Uma visão geral do engenheiro da arquitetura de rede M2M

A comunicação máquina a máquina (M2M) permite que as máquinas e dispositivos transmitam pequenas quantidades de informações para outras máquinas. Isso inclui a comunicação de e para detectores de fumaça, fechaduras, alarmes, medidores de água, sensores agrícolas, edifícios inteligentes, iluminação inteligente, sensores ambientais e muito mais.

Cada aplicativo IoT tem um conjunto diferente de restrições em termos de alcance sem fio e consumo de energia que precisa atingir. Portanto, a arquitetura de rede M2M é sobre a utilização adequada de recursos de rádio. Cada rede listada abaixo utiliza um método diferente para lidar com esses recursos. Celular, por exemplo, é o único tipo de rede M2M onipresente que usa seu próprio espaço de frequência licenciado. O resto normalmente coexiste usando frequências gratuitas e não licenciadas. Devido a restrições regulatórias, as empresas não têm permissão para projetar suas redes para obter uma vantagem injusta sobre outras redes, portanto, a questão para essas empresas ao criar uma arquitetura de rede é como utilizar o espectro não licenciado de forma eficiente.

Abaixo, vamos percorrer os benefícios e as considerações de sete das principais arquiteturas de rede M2M.

1. Celular

O celular dominou o espaço M2M por muito tempo. O principal benefício do celular é a cobertura onipresente, mas as principais desvantagens do celular são a curta duração da bateria, terminais de alto custo e altas taxas recorrentes. Qualquer aplicativo alimentado por bateria terá dificuldade em usar um modem celular. As redes celulares também mudam constantemente. Por exemplo, quando o M2M começou, a maior parte do mundo celular estava usando tecnologia baseada em GSM (que agora está sendo descontinuada). A maior parte do GSM foi substituída por 3G e LTE, e há rumores de que essas tecnologias para aplicativos M2M serão eventualmente eliminadas e substituídas por LTE-M. Portanto, as empresas que implantaram modems celulares devem estar cientes de que seu hardware pode não ter suporte nos próximos anos.

2. WiFi

O WiFi se tornou a opção M2M mais comum nos últimos cinco anos. Isso se deve em parte aos fabricantes de chips WiFi - como a GainSpan - que agora buscam o espaço criando conjuntos de chips de menor custo e menor consumo de energia com uma interface muito simples. Com esses novos chips, você não precisa de um computador e um driver WiFi; você pode usar um receptor / transceptor assíncrono universal (UART). Mas enquanto a cobertura celular é onipresente, a cobertura WiFi não é, o que é uma das principais quedas do WiFi no mercado de M2M. Por exemplo, se você estiver construindo uma fechadura com cartão-chave para cada apartamento em um arranha-céu em Nova York e usando WiFi, o provisionamento será um pesadelo.

3. Bluetooth de baixa energia (LE)

Outra opção que se tornou disponível nos últimos quatro anos é o Bluetooth Low Energy (LE), também chamado de Bluetooth 4.0 ou Bluetooth Smart. O Bluetooth LE usa consideravelmente menos energia do que o Bluetooth tradicional, mas, como seu predecessor, os usuários são bastante limitados pelo alcance e pelo tamanho dos pacotes. Bluetooth LE destina-se a transmitir apenas pequenos bits de informação online por meio de um telefone ou computador. Isso torna o Bluetooth LE ideal para aplicações como monitores de frequência cardíaca ou rastreadores de fitness, mas não é ideal para nada que precise de um consumo de energia mais forte ou de maior alcance.

4. ZigBee

ZigBee é um protocolo de rede mesh que está tentando resolver o problema de alcance. Embora ofereça um alcance consideravelmente melhor do que algo como o Bluetooth LE, existem restrições de alcance e quedas que vêm com a rede mesh. Por exemplo, alguns dos nós em uma rede em malha existem apenas para transmitir informações, o que causa um consumo de energia constante (e um tanto desnecessário). Isso torna o ZigBee um péssimo candidato para dispositivos alimentados por bateria - mas bom para algo como monitoramento da rede elétrica, que tem uma fonte de energia ilimitada. Resumindo, o ZigBee continua a ser adotado por alguns nichos de mercado, mas não atenderá às necessidades de todos no espaço M2M.

Veja também: O ZigBee vs. Batalha WiFi para comunicação M2M

5. SIGFOX

O espaço de rede remota de baixa potência (LPWAN) tornou-se recentemente mais saturado - e agora o líder do grupo é SIGFOX. Esta rede M2M envia rajadas pequenas e lentas de dados, o que a torna ideal para coisas como sistemas de alarme ou medidores simples. Devido ao seu orçamento de link assimétrico, a rede permite apenas r bidirecionalidade limitada, portanto, não é capaz de enviar dados de volta do gateway para os nós nas periferias da rede. (Este é um problema que outros jogadores do LPWAN estão procurando resolver.)

6. LoRaWAN

LoRaWAN é o protocolo M2M criado pela LoRa Alliance para criar um ecossistema de aplicativos M2M, todos usando a camada física LoRa. Como SIGFOX, LoRaWAN é uma rede focada em uplink e, portanto, funciona bem para dispositivos baseados em sensores. Isso se deve parcialmente às regulamentações na Europa, que mantêm todos os dispositivos (incluindo o gateway) em um ciclo de trabalho de 1%. Por causa das diferenças regulatórias aqui nos EUA, um grande segmento do mercado pode ser abordado com o projeto de um protocolo que permite mais aplicativos baseados em "comando e controle". E é aí que nós da Link Labs tentamos colocar nosso foco.

7. Symphony Link

Symphony Link é a rede IoT que nós da Link Labs desenvolvemos em um esforço para resolver alguns dos desafios apresentados por outras arquiteturas M2M. Por exemplo, um único gateway Symphony pode ser usado para se comunicar com 10.000 nós e, assim, cobrir um edifício inteiro. O Symphony também visa a vida útil da bateria; um nó em nossa rede que envia uma mensagem a cada 10 minutos pode durar de oito a 10 anos, dependendo da aplicação.

Conclusão

Como você pode ver, existem muitas redes IoT disponíveis. Cada um deles está tentando uma abordagem única para resolver um problema de engenharia padrão:como compensar custo, desempenho e complexidade. Todo engenheiro sabe que você não pode ter o melhor de todas essas coisas, mas você pode criar uma rede que atenderá a aplicativos específicos. Estamos ansiosos para ver como essas arquiteturas de rede irão melhorar, evoluir e crescer nos próximos anos.