Stephen Hawking disse uma vez: “Por milhões de anos, a humanidade viveu como animais. Então aconteceu algo que liberou o poder da nossa imaginação. Nós aprendemos a conversar.
Um salto revolucionário semelhante está sendo observado atualmente no campo da tecnologia. A tecnologia aprende a se comunicar. Como resultado, surgiram novos recursos, processos e soluções analíticas. O desenvolvimento de tecnologias de comunicação é muito rápido, respondendo constantemente aos requisitos mais recentes. Uma das forças motrizes por trás dessas inovações é a Internet das Coisas (IoT), uma plataforma para troca de valores medidos e transmissão de comandos remotos entre tecnologias que anteriormente funcionavam independentemente.
Agora vemos carros se comunicando com estacionamentos, medidores de umidade do solo com sistemas especializados que transmitem dados para colheitadeiras ou um refrigerador na cozinha que se comunica com uma lista de compras em um telefone celular.
Nas cidades modernas, a tecnologia IoT pode tropeçar em quase todos os cantos. No entanto, surge a seguinte pergunta: como garantir a transferência de dados de alta qualidade em um ambiente tão aberto, em que, é claro, existem cidades nas quais você frequentemente precisa realizar a transferência de dados sem fio?
Uma estação meteorológica instalada em um poste de iluminação pública, uma câmera de rastreamento de tráfego ou uma pulseira de alarme médico com um botão de "ajuda" no pulso de um aposentado - tudo isso requer diferentes requisitos de comunicação.
Atualmente, podemos escolher uma das seguintes tecnologias de comunicação.
Wifi
A tecnologia mais utilizada atualmente em residências e locais públicos é, sem dúvida, o Wi-Fi. Essa tecnologia testada e constantemente aprimorada é adequada para transferir grandes quantidades de dados de vários dispositivos, como eletrônicos de consumo, como telefones celulares ou tablets. No entanto, suas desvantagens são a alta potência transmitida, a sobrecarga do dispositivo terminal e uma gama limitada de sinais (geralmente não mais do que centenas de metros em áreas abertas). É por isso que raramente escolhemos dispositivos simples ou de uso único que usam Wi-Fi. Por outro lado, o fato de o Wi-Fi não ter alcance suficiente, é de velocidade e fluxo de dados. Hoje, estamos vendo as primeiras implantações de redes mesh Wi-Fi que podem levar a novos aplicativos e adoção mais ampla no futuro. Um exemplo interessante de cobrir todo o território do país com acesso à Internet sem fio pode ser visto em Barcelona.
Redes GSM G / 4G
Essas foram as primeiras tecnologias sem fio implantadas em massa. Nas cidades, sua vantagem absoluta reside na confiabilidade da transmissão, cobertura e uma ampla variedade de dispositivos. Por exemplo, dispositivos de comunicação via GSM / GPRS estão se tornando uma fonte valiosa de informações para sistemas de estimativa de tráfego. Sem saber disso, os telefones celulares trocam informações de tráfego com serviços como Google Maps ou Yandex.Maps. As deficiências que muitos esperam e esperam serão eliminadas em breve.
Isso ocorre porque as redes exigem um cartão SIM, o que exclui certos aplicativos em que não é possível usar cartões SIM, por exemplo, devido à falta de espaço.
Sigfox
A SigFox era originalmente tecnologia francesa, mas hoje é a operação de IoT que mais cresce no mundo, com operações em 60 países. Ele foi projetado principalmente para fornecer comunicação rápida e fácil entre dispositivos de toque em sua rede sem fio.
LoRa / LoRaWAN
Além do SigFox, é provavelmente a WAN (rede de área ampla) mais utilizada. No entanto, diferentemente do SigFox, ele não possui apenas um operador, o que significa que todos podem não apenas construir sua própria rede LoRaWAN de acordo com suas necessidades, mas também atendê-la independentemente. Essa tecnologia costuma ser a escolha preferida para medidores de água, gás ou eletricidade no mesmo prédio ou em edifícios maiores. O LoRaWAN também fornece comunicação bidirecional com baixo consumo de energia; portanto, um sensor simples equipado com uma pequena bateria pode transmitir dados por até 10 anos. Como o SigFox, o LoRaWAN também possui um bom alcance de sinal, motivo pelo qual é frequentemente usado em áreas de difícil acesso sem sinal GSM.
NB-IoT
O NB-IoT é frequentemente visto como uma tecnologia que abordará a maioria das deficiências que seus concorrentes atuais sofrem. No entanto, o maior problema até agora é sua implantação limitada, o que significa que não temos informações suficientes sobre sua aplicação.Esta tecnologia depende da cobertura da rede 4G e será usada principalmente pelas empresas de telecomunicações existentes que já possuem infraestrutura. Portanto, podemos esperar uma boa cobertura interna e externa. De acordo com sua especificação, o NB-IoT deve executar mais rápido que o LoRa (WAN) e oferecer a melhor qualidade de serviço (QoS). Num futuro próximo, o desenvolvimento desta tecnologia certamente merece atenção.
Bluetooth / Bluetooth de baixa potência
Como o Wi-Fi, é uma tecnologia amplamente usada. Hoje, todo smartphone está equipado com um chip Bluetooth. Foi especialmente projetado para comunicação a curta distância. No entanto, o Bluetooth não deve ser confundido com o BLE (Bluetooth Low Energy). Enquanto o Bluetooth tradicional foi projetado principalmente para transferência contínua de dados, por exemplo, para transmissão de som usando fones de ouvido sem fio, o BLE se concentra na transferência de dados de baixa energia em dispositivos projetados para operar com bateria por vários anos. Geralmente é usado nos chamados beacons, ou seja, em pequenos transmissores que transmitem mensagens continuamente. Depois de instalar o aplicativo móvel necessário, o BLE pode ajudar a navegar no shopping, monitorar o número de visitantes, medir a temperatura na sala ou o nível de dióxido de carbono. O BLE também é usado nas chamadas peças de vestuário, como pulseiras de fitness. Eles são equipados com baterias em miniatura e podem funcionar por vários dias ou semanas com uma única carga.
Enocean
Essa tecnologia sem fio merece atenção especial porque é significativamente diferente das outras. Ela usa as chamadas tecnologias de captação de energia que lhe permitem trabalhar sem cabo, bateria ou outra fonte de energia. Ele extrai energia de seu ambiente usando painéis solares (luz), painéis termoelétricos (calor) ou interruptores mecânicos (energia cinética). Assim, ele não sofre com a desvantagem presente em seus rivais: a necessidade de substituição regular da bateria. A tecnologia EnOcean é particularmente adequada para uso em edifícios para os quais oferece a mais ampla gama de produtos. As mais interessantes são as cabeças termostáticas, que consomem energia de radiadores ou puxadores de janelas que, depois de girarem, carregam dispositivos eletrônicos e enviam um sinal ao sistema de controle de que a janela está aberta.
Zigbee
O ZigBee é sem dúvida uma das tecnologias sem fio mais populares para uso interno. Muitos fabricantes adaptaram essa tecnologia, incluindo a Philips com seu sistema de iluminação HUE ou IKEA com seus dispositivos TRÅDFRI. Também possui aplicações industriais, por exemplo, em medidores inteligentes. Essa tecnologia usa malha de arame e tem baixo consumo de energia devido ao modo de suspensão, no qual o dispositivo pode entrar em determinadas circunstâncias e, assim, economizar energia da bateria.
Próprio RF
Às vezes, as empresas de implementação oferecem soluções baseadas em seus próprios protocolos, ou seja, protocolos geralmente desenvolvidos pelo mesmo fabricante e incompatíveis entre si ou que requerem conversores de protocolo para obter interoperabilidade. Embora esse seja um recurso bem-vindo nos sistemas de segurança doméstica sem fio, os dispositivos de IoT geralmente evitam o uso dessas tecnologias porque são difíceis ou quase impossíveis.
Combinação de vários protocolos de comunicação
Algumas áreas de aplicação podem se beneficiar do uso de vários protocolos de comunicação. Pegue, por exemplo, sensores de nível de enchimento instalados em recipientes de resíduos. Como regra, cada sensor na tremonha envia seus dados de medição para o módulo mestre, que serve como um hub de dados. Os sensores usam o protocolo Bluetooth Low Energy de economia de energia para estabelecer comunicações. Em seguida, o módulo mestre coleta esses dados e os transmite por outro protocolo de comunicação, por exemplo, GSM ou SigFox. A principal vantagem desse método é a otimização dos custos de comunicação na saída.
Consumo de energia sem fio
Há momentos em que os sensores são instalados em locais de difícil acesso ou quando uma troca frequente de bateria parece indesejável, pois aumenta os custos de manutenção. Portanto, ao procurar a tecnologia certa, é importante considerar como os seguintes fatores afetam a vida útil da bateria:
- Taxa de dados;
- O nível de atenuação do sinal de transmissão;
- A força do sinal do dispositivo de transmissão.
É necessária uma taxa de transferência de dados diferente da do medidor de água inteligente ou ao medir, por exemplo, o consumo máximo de energia por 15 minutos. Por outro lado, uma estação meteorológica localizada no centro da cidade e equipada com sensores de poeira ou sensores de emissão de NOx ou Sox só pode transmitir dados se exceder os valores-limite. Os fabricantes de sensores universais adicionam uma função de suspensão a seus dispositivos, que mantém o sensor no modo de baixa energia, ativa-o uma vez, por exemplo, 4 horas e depois transmite dados medidos recentemente. Algumas tecnologias sem fio permitem modificar o nível de desempenho da transmissão, o que afeta diretamente o consumo de energia.
As redes de comunicação geralmente usam topologia estelar, ou seja, eles têm um transmissor / receptor principal, que atua como um canal e transmite mensagens entre todos os componentes da rede (por exemplo, Wi-Fi, GSM, SigFox, etc.). No entanto, em algumas áreas de implantação, as redes de malha são cada vez mais encontradas. Esta é uma rede cujos participantes - os chamados nós - trocam dados diretamente, enquanto também podem encaminhar mensagens dos seus nós "vizinhos". Portanto, com um aumento no número de nós da rede participantes, seu alcance e, geralmente, a confiabilidade também aumentam. No entanto, a grade pode não ser a escolha ideal para comunicação de longa distância, pois pode exigir o uso de um grande número de nós, o que levará automaticamente a uma desaceleração na transferência de dados. Para garantir um canal de comunicação ideal, o posicionamento correto do nó é outro aspecto que deve ser considerado ao projetar e construir uma rede.