Conteúdos e materiais
A tecnologia LoRa e o padrão LoRaWAN® para redes de área ampla de baixo consumo de energia (LPWA) possibilitam a conexão de um grande número de dispositivos IoT remotos, operados por bateria, a redes locais ou globais.
Com sua capacidade de consumo de energia ultra-baixo, longo alcance e espectro livre de licença, LoRa e LoRaWAN se tornaram uma combinação consagrada de tecnologia e protocolo de rede útil em uma ampla gama de aplicações industriais que dependem de sensores IoT para monitorar e gerenciar operações.
A LoRa Alliance® foi fundada em 2015 para apoiar a adoção global do padrão LoRaWAN. O termo LoRaWAN refere-se a uma rede de área ampla de baixo consumo de energia que controla como o sinal LoRa dos sensores se comunica pela rede. LoRa significa longo alcance e utiliza a técnica de modulação de rádio por espectro espalhado. A modulação LoRa foi desenvolvida pela primeira vez em 2010 pela empresa francesa Cycleo para codificar dados em ondas de rádio e, posteriormente, foi adquirida pela Semtech.
Desenvolvido originalmente para adicionar capacidades de comunicação sem fio à indústria de medição de utilidades, o protocolo LoRa opera em um espectro de rádio não licenciado, com taxas de transmissão de até 253 kB/s, e é ideal para enviar pequenas quantidades de dados a longas distâncias, exigindo uma quantidade extraordinariamente baixa de energia.
A tecnologia LoRaWAN consiste em um protocolo de rede de área ampla de baixo consumo de energia, construído sobre a modulação LoRa, útil para garantir comunicações IoT bidirecionais confiáveis. O protocolo LoRaWAN oferece criptografia de ponta a ponta para fornecer recursos de segurança avançados em grande escala. Com alcances de até dez milhas, essa tecnologia oferece uma opção mais econômica em comparação com tecnologias celulares em áreas remotas.
Na modulação LoRa, um sinal de chirp espalha o espectro do sinal. Ao aumentar a taxa de chirp, o sinal se espalha por uma faixa de frequências, permitindo que ele viaje mais longe sem erros. Como resultado, o protocolo de comunicação LoRa resiste à interferência do sinal. Isso torna o LoRa especialmente útil em áreas urbanas e suburbanas, onde a interferência do sinal ocorre com frequência.
Como o LoRa Funciona?
O LoRa utiliza uma técnica de modulação por espectro espalhado proprietária, baseada na tecnologia Chirp-Spread Spectrum. Por exemplo, dispositivos IoT próximos a um gateway usam uma taxa de transmissão com um fator de espalhamento baixo, enquanto aqueles a várias milhas de distância usam um fator de espalhamento mais alto. Transmitidos ao mesmo tempo e na mesma frequência, esses fatores de espalhamento ortogonais não interferem uns com os outros, adaptando-se às necessidades de potência e taxa de dados dos dispositivos finais.
As redes LoRaWAN aproveitam as características do LoRa por meio de uma topologia de estrela de estrelas, onde gateways retransmitem mensagens bidirecionais entre sensores e um servidor. Por definições de projeto, as redes LoRaWAN requerem energia mínima para enviar pacotes de dados extremamente pequenos, pois os dados são transmitidos apenas periodicamente em vez de continuamente. Melhor ainda, em redes LoRaWAN, um gateway pode suportar até 10.000 dispositivos, tornando as redes escaláveis tão simples quanto adicionar gateways adicionais, mantendo baixos os investimentos de capital e operacionais.
Para muitas aplicações IoT, as redes LoRaWAN oferecem diversas vantagens distintas em relação a tecnologias de comunicação sem fio concorrentes. Ao comparar LoRa com Wi-Fi, redes celulares e Bluetooth® Low Energy, essas outras soluções oferecem alta largura de banda ou alta potência, mas não conseguem operar de forma eficaz em ambientes internos fechados. O LoRa, em redes IoT, gerencia de forma flexível largura de banda, potência, alcance, segurança e escalabilidade, garantindo que funcionem bem com os requisitos do IoT. Segundo estimativas da ABI Research, o LoRaWAN se tornará a tecnologia de rede de área ampla de baixo consumo não celular mais implantada até 2026.
- Suporta milhões de mensagens por gateway, tornando a escalabilidade tão simples quanto adicionar gateways adicionais.
- Segurança: Criptografia de ponta a ponta AES-128 incorporada e autenticação avançada garantem a transmissão segura de dados em qualquer implantação em massa de IoT.
- Eficiência da bateria: A transmissão de pequenos pacotes de dados algumas vezes por dia, em vez de continuamente, permite que as baterias dos dispositivos durem muitos anos sem necessidade de substituição.
- Longo alcance: O LoRaWAN oferece cobertura interna profunda, incluindo múltiplos andares e um design de rede em topologia estrela para maximizar o alcance de transmissão que muitas indústrias exigem.
- Baixo custo: Nós finais de baixo custo, infraestrutura mínima e software de código aberto contribuem para que o LoRaWAN seja uma solução econômica.
A tecnologia LoRa oferece uma combinação única de qualidades que adicionam utilidade e valor a uma ampla gama de indústrias e setores. Desde agricultura e manufatura até monitoramento ambiental e logística, a combinação de redes seguras, escaláveis e de baixo custo proporciona comunicação bidirecional em muitos ambientes diferentes.
Agricultura inteligente: Obter dados de sensores utilizados no campo e animais permite que os agricultores ajam rapidamente para identificar e corrigir pragas e doenças.
Edifícios inteligentes: Medidores inteligentes dentro de edifícios ajudam os gerentes a otimizar a iluminação e o controle de temperatura, reduzindo o consumo de energia.
IoT industrial: O monitoramento de maquinários, alertas de segurança e rastreamento de ativos permitem que os operadores respondam mais rapidamente ou até mesmo antecipem um incidente.
Manufatura: Os fabricantes valorizam a tecnologia LoRa por sua capacidade de habilitar a manutenção preditiva em várias fábricas.
Logística: O LoRaWAN oferece o equilíbrio perfeito para a comunicação de numerosos sensores em locais como armazéns e pátios de equipamentos, sem problemas de interferência de radiofrequência.
Monitoramento ambiental: Combinado com comunicações via satélite, o LoRaWAN fornece monitoramento de sensores para tudo, desde detecção de fumaça em florestas remotas até temperaturas do oceano em boias.
Petróleo e gás: Para atender aos requisitos regulatórios, as empresas de petróleo e gás utilizam a tecnologia LoRaWAN para monitorar emissões das operações de poços.
Devido a seus requisitos de energia adaptativos, alcance e segurança, o LoRaWAN está entre os protocolos de rede de longo alcance e baixo consumo mais amplamente adotados. Por design, as redes LoRaWAN oferecem comunicação bidirecional em longas distâncias, ao mesmo tempo em que economizam energia, permitindo que os dispositivos finais sejam ativados apenas quando se comunicam com o gateway. De fato, em comparação com soluções celulares LTE, o LoRaWAN oferece o mesmo alcance ou maior a um custo menor. Como o software LoRaWAN adota licenciamento de código aberto, as organizações podem desenvolver suas próprias soluções LoRaWAN sem a necessidade de licença ou contar com um parceiro de confiança que pode construir sua rede sob medida.
Outros recursos importantes são:
Geolocalização: Sem a necessidade de GPS, o LoRaWAN fornece geolocalização precisa, mesmo em ambientes internos.
Atualizações over-the-air: Atualizações de firmware e aplicações podem ser realizadas à distância.
Roaming: O LoRaWAN permite a transferência contínua de uma rede para outra.
A largura de banda do LoRa alcança eficiência energética ao dividir os dados em “chirps” e transmitir as informações em diferentes taxas ou frequências. Essa modulação chamada Chirp Spread Spectrum aumenta a largura de banda do sinal transmitido, compensando a degradação da relação sinal-ruído e variando a taxa de dados para melhorar a cobertura e equilibrar o consumo de energia. Dessa forma, as transmissões se tornam resilientes à atenuação multipath sem aumentar a demanda de energia.
Os dispositivos LoRaWAN Classe A oferecem uma das melhores opções para LPWAN. A tecnologia mais comparável é o NB-IoT, que utiliza 4 vezes mais energia que o LoRaWAN para largura de banda e cobertura similares. O LoRaWAN reduz a necessidade de baterias grandes e sistemas de energia que aumentam os custos dos produtos.
O alcance continua sendo uma das características mais notáveis das redes LoRa. Em 2023, um barco pesqueiro português contatou um gateway nas Ilhas Canárias, a 830 milhas de distância, estabelecendo um novo recorde mundial de alcance. Embora seja uma conquista fenomenal, a maioria das instalações de redes LoRa comunica a distâncias de até dez milhas. O alcance depende de vários fatores, incluindo a localização do gateway (interno ou externo) e o tipo de antena utilizada. Em ambientes urbanos, utilizando um gateway externo, a cobertura pode ser limitada a cerca de duas milhas. Em áreas rurais, a cobertura pode se estender até dez milhas, dependendo de obstruções no ambiente, como edifícios.
As primeiras redes de comunicação sem fio para IoT costumavam depender de redes celulares no espectro licenciado, o que acarretava custos de licenciamento, alcance limitado e interferência de ruído. Com o LoRaWAN, os casos de uso de aplicações IoT dependem do espectro de frequência não licenciado. As ondas de rádio LoRa na faixa de 400 a 900 MHz suportam baixas taxas de dados entre 0,3 e 50 kB/s e conectam equipamentos distantes a até dez milhas para implantações de LoRaWAN de baixo custo.
Bandas de Frequência LoRa Não Licenciadas:
915 MHz para a América do Norte
868 MHz para a Europa
433 MHz para a Ásia
Baseados em chips da Semtech, os módulos LoRa incluem chips transceptores sem fio pequenos, integrados ou independentes, valorizados por seu baixo consumo de energia e alta sensibilidade. Na verdade, esses módulos contribuíram para o desenvolvimento do LoRa, pois podem suportar milhões de comunicações de dispositivos operados por bateria diretamente com um servidor por muitos anos, sem a necessidade de substituição de bateria.
Por exemplo, quando um dispositivo LoRa transmite dados, ele usa o módulo LoRa, que converte os dados para transmissão sem fio. Esses dados são então enviados para um gateway LoRaWAN. Quando um dispositivo precisa de dados, o gateway transmite para o módulo LoRa, que os traduz para o dispositivo final. Para aproveitar ainda mais os módulos LoRa, é necessário ter a pilha de software LoRaWAN instalada no módulo. Isso permite que os módulos se conectem a gateways LoRaWAN, servidores de rede e aplicações. Portanto, lembre-se: LoRa corresponde a comunicação ponto a ponto ou nó a nó; LoRaWAN otimiza as capacidades do LoRa para permitir que milhares de dispositivos se conectem a um único gateway.
Uma implantação de rede LoRaWAN utiliza uma topologia de estrela de estrelas, composta tipicamente por alguns elementos centrais. Dispositivos LoRaWAN, como alarmes de fumaça e hidrômetros, conectam-se a um gateway que gerencia a comunicação de numerosos dispositivos finais e encaminha os dados do mensageiro LoRaWAN para um servidor de rede. Os gateways se conectam ao servidor de rede usando um meio de comunicação, como celular, Wi-Fi ou Ethernet. O software LoRa gerencia a modulação e a demodulação no gateway e no dispositivo. O software LoRaWAN permite que muitos dispositivos se comuniquem com um único gateway e formem uma rede. Um servidor de aplicação processa de forma segura todos os dados das aplicações provenientes dos dispositivos, que podem então ser utilizados em aprendizado de máquina e inteligência artificial para auxiliar na manutenção preditiva e otimização de processos. Veja o diagrama da arquitetura em como LoRa e LoRaWAN funcionam no IoT.
As medidas de segurança do LoRa atendem a requisitos específicos de redes IoT por design. Para começar, cada dispositivo LoRaWAN inclui uma chave única do Padrão de Criptografia Avançada (AES) e um identificador globalmente único como parte do processo de autenticação do dispositivo. O protocolo LoRaWAN utiliza segurança em duas camadas que separa as camadas de aplicação e rede. A autenticação mútua dos dispositivos finais garante que apenas dispositivos autorizados possam ingressar na rede LoRaWAN. A transmissão de dados é protegida por mecanismos que impedem que dispositivos não autorizados alterem os dados.
As redes LoRaWAN utilizam criptografia de ponta a ponta para os dados de aplicação compartilhados entre dispositivos finais e servidores de aplicação. De fato, o LoRaWAN é uma das únicas redes IoT que utiliza esse tipo de criptografia. Em redes celulares tradicionais, os dados são criptografados através de uma interface sem fio, mas são transmitidos em texto simples na rede central. Como resultado, os usuários finais das redes celulares precisam implantar camadas adicionais de segurança por conta própria.
Somos referência em automação e controle industrial no Brasil. Atuamos como consultoria de engenharia, fabricantes de soluções próprias e distribuidores exclusivos Haiwell, oferecendo CLPs, IHMs e sistemas completos de automação. Unimos experiência, inovação e proximidade para elevar a eficiência, a segurança e a competitividade das indústrias em todo o país.
Unidade Porto Alegre/RS: Rua Cel. Dico de Barros, 67, Bairro Navegantes – CEP 90.240-090 – Porto Alegre – RS – Brasil
Unidade Campinas/SP: Av. Antônio Artioli, n ª 570, sala 204 – Edifício Locarno – Swiss Park, Campinas – SP, 13049-253
Horário:Segunda a Quinta das 08h às 18h Saiba o que é LoRaWAN
© Copyright 2025. DIVIA Marketing Digital. Todos os Direitos Reservados
Automação Industrial
