Tecnologia Lora: Uma breve explicação e teste prático. Conheça essa nova rede!

Recentemente, fiz um vídeo mostrando a performance de um sistema usando a tecnologia LoRa como base de comunicação e muitas pessoas me perguntaram se eu podia falar um pouco mais sobre isso. Indo direto ao ponto, a tecnologia LoRa nada mais é que uma nova forma de comunicação sem fio que está sendo usada em projetos para a internet das coisas e faz parte de um padrão de rede chamado LPWAN ou Low Power Wide Area Network. As redes na categoria do LPWAN devem permitir comunicações a longa distância e com baixo consumo de energia. Isso porque dispositivos do universo da internet das coisas, normalmente serão alimentados por baterias.
O nome LoRa é a abreviação para Long Range (que significa longo alcance em inglês). Tipicamente, módulos LoRa obtêm alcances da ordem de 3 a 4 km, em áreas urbanas, e até 15 km, em áreas rurais – isso usando uma potência muito baixa, da ordem de 20dbm ou 100mW. Para se ter uma ideia, um radio LoRa configurado em potência máxima tem picos de 0,12A contra 2A de um modem que usa tecnologia GSM. Além disso, por possuir uma especificação de camada lógica mais simples, a tecnologia LoRa se torna ideal para o universo do IoT (sigla em inglês para internet das coisas).
Da mesma forma que existe o wifi, bluetooth, zigbee e etc., LoRa é o nome comercial criado pela LoRa Alliance™ para essa nova tecnologia que, do ponto de vista técnico, usa uma modulação complexa chamada de chirp spread spectrum (CSS). Na prática, essa modulação – uma técnica de aumento ou diminuição de frequência ao longo do tempo – é extremamente robusta à interferência e permitem a recuperação do sinal com muito mais eficiência que outros métodos. Para se ter uma ideia é possível recuperar um sinal 20dB abaixo do nível do ruído. Daí o segredo das comunicações LoRa irem tão longe com baixas potências. É como se tivesse uma pessoa falando na multidão com nível de voz 100 vezes mais baixo que o barulho ambiente (ruído) e mesmo assim você ainda conseguisse entende-la. É realmente surpreendente.

Rede LoRa

Uma rede LoRa utiliza uma topologia em estrela, ou seja, cada dispositivo da rede é conectado a um ponto central de acesso. E na arquitetura de uma rede LoRa temos alguns elementos básicos que você precisa conhecer:

1 – Módulos ou end-points ou ainda end-nodes: são os dispositivos que estão conectados na rede através dos módulos LoRa, ou seja, são os sensores de temperatura, fumaça e etc. e qualquer device que gere alguma informação que você quer transmitir pela rede.
2 – Gateways: são os concentradores responsáveis por receber os sinais enviados pelos end-points e encaminhá-los para a internet. Um único gateway é capaz, em teoria, de receber dados de milhares de dispositivos, desde que estejam em sua área de cobertura que varia entre 3 a 4 km nas áreas urbanas e até 15 km em áreas rurais.
3 – Servidores de Rede: São os responsáveis por receber, armazenar e gerenciar os dados recebidos através dos Gateways.
4 – Servidores de Aplicações: São os responsáveis por prover acesso aos dados para o cliente, na forma de alguma aplicação útil que eventualmente trate e processe os dados recebidos, sob alguma regra de negócios específica.
Fazendo uma comparação simples com a rede de celular, os end-points seriam os aparelhos que usamos, os gateways as torres de celular e o servidor de rede o núcleo da operadora que trata essas informações.

Protocolo LoRaWAN

É importante observar que LoRa refere-se a parte da camada física ou seja, como é feita a modulação física dos sinais de rádio. Enquanto o LORAWAN é a especificação lógica ou o protocolo desenhado pela LoRa Alliance para servir de padrão para as comunicações usando o LoRa. O protocolo LoRaWAN™ implementa os detalhes de funcionamento, de segurança dos dados, da qualidade do serviço e etc., servindo também, como padrão para as comunicações com os gateways, visto que nem todos os devices (ou end-points) são fabricados pela mesma empresa. Na prática, é necessário um padrão de comunicação único que permita a interoperabilidade entre diferentes empresas fabricando end-points e gateways no mercado.
Um detalhe importante é que você pode implementar seu próprio protocolo de camada lógica, usando um módulo LoRa. Não é necessário ficar preso ao protocolo deles, usando as vantagens da modulação de camada física que permite longo alcance e etc., mas com a flexibilidade de uma camada lógica mais personalizada à sua aplicação. Claro que nesse caso, é necessário muito mais conhecimento técnico da sua equipe.

Mas afinal, a tecnologia LoRa funciona?

Para responder isso eu resolvi implementar um teste usando o arduino e um rádio LoRa facilmente encontrado no comércio pelo código SX1276. Montei um transmissor que deixei fixo na minha bancada de testes e um receptor que eu pudesse levar no carro e testar até onde chegariam as transmissões. O resultado você pode conferir no vídeo abaixo.

 

Para quem tiver interesse, baixe aqui o diagrama de conexões da montagem.

Orlan Almeida

Paixão pela área de Internet das Coisas. Engenheiro de Telecomunicações, com 10 anos de experiência em desenvolvimento de soluções de IoT com as tecnologias LORA, SIGFOX, GSM, RFID, BLUETOOTH, ISM, GPS e etc. Experiência de mais de 10 anos com gestão de projetos de tecnologia e de equipes multidisciplinares. Consultor para homologação de produtos junto à Anatel e outros órgãos reguladores. Especialista em pesquisa de opinião, tratamento de dados e análise estatística (+ de 15 anos atuando na área). Empreendedor com primeiro exit em 2012. Entusiasta e apoiador do ecossistema de startups em geral, ministrando palestras, mentorias e consultorias no ambiente de inovação.