Redes de Baixa Potência e Longo Alcance (LPWA): Visão Geral Abrangente

Redes de Baixa Potência e Longo Alcance (LPWA) emergiram como solução líder para conectar dispositivos IoT. No entanto, a terminologia pode ser confusa. Este artigo revisa tecnologias LPWA chave e as empresas por trás delas.

LPWA visa ligar sensores IoT à internet evitando custos celulares, consumo de potência Wi‑Fi e alcance limitado do Bluetooth.

Embora dispositivos LPWA consumam mais potência durante transmissão que Bluetooth — frequentemente dez vezes mais — 'baixa potência' refere-se à sua arquitetura, que permite ficar asleep mais de 99% do tempo. Com correntes de idle medidas em microamps, muitos sistemas podem rodar por anos em uma única bateria.

'Longa Distância' denota mais precisamente alto link budget. Alcance impressionante do LPWA resulta de sensibilidade de recepção aprimorada em ambas pontas, habilitada por taxas de dados muito baixas e técnicas sofisticadas de processing gain.

Esquemas de múltiplo acesso permitem numerosos dispositivos compartilharem mesmo gateway simultaneamente, embora cada tecnologia LPWA empregue abordagem distinta.

Examinamos cada tecnologia em termos de:

• Como alta sensibilidade de recepção é alcançada.
• O esquema de múltiplo acesso.
• Pontos fortes-chave.
• Pontos fracos-chave.
• O modelo de negócio.

Entender o modelo de negócio é crucial — algumas empresas fornecem redes, outras vendem tecnologia, e algumas fazem ambas.

Sigfox

Sigfox, agora quase uma década, pioneirou mercado LPWA. Nos EUA opera como provedora de rede, enquanto em outras regiões fornece tecnologia a operadoras.

• Suas estações base usam channelizer baseado em FPGA para detectar transmissões DPSK de baixa taxa de bits através de centenas de canais potenciais.
• Nós finais repetem mesma mensagem de 12 bytes três vezes em três frequências distintas, aumentando probabilidade de recepção bem-sucedida.
• Downlink é teoricamente possível, mas limitado porque estação base deve estar off-air enquanto transmite, aumentando chance de tráfego perdido.
• Simplicidade do protocolo permite variedade de transceptores RF, dando clientes múltiplas opções de fornecimento.
• Casos de uso restritos a payloads IoT muito simples, já que cada transmissão carrega apenas 12 bytes.
• Atualizações de firmware ou aplicações de controle não são viáveis sobre Sigfox.
• Nos EUA, limites FCC de time-on-air (400 ms) reduzem link budget do Sigfox em aproximadamente 9 dB comparado à Europa, e interferência maior na banda de 900 MHz degrada performance adicional.

WAVIOT

• WAVIOT, empresa russa, oferece tecnologia virtualmente idêntica à Sigfox mas não fornece serviços de rede.
• Diferente da Sigfox, qualquer cliente pode comprar hardware WAVIOT para construir solução privada.
• Tecnologia usa sinal hopped que lhe dá link budget maior que Sigfox para aplicações FCC-compliant nos EUA.
• Equipamento de base station é caro porque requer grande FPGA para implementar todos canais DPSK.

LoRaWAN

• LoRaWAN constrói sobre camada física LoRa, enquanto competidores como Symphony Link da Link Labs implementam protocolo diferente com features avançadas.
• LoRa oferece sensibilidade de recepção superior no end node, resultando em link budget mais balanceado comparado à Sigfox.
• Como Sigfox, LoRaWAN emprega esquema de acesso assíncrono estilo Aloha, que impõe restrições de downlink similares.
• Para insight mais profundo, leia nosso guia de considerações LoRaWAN.
• Modelo de negócio é complexo: Semtech vende LoRa PHY, LoRa Alliance desenvolve protocolo, e várias operadoras testam redes carrier-grade.
• Implantações carrier e privadas LoRaWAN podem interferir umas com as outras.

LTE‑M1

• LTE‑M entrega eficiência de potência de LoRaWAN ou Sigfox enquanto oferece taxas de dados e feature sets LTE-grade. Saiba como LTE‑M melhora perfis de potência em nosso guia de potência LTE‑M.
• Usar LTE‑M requer assinatura a operadora celular.
• Certificação de dispositivo em redes de operadoras pode ser cara.
• Redes LTE‑M1 planejadas para rollout nos EUA em 2017.
• Preço esperado competitivo com Sigfox.

NB‑IoT

• NB‑IoT (também conhecido como LTE‑M2) é tecnologia 3GPP finalizada recentemente, distinta de LTE‑M1 mas implantável dentro de espectro LTE ou em guard bands.
• Foi desenhada para caber em blocos GSM legados de 200 kHz, e muitas operadoras europeias e asiáticas planejam implantá-la para IoT.
• Prova de mercado da Sigfox ajudou operadoras a ver potencial de negócio para NB‑IoT.
• NB‑IoT fica atrás de LTE‑M1 por cerca de um ano; redes esperadas para aparecer late 2017 ou 2018.
• Como LTE‑M1, usar NB‑IoT requer pagar operadora e obter certificação de dispositivo.

Ingenu

• Ingenu, antigamente Onramp Wireless, opera sua própria rede DSSS 2.4 GHz.
• Seu link budget é forte, mas modem de endpoint DSSS consome mais potência que soluções baseadas em LoRa.
• Foco da Ingenu é ser provedora de rede IoT em vez de vendor de tecnologia pura, similar a LTE‑M ou NB‑IoT.
• Sua rede está implantada em apenas algumas cidades até agora.
• Será interessante ver como Ingenu se sai contra grandes rollouts LTE‑M de operadoras como AT&T e Verizon.

Em resumo, cenário LPWA oferece gama de opções. Para tecnologia off-the-shelf, considere Symphony Link, que permanece a solução LPWA mais avançada fora de LTE‑M.

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