LoRa

LoRa - Tudo o que você precisa saber!

Hoje nós vamos se falar sobre a tecnologia LORA, um importante sistema de transmissão de dados de baixa frequência que revolucionou as comunicações no mundo moderno.

A principal característica desta forma de transmissão de dados é o seu longo alcance, que permite que a comunicação seja estabelecida entre diferentes dispositivos com até 3,6 km de distância sem barreiras.

O que é a tecnologia LoRa?

LoRa (Long Range) é uma tecnologia de comunicação de rede de área ampla de baixa potência (LPWAN) que se baseia em técnicas de modulação de espectro de propagação derivadas da tecnologia chirp spread spectrum (CSS).

É uma tecnologia muito usada em ambientes que precisam de conexão com a Internet em lugares amplos como empresas e indústrias, universidades e outros locais semelhantes.

Foi desenvolvida por Cycleo de Grenoble, França, e adquirido pela Semtech, o membro fundador da LoRa Alliance.

O LoRa é um padrão de comunicação sem fio de baixa potência 'Long Range' destinado a fornecer uma rede de comunicações com baixa taxa de dados no estilo celular (wi-fi e bluetooth).

Ela usa bandas de radiofrequência sub-gigahertz sem licença, como 433 MHz, 868 MHz (Europa), 915 MHz (Austrália e América do Norte) e 923 MHz (Ásia). O LoRa permite transmissões de longo alcance com baixo consumo de energia.

A tecnologia cobre a camada física, enquanto outras tecnologias e protocolos, como o LoRaWAN (Long Range Wide Area Network), cobrem as camadas superiores.

Em janeiro de 2018, novos chipsets LoRa foram anunciados, com menor consumo de energia, maior poder de transmissão e tamanho reduzido em comparação à geração mais antiga.

Destinado ao mercado M2M e IoT, o LoRa é ideal para fornecer conectividade intermitente de baixa taxa de dados em distâncias significativas.

A modulação LoRa e a interface de rádio foram projetadas e otimizadas para fornecer exatamente o tipo de comunicação necessária para os nós remotos de IoT e M2M.

Porque a tecnologia LoRa é ideal para fornecer conectividade intermitente de dados em distâncias significativas?

A tecnologia LoRa é ideal para fornecer conectividade intermitente de dados em distâncias significativas por causa de suas características de longo alcance e baixo consumo de energia. A comunicação LoRa é baseada em uma técnica de modulação de espectro espalhado que permite que o sinal de rádio seja transmitido em longas distâncias com muito pouca potência. Isso é possível porque a técnica de modulação espalha o sinal em uma ampla banda de frequência, tornando-o resistente a interferências e ruídos.

Além disso, a tecnologia LoRa permite a comunicação bidirecional, o que significa que os dispositivos finais podem enviar e receber dados dos gateways. Isso é essencial para aplicativos que exigem o envio de comandos para dispositivos remotos, como em sistemas de automação residencial e industrial.

Outra característica importante da tecnologia LoRa é sua capacidade de operar em frequências licenciadas e não licenciadas. Isso significa que os usuários podem implementar redes LoRa em qualquer lugar do mundo, sem a necessidade de adquirir licenças adicionais de frequência.

Todas essas características tornam a tecnologia LoRa ideal para aplicativos que exigem conectividade de longo alcance, baixo consumo de energia e comunicação intermitente de dados, como sistemas de monitoramento de sensores remotos, monitoramento ambiental, rastreamento de ativos e controle de iluminação pública, entre outros.

Quais as principais características dos dispositivos LoRa?

Os dispositivos LoRa possuem como principais caracterísicas recursos de localização geográfica usados para trilaterar posições de dispositivos por meio de carimbos de data/hora dos gateways. A LoRa e LoRaWAN permitem a conectividade de longo alcance para dispositivos da Internet das Coisas (IoT) em diferentes tipos de indústrias.

Os dispositivos LoRa apresentam as seguintes características:

1. - Longo alcance: a tecnologia LoRa permite uma comunicação de longa distância em áreas urbanas e rurais, com alcance de até vários quilômetros.

2. - Baixo consumo de energia: os dispositivos LoRa consomem pouca energia, o que os torna ideais para aplicações de bateria de longa duração.

3. - Baixa taxa de dados: a tecnologia LoRa é projetada para transmissão de dados em taxas baixas, normalmente abaixo de 50 kbps, o que é suficiente para muitas aplicações IoT.

4. - Comunicação bidirecional: os dispositivos LoRa permitem a comunicação bidirecional entre os dispositivos finais e os gateways, o que permite o controle remoto e a monitoração de dispositivos.

5. - Confiabilidade: a tecnologia LoRa é resistente a interferências eletromagnéticas e outros tipos de interferências, o que a torna confiável em ambientes com muitos dispositivos sem fio.

6. - Baixo custo: os dispositivos LoRa são relativamente baratos em comparação com outras tecnologias de rede sem fio, o que torna a tecnologia acessível para uma ampla gama de aplicações IoT.

Como funciona a tecnologia LoRa

O LoRa já está implantado em milhões de sensores, de acordo com a Lora Alliance. Alguns dos principais componentes que servem como base para a especificação são serviços bidirecionais de comunicação, mobilidade e localização.

Uma área em que o LoRa difere de outras especificações de rede é que ele usa uma arquitetura em estrela, com um nó central ao qual todos os outros nós estão conectados e os gateways servem como ponte para retransmitir mensagens entre os dispositivos finais e um servidor de rede central no back-end.

Os gateways são conectados ao servidor de rede por meio de conexões IP padrão, enquanto os dispositivos finais usam comunicação sem fio para um ou mais gateways.

A comunicação de ponto final ll é bi-direcional, e suporta multicast, permitindo atualizações de software over the air. De acordo com a Lora Alliance, a organização sem fins lucrativos que criou as especificações LoRaWAN, isso ajuda a preservar a vida útil da bateria e a alcançar conexões de longo alcance.

O LoRa também se baseia na modulação do espectro de chir spread, que a Aliança alega manter características de baixa potência e aumentar significativamente o alcance da comunicação.

Quais as principais aplicações do chip spread Lora nas últimas décadas?

O espectro de propagação Chip tem sido usado na comunicação militar e espacial há décadas, mas o LoRa é a primeira implementação de baixo custo para uso comercial.

O chip spread LoRa é uma tecnologia relativamente nova, tendo sido desenvolvido no início dos anos 2010. Desde então, ele tem sido amplamente utilizado em diversas aplicações que exigem comunicação sem fio de longo alcance e baixo consumo de energia. Algumas das principais aplicações do chip spread LoRa nas últimas décadas incluem:

1. - Internet das Coisas (IoT): A tecnologia LoRa é especialmente adequada para aplicações de IoT, onde muitos dispositivos precisam se comunicar com uma rede central de forma eficiente e confiável.

2. - Monitoramento remoto: LoRa é frequentemente utilizado em aplicações que exigem monitoramento remoto, como medidores de energia e sensores de temperatura, umidade e pressão.

3. - Agricultura inteligente: A tecnologia LoRa é usada para monitorar e controlar remotamente sistemas de irrigação e fertilização em fazendas.

4. - Cidades inteligentes: LoRa é utilizado em aplicações de cidades inteligentes, como monitoramento de tráfego, iluminação pública inteligente e gerenciamento de resíduos.

5. - Sistemas de segurança: LoRa é utilizado em aplicações de segurança, como sistemas de alarme residenciais e empresariais.

Essas são apenas algumas das principais aplicações do chip spread LoRa nas últimas décadas, mas a tecnologia tem sido usada em uma ampla variedade de setores e em muitas outras aplicações.

Como é a comunicação entre os dispositivos finais e os gateways da LoRa?

A comunicação entre dispositivos finais (também chamados de dispositivos de nó) e gateways na rede LoRa ocorre em duas etapas principais: uplink (dispositivo final para gateway) e downlink (gateway para dispositivo final).

No uplink, o dispositivo final transmite pacotes de dados para o gateway por meio de sinais de rádio em uma frequência específica da banda ISM. O gateway recebe esses sinais e converte os dados em pacotes de dados IP que são transmitidos para a nuvem ou para uma rede local.

No downlink, o gateway recebe os pacotes de dados IP e os converte em sinais de rádio que são transmitidos para o dispositivo final. Esse processo pode ser acionado por solicitação do dispositivo final ou pelo gateway, para enviar dados ou comandos para o dispositivo final.

Em resumo, a comunicação na rede LoRa é baseada em comunicação sem fio de longo alcance e baixo consumo de energia, permitindo a comunicação de dispositivos finais com gateways a quilômetros de distância em ambientes urbanos ou rurais, com alta capacidade de penetração em obstáculos físicos.

Tipos de Módulos LoRa

Até agora, os dispositivos conectados rodam principalmente nas mesmas redes e protocolos que suportam a Internet e as comunicações móveis - celular, WiFi, Bluetooth etc.

Um dos principais tipos de módulos Lora é o módulo sem fio de rede de área ampla de baixa potência (LPWAN). Esse é um módulo pequeno e econômico, mas que é capaz de suportar uma ampla gama de sensores, em um protocolo sem fio de longo alcance.

Mas, há vários módulos LoRa RF no mercado. Em particular, a família SX127x de transceptores de RF para os mercados IoT/M2M estão entre os mais usados. Esses módulos de RF operavam entre 860-1000 MHz e 137-960MHz. A Semtech também oferece dispositivos de avaliação e teste na faixa de 860MHz.

E recentemente também foram introduzidas no mercado várias placas de interrupção e placas de desenvolvimento baseadas nos módulos Semtech RFM69 e RFM95 para uma faixa de frequências como 433, 868 e 960 MHz.

Existem vários tipos de módulos LoRa disponíveis no mercado, cada um com suas próprias características e recursos. Aqui estão alguns dos tipos mais comuns:

1. - Módulos LoRa Transceptor: Este tipo de módulo é projetado para comunicação ponto a ponto e é usado para enviar e receber dados em longas distâncias.

2. - Módulos LoRaWAN: Esses módulos são usados para criar redes de área ampla de baixa potência (LPWAN) e são compatíveis com a especificação LoRaWAN, que é uma camada de rede padrão que permite a comunicação entre dispositivos LoRa em uma rede.

3. - Módulos LoRa Mesh: Esses módulos são projetados para redes de malha LoRa, que permitem que os dispositivos se comuniquem uns com os outros em uma rede auto-organizada.

4. - Módulos LoRa GPS: Esses módulos incluem um receptor GPS integrado que permite que os dispositivos LoRa enviem e recebam dados baseados em localização, como em aplicações de rastreamento de ativos.

5. - Módulos LoRa de longo alcance: Esses módulos usam técnicas avançadas de modulação de sinal para aumentar o alcance da comunicação LoRa, permitindo que dispositivos transmitam dados a longas distâncias com baixo consumo de energia.

Cada tipo de módulo LoRa tem seus próprios recursos e usos específicos, e a escolha do módulo correto dependerá das necessidades e requisitos do projeto.

Quais são as vantagens dos módulos de Tecnologia LoRa para a duração da bateria dos dispositivos como smartphones e outros?

As vantagens da tecnologia LoRa para é justamente a economia de energia que é capaz de gerar, ela possui um algoritmo de taxa de dados adaptável para ajudar a maximizar a vida útil da bateria e a capacidade da rede dos nós, permitindo maior tempo de funcionamento.

Os módulos de tecnologia LoRa possuem vantagens significativas em relação à duração da bateria em dispositivos como smartphones e outros. Isso ocorre porque os dispositivos LoRa podem enviar e receber dados usando menos energia em comparação com outros protocolos de comunicação sem fio, como Wi-Fi ou Bluetooth.

O principal motivo é que a tecnologia LoRa utiliza modulação de espalhamento espectral, que permite uma melhor eficiência energética na transmissão de dados. Além disso, a longa distância alcançada pelo LoRa significa que o dispositivo pode enviar dados a uma distância maior sem a necessidade de aumentar a potência do sinal, o que é muito vantajoso para a economia de energia.

Essa eficiência energética significa que dispositivos alimentados por bateria, como sensores IoT (Internet das Coisas), podem ser projetados para durar anos sem a necessidade de troca de bateria, o que reduz o custo de manutenção e aumenta a praticidade de uso.

Por que os módulos LoRa são seguros?

Os módulos LoRa são considerados seguros principalmente por causa do seu método de modulação de sinal, que utiliza a técnica de espalhamento espectral, ou spread spectrum, em inglês. Esse método consiste em espalhar o sinal de transmissão em um grande espectro de frequências, tornando-o mais resistente a interferências e dificultando a interceptação por terceiros.

Além disso, os módulos LoRa possuem recursos de criptografia e autenticação, que garantem a integridade dos dados transmitidos e a autenticidade dos dispositivos conectados. Essas medidas de segurança são essenciais em aplicações que envolvem transmissão de dados sensíveis, como em sistemas de segurança e monitoramento, por exemplo.