pelos dispositivos finais. Esses beacons fornecem uma referência de tempo para os dispositivos finais, permitindo-lhes alinhar seus relógios internos com a rede. Isso permite que o servidor de rede saiba quando enviar um downlink para um dispositivo específico ou grupo de dispositivos. O tempo entre dois beacons é conhecido como período de beacon.

Após um uplink, as duas janelas de recepção curtas, RX1 e RX2, serão abertas de forma semelhante aos dispositivos Classe A.

LoRaWan Classes

Os dispositivos finais de Classe B têm baixa latência para downlinks em comparação com os dispositivos finais de Classe A porque abrem slots de ping periodicamente. No entanto, eles têm uma latência muito maior que os dispositivos finais Classe C. Os dispositivos de classe B geralmente são alimentados por bateria. A duração da bateria é menor na Classe B em comparação com a Classe A porque os dispositivos passam mais tempo no modo ativo devido ao recebimento de beacons e aos slots de ping abertos. Devido à baixa latência para downlinks, o modo Classe B pode ser usado em dispositivos de aplicação crítica média, como medidores de concessionárias.

A seguir estão algumas aplicações para dispositivos finais Classe B:

  • Medidores de serviços públicos (eletricidade, água, gás, etc.);
  • Iluminação pública.

Os dispositivos Classe B também podem operar no modo Classe A.

Classe C

Os dispositivos Classe C estendem os recursos da Classe A, mantendo as janelas de recepção abertas, a menos que transmitam um uplink, conforme mostrado na figura abaixo. Portanto, os dispositivos Classe C podem receber mensagens de downlink quase a qualquer momento, tendo assim uma latência muito baixa para downlinks. Essas mensagens de downlink podem ser usadas para ativar certas funções de um dispositivo, como reduzir o brilho de uma luz pública ou ligar a válvula de corte de um hidrômetro.

Os dispositivos Classe C abrem duas janelas de recepção, RX1 e RX2, semelhantes à Classe A. No entanto, a janela de recepção RX2 permanece aberta até a próxima transmissão de uplink. Depois que o dispositivo envia um uplink, uma janela curta de recebimento RX2 é aberta, seguida por uma janela curta de recebimento RX1 e, em seguida, a janela contínua de recebimento RX2 é aberta. Esta janela de recebimento do RX2 permanece aberta até que o próximo uplink seja agendado. Os uplinks são enviados quando não há nenhum downlink em andamento.

LoRaWan Classes

Comparados aos dispositivos Classe A e Classe B, os dispositivos Classe C têm a latência mais baixa. Porém, eles consomem mais energia devido à necessidade de abertura de slots de recepção contínua. Como resultado, estes dispositivos não podem ser operados com baterias por muito tempo, necessitando serem alimentados pela rede elétrica.

A seguir estão alguns dos casos de uso para dispositivos finais Classe C:

  • Medidores de serviços públicos (eletricidade, água, gás, etc.);
  • Iluminação pública;
  • Faróis de navegação;
  • Alarmes.

Os dispositivos Classe C também podem operar no modo Classe A.

Artigo original: https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/classes/

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Tipos de mensagens LoRaWAN

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Neste post, você aprenderá sobre os diferentes tipos de mensagens usados ​​no LoRaWAN 1.0.x e 1.1. Esses tipos de mensagens são usados ​​para transportar comandos MAC e dados de aplicativos. O exame de certificação Things Fundamentals espera que você tenha conhecimento básico sobre os seguintes tópicos em relação aos tipos de mensagens:

  • Mensagens de uplink e downlink;
  • Tipos de mensagens MAC e seus usos;
  • Envio de comandos MAC no campo FOpts;
  • Envio de comandos MAC e dados de aplicação no campo FRMPayload;
  • Chaves usadas para criptografar cada campo que carrega comandos MAC e dados de aplicativos;
  • Chaves usadas para calcular o Código de Integridade da Mensagem (MIC) de cada mensagem.

Mensagens de uplink e downlink

As mensagens LoRa podem ser divididas em mensagens de uplink e downlink com base na direção em que viajam.

Mensagens de uplink 

As mensagens de uplink são enviadas por dispositivos finais para o Network Server retransmitidas por um ou mais gateways. Se a mensagem de uplink pertencer ao Application Server ou ao Join Server, o servidor da rede a encaminhará para o receptor correto.

Mensagens de downlink

Cada mensagem de downlink é enviada pelo Network Server para apenas um dispositivo final e retransmitida por um único gateway. Isso inclui algumas mensagens iniciadas pelo Application Server e pelo Join Server também.

Tipos de mensagens MAC

LoRaWAN define vários tipos de mensagens MAC. A tabela a seguir apresenta os tipos de mensagens MAC que podem ser encontrados no LoRaWAN 1.0.x e 1.1.

LoRaWAN 1.0.x LoRaWAN 1.1 Description
Join-request Join-request An uplink message, used by the over-the-air activation (OTAA) procedure
Join-accept Join-accept A downlink message, used by the over-the-air activation (OTAA) procedure
Unconfirmed Data Up Unconfirmed Data Up An uplink data frame, confirmation is not required
Unconfirmed Data Down Unconfirmed Data Down A downlink data frame, confirmation is not required
Confirmed Data Up Confirmed Data Up An uplink data frame, confirmation is requested
Confirmed Data Down Confirmed Data Down A downlink data frame, confirmation is requested
RFU Rejoin-request 1.0.x – Reserved for Future Usage1.1 – Uplink over-the-air activation (OTAA) Rejoin-request
Proprietary Proprietary Used to implement non-standard message formats

Mensagens de solicitação de adesão, solicitação de reingresso e aceitação de adesão

No LoRaWAN 1.0.x, dois tipos de mensagens MAC são usados ​​pelo procedimento Over-The-Air-Activation (OTAA):

  • Solicitação de adesão Join-request
  • Aceite Join-accept

No LoRaWAN 1.1, três tipos de mensagens MAC são usados ​​pelo procedimento Over-The-Air-Activation (OTAA) e para fins de roaming:

  • Solicitação de adesão Join-request
  • Aceite Join-accept
  • Solicitação de reingresso Rejoin-request

Solicitação de adesão

A mensagem de solicitação de adesão é sempre iniciada por um dispositivo final e enviada ao Network Server. Nas versões LoRaWAN anteriores a 1.0.4, a mensagem de solicitação de adesão é encaminhada pelo Network Server para o Application Server. No LoRaWAN 1.1 e 1.0.4+, o Network Server encaminha a mensagem de solicitação de ingresso para o servidor de ingresso do dispositivo. A mensagem de solicitação de adesão não é criptografada.

Aceite de adesão

Nas versões LoRaWAN anteriores a 1.0.4, a mensagem Join-accept é gerada pelo Application Server. No LoRaWAN 1.1 e 1.0.4+ a mensagem Join-accept é gerada pelo Join Server. Em ambos os casos a mensagem passa pelo Network Server. Em seguida, o Network Server encaminha a mensagem Join-accept para o dispositivo final correto. A mensagem Join-accept é criptografada da seguinte maneira.

  • No LoRaWAN 1.0, a mensagem Join-accept é criptografada com AppKey.
  • No LoRaWAN 1.1, a mensagem Join-accept é criptografada com chaves diferentes, conforme mostrado na tabela abaixo.
If triggered by Encryption Key
Join-request NwkKey
Rejoin-request type 0, 1, and 2 JSEncKey

Solicitação de reingresso

A mensagem de solicitação de reingresso é sempre iniciada por um dispositivo final e enviada ao Network Server. Existem três tipos de mensagens de solicitação de reingresso: Tipo 0, 1 e 2. Esses tipos de mensagens são usados ​​para inicializar o novo contexto de sessão para o dispositivo final. Para a mensagem de solicitação de reingresso, a rede responde com uma mensagem de aceitação de ingresso.

Mensagens de dados

Existem 4 tipos de mensagens de dados usados ​​​​no LoRaWAN 1.0.x e 1.1. Esses tipos de mensagens de dados são usados ​​para transportar comandos MAC e dados de aplicativos que podem ser combinados em uma única mensagem. As mensagens de dados podem ser confirmadas ou não confirmadas. As mensagens de dados confirmadas devem ser reconhecidas pelo receptor, enquanto as mensagens de dados não confirmadas não precisam ser reconhecidas pelo receptor.

Uma mensagem de dados é construída conforme mostrado abaixo:

LoRWAN mensagem de dados

A carga útil MAC das mensagens de dados consiste em um cabeçalho (FHDR) seguido por um campo opcional de porta (FPort) e uma carga útil de opcional (FRMPayload).

7 to 22 bytes 0 to 1 byte 0 to N bytes
FHDR FPort FRMPayload

O cabeçalho (FHDR) da carga útil MAC consiste dos seguintes campos:

4 bytes 1 byte 2 bytes 0 to 15 bytes
DevAddr FCtrl FCnt FOpts

O comprimento máximo do campo MAC Payload é específico da região e da taxa de dados e pode ser encontrado no post sobre Parâmetros Regionais.

Envio de comandos MAC e dados específicos do aplicativo

Uma mensagem de dados pode conter qualquer sequência de comandos MAC. Uma mensagem de dados pode transportar comandos MAC e dados de aplicação simultaneamente em campos separados. Os comandos MAC podem ser enviados no campo (FOpts) ou no campo de carga útil (FRMPayload) de uma mensagem de dados, mas não ambos simultaneamente. Os dados do aplicativo podem ser enviados no campo de carga útil (FRMPayload) de uma mensagem de dados. O campo FRMPayload NÃO PODE conter comandos MAC e dados de aplicativos simultaneamente.

Enviando comandos MAC no campo FOpts

Os comandos MAC podem ser incluídos no campo FOpts de uma mensagem de dados para envio. O comprimento total dos comandos MAC NÃO DEVE exceder 15 bytes.

  • No LoRaWAN 1.0.x, esses comandos MAC acoplados são sempre enviados sem criptografia;
  • No LoRaWAN 1.1, esses comandos MAC acoplados são sempre enviados criptografados usando o NwkSEncKey.

Envio de comandos MAC e dados específicos do aplicativo no campo FRMPayload

O campo FRMPayload pode conter comandos MAC ou dados de aplicativos. Se o campo FRMPayload não estiver vazio, o campo FPort deverá estar presente. Se o campo FPort estiver presente, então:

  • O valor FPort=0 indica que o campo FRMPayload contém apenas comandos MAC. O comprimento total dos comandos MAC NÃO DEVE exceder o comprimento máximo do FRMPayload (específico da região);
  • O valor FPort=1 a 223 indica que o campo FRMPayload contém dados do aplicativo.

A tabela a seguir mostra os valores possíveis para o campo FPort dependendo do que ele carrega.

FPort Value Description
0 MAC commands only
1 to 223 Application-specific data
224 LoRaWAN MAC layer test protocol
255 Reserved for Future Use (RFU)

Se o campo FRMPaylod contiver comandos MAC ou dados de aplicativo, o campo FRMPayload deverá ser criptografado antes que o Código de Integridade da Mensagem (MIC) seja calculado. Isso garante a confidencialidade da mensagem. A tabela a seguir mostra qual chave é usada para criptografar o campo FRMPayload em diferentes versões LoRaWAN.

FRMPayload Direction FPort 1.0.x 1.1
MAC Commands Uplink/Downlink 0 NwkSKey NwkSEncKey
Application-specific data Uplink/Downlink 1 to 223 AppSKey AppSKey

Calculando o Código de Integridade da Mensagem (MIC)

O Código de Integridade da Mensagem (MIC) garante a integridade e autenticidade de uma mensagem. O código de integridade da mensagem é calculado em todos os campos da mensagem e depois adicionado à própria mensagem. A lista a seguir mostra quais campos são usados ​​para calcular o MIC para cada tipo de mensagem no LoRaWAN 1.0.x e 1.1.

LoRaWAN version Message Type Fields
1.0.x Join-request MHDR | AppEUI | DevEUI | DevNonce
1.0.x Join-accept MHDR | AppNonce | NetID | DevAddr | DLSettings | RxDelay | CFList
1.0.x Data messages (up and down) MHDR | FHDR | FPort | FRMPayload
1.1 Join-request MHDR | JoinEUI | DevEUI | DevNonce
1.1 Join-accept MHDR | JoinNonce | NetID | DevAddr | DLSettings | RxDelay | CFList
1.1 Rejoin-request Type 0 and 2 MHDR | Rejoin Type | NetID | DevEUI | RJcount0
1.1 Rejoin-request Type 1 MHDR | Rejoin Type | JoinEUI | DevEUI | RJcount1
1.1 Data messages (up and down) MHDR | FHDR | FPort | FRMPayload

A tabela a seguir apresenta qual chave é usada para calcular o MIC de cada tipo de mensagem no LoRaWAN 1.0.x e 1.1.

LoRaWAN version Message Type Key
1.0.x Join-request AppKey
1.0.x Join-accept AppKey
1.0.x Uplink data message NwkSKey
1.0.x Downlink data messages NwkSKey
1.1 Join-request NwkKey
1.1 Join-accept JSIntKey
1.1 Rejoin-request Type 0 and 2 SNwkSIntKey
1.1 Rejoin-request Type 1 JSIntKey
1.1 Uplink data messages FNwkSIntKey and SNwkSIntKey
1.1 Downlink data message SNwkSIntKey

Quando um dispositivo LoRaWAN 1.1 é provisionado com um servidor de rede LoRaWAN 1.0.x, o MIC de cada mensagem é calculado conforme mostrado na tabela a seguir.

Message Type Key
Join-request NwkKey
Join-accept NwkKey
Uplink data messages FNwkSIntKey
Downlink data messages FNwkSIntKey

 

Artigo original: https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/message-types/

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Faixas de operação da comunicação LoRaWAN

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LoRaWAN opera em espectro de rádio não licenciado. Isto significa que qualquer pessoa pode usar as frequências de rádio sem ter que pagar taxas pela operação. É semelhante ao WiFi, que utiliza as bandas ISM de 2,4 GHz e 5 GHz em todo o mundo. Qualquer pessoa pode configurar roteadores WiFi e transmitir sinais WiFi sem a necessidade de licença ou autorização de uso e operação.

LoRaWAN usa frequências de rádio mais baixas com maior alcance. O fato de as frequências terem um alcance maior também acarreta mais restrições que muitas vezes são específicas de cada país. Isto representa um desafio para o LoRaWAN, que tenta ser o mais uniforme possível em todas as diferentes regiões do mundo. Como resultado, LoRaWAN é especificado para diversas bandas nessas regiões. Essas faixas de operação são semelhantes o suficiente para suportar um protocolo independentemente da região, mas têm uma série de consequências para a implementação dos sistemas backend.

  • LoRaWAN possui especificações regionais oficiais, chamadas Parâmetros Regionais, que você pode baixar no site da LoRa Alliance.
  • Estas especificações regionais LoRaWAN também não especificam tudo. Eles cobrem apenas uma região especificando o denominador comum. Por exemplo, os parâmetros regionais LoRaWAN para a Ásia especificam apenas um subconjunto comum de canais – mas existem variações entre as regulamentações nos países asiáticos. Além disso, cada operador de servidor de rede é livre para selecionar parâmetros adicionais, tais como canais de emissão adicionais. Chamamos esses parâmetros de Outros. Para The Things Network, eles são definidos no repositório GitHub.
  • Em alguns países, pode ser utilizado mais de um plano de frequência. Por exemplo, nos Países Baixos, tanto o EU868-870 como o EU433 podem ser utilizados.
  • Os parâmetros regionais incluem parâmetros da camada física, como planos de frequência (planos de canais), frequências de canais obrigatórias e taxas de dados para mensagens de solicitação de adesão. Os parâmetros regionais também incluem parâmetros da camada LoRaWAN, como tamanho máximo da carga útil.
  • Apresentamos aqui detalhes sobre a banda EU863-870 e a banda ISM US902-928. Mostramos também alguns parâmetros importantes envolvidos em outros planos de frequências.

LoRaWan Frequencies

Planos de frequência comuns

LoRaWAN opera nas bandas ISM (Industrial, Scientific, and Medical) não licenciadas. A tabela abaixo lista os planos de frequência mais recentes e seus nomes comuns.

Plano de frequência Nome comum            
EU863-870 EU868
US902-928 US915
CN779-787 CN779
EU433 EU433
AU915-928 AU915
CN470-510 CN470
AS923 AS923
KR920-923 KR920
IN865-867 IN865
RU864-870 RU864

Banda EU863-870

A faixa EU863-870 pode ser aplicada a qualquer região onde a utilização do espectro radioelétrico seja definida pela norma ETSI [EN300.220]. A banda EU863-870 é utilizada em todos os países europeus e em alguns países fora da Europa, por exemplo, Bahrein (BH), localizado no Médio Oriente. A faixa EU863-870 implica faixas de frequência de 863 MHz a 870 MHz, mas alguns países usam faixas de frequência ligeiramente diferentes. Por exemplo, a Albânia (AL) utiliza 863-873 MHz.

Canais padrão EU863-870

Os três canais padrão a seguir devem ser implementados em todos os dispositivos finais que suportam a banda EU863-870. Esses canais são usados ​​pelo dispositivo final para transmitir a mensagem de solicitação de adesão. O dispositivo final seleciona aleatoriamente um dos canais padrão para enviar a mensagem de solicitação de adesão.

Frequência (MHz) Largura de banda (kHz) LoRa data rate Bit rate
868.10 125 DR0 – DR5 0.3 – 5 kbps
868.30 125 DR0 – DR5 0.3 – 5 kbps
868.50 125 DR0 – DR5 0.3 – 5 kbps

Para dispositivos compatíveis com LoRaWAN versão 1.0.x, esses três canais padrão não devem ser modificados, mas para dispositivos compatíveis com LoRaWAN versão 1.1 e posteriores, esses canais podem ser modificados por meio do comando NewChannelReq.

A banda EU863-870 suporta um máximo de 16 canais. Durante a ativação do dispositivo final, canais adicionais podem ser especificados. Por exemplo, The Things Network usa as 5 frequências adicionais a seguir para uplink.

  • 867,1MHz
  • 867,3MHz
  • 867,5MHz
  • 867,7MHz
  • 867,9MHz

Para downlink, The Things Network usa uma frequência fixa adicional para o slot de recepção RX2:

  • 869,525 MHz em DR0 (SF12/125 kHz).

Duty cycle EU863-870

O Instituto Europeu de Normas de Telecomunicações (ETSI) define o ciclo de trabalho máximo para a frequência EU863-870 em 1%, que é o tempo máximo que um dispositivo pode passar em comunicação. Vamos dar uma olhada em como calcular o tempo no ar permitido por dia (24 horas), por dispositivo final para alguns ciclos de trabalho comuns.

Duty cycle (max) Equação: Tempo-no-ar = número de segundos por dia X duty cycle Tempo-no-ar máximo permitido por dispositivo por dia
0.1% 86400 x 0.1% 86 segundos por dia
1% 86400 x 1% 864 segundos por dia
10% 86400 x 10% 8640 segundos por dia

Algumas operadoras de rede (como The Things Network) reduzem o ciclo de trabalho ainda mais do que o recomendado pela ESTI. Estes tipos de restrições são chamados de “Política de Acesso Justo”. Por exemplo, a política de acesso justo da The Things Network limita o tempo de transmissão do uplink a 30 segundos por dia por nó e as mensagens de downlink a 10 mensagens por dia por nó.

Taxas de dados EU863-870

A taxa de dados é o número de bits transmitidos por unidade de tempo. Com a modulação LoRa, a taxa de dados depende de alguns fatores como fator de espalhamento, largura de banda e taxa de codificação. A tabela a seguir mostra a taxa de bits para cada taxa de dados (DR0 – DR6) configurada com o fator de espalhamento e a largura de banda.

Taxa de dados Configuração (SF + BW) Bit rate (bit/s)
0 LoRa: SF12 / 125 kHz 250
1 LoRa: SF11 / 125 kHz 440
2 LoRa: SF10 / 125 kHz 980
3 LoRa: SF9 / 125 kHz 1760
4 LoRa: SF8 / 125 kHz 3125
5 LoRa: SF7 / 125 kHz 5470
6 LoRa: SF7 / 250 kHz 11000

Como se observa, fatores de espalhamento mais altos causam taxas de bits mais baixas e fatores de espalhamento mais baixos causam taxas de bits mais altas. No entanto, para o mesmo fator de espalhamento, se a largura de banda duplicar, a taxa de dados também duplicará. Você aprenderá mais sobre isso Fatores de propagação.

Todos os dispositivos finais EU868-870 devem suportar uma das seguintes opções de taxa de dados.

  • DR0 – DR5 – conjunto de taxa de dados mínima suportada para obter a certificação LoRaWAN.
  • DR0 – DR7
  • DR0 – DR11 – todas as taxas de dados são implementadas no dispositivo final

EU863-870 EIRP/ERP máximo

A Potência Isotrópica Radiada Efetiva (EIRP) é a potência total irradiada por uma antena isotrópica em uma única direção. O ganho da antena é expresso em dBi para antenas isotrópicas.

A tabela a seguir mostra a lista de valores EIRP que podem ser usados ​​para transmitir dados.

Potência TX  EIRP Valor calculado
0 Max EIRP +16 dBm
1 Max EIRP – 2 dB +16 dBm – 2 dB = +14 dBm
2 Max EIRP – 4 dB +16 dBm – 4 dB = +12 dBm
3 Max EIRP – 6 dB +16 dBm – 6 dB = +10 dBm
4 Max EIRP – 8 dB +16 dBm – 8 dB = +8 dBm
5 Max EIRP – 10 dB +16 dBm – 10 dB = +6 dBm
6 Max EIRP – 12 dB +16 dBm – 12 dB = +4 dBm
7 Max EIRP – 14 dB +16 dBm – 14 dB = +2 dBm

O EIRP máximo para EU863-870 é +16dBm.

Os valores EIRP e ERP mencionados acima também podem ser expressos em miliwatts (mW). Por exemplo:

  • +16 dBm = 40 mW
  • +14 dBm = 25 mW
  • +27 dBm = 500 mW

Tamanho máximo da carga útil EU863-870

O tamanho máximo da carga útil do aplicativo (comprimento) varia de acordo com a taxa de dados. A tabela a seguir mostra o tamanho máximo da carga útil do aplicativo (FRMPayload) para diferentes taxas de dados.

Taxa de dados Configuração (SF+BW) Máxima carga útil  (bytes)
0 LoRa: SF12 / 125 kHz 51
1 LoRa: SF11 / 125 kHz 51
2 LoRa: SF10 / 125 kHz 51
3 LoRa: SF9 / 125 kHz 115
4 LoRa: SF8 / 125 kHz 242
5 LoRa: SF7 / 125 kHz 242
6 LoRa: SF7 / 250 kHz 242

Resumo EU863-870

A tabela a seguir resume todos os parâmetros importantes para a banda EU863-870.

Faixa de frequência 863-870 MHz
Canais de frequência para solicitação de entrada na rede 868.10868.30

868.50
Taxa de dados 0-5 (conjunto mínimo para certificação)
Taxa de dados opcional 6-7 ou 6-11
Número de canais 163 default + 5 opcional

Esses 5 canais opcionais e os 8 canais restantes podem ser modificados/preenchidos pelo comando NewChannelReq
Canais Default 0, 1, 2
Duty cycle < 1%
Limitação de Dwell time Não
Max EIRP / ERP +16 dBm (40 mW) / +14 dBm (25 mW)

Esta é a potência irradiada pela antena isotrópica/antena dipolo de meia onda (não a potência do transmissor)
Máximo ganho de antena 2.15 dBi oro 0 dBd
Taxa de dados RX2 default DR0 (SF12 / 125 kHz)
Frequência RX2 default 869.525 MHz

Banda ISM US902-928

Descrevemos aqui os parâmetros regionais para os EUA, Canadá e todos os outros países que utilizam a banda ISM 902-928.

Planos de frequência US902-928

A banda ISM US902-928 está dividida nos seguintes planos de frequência, conforme mostrado na tabela abaixo.

Uplink/Downlink Canais Faixa Faixa de frequência Largura Taxa de dados
Uplink 64 0 – 63 902.3 – 914.9 MHz em incrementos de 200 kHz 125 kHz DR0 – DR3
Uplink 8 64 – 71 903.0 – 914.2 MHz em incrementos de 1.6 MHz 500 kHz DR4
Downlink 8 0 – 7 923.3 – 927.5 MHz em incrementos de 600 kHz 500 kHz DR8 – DR13

Taxas de dados US902-928

A tabela a seguir mostra a taxa de bits para cada taxa de dados configurada com o fator de espalhamento e a largura de banda.

  • DR0 – DR4 e DR8 – DR13 são usados ​​para modulação LoRa.
  • DR4 é idêntico ao DR12.
  • DR8 – DR13 são usados ​​apenas para mensagens de downlink.
Taxa de dados Configuração (SF + BW) Bit rate (bit/s) Uplink/Downlink?
0 LoRa: SF10 / 125 kHz 980 Uplink
1 LoRa: SF9 / 125 kHz 1760 Uplink
2 LoRa: SF8 / 125 kHz 3125 Uplink
3 LoRa: SF7 / 125 kHz 5470 Uplink
4 LoRa: SF8 / 500 kHz 12500 Uplink
5
6
7
8 LoRa: SF12 / 500 kHz 980 Downlink
9 LoRa: SF11 / 500 kHz 1760 Downlink
10 LoRa: SF10 / 500 kHz 3900 Downlink
11 LoRa: SF9 / 500 kHz 7000 Downlink
12 LoRa: SF8 / 500 kHz 12500 Downlink
13 LoRa: SF7 / 500 kHz 21900 Downlink
14
15

Todos os dispositivos finais US902-928 deverão suportar uma das seguintes opções de taxa de dados.

  • DR0 – DR4 e DR8 – DR13 – o conjunto mínimo de taxas de dados necessário para obter a certificação LoRaWAN.
  • DR0 – DR13 – todas as taxas de dados são implementadas no dispositivo final

Ao usar a ativação Over-The-Air (OTAA), o dispositivo final deve transmitir a mensagem de solicitação de adesão em um canal selecionado aleatoriamente da seguinte maneira.

  • 64 canais (cada um com largura de banda de 125kHz) definidos usando DR0
  • 8 canais (cada um com largura de banda de 500kHz) definidos usando DR4

O dispositivo final deve mudar de canal para cada transmissão.

A potência máxima de saída irradiada permitida nos EUA é EIRP = +30 dBm, mas para a maioria dos dispositivos +20 dBm é suficiente. De acordo com a Comissão Federal de Comunicações (FCC), não há limitações de ciclo de trabalho, mas há um tempo de permanência máximo de 400 ms por canal. O tempo de permanência é a quantidade de tempo necessária para uma transmissão.

Tamanho máximo da carga útil US902-928

O tamanho máximo da carga útil do aplicativo (comprimento) varia de acordo com a taxa de dados (configurada com fator de difusão e largura de banda). A tabela a seguir mostra o tamanho máximo da carga útil do aplicativo (FRMPayload) (N) para diferentes taxas de dados.

Taxa de dados Configuração Máxima carga útil (bytes)
0 LoRa: SF10 / 125 kHz 11
1 LoRa: SF9 / 125 kHz 53
2 LoRa: SF8 / 125 kHz 125
3 LoRa: SF7 / 125 kHz 242
4 LoRa: SF8 / 500 kHz 242
5
6
7
8 LoRa: SF12 / 500 kHz 53
9 LoRa: SF11 / 500 kHz 129
10 LoRa: SF10 / 500 kHz 242
11 LoRa: SF9 / 500 kHz 242
12 LoRa: SF8 / 500 kHz 242
13 LoRa: SF7 / 500 kHz 242
14..15

Resumo US902-928

A tabela a seguir resume todos os parâmetros importantes para a banda US902-928.

Faixa de operação 902-928 MHz
Canais de frequência para solicitação de entrada na rede Upstream: 64 canais – 902.3 – 914.9 MHz em incrementos de 200 kHzUpstream: 8 canais – 903.0 – 914.2 MHz em incrementos de 1.6 MHz

Downstream: 8 canais – 923.3 – 927.5 MHz em incrementos de 600 kHz
Taxa de dados para solicitação de entrada na rede 64 (125kHz canais) usando DR0 e 8 (500kHz canais) usando DR4
Taxas de dados opcional 5-6
Número de canais Upstream: 64 (125kHz) + 8 (500 kHz)Downstream: 8 (500 kHz)
Canais default Ch0 – Ch71
Duty cycle Sem limites
Limitação de Dwell time Ch0-Ch63: 400 msCh64-Ch71: No
Máximo EIRP (default) – Potência de TX 0 +30 dBm
Taxa de dados RX2 default DR8
Frequência RX2 default 923.3 MHz

Outros planos de frequência

A seguir, veja alguns parâmetros importantes que estão incluídos em outros planos de frequência.

  • CN779-787: Aplica-se à China. O ciclo de trabalho é <1% e não há limitação de tempo de permanência. O EIRP máximo padrão permitido é +12,15 dBm.
  • AU915-928: Aplica-se à Austrália e a todos os outros países cuja banda se estende de 915 a 928 MHz. Não há limitação de ciclo de trabalho aplicável e a limitação do tempo de permanência é de 400 ms. O EIRP máximo padrão permitido é +30 dBm.
  • AS923: Aplicado para múltiplas regiões (alguns países da Ásia e Oceania). Todos os dispositivos finais operados no Japão devem executar Listen Before Talk (LBT) com base nos regulamentos ARIB STD-T108.
  • KR920: Os regulamentos da Coreia do Sul permitem a escolha de usar uma limitação de ciclo de trabalho ou gerenciamento de transmissão de Agilidade de Frequência Adaptativa Ouvir Antes de Falar (LBT AFA).
  • IN865: Aplica-se à Índia. O EIRP máximo padrão permitido é +30 dBm.

Configurações padrão para todas as regiões

Existem algumas configurações padrão recomendadas que podem ser aplicadas a todas as regiões.

  • Atraso RX1: 1s
  • Atraso RX2: 2s (atraso RX1 + 1s)
  • Atraso 1 no aceite de ingresso: 5s
  • Atraso 2 no aceite de ingresso: 6s

Plano de frequência para o Brasil

Brasil AU915-928 ANATEL – Resolução No. 680, de 27 de Junho de 2017 
ANATEL – Ato No. 14448, 4 de Dezembro de 2017

 

 

Artigo original: https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/regional-parameters/

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A arquitetura LoRaWAN

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As topologias de rede LoRaWAN tem o formato de constelações de estrelas. Um exemplo típico pode ser visto na figura abaixo.

Arquitetura LoraWan

  • Dispositivos finais (End Devices) – sensores ou atuadores enviam mensagens sem fio moduladas LoRa para os gateways ou recebem mensagens sem fio de volta dos gateways. .
  • Gateways – recebem mensagens de dispositivos finais e as encaminham para o servidor de rede.
  • Servidor de rede (Network Server) – um software executado em um servidor que gerencia toda a rede.
  • Servidores de aplicativos (Application servers) – um software executado em um servidor responsável pelo processamento seguro dos dados do aplicativo.
  • Servidor de ingresso (Join Server) – um software executado em um servidor que processa mensagens de solicitação de ingresso enviadas por dispositivos finais (o servidor de ingresso não é mostrado na figura acima).

Os dispositivos finais comunicam-se com gateways próximos e cada gateway está conectado ao servidor de rede. As redes LoRaWAN usam um protocolo baseado em ALOHA, portanto, os dispositivos finais não precisam fazer peering com gateways específicos.

O protocolo ALOHA é um protocolo de acesso ao meio utilizado em redes de comunicação para transmitir dados. Existem duas variantes principais do protocolo ALOHA:

    • ALOHA Puro: Nesse protocolo, os dispositivos podem transmitir dados a qualquer momento, sem se preocupar com a atividade dos outros dispositivos na rede. No entanto, isso pode levar a colisões de dados, onde dois ou mais dispositivos tentam transmitir ao mesmo tempo, causando a perda de pacotes.
    • ALOHA Ranhurado: O ALOHA ranhurado divide o tempo em intervalos de tempo chamados de “ranhuras” ou “slots”. Os dispositivos só podem transmitir dados no início de uma ranhura. Isso reduz significativamente as colisões, tornando o protocolo mais eficiente em termos de utilização do meio.

O ALOHA foi uma das primeiras abordagens para controle de acesso ao meio e foi desenvolvido na década de 1960 na Universidade do Havaí.

As mensagens enviadas de dispositivos finais viajam por todos os gateways dentro do alcance. Estas mensagens são recebidas pelo Network Server. Se o Network Server recebeu múltiplas cópias da mesma mensagem, ele mantém uma única cópia da mensagem e descarta outras. Vamos examinar detalhadamente cada elemento da rede LoRaWAN. 

Dispositivos finais

Um dispositivo final LoRaWAN pode ser um sensor, um atuador ou ambos. Frequentemente, eles funcionam com bateria. Esses dispositivos finais são conectados sem fio à rede LoRaWAN por meio de gateways usando modulação LoRa RF. A figura a seguir mostra um dispositivo final que consiste em sensores como temperatura, umidade e detecção de queda.

Arquitetura LoraWan

Gateways

Cada gateway é registrado (usando definições de configuração) em um servidor de rede LoRaWAN. Um gateway recebe mensagens LoRa de dispositivos finais e simplesmente as encaminha para o servidor de rede LoRaWAN. Os gateways são conectados ao servidor de rede usando um backhaul, como links de celular (3G/4G/5G), WiFi, Ethernet, fibra óptica ou rádio de 2,4 GHz.

Tipos de Gateways LoRaWAN

Os gateways LoRaWAN podem ser categorizados em gateways internos (picocell) e externos (macrocell).

Os gateways internos são econômicos e adequados para fornecer cobertura em locais internos profundos (espaços cobertos por várias paredes), porões e edifícios com vários andares. Esses gateways possuem antenas internas ou antenas externas “pigtail”. Ainda assim, dependendo do ambiente físico interno, alguns gateways internos podem receber mensagens de sensores localizados a vários quilômetros de distância.

A figura a seguir mostra o gateway The Things Indoor projetado para ser conectado diretamente a uma tomada CA.

Arquitetura LoraWan

Os gateways externos fornecem uma cobertura maior do que os gateways internos. Eles são adequados para fornecer cobertura tanto em áreas rurais como urbanas. . Esses gateways podem ser montados em torres de celular, telhados de edifícios muito altos, tubos de metal (mastros), etc. Normalmente, um gateway externo possui uma antena externa (ou seja, antena de fibra de vidro) conectada por meio de um cabo coaxial. Se você é bom em adaptar produtos eletrônicos, pode converter alguns gateways internos em externos usando gabinetes à prova de água/poeira e adicionando antenas externas.

A figura a seguir mostra um gateway externo LoRaWAN. Possui conectores para conexão de antenas externas LoRaWAN, 3G/4G e GPS. Você consegue descobri-los?

Arquitetura LoraWan

A sensibilidade dos gateways externos normalmente é maior que a dos gateways internos.

Servidores de rede – Network Server

O Network Server gerencia gateways, dispositivos finais, aplicativos e usuários em toda a rede LoRaWAN.

Um servidor de rede LoRaWAN típico possui os seguintes recursos.

  • Estabelecer conexões seguras AES de 128 bits para o transporte de mensagens entre dispositivos finais e o Application Server (segurança ponta a ponta);
  • Validando a autenticidade dos dispositivos finais e a integridade das mensagens;
  • Desduplicando mensagens de uplink;
  • Selecionando o melhor gateway para rotear mensagens de downlink;
  • Envio de comandos ADR para otimizar a taxa de dados dos dispositivos;
  • Verificação de endereço do dispositivo;
  • Fornecimento de confirmações de mensagens de dados de uplink confirmadas;
  • Encaminhando cargas de aplicativos de uplink para os servidores de aplicativos apropriados;
  • Rotear cargas úteis do aplicativo de uplink para o servidor de aplicativos apropriado;
  • Encaminhando mensagens de solicitação de adesão e aceitação de adesão entre os dispositivos e o servidor de adesão;
  • Respondendo a todos os comandos da camada MAC.

Servidor de aplicativos – Application Server

O Application Server processa mensagens de dados específicas da aplicação recebidas de dispositivos finais. Ele também gera todas as cargas de downlink da camada de aplicação e as envia para os dispositivos finais conectados por meio do servidor de rede. Uma rede LoRaWAN pode ter mais de um servidor de aplicativos. Os dados coletados podem ser interpretados aplicando técnicas como aprendizado de máquina e inteligência artificial para resolver problemas de negócios.

Servidor de ingresso – Join Server

O Join Server auxilia na ativação segura de dispositivos, armazenamento de chave raiz e geração de chave de sessão. O procedimento de adesão é iniciado pelo dispositivo final, enviando a mensagem de solicitação de adesão ao Servidor de Ingresso através do Servidor de Rede. O servidor de ingresso processa a mensagem de solicitação de ingresso, gera chaves de sessão e transfere NwkSKey e AppSKey para o servidor de rede e o servidor de aplicativos, respectivamente. O Join Server foi introduzido pela primeira vez com o LoRaWAN v1.1. Também está disponível em LoRaWAN v1.0.4.

Perguntas comuns

  1. Quem inicia mensagens de uplink?
    • Network server
    • End devices
    • Application server
    • Join server
  2. O que não está a cargo do Network Server?
    • Desduplicação de dados
    • Iniciar mensagens uplink
    • Controle adaptativo de taxa de dados
    • Roteamento de mensagens
  3. O servidor de aplicativos processa:
    • Comandos MAC
    • Mensagens de dados específicas de aplicativos
    • Solicitações de ingresso
  4. O servidor de ingresso processa:
    • Mensagens de solicitação de ingresso
    • Comandos MAC
    • Mensagens de dados específicos de aplicativos

Artigo original: https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/architecture/

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Ethernet industrial e tecnologia IIoT

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O crescimento contínuo das aplicações da Internet Industrial das Coisas (IIoT) cria uma forte demanda por ferramentas fáceis de usar para solucionar problemas de conectividade em redes industriais de forma rápida e eficaz.

Uma grande parte ocorrências de manutenção de redes de Ethernet Industrial são causadas por problemas de cabeamento que normalmente envolvem ferramentas complexas, como analisadores de protocolo, ou “tentativa e erro” usando um cabo para resolver o problema.

O LinkIQ Cable+Network Tester é a solução da Fluke Networks para testar e verificar o desempenho de cabos de até 10 Gb/s e solucionar problemas de conectividade de rede. O LinkIQ valida o desempenho do cabo usando medições baseadas na frequência e fornece informações sobre a distância até a falha, junto com um mapa de fiação do cabo em teste. O LinkIQ também realiza diagnósticos no switch mais próximo para identificar os principais problemas de rede e validar a configuração do switch, eliminando a necessidade de usar outros dispositivos.

Outros recursos incluem tons analógicos e digitais, Port Blink, autenticação 802.1x, localizadores de pontos remotos e capacidade de gerenciar resultados via PC LinkWare.

O LinkIQ é capaz de medir comprimentos de até 305 m e informa a distância até as falhas como descontinuidades, curtos e fios sem terminação. O uso de ID remoto permite o mapeamento completo de pares de cabos, o que ajuda a identificar pares mal conectados e divididos. O principal recurso de teste de cabos do LinkIQ é o teste de desempenho de cabos que qualifica a largura de banda do cabeamento de 10BASE-T a 10GBASE-T (10Mb/s até 10Gb/s). Ele realiza esses testes usando medições baseadas em frequência. O uso de medições baseadas nos padrões IEEE garante que os links testados atendam aos requisitos de desempenho em comparação com testadores de transmissão tradicionais que demonstram apenas que os dispositivos testados podem se comunicar no link. Os operadores podem ajustar o testador com limites de desempenho de 10 Mb/s a 10 Gb/s para obter um simples resultado de aprovado/não aprovado.

IIoT - Fluke LinkIQ

Redes Ethernet Industriais (IIoT)

Aproximadamente 70% de todos os novos nós de automação industrial instalados usam conexões Ethernet Industrial padrão. Os técnicos precisam ser capazes de verificar o desempenho do cabeamento para garantir o desempenho da rede e também precisam garantir que o tráfego do usuário possa chegar ao seu destino com segurança.

Ethernet Industrial é a tecnologia Ethernet aplicada a um ambiente industrial, muitas vezes exigindo conectores e cabos mais robustos do que os comuns e, o mais importante, melhor determinismo. Para obter um melhor determinismo, a Ethernet Industrial utiliza protocolos especializados, dos quais os mais populares são PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT, SERCOS III e POWERLINK. Com a Ethernet Industrial, as taxas de dados variam de 10 Mbps a 1 Gbps. No entanto, 100 Mbps é a velocidade mais utilizada em aplicações Ethernet industriais.

Os protocolos Ethernet industriais, como PROFINET e EtherCAT, modificam o padrão tradicional para garantir que dados específicos de produção não somente sejam enviados e recebidos corretamente, mas também enviados e recebidos sem atraso, para garantir a eficiência da operação.

Uma necessidade que não seria tão crucial em um ambiente de escritório, se uma página da web fosse perdida, o usuário simplesmente clicaria no botão Atualizar. No ambiente fabril, porém, um pequeno problema pode se transformar em um desastre: o processo industrial não pode depender de intervenção humana para detectar e corrigir informações perdidas pela rede. A rede Ethernet de automação industrial precisa detectar o erro no processo em execução e desligá-lo automaticamente, economizando tempo, produto e dinheiro.

A Ethernet de escritório foi projetada para um nível básico de uso, enquanto a Ethernet industrial pode ser considerada para vários níveis e aplicada a ambientes mais exigentes. Ela é mais adequado para lidar com distúrbios de fábrica, demandas de processos de fabricação e ambientes agressivos, além de ser mais adequada para responder melhor a colisões de dados em toda a fábrica.

Os cabos e conectores também podem diferir na tecnologia Ethernet industrial; por exemplo, os conectores usados ​​em um ambiente industrial nunca serão mecanismos básicos de travamento de encaixe. Devido ao ambiente mais severo, são necessários mecanismos de travamento mais robustos, onde também podem ser necessários conectores selados.

O cabeamento é outro ponto onde o uso da Ethernet comercial ou de escritório difere da Ethernet industrial. Os cabos para aplicações industriais leves geralmente possuem uma capa de qualidade superior aos cabos Ethernet normais. Uma diferença ainda mais marcante para usos pesados, onde até o metal utilizado melhora em qualidade em benefício da durabilidade e confiabilidade.

O determinismo é um fator importante na definição de Ethernet Industrial e na sua separação da Ethernet padrão, que em si não é determinística.

Os ambientes industriais exigem determinismo, precisam que os pacotes de dados sejam enviados e recebidos em horários  específicos e precisam de uma garantia de que chegarão ao seu destino a tempo e na íntegra. Isso ocorre porque uma perda de dados ou um atraso entre equipamentos em um ambiente industrial pode levar a sérios problemas, como um grave defeito no processo de fabricação. Essa transferência de informações em tempo real costuma ser um fator decisivo importante para uma empresa quando se trata de escolher o tipo de solução Ethernet a ser implementada. As empresas precisarão avaliar suas necessidades específicas e determinar qual solução Ethernet é melhor para sua organização.

Industrial Internet of Things (IIoT)

Testes confiáveis de redes Ethernet industriais

A ferramenta LinkIQ Cable + Network Industrial Ethernet Tester (LinkIQ-IE) combina tecnologia avançada de teste de desempenho de cabos com recursos projetados para solucionar problemas de conectividade de rede. Robusto, confiável e preciso, o testador LinkIQ possui uma tela sensível ao toque colorida que suporta comandos em 12 idiomas. Ao combinar a tecnologia de medição de cabos da Fluke Networks com uma variedade de testes de conectividade de rede, o testador LinkIQ-IE acelera a descoberta das causas principais das falhas de rede. IIoT

É uma ferramenta projetada para ajudá-lo a verificar o desempenho de cabos de até 10 Gb/s e solucionar problemas de conectividade. O testador é capaz de identificar VLANs, switches e portas conectadas, realizando opcionalmente testes com ‘pings’ direcionados e confirmando a presença e capacidade das portas compatíveis com a alimentação remota via rede dos dispositivos (PoE) dos quais irá exibir a potência e o consumo de energia da classe (até 90W ou Classe 8).IIoT

Além dos recursos robustos de teste de cabos, o LinkIQ também fornece informações detalhadas sobre o switch conectado mais próximo. Conversa com o switch para identificar a taxa de dados anunciada (até 10GBASE-T), identificação half/full duplex, nome do switch, número da porta e informações de VLAN. IIoT

Embora o Power over Ethernet facilite a instalação de dispositivos como câmeras de segurança e pontos de acesso, uma pesquisa da Ethernet Alliance com mais de 800 instaladores, integradores e usuários finais descobriu que quatro em cada cinco entrevistados tiveram dificuldade na integração de sistemas PoE. Parte disso pode ser atribuída ao fato de que o IEEE oferece três padrões PoE, o termo não é uma marca registrada e, portanto, há também uma variedade de implementações não compatíveis com os padrões. IIoT

Para simplificar a configuração e solução de problemas de PoE, o LinkIQ exibe os pares nos quais a energia é fornecida, incluindo diferentes níveis de potência e pares implementados duplamente. Além disso, o LinkIQ coloca uma carga na conexão para garantir que a energia anunciada esteja realmente sendo fornecida pelo switch por meio da infraestrutura de cabeamento. IIoT

A simplificação na solução de problemas de IIoT

O testador também pode fornecer uma indicação da taxa de dados que o cabo pode suportar, o que diferencia a ferramenta LinkIQ de outros testadores de cabeamento de par trançado. IIoT

Nos testes de rede é uma ferramenta intuitiva, fácil de usar e responsiva, com a qual você pode verificar não só a conectividade, mas também os tempos de resposta dos principais dispositivos da rede com um único comando de toque. O LinkIQ-IE pode ser configurado para realizar testes de ping IPv4 ou v6 e exibir o tempo de resposta de quatro pings para um dispositivo de destino escolhido pelo usuário. Os resultados do teste exibem os servidores DNS e DHCP e o roteador de gateway. A ferramenta também exibe o endereço IP do switch mais próximo.

Além desses recursos, existem outros benefícios para ajudar os usuários técnicos:

  • Geração de tom analógico ou digital compatível com a sonda IntelliTone ou Pro3000 para ajudar a localizar cabos em uma parede ou sala de telecomunicações;
  • Sinalizador luminoso da porta piscando no switch para ajudar a identificar a porta conectada;
  • Compatível com identificadores remotos MicroScanner PoE para identificação de soquete Ethernet;
  • Bateria recarregável de íon de lítio;
  • Atualização simples de recursos e testes de rede via USB-C via LinkWare PC;
  • Carregamento através da porta USB-C.

IIoT - Fluke LinkIQ

Relatórios abrangentes e em tempo real

Para aqueles que inspecionam ambientes industriais para identificar e resolver problemas, a capacidade de compilar um relatório usando o LinkWare PC Reporting Software. Este software de relatórios da Fluke Networks oferece suporte a uma variedade de testadores com mais de 20 anos e é a solução de relatórios de fato do setor, com dezenas de milhares de usuários ativos. Os dados do relatório podem ser exportados para um PC para fins de documentação.

LinkIQ, que obviamente usa LinkWare PC para armazenar resultados e gerar relatórios em PDF, também oferece a capacidade de armazenar internamente até 1.000 resultados para os testes que executa, com nomes descritivos para poder recuperá-los posteriormente e gerar documentação completa. Os nomes e a numeração dos testes realizados aumentam automaticamente à medida que um novo é salvo (“Anexo B-1”, “Anexo B-2”, “Anexo B-3”, etc.) economizando muito tempo durante a sequência de testes.

O testador LinkIQ-IE facilita a vida dos operadores com uma única função TEST que exibe automaticamente os resultados do teste com base no que a unidade está conectada. O instrumento é fornecido com adaptadores para os conectores Ethernet mais comuns utilizados em redes industriais, simplificando bastante a conexão.

Fonte: Davide Oltolina – Elletronica News – 7 de setembro 2023

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O que são o LoRa e o LoRaWAN

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Lora

LoRa é uma técnica de modulação sem fio derivada da tecnologia Chirp Spread Spectrum (CSS). Ele codifica informações em ondas de rádio usando pulsos chirp (pio em português)- semelhante à forma como os golfinhos e os morcegos se comunicam! A transmissão modulada LoRa é altamente resistente à interferências e pode ser recebida em grandes distâncias. Não se assuste com os termos complexos; A modulação LoRa e a tecnologia Chirp Spread Spectrum são simples de entender na prática. Caso você esteja curioso, neste vídeo, Richard Wenner explica como funciona a tecnologia Chirp Spread Spectrum:

LoRa é ideal para aplicações que transmitem pequenas quantidades de dados com baixas velocidades seriais. Os dados podem ser transmitidos em distâncias maiores se comparado com tecnologias como WiFi, Bluetooth ou ZigBee. Esses recursos tornam o LoRa adequado para sensores e atuadores que operam em modo de baixo consumo de energia. LoRa pode ser operado em bandas sub-gigahertz livres de licença, por exemplo, 915 MHz, 868 MHz e 433 MHz. Ele também pode operar em 2,4 GHz para atingir taxas de dados mais altas em comparação com bandas sub-gigahertz, ao custo do alcance. Essas frequências se enquadram nas bandas ISM reservadas internacionalmente para fins industriais, científicos e médicos.

LoraWAN

LoRaWAN é um protocolo de camada Media Access Control (MAC) construído sobre a modulação LoRa. É uma camada de software que define como os dispositivos utilizam o hardware LoRa, por exemplo, quando transmitem, e o formato das mensagens. O protocolo LoRaWAN é desenvolvido e mantido pela LoRa Alliance. A primeira especificação LoRaWAN foi lançada em janeiro de 2015. A tabela abaixo mostra o histórico de versões das especificações LoRaWAN. No momento em que este artigo foi escrito, as especificações mais recentes eram 1.0.4 (na série 1.0) e 1.1 (série 1.1).

Versão Data de liberação
1.0 Janeiro de  2015
1.0.1 Fevereiro de  2016
1.0.2 Julho de 2016
1.1 Outubro de 2017
1.0.3 Julho de 2018
1.0.4 Outubro de 2020

Largura de banda e alcance

LoRaWAN é adequado para transmitir pacotes de dados pequenos (como dados de sensores) em longas distâncias. A modulação LoRa permite um alcance de comunicação significativamente maior com larguras de banda mais baixas do que outras tecnologias concorrentes de transmissão de dados sem fio. A figura a seguir mostra algumas tecnologias de acesso que podem ser usadas para transmissão de dados sem fio e seus intervalos de transmissão esperados versus largura de banda.

Lora

Por que o LoRaWAN é tão vantajoso?

  • Consumo ultrabaixo – Os dispositivos terminais LoRaWAN são otimizados para operar no modo de baixo consumo de energia e podem durar até 10 anos com uma única bateria.
  • Longo alcance – Os gateways LoRaWAN podem transmitir e receber sinais a uma distância de mais de 10 quilômetros em áreas rurais e até 3 quilômetros em áreas urbanas densas.
  • Comunicação indoors – As redes LoRaWAN podem fornecer cobertura dentro de prédios e cobrir facilmente edifícios de vários andares.
  • Dispensa de licença de operação – Você não precisa pagar taxas de licença de operação nas faixas de frequência destinadas para a o uso da tecnologia LoRaWAN.
  • Geolocalização – Uma rede LoRaWAN pode determinar a localização de dispositivos finais usando triangulação sem a necessidade de GPS. Um dispositivo final LoRa pode ser localizado se pelo menos três gateways captarem seu sinal.
  • Alta capacidade – Os servidores de rede LoRaWAN lidam com milhões de mensagens de milhares de gateways.
  • Sistemas públicos e privados – É fácil implantar redes LoRaWAN públicas e privadas usando o mesmo hardware (gateways, dispositivos finais, antenas) e software (encaminhadores de pacotes UDP, software Basic Station, pilhas LoRaWAN para dispositivos finais).
  • Segurança ponta a ponta – LoRaWAN garante comunicação segura entre o dispositivo final e o servidor de aplicativos usando criptografia AES-128.
  • Atualizações de firmware over the air – Você pode atualizar remotamente o firmware (aplicativos e a pilha LoRaWAN) para um único dispositivo final ou grupo de dispositivos finais.
  • Roaming – Dispositivos terminais LoRaWAN podem realizar transferências de pacotes de uma rede para outra.
  • Baixo custo – Infraestrutura mínima, nós finais de baixo custo e software de código aberto.
  • Programa de certificação – O programa de certificação LoRa Alliance certifica dispositivos finais e fornece aos usuários finais a confiança de que os dispositivos são confiáveis ​​e compatíveis com a especificação LoRaWAN.
  • Ecossistema – LoRaWAN possui um ecossistema muito grande de fabricantes de dispositivos, fabricantes de gateways, fabricantes de antenas, provedores de serviços de rede e desenvolvedores de aplicativos.

Aplicações da tecnologia LoRaWAN

Aqui estão alguns casos de uso de LoRaWAN fornecidos pela Semtech, para lhe dar algumas dicas sobre como LoRaWAN pode ser aplicado:

  • Monitoramento da cadeia de frio de vacinas – Os sensores LoRaWAN são usados ​​para garantir que as vacinas sejam mantidas em temperaturas adequadas durante o transporte.
  • Conservação animal – Sensores de rastreamento gerenciam espécies ameaçadas, como Rinocerontes Negros e Leopardos de Amur.
  • Pacientes com demência – Sensores de pulseira fornecem detecção de quedas e rastreamento de medicamentos.
  • Fazendas inteligentes – Informações em tempo real sobre a umidade do solo das culturas e cronograma de irrigação otimizado reduzem o uso de água em até 30%.
  • Conservação de água – Identificação e conserto mais rápido de vazamentos na rede de água de uma cidade.
  • Segurança alimentar – O monitoramento da temperatura garante a manutenção da qualidade dos alimentos.
  • Lixeiras inteligentes – Alertas de nível de lixeira enviados à equipe otimizam o cronograma de coleta.
  • Bicicletas inteligentes – Os rastreadores de bicicletas rastreiam bicicletas em áreas remotas e edifícios densos.
  • Rastreamento em aeroporto – o rastreamento sem GPS monitora veículos, pessoal e bagagem.
  • Espaços de trabalho eficientes – Monitorização da ocupação dos quartos, temperatura, utilização de energia e disponibilidade de estacionamento.
  • Saúde do gado – Sensores monitoram a saúde do gado, detectam doenças e preveem o tempo de entrega dos bezerros.
  • LoRa no espaço – Satélites fornecem cobertura de comunicação baseada na tecnologia LoRaWAN em todo o mundo.

Lora Alliance

A LoRa Alliance® é uma associação aberta e sem fins lucrativos criada em 2015. Ela apoia o desenvolvimento do protocolo LoRaWAN e garante a interoperabilidade de todos os produtos e tecnologias LoRaWAN. Hoje, a LoRa Alliance tem mais de 500 membros em todo o mundo.

A LoRa Alliance fornece certificação LoRaWAN para dispositivos finais. Os dispositivos finais certificados fornecem aos usuários a confiança de que o dispositivo final é confiável e compatível com a especificação LoRaWAN. Você pode aprender mais sobre a certificação LoRaWAN visitando o site da LoRa Alliance®. A certificação está disponível apenas para fabricantes de dispositivos membros da LoRa Alliance. Uma vez certificado, o fabricante pode usar a marca LoRaWAN Certified com o produto.

LoRaWAN agora é um padrão ITU

Conforme anunciado pela LoRa Alliance® em 7 de dezembro de 2021, LoRaWAN® foi oficialmente aprovado como um padrão para Low Power Wide Area Networking (LPWAN) pela União Internacional de Telecomunicações (ITU). Leia o comunicado de imprensa da LoRa Alliance®, LoRaWAN® formalmente reconhecido como padrão internacional da ITU para redes de longa distância de baixa potência, para obter mais informações.

Perguntas e respostas

  1. Quem fornece a certificação LoRaWAN?
  2. LoRa é um:
    • Implementação da camada física
  3. LoRaWAN é um:
    • Protocolo de camada MAC
  4. LoRaWAN pode ser operado em:
    • Faixas livre de licença
    • Faixas ISM
    • 2,4GHz
  5. Qual não é um caso de uso adequado de LoRaWAN?
    • Pagamentos com cartão de crédito

Artigo original: https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/what-is-lorawan/

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A tecnologia LoraWan na telemetria do saneamento

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O que é a TELEMETRIA DE ÁGUA E ESGOTO com LoraWan?

Trata-se de um sistema eletrônico de automação, monitoração e controle dos reservatórios e estações elevatórias de água e esgoto, ETAs (Estações de Tratamento de Água), ETEs (Estações de Tratamento de Esgoto) e demais pontos de interesse como Boosters (Estações de Pressurização), VRPs (Válvulas Reguladoras de Pressão) e pontos de medição de pressão e vazão da rede de distribuição de água tratada. Todo o controle se dá no CCO (Centro de Controle e Operação).

Por que implantar a telemetria com LoraWan?

Em um município sem sistema de telemetria, é a população que avisa a companhia de água e esgoto quando ocorre uma falha no abastecimento.

O sistema de automação e telemetria com LoraWan é necessário para:

  • Garantir o abastecimento da população;
  • Monitorar em tempo real o funcionamento de estações elevatórias, reservatórios, medidores de vazão e demais dispositivos elétricos e hidráulicos do sistema;
  • Armazenar e apresentar dados históricos sobre a qualidade do abastecimento;
  • Alarmar vazamentos, falhas de operação, falhas de equipamentos, intrusões, valores anormais de níveis, pressões e vazões;
  • Prevenir e minimizar perdas;
  • Enfim, garantir a qualidade dos serviços prestados.

O que é a tecnologia LoraWan?

LoRa é uma tecnologia sem fio, assim como o Wi-Fi, LTE, NB-IoT, entre outras. Seu potencial é infinito e foi criado para sua aplicação em IoT. LoRa deriva de (Long Range wireless communication) – Comunicação sem fio de longo alcance. Entre muitas de suas vantagens está a ampla faixa de cobertura e o baixo consumo de energia que proporciona. É a opção perfeita para soluções que requerem baixa largura de banda de dados e operação autônoma de longa duração, como é o caso da telemetria do saneamento.

O que é LoraWAN?

LoraWAN é o protocolo de rede que utiliza a tecnologia Lora. Esse protocolo é a camada superior da comunicação LoRa, e utiliza Media Access Control (MAC). LoraWAN é a camada de software que define como os dispositivos conectados usam a tecnologia LoRa. LoraWAN define os formatos de mensagem e a forma como as mensagens são trocadas entre os componentes da rede.

Como funciona a telemetria do saneamento com a tecnologia LoraWan?

O sistema de telemetria é composto por unidades remotas e por um CCO (Centro de Controle e Operação.

Dotado de computadores e monitores, o CCO permite que a equipe de operação supervisione e controle o funcionamento de todo o sistema de abastecimento de água do município. Do centro de operações é possível comandar de forma automática e manual o funcionamento de elevatórias, reservatórios, boosters, válvulas, comportas, macro medidores de vazão e qualquer outro dispositivo eletromecânico. Toda a comunicação se dá via rádio.

A comunicação entre as unidades remotas e CCO se pela aplicação de gateways Lora que transmitem e recebem dados da nuvem LoraWAN, através de concentradores de comunicação públicos ou privados.

Unidade remota de telemetria de reservatório com LoraWan

A forma mais usual para garantir o abastecimento de água em um bairro ou região de um município consiste em construir reservatórios em pontos elevados da área atendida, ou construir reservatório elevados quando a região é plana. A água é conduzida aos pontos de consumo por gravidade e o sistema de abastecimento municipal tem como missão, manter os reservatórios abastecidos.

Unidade remota de telemetria de elevatória com LoraWan

Cabe à estação elevatória de água a função de manter o reservatório abastecido. Para tanto, a informação do nível do reservatório deve ser transmitida à elevatória para que essa, por sua vez, comande o funcionamento dos grupos moto bombas de maneira a manter o reservatório sempre com o nível dentro dos níveis predefinidos de operação.

A informação de nível de cada reservatório é repassada à sua respectiva estação elevatória pelo sistema da comunicação via rádio, centralizado no CCO.

Nesse tipo de configuração o reservatório terá dois níveis (set points) pré-definidos pela operação:

  • Nível de liga: O nível de liga é mais baixo que o nível de desliga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto-bomba deve ser ligado.
  • Nível de desliga: O nível de desliga é mais alto que o nível de liga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto-bomba deve ser desligado.

A tecnologia LoraWan na telemetria do saneamento

A figura acima apresenta uma topologia típica de uma elevatória de água tratada  de um sistema de distribuição de água tratada municipal. O diagrama mostra os componentes básicos de uma elevatória composta por dois conjuntos moto bomba, principal e reserva, e apresenta também o reservatório abastecido por essa elevatória, que pode estar distante quilômetros da elevatória.

Painel de telemetria com LoraWan

A figura a seguir mostra um exemplo de unidade remota de telemetria utilizada na automação da estação elevatória e reservatórios.

A tecnologia LoraWan na telemetria do saneamento

RAK7431 – Rádio modem LoraWan RS485

RAK7431 - Rádio modem LoraWan RS485

RAK7431 – Rádio modem LoraWan RS485

RAK7431 WisNode Bridge Serial é um conversor RS485 para LoRaWAN projetado para aplicações industriais. O dispositivo retransmite dados ModBUS usando a rede LoRaWAN como meio de transmissão sem fio de e para os dispositivos finais.

O RAK7431 pode operar em todas as bandas LoRaWAN dentro dos parâmetros padrão definidos pela LoRa Alliance. Seu alcance em ambiente aberto é de mais de 15 km e em casos industriais, onde existem obstruções pesadas no caminho do sinal de RF, o desempenho é melhorado em comparação aos sistemas sem fio convencionais devido às características do LoRa como técnica de modulação. Isso permite uma qualidade de sinal consistentemente boa dentro dos limites de grandes fábricas, escritórios densamente povoados, armazéns, etc.

Estes dispositivos compatíveis com RS485 podem endereçar até 16 nós terminais de clientes. A conversão de e para estruturas LoRa é perfeita e permite controle e monitoramento em tempo real de vários dispositivos RS485, para acessar e controlar os nós terminais RS485.

Plataforma Eagle IoT industrial

Eagle - Plataforma IoT industrial

É um conjunto de soluções de hardware e software com a tecnologia Internet das Coisas (IoT) e foco na Gestão de Utilidades e Gestão de Ativos. A Plataforma Eagle IoT industrial foi desenvolvida para:

  • Redução de Custos Operacional;
  • Manutenção preventiva e preditiva;
  • Disponibilização de informações para a tomada de decisão.

A solução permite coletar informação em tempo real, a baixo custo e com agilidade e flexibilidade, para ganho de eficiência.

Áreas de aplicação da Plataforma Eagle IoT industrial

  • Grupos geradores;
  • Usinas solares;
  • Energia;
  • Iluminação;
  • Saneamento;
  • Climatização;
  • No-breaks;
  • Sistemas de aquecimento;
  • Gestão de utilidades.

Topologia da Plataforma Eagle IoT Industrial

Eagle - Plataforma IoT industrial

Gateways IG-8K e IG-9K

Eagle - Plataforma IoT industrialOs gateways Eagle são gateways WIFI/Ethernet/Celular para comunicação com equipamentos dotados de comunicação MODBUS e publicação dos dados coletados junto a eles a um broker MQTT.

Os mesmos podem operar, também, em modo Transparente (Bridge) em conjunto com sistemas on-premise, tornando bidirecional a comunicação no parque instalado, bem como coletar informações medidores de energia para posterior publicação.

Os gateways possuem FOTA (Firmware Over-The-Air ), possibilitando atualização remota sem necessidade de cabos e softwares de programação, auxiliando na manutenção à distância, de todos os gateways instalados em campo.

Conectividade

WiFi (802.11 b/g/n) – Utilizando antena externa 1, é possível estabelecer conexão sem fios à redes locais utilizando IP Fixo ou Dinâmico (DHCP).
Fast Ethernet (100Mbps) – Através do conector RJ45, o gateway pode se conectar a uma rede Ethernet cabeada, obtendo IP Fixo ou Dinâmico (DHCP).
Rede Celular (LTE, CAT-M1, NBIoT, 2G, 4G e pronto para o 5G) – IG-9k/M possui conexão com redes celulares, sendo capaz de utilizar os mesmos protocolos das redes WiFi e ETH.

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LoraWAN – Conheça o protocolo por trás da tecnologia Lora

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Qual é a diferença entre LoRa® e LoRaWAN®?

LoRa é uma tecnologia sem fio, enquanto LoRaWAN é um protocolo de rede. Para saber mais, leia o artigo abaixo.

O que é a tecnologia Lora?

LoRa é uma tecnologia sem fio, assim como o Wi-Fi, LTE, NB-IoT, entre outras. Seu potencial é infinito e foi criado para sua aplicação em IoT.

LoRa deriva de (Long Range wireless communication) – Comunicação sem fio de longo alcance.

Entre muitas de suas vantagens está a ampla faixa de cobertura e o baixo consumo de energia que proporciona.

É a opção perfeita para soluções que requerem baixa largura de banda de dados e operação autônoma de longa duração.

LoRa Alliance®

A LoRa Alliance gerencia a tecnologia LoRa. A organização controla, certifica e padroniza os hardwares criados mundialmente, permitindo o rápido crescimento do uso da tecnologia da LoRa. A aliança disponibiliza farta documentação sobre os mercados e campos de aplicação da tecnologia e o mapa global de cobertura de rede.

A tecnologia LoRa utiliza um tipo de modulação de radiofrequência patenteado pela Semtech, chamado Chirp Spread Spectrum (CSS).

Isso é perfeito para conexões extensas e de longa distância.

A Lora é ideal para redes IoT, redes de sensores que não têm acesso à rede elétrica e que fornecem informações vitais.

LoraWanO que é LoraWAN?

LoraWAN é o protocolo de rede que utiliza a tecnologia Lora.

Esse protocolo é a camada superior da comunicação LoRa, e utiliza Media Access Control (MAC).

LoraWAN é a camada de software que define como os dispositivos conectados usam a tecnologia LoRa.

LoraWAN define os formatos de mensagem e a forma como as mensagens são trocadas entre os componentes da rede.

Quais são as aplicações do LoraWAN?

LoRaWAN é o protocolo de rede desenvolvido para as aplicações IoT (Internet of Things) e, portanto, possui uma ampla variedade de aplicações nos mais variados campos da atividade humana.

Abaixo estão alguns exemplos de aplicação:

  • Logística, gestão de frotas de transporte;
  • Cidades inteligentes, sensores de estacionamento, gestão de resíduos, iluminação inteligente;
  • Monitoramento do ambiente, inundações e alertas;
  • Indústria de alimentos, monitoramento de temperatura para garantia de qualidade;
  • Indústria agrícola, otimização do uso da água, prevenção de danos à lavoura;
  • Muito mais…

IoT aplicações

Por que utilizar o protocolo LoraWAN?

O protocolo LoRaWAN junto com os dispositivos LoRa permite que empresas e organizações em todo o mundo sejam eficientes, portanto melhorando a vida de muitos com as aplicações práticas mencionadas acima.

LoRaWAN tem vantagens exclusivas quando comparado com outros sistemas de comunicação sem fio disponíveis para IoT.

Aqui estão algumas das vantagens de usar o protocolo LoRaWAN:

  • É otimizado para operar com baixo consumo de energia e usa baterias de longa duração;
  • Alta capacidade para lidar com milhões de mensagens, de milhares de gateways;
  • Segurança ponta a ponta, usando criptografia AES-128;
  • Atualização remota de firmware de dispositivos conectados a rede;
  • Espectro livre de licença, sem necessidade de pagar pelo uso da rede;
  • Alto poder de penetração indoors, com boa cobertura em interiores e em edifícios de vários andares;
  • Longo alcance, com distâncias de até 10 quilômetros em áreas rurais e até 2 quilômetros em áreas urbanas;
  • Velocidades de comunicação que vão de 300 bps a 50 kbps.

IoT - Padrões wireless

Faixas de operação do LoraWAN

LoRaWAN opera nas faixas de RF ISM [Industrial, Científica e Médica], que têm frequências diferentes dependendo da localização geográfica (tabela de referência abaixo):

PLANO DE CANAIS

NOME COMUM
AS923 AS923
AU915-928 CN470
CN470-510 AS923
CN779-787 CN779
EU433 EU433
EU863-870 EU868
IN865-867 IN865
KR920-923 KR920
RU864-870 RU864
US902-928 US915

Faixa de operação LoraWAN no Brasil – AU915-928

(ANATEL) Resolution No. 680, 27 de Junho de 2017 – Artigo 10
(ANATEL) AtoNo. 14448, 4 de Dezembro de 2017 – Sessão 10.3

Faixas de operação por país: Clique aqui

Arquitetura da rede LoraWAN

Para realizar a troca de informações e a implantação da rede necessária para o seu aplicativo, você terá o seguinte componentes na rede LoraWAN:

Gateways: são as estações base da rede que permitem a comunicação bidirecional entre os nós do usuário final. Eles encaminham dados para os servidores LoRaWAN para processamento.

Nós (End Nodes): esses dispositivos têm um ou mais sensores que adquirem informações e as enviam para os Gateways por meio de seu recurso de comunicação LoRaWAN® incorporado.

Servidor de rede LoRaWAN® (Network Server): Recebe as informações encaminhadas pelos gateways e as leva para a respectiva aplicação e vice-versa. Ele também cuida da autenticação de dispositivos na rede.

Servidor de aplicação (Application Server): É o software integrado que roda e executa as decisões, permite a visualização de dados, eventos e muito mais, com as informações coletadas.

Arquitetura LoraWAN

Existem três classes de dispositivos finais que são adequados conforme as necessidades de implementação da solução.

Classe A: esta é a classe padrão e deve ser compatível com todos os dispositivos finais que gerenciam a tecnologia LoRaWAN®, tem o menor consumo de energia, é assíncrona e tem comunicação bidirecional.

Classe B: mantendo compatibilidade com a classe A, esta classe é sincronizada com a rede usando beacons periódicos e slots de ping em horários programados.

Classe C: mantendo compatibilidade com a classe A, esta classe reduz a latência mantendo o receptor de cada dispositivo final aberto o tempo todo em comunicação half-duplex. Isso compromete o consumo de energia.

Arquitetura LoraWAN

 

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É um conjunto de soluções de hardware e software com a tecnologia Internet das Coisas (IoT) e foco na Gestão de Utilidades e Gestão de Ativos. A Plataforma Eagle IoT industrial foi desenvolvida para:

  • Redução de Custos Operacional;
  • Manutenção preventiva e preditiva;
  • Disponibilização de informações para a tomada de decisão.

A solução permite coletar informação em tempo real, a baixo custo e com agilidade e flexibilidade, para ganho de eficiência.

Áreas de aplicação da Plataforma Eagle IoT industrial

  • Grupos geradores;
  • Usinas solares;
  • Energia;
  • Iluminação;
  • Saneamento;
  • Climatização;
  • No-breaks;
  • Sistemas de aquecimento;
  • Gestão de utilidades.

Topologia da Plataforma Eagle IoT Industrial

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Gateways IG-8K e IG-9K

Eagle - Plataforma IoT industrialOs gateways Eagle são gateways WIFI/Ethernet/Celular para comunicação com equipamentos dotados de comunicação MODBUS e publicação dos dados coletados junto a eles a um broker MQTT.

Os mesmos podem operar, também, em modo Transparente (Bridge) em conjunto com sistemas on-premise, tornando bidirecional a comunicação no parque instalado, bem como coletar informações medidores de energia para posterior publicação.

Os gateways possuem FOTA (Firmware Over-The-Air ), possibilitando atualização remota sem necessidade de cabos e softwares de programação, auxiliando na manutenção à distância, de todos os gateways instalados em campo.

Conectividade

WiFi (802.11 b/g/n) – Utilizando antena externa 1, é possível estabelecer conexão sem fios à redes locais utilizando IP Fixo ou Dinâmico (DHCP).
Fast Ethernet (100Mbps) – Através do conector RJ45, o gateway pode se conectar a uma rede Ethernet cabeada, obtendo IP Fixo ou Dinâmico (DHCP).
Rede Celular (LTE, CAT-M1, NBIoT, 2G, 4G e pronto para o 5G) – IG-9k/M possui conexão com redes celulares, sendo capaz de utilizar os mesmos protocolos das redes WiFi e ETH.

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A tecnologia LTE aplicada na comunicação entre máquinas

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Neste artigo falamos sobre a comunicação entre máquinas – M2M (machine to machine communication) – IoT e a evolução da tecnologia celular.


Se a primeira patente para um telefone móvel wireless foi concedida a uma empresa do Kentucky em 1908, a primeira versão comercial de telefones móveis foi produzida pela Motorola apenas em Abril de 1973. De lá para cá, a tecnologia tem evoluído sem parar. Essas primeiras versões de telefone celular são chamadas de 0G – ou Geração Zero. Hoje, a maioria dos celulares operam com tecnologias chamadas 3G e 4G, enquanto a tecnologia 5G já se encontra em teste.

Tecnologias celulares aplicadas na comunicação entre máquinas

Ainda hoje encontramos muitas máquinas comunicando via GSM/GRSS mas rapidamente o LTE está tomando conta do mercado M2M.
Uma organização tem papel importante nessa evolução, trata-se da 3GPP (3rd Generation Partnership Project ) que desenvolve os protocolos para a telefonia móvel. Entre os padrões definidos pela 3GPP estão:

  • GSM e os padrões 2G e 2.5G, incluindo o GPRS e o EDGE;
  • UTMS e o padrão 3G que inclui o HSPA;
  • LTE e o padrão 4G, incluindo o LTE Advanced e o LTE Advanced Pro;
  • 5G NR que inclui os padrões relativos ao 5G.

Tecnologia LTE

LTE significa Long Term Evolution. LTE é um padrão de comunicação wireless 4G, projetado para uma velocidade 10 vezes maior que a velocidade que padrão 3G para comunicação de dados em dispositivos móveis como celulares, tablets, etc. As tecnologias 4G são desenvolvidas para fornecer comunicação de voz sobre IP, streaming de dados e multimídia em velocidades entre 100 Mbits e 1 Gbits.

A tecnologia LTE na prática

Para tornar mais palpável a tecnologia LTE, vamos examinar um dispositivo desenvolvido para a comunicação M2M (machine to machine) e para aplicações IoT. Trata-se do LTE Cube da Microhard do Canadá.


O LTE Cube foi projetado para as exigências de pequenas dimensões, baixo custo e baixo consumo das aplicações de M2M e de IoT. O dispositivo atende as especificações do padrão LTE na categoria M1/NB-IoT, permitindo velocidades de comunicação de até 375 kbps. O LTE Cube possui porta Ethernet e tem como opção WIFI 802.11b/g/n e capacidade de comunicação em túnel, tudo isso mantendo o baixo consumo.

Características

  • Baixo custo
  • Baixo consumo de energia
  • Desenhado para aolicações IoT
  • Atende a categoria M1/NB-IoT LTE
  • Bandas de comunicação mundiais
  • Até 375 kbps
  • 10/100 Ethernet
  • Comunicação WiFi opcional
    (mais de 200 clientes)
  • Longo alcance com WiFi de 1W
  • Suporte a IPv6 e IPv4
  • Suporte a MQTT
  • Enhanced Port Forwarding, DMZ
  • Temperatura de operação (-40C to +85C)
  • Alertas SMS, Controle
  • Uso mensal/diário de alertas (SMS/e-mail)
  • VPN, IPSec com IKE/ISAKMP
  • L2TP, Open VPN, Site-to-Site Tunneling
  • Suporte a Túnel GRE
  • Firewall com segurança ACL
  • Configurável via SSH, interface Web HTTPS
  • Atualização de firmware Local/Remoto

Aplicações

  • Internet of Things (IoT)
  • Machine to Machine (M2M)
  • Acesso remoto
  • Painéis eletrônicos de sinalização
  • Sistemas de pontos de venda
  • Energia, Gás e Óleo, Utilidades/Medições

Exemplo de aplicação do LTE Cube

No exemplo da figura abaixo, um software supervisório SCADA está conectado a uma instalação remota onde estão um CLP, uma câmera IP e um computador. Os dispositivos remotos se ligam ao LTE Cube via cabo Ethernet ou via WiFi.

Configuração do LTE Cube

Para configurar o LTE Cube é necessário acessar a janela de configuração WebUI e estabelecer uma conexão básica wireless com a portadora. As unidade saem de fábrica com a LAN configurada como ‘Static'(IP Address 192.168.168.1, Máscara de sub rede 255.255.255.0), com o DHCP em modo servidor.

Instale o SIM Card

Antes de poder utilizar o LTE Cube em uma rede celular, é necessário instalar o SIM Card de sua operadora de telefonia. Instale o SIM Card utilizando a ferramenta que acompanha o LTE Cube no SIM Card tray.

Ligando o LTE Cube a rede celular

Conecte as antenas aos conectores Main/ANT1 e DIV/ANT2 do LTE Cube. Observe que o modelo LTECUBE-M possui apenas o conector MAIN/ANT1.


Conecte a alimentação de 5 a 30 V ao conector indicado na figura e alimente a unidade. O LED vai pulsar durante a inicialização do dispositivo e então irá estabilizar ligado, proceda ao próximo passo.


Conecte o PC configurado para DHCP diretamente a porta LAN do LTE Cube utilizando um cabo Ethernet. Se o PC estiver configurado para DHCP, o mesmo irá adquirir automaticamente o endereço IP do LTE Cube.


Abra o Browser Window e digite o endereço IP 192.168.168.1 na barra de endereços.


O LTE Cube irá solicitar o usuário e senha. Digite os valores de fábrica admin para ambos.


Os demais passos de configuração estão no manual do produto que pode ser solicitado pelo formulário abaixo.

Gostou do LTE Cube e gostaria de saber mais? Solicite informações adicionais ou uma cotação.

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