Tecnologias de rede para IoT
Marcelo Vieira dos Santos, CEO da Green Bug
Neste período de quarentena, que tal saber como está a “saúde” das máquinas (desculpem-me o trocadilho)? Hoje é possível, por exemplo, ver nível de um reservatório de água; monitorar a qualidade do ar nos corredores dos hospitais ou nos ambientes dos serviços essenciais; mensurar temperaturas de pessoas e ser avisado, automaticamente, se um idoso sofreu uma queda ou deixou o gás do fogão aberto; verificar se há risco eminente de incêndio em um armazém; e outras infinitas aplicações envolvendo atuadores, monitoramento e sensoriamento. Tudo isso de forma remota, sem sair do seu local ou expor alguém da sua equipe.
A Internet, por si só, tem nos ajudado muito para ampliar a oportunidade do conhecimento. Vídeos gratuitos, fóruns, grupos de discussão, EAD, entre outros, possibilitam o acesso à informação. Não importa o nosso grau de estudo ou o papel que desempenhamos: estudantes, professores, makers, entusiastas, curiosos ou usuários. Esse acesso ao conhecimento trouxe uma infinidade de ideias para criações de dispositivos eletrônicos que suprissem necessidades como as citadas acima e esse é o ambiente de IoT – Internet das coisas: Seja bem-vindo (a).
Arquitetura IoT
Podemos classificar a arquitetura IoT em três camadas. A primeira é a do dispositivo sensor/atuador. Já na segunda há a interconexão desses dispositivos, onde os dados são concentrados ou até pré-processados para serem transmitidos à terceira camada, denominada camada da aplicação, por onde o usuário acessa as informações.
Os dispositivos que são instalados lá na ponta, podem ser de diversos tipos, de simples sensores de estado, por exemplo, “aberto/fechado” até dispositivos que possibilitam implementar algoritmos de inteligência artificial, machine learning e visão computacional em aplicações que não podem sofrer com a latência da transmissão de dados.
O dimensionamento correto dessa infraestrutura de comunicação pode ser determinante para o sucesso dessa solução. As tecnologias de rede para IoT são diversas e é necessário conhecer e estudar também o ambiente como um todo, tendo uma visão ampla e até prever possíveis alterações nesse ambiente advindas de fatores externos no futuro.
Precisamos entender primeiramente o volume de dados que será transmitido.
Alta taxa de transmissão? Então, não se aplicam tecnologias do tipo LPWAN – Low Power WAN, como, por exemplo, exemplo Sigfox e LoRaWAN, que se caracterizam nesse ponto por poucas transmissões diárias. Talvez, a NB-IoT – Narrow Band – IoT seja viável; ou seja necessário transmitir tantos dados que é melhor partir para uma rede celular do tipo 3G e 4G.
Outro fator fundamental é o tamanho de cada dado transmitido. Os pacotes de dados são pequenos? LPWAN talvez seja adequada, pois nesse quesito se caracteriza por ocupar pouco tempo de uso da faixa espectral e traz benefícios como maior quantidade de dispositivos na mesma área transmitindo dados ao concentrador, assim como maior duração da bateria de cada dispositivo pelo fato de ficar menos tempo com o rádio ligado (inclusive, o tempo de transmissão é limitado por regulamentação da Anatel).
E o ambiente externo? Quais são as características de topografia?
Conhecer a região onde serão instalados os dispositivos também é muito importante, pois em telecomunicações há algumas características que podem deteriorar a qualidade da transmissão. Por exemplo, podemos ter dificuldade de transmissão se há um lago entre um dispositivo e o concentrador. Até a altura de onde o dispositivo será instalado pode sofrer com atuação das zonas de Fresnel, que nos obriga a pensar em torres para a instalação dos concentradores. Há ainda situações inusitadas como, por exemplo, esquecer que árvores crescem e, dependendo da frequência de transmissão usada para o enlace entre o dispositivo e o concentrador, poderá haver interrupções na transmissão.
E as interferências eletromagnéticas?
Um site survey com analisador de espectro, por exemplo, pode nos salvar de muitos apuros e de prejuízos ao identificar links de rádio na região e as frequências de outras fontes de RF que determinarão, por exemplo, que a única opção de conexão dos dispositivos ao concentrador naquele local é a transmissão satelital.
Distância entre os dispositivos e o concentrador
Esta é outra variável importante. Em distâncias curta é possível usar soluções Bluetooth, BLE e até Wi-Fi. Em distâncias médias, talvez contar com redes de celular seja uma excelente opção, se houver cobertura. Já para longas distâncias, LPWAN passa a ser muito interessante, pois é possível transmissões com distâncias de dezenas e até centenas de quilômetros entre dispositivo e concentrador.
Comunicações via satélite têm se mostrado muito fáceis de serem implementadas pela ampla cobertura e por diminuírem as necessidades de licenças ambientais para a construção e instalação de torres, sejam para LPWAN, NB-IoT ou GPRS.
Custos dos dispositivos
Todos esses pontos precisam estar atrelados aos custos dos dispositivos, licenças de chave, instalação de infraestrutura, manutenção da rede e certificações e recertificações (que podem ser anuais). Esses custos ainda devem estar compatíveis com o budget do projeto.
Já na última camada, a atenção dedicada a conhecer o que acontece em campo, facilitará e ajudará muito a manter a aplicação do usuário sempre disponível e funcional para que todo esse ecossistema de Internet das coisas seja mais que um simples sensoriamento remoto.
Assim como já dizia J.F.Kenedy: “Quanto mais aumenta o nosso conhecimento, mais evidente fica a nossa ignorância”; ou ainda Sócrates quando disse: “Quanto mais sei que sei, menos sei que sei”, a democratização da Internet e o acesso ao conhecimento nos aprimora como indivíduos e acredito, também, que esse fascinante universo da Internet das coisas traz a oportunidade de conhecermos os mais diversos tipos de dados remotos e a possibilidade de transformá-los em informação útil para chegarmos a um mundo melhor.
Marcelo Vieira dos Santos é engenheiro eletrônico, especialista em IoT – Internet das coisas. É empreendedor e fundador da startup Greenbug Predições.
