Aproveitando LoRa para Medição Inteligente Remota e Segura

Explorando LoRa para Medição Inteligente de Longo Alcance e Baixa Potência de Utilidades

A proliferação de dispositivos conectados está remodelando a paisagem de medição inteligente. Cidades e empresas estão agora recorrendo a soluções baseadas em LoRa para monitorar e controlar utilidades mais eficientemente.

Segundo IHS Markit, mais de 700 milhões de medidores inteligentes foram instalados mundialmente em 2018, e a firma projeta que até 2025, um terço de todos os medidores será substituído por tecnologia inteligente.

Leitura tradicional de medidores dependia de técnicos dirigindo bairros para capturar dados via dispositivos wireless de curto alcance. Essa abordagem funcionava em ambientes rurais ou suburbanos mas lutava em áreas urbanas densas, ambientes internos e subterrâneos.

A habilidade do LoRa de penetrar paredes grossas e alcançar instalações subterrâneas o tornou a escolha preferida para muitos operadores de utilidades. As seções a seguir detalham como dispositivos LoRa podem ser implantados para medição inteligente e mostram aplicações reais.

Implantação Típica LoRa

Uma implantação LoRa padrão (veja Figura 1) consiste em quatro componentes principais, todos governados pelo protocolo LoRaWAN — um padrão global aberto que garante interoperabilidade através de redes regionais, nacionais e internacionais.

Figura 1. Breakdown de rede LoRa

A arquitetura começa com sensores end-node que transmitem dados usando LoRaWAN para um gateway LPWAN — um hub que agrega sinais de múltiplos dispositivos de medição inteligente. O gateway encaminha dados para um network server, que os roteia para um application server ou plataforma cloud IoT para processamento. Finalmente, a informação processada chega ao usuário final via computador ou dispositivo móvel.

Segurança para Monitoramento Wireless de Utilidades

Transmissão wireless de dados de medidor demanda medidas robustas de privacidade e segurança. A autenticação baseline do LoRaWAN baseia-se em criptografia AES-128, conforme definido por IEEE 802.15.4/2006 Anexo B. Chaves separadas protegem dados do usuário e garantem integridade da rede.

Dispositivos IoT conectam a uma rede LoRaWAN de duas formas. Activation by Personalization (ABP) embute a network session key, application session key, um endereço de dispositivo único de 32 bits e um network ID de 24 bits diretamente no firmware do dispositivo. O network ID de 24 bits identifica a rede LoRaWAN específica para a qual o dispositivo é destinado.

Figura 2. Formatos de mensagens join request e join accept.

O método mais comum, Over-The-Air Activation (OTAA), tem o dispositivo enviar join request para o network server. O request é encaminhado para um join server, que responde com join accept. O comando MAC inclui um AppEUI único que identifica o application server alvo.

Gestão Inteligente de Água

Empresas estão cada vez mais adotando práticas sustentáveis, e conservação de água é componente crítico. A Apana, baseada em Washington, oferece um "sistema de segurança para consumo de água", fornecendo insights que ajudam organizações a reduzir sua pegada hídrica identificando drift de processo, falhas mecânicas e vazamentos ocultos.

Figura 3. Snapshot das conquistas da Apana.

Costco Wholesale implementou a solução da Apana e rapidamente identificou padrões de uso de água e causas de picos anormais — frequentemente ligados a operações ineficientes ou equipamento defeituoso. Como resultado, Costco cortou consumo de água em 20%, traduzindo em aproximadamente 22% de economia na conta de água.

Caminho da França para Três Milhões de Dispositivos Conectados

Birdz, subsidiária da Nova Veolia e líder global em otimização de recursos, implantou sistema de gestão de água baseado em LoRa em Lyon, França, em 2015. A cidade agora opera mais de 400.000 sensores LoRa.

Desde o rollout, Lyon reparou mais de 1.200 vazamentos e alcançou aumento de 8% em eficiência de rede hídrica, economizando cerca de um milhão de metros cúbicos de água anualmente.

Figura 4. Abordagem de infraestrutura para utilidades inteligentes.

Birdz planeja expandir pela França, adicionando três milhões de sensores inteligentes adicionais. A meta de longo prazo é permitir leitura remota para mais de 70% dos medidores de água dentro da próxima década.

Sensores Baseados em LoRa Oferecem Escalabilidade

A escalabilidade e interoperabilidade de sensores LoRa são drivers essenciais da transição de práticas legadas para gestão inteligente, data-driven de utilidades na era conectada.

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