IoT e LPWA:Parceiros perfeitos em um mundo conectado

Vinte anos atrás Fui abordado por uma empresa de máquinas de venda automática que queria monitorar e registrar remotamente a temperatura de seus compartimentos de máquina de venda automática com o décimo de grau mais próximo. Eu entendo que ninguém quer um refrigerante quente, mas os dados que a empresa queria registrar eram mais granulares do que o necessário para resolver o problema. A máquina de venda automática só precisava comunicar se estava acima ou abaixo da temperatura de serviço recomendada de 38 ℉; medir até o décimo de grau mais próximo era um exagero. Codificamos os dados da máquina de venda automática em um tamanho muito menor, o que economizou dinheiro da empresa da máquina de venda automática em taxas de dados, ao mesmo tempo que fornecíamos ao cliente um refrigerante gelado.

Compartilho esta história para destacar uma questão que os tomadores de decisão da Internet das Coisas (IoT) industrial, cívica e comercial deveriam se perguntar:vale a pena pagar para coletar e transmitir dados mais detalhados do que você precisa? Se a resposta for “não”, você deve considerar o uso de uma rede de área ampla de baixa potência (LPWA).

Mais dados, mais problemas

A lacuna entre as necessidades de dados do consumidor e as necessidades de dados de programas industriais e cívicos de IoT é maior do que nunca. As redes celulares são o padrão atual de fato para IoT, mas são desenvolvidas para as necessidades dos usuários de smartphones:conexões mais rápidas e mais dados. Os consumidores pagam um preço alto para enviar e receber rapidamente grandes quantidades de dados, não apenas para o plano de dados, mas também para o hardware e as baterias necessárias para acompanhar as capacidades em constante evolução do celular. Embora a ideia de pegar carona em um sistema desenvolvido para smartphones pareça atraente, o preço para acompanhar a evolução do celular não faz sentido para a IoT industrial e cívica.

O primeiro problema com o uso de redes celulares para aplicações IoT industriais ou cívicas é a longevidade. Para acompanhar a evolução de longo prazo (LTE) das redes celulares, as organizações precisam atualizar continuamente seus equipamentos, da mesma forma que os usuários de smartphones precisam comprar um novo telefone a cada três ou quatro anos. Para cidades ou organizações com centenas, milhares ou até milhões de dispositivos conectados, a atualização a cada três a quatro anos não é apenas cara, mas também seria um pesadelo logístico.

O segundo problema que as redes celulares apresentam às organizações industriais e cívicas são os requisitos de alta potência das redes celulares. Mesmo os melhores smartphones do mercado precisam ser recarregados após um dia de uso regular. A principal razão para a baixa duração da bateria dos smartphones é a quantidade de energia necessária para enviar grandes quantidades de dados por meio de uma rede celular. Felizmente para os consumidores, eles podem simplesmente recarregar seus telefones, mas a maioria das máquinas usadas em aplicações IoT industriais ou cívicas precisam de uma bateria que pode durar muito tempo sozinha.

Para muitas aplicações IoT industriais e cívicas, os recursos de dados do celular são exagerados. Ao criar uma rede separada para transmitir pequenas quantidades de dados, o LPWA resolve muitos dos problemas de longevidade e energia apresentados pelas redes celulares.

Dados reduzidos por um custo reduzido

Vamos falar sobre o maior motivador para a adoção da rede LPWA por indústrias e cidades:custo reduzido. Ao criar uma rede separada para transmitir pequenas quantidades de dados, o LPWA resolve muitos dos problemas de longevidade e energia apresentados pelas redes celulares. Ao contrário das redes LTE de celular, as redes LPWA não precisam evoluir para atender às necessidades crescentes de dados, portanto, sensores e rádios projetados para uso LPWA não ficarão desatualizados. As baterias dos rádios e sensores conectados ao LPWA também duram muito mais do que as baterias usadas em redes celulares, em alguns casos até quinze anos. A maior longevidade e vida útil da bateria dos dispositivos LPWA reduzem significativamente os custos de mão de obra associados à troca de hardware e baterias em centenas, milhares ou até milhões de dispositivos remotos.

O aumento da vida útil da bateria das redes LPWA tem um pequeno custo:velocidades de transmissão mais lentas. Mas a latência associada às redes LPWA é de apenas alguns segundos até alguns minutos, dependendo do protocolo e do tamanho dos dados sendo transmitidos. Portanto, embora as redes LPWA sejam excelentes em aplicativos que não são críticos em termos de tempo, como monitoramento de vazamentos de água em fazendas ou padrões de tráfego em cidades, elas podem não ser ideais para aplicativos em que os dados podem significar vida ou morte, como um monitor cardíaco.

Assim como diminuir o tempo de transmissão economiza bateria, o mesmo ocorre com o envio de menos dados. As redes LPWA são projetadas para transmitir informações simples que podem caber em alguns bytes de dados. Isso é ideal para comunicação M2M em indústrias e cidades onde os dados sendo transmitidos são uma condição operacional simples (como o exemplo da máquina de venda automática) ou métricas básicas como temperatura, teor de umidade, volume, etc.

Uma das poucas tecnologias sem fio para superar o preço do LPWA é o Bluetooth, mas o alcance do Bluetooth é inferior ao desejável para operações de IoT em grande escala. Enquanto uma rede LPWA pode transmitir em qualquer lugar até 5 milhas em grandes espaços abertos, o Bluetooth tem um alcance máximo de cerca de 100 metros. O alcance do Bluetooth é inadequado para a maioria das infraestruturas de IoT cívicas e industriais de grande escala que se estendem por cidades, campos ou fábricas.

Abaixo do orçamento e à frente da curva

Qualquer setor ou cidade precisará estar atento ao orçamento ao instituir uma rede IoT. Já discutimos o aumento da vida útil da bateria e longevidade do LPWA, mas existem outros benefícios de economia de custos a serem considerados. Os custos de rádio são muito mais baixos para redes LPWA do que para redes celulares. Os rádios e modems LPWA custam menos de US $ 5, enquanto os rádios e modems celulares podem variar de US $ 15 a US $ 25. Uma economia de US $ 10 a US $ 20 por módulo é significativa o suficiente para atrair operações industriais e cívicas em grande escala para a dobra da IoT.

As tecnologias e protocolos LPWA atendem às necessidades das indústrias e cidades, estejam elas começando do zero com sua infraestrutura de IoT ou já tenham algum monitoramento em vigor. Indústrias e cidades começando do zero podem achar benéfico o código-fonte aberto de um sistema LoRa Alliance. Mas uma cidade que já possui sensores configurados em uma rede celular e deseja fazer a transição para uma rede LPWA pode considerar uma empresa que desenvolveu a infraestrutura LPWA para interagir com os sensores IoT e equipamentos que você já possui; você apenas paga uma taxa de licenciamento para executar seu protocolo.

A ampla cobertura de área será um requisito necessário para cidades e setores que implantam uma infraestrutura de IoT. E embora LPWA seja apenas um tipo de rede IoT, a Machina Research estima que haverá mais de três bilhões de conexões LPWA até 2023. Se esta estimativa estiver correta, LPWAs serão coletivamente a forma dominante de área ampla máquina a máquina (M2M) tecnologia de conectividade.

É seguro dizer que as indústrias e cidades que adotam IoT e LPWA juntas em sua jornada de produtos não conectados a serviços conectados vão encontrar essas duas tecnologias exclusivamente adequadas uma para a outra.