Tecnologia de rede LPWA

Redes de baixa potência e ampla área (LPWA) são a nova queridinha na comunidade sem fio. Mas o que exatamente LPWA é e o que não é pode ser confuso. Aqui, examinamos algumas das tecnologias e empresas que atuam neste espaço.

O principal motivador da tecnologia LPWA é o desejo de conectar sensores IOT à Internet sem o custo do celular (mas mantenha esse pensamento), o dreno de energia ou as complexidades de implantação do WiFi ou os limites de alcance do Bluetooth.

Apesar do que algumas pessoas pensam, as tecnologias LPWA não são verdadeiramente de “baixa potência” no sentido de que transmitem com mais eficiência do que outras. Na verdade, os transmissores LPWA consomem 10x ou mais da energia para transmitir do que o Bluetooth. O nome de baixo consumo de energia realmente vem da arquitetura do sistema que permite que os dispositivos durem 99% + do tempo. Quando as correntes inativas (suspensão) são apenas alguns microamperes, muitos anos de vida útil da bateria são possíveis.

A parte “Wide Area” do nome poderia ser descrita com mais precisão como “High Link Budget”. No entanto, "Baixa corrente ociosa, alto orçamento de link" simplesmente não tem o mesmo significado. A grande margem de link dos dispositivos LPWA é geralmente o resultado de melhorias na sensibilidade de recepção em ambas as extremidades do link. Este é um produto de taxas de dados muito baixas e melhorias de ganho de processamento criativo.

A inovação final nas tecnologias LPWA é o acesso múltiplo. Isso significa apenas que muitos dispositivos podem acessar o gateway simultaneamente. Cada tecnologia tem uma maneira ligeiramente diferente de fazer isso.

Portanto, para cada tecnologia, cobriremos

• Como a alta sensibilidade de recepção é alcançada?
• Qual é o esquema de acesso múltiplo?
• Quais são os pontos fortes?
• Quais são os pontos fracos?
• Qual é o modelo de negócios?

Por modelo de negócios, quero dizer como o fornecedor de cada tecnologia ganha dinheiro e como eles vão para o mercado. É importante entender isso, já que algumas empresas apenas fornecem redes, algumas vendem tecnologia e outras um pouco de ambos.

SIGFOX

Sigfox, na idade madura de cerca de 7 anos é o avô do espaço LPWA. Eles foram os pioneiros na criação do mercado. Eles são um provedor de rede (nos EUA) e um provedor de tecnologia para operadoras em outros mercados.

Já cobrimos muito sobre a tecnologia Sigfox no passado, mas como uma visão geral:

• Sigfox usa uma grande estação base com um canalizador FPGA para detectar transmissões DPSK de baixa taxa de bits em centenas de canais potenciais.
• Os nós finais transmitem cegamente a mesma mensagem 3 vezes, em 3 frequências diferentes para aumentar a chance de a mensagem ser recebida.
• O downlink é teoricamente possível, mas é muito limitado porque sempre que a estação base está transmitindo, ela está fora do ar e, portanto, aumenta o risco de perder tráfego.
• Esta tecnologia simples permite que vários transceptores de RF sejam usados, para que os clientes tenham várias fontes de suprimento.
• Os casos de uso devem estar entre os mais simples em IOT, uma vez que apenas 12 bytes de carga útil estão disponíveis por transmissão.
• Coisas como atualizações de firmware ou aplicativos de controle não são possíveis com o Sigfox.
• Por causa dos limites de tempo no ar da FCC (400 ms), Sigfox tem cerca de 9 dB pior Link Budget nos EUA, o que quando combinado com níveis mais altos de interferência na banda de 900 MHz, significa que o desempenho da rede em os EUA não são tão bons quanto a Europa para a Sigfox.

WAVIOT

• WAVIOT é uma empresa russa que usa tecnologia quase idêntica à Sigfox.
• Uma diferença é que eles não oferecem redes, apenas tecnologia.
• Ao contrário do Sigfox, qualquer pessoa pode comprar equipamento WAVIOT para construir uma solução.
• WAVIOT apresenta um sinal saltado que permite que seu orçamento de link exceda o de Sigfox para aplicativos baseados na FCC / EUA
• O equipamento da estação base WAVIOT é caro devido ao grande FPGA necessário para implementar todos os canais DPSK.

LoRaWAN

• Como o Link Labs, o LoRaWAN é baseado na tecnologia de camada física LoRa, no entanto, o protocolo Symphony Link do Link Labs é muito diferente e oferece muitos recursos avançados que o LoRaWAN não oferece.
• LoRa oferece sensibilidade de recepção muito melhor no nó final do que Sigfox e, portanto, o orçamento do link é mais equilibrado.
• Como o Sigfox, o LoRaWAN é um acesso assíncrono do estilo Aloha, portanto, as mesmas limitações do downlink se aplicam ao LoRaWAN, assim como ao Sigfox.
• Leia mais sobre as considerações para LoRaWAN aqui.
• O modelo de negócios do LoRaWAN é complicado porque o LoRa é vendido pela Semtech, mas o protocolo é desenvolvido pela LoRa Alliance, e um punhado de operadoras de rede também estão testando redes de operadoras baseadas no LoRa.
• Redes de operadoras e implantações privadas de LoRaWAN interferem umas nas outras.

LTE-M1

• Esta categoria de LTE permite dispositivos que são tão eficientes em termos de energia quanto LoRaWAN ou Sigfox, mas podem ter a sofisticação e a taxa de dados de LTE. Leia mais aqui sobre como o LTE-M1 melhora os perfis de energia em relação ao celular tradicional.
• Obviamente, se você usar LTE-M, terá que pagar a uma operadora de rede.
• Certificar dispositivos em redes de operadoras pode ser caro.
• As redes LTE-M1 não serão implantadas nos EUA até 2017.
• Os preços LTE-M serão competitivos com os oferecidos pela Sigfox (aposto).

NB-IOT

• NB-IOT (também conhecido como LTE-M2) é outra tecnologia 3GPP que foi finalizada recentemente.
• Embora não seja tecnicamente parte do protocolo LTE (como LTE-M1), pode ser implantado em blocos de recursos LTE mascarados ou em bandas de proteção.
• Ele foi projetado para caber em antigos blocos de espectro GSM de 200 kHz, e muitas operadoras na Europa e na Ásia provavelmente irão implantá-lo para dispositivos IOT.
• De certa forma, Sigfox criou o NB-IOT, mostrando às operadoras que há um bom negócio disponível para dispositivos IOT.
• NB-IOT está cerca de um ano atrás do LTE-M1, então as redes provavelmente não estarão prontas até o final de 2017 ou em 2018.
• As mesmas considerações sobre o pagamento a uma operadora de rede e a certificação do dispositivo se aplicam.

Ingenu

• Ingenu é um Onramp Wireless renomeado. Eles têm sua própria tecnologia DSSS de 2,4 GHz e implantam redes com ela.
• Tem ótimos orçamentos de link, mas o modem DSSS no endpoint consome bastante energia em comparação com o LoRa, por exemplo.
• Pense neles como LTE-M ou NB-IOT de certa forma, já que são “apenas” um provedor de rede IOT. A tecnologia não importa tanto quanto a rede.
• Eles estão implantados apenas em um punhado de cidades, até o momento.
• Será divertido ver se eles podem sobreviver em face de grandes lançamentos de LTE-M da ATT e Verizon.

Em conclusão, existem muitas opções diferentes de LPWA por aí. Se você deseja uma tecnologia pronta para uso, confira o Symphony Link. É a tecnologia LPWA mais avançada disponível, fora do LTE-M.

Para saber mais, baixe nosso white paper sobre tecnologias LPWA: