O que é LoRaWAN? Veja como funciona o protocolo de comunicação IoT

O que é LoRaWAN? Veja como funciona o protocolo de comunicação IoT

Entenda como o protocolo LoRaWAN é importante para comunicação IoT de uma cidade inteligente (ilustração: Vitor Pádua/Tecnoblog)

O LoRaWAN é um protocolo de comunicação de rede de longa distância e baixa potência (LPWAN). Padronizado e mantido pela LoRa Alliance, ele atua na camada superior para conectar à Internet das Coisas (IoT).

O protocolo funciona em uma topologia em estrela: os dispositivos usam a tecnologia de rádio LoRa para enviar dados aos gateways, que encaminham a um servidor de rede via internet. Essa arquitetura otimiza o consumo de bateria e o alcance, permitindo a transmissão de pequenas quantidades de dados por grandes distâncias.

O protocolo LoRaWAN é amplamente usado em aplicações de IoT, como monitoramento em cidades inteligentes, agricultura de precisão e rastreamento de ativos. Ele suporta milhões de dispositivos simultaneamente, sendo ideal para soluções em larga escala.

Conheça mais sobre o LoRaWAN, seu funcionamento, aplicações, vantagens e desvantagens.

ÍndiceO que é LoRaWAN?O que significa LoRaWAN?Para que serve o protocolo LoRaWAN?Como funciona o protocolo LoRaWANQuais são exemplos de aplicação do LoRaWAN?Quais são as vantagens do LoRaWAN?Quais são as desvantagens do LoRaWAN?Existem alternativas ao protocolo LoRaWAN?Qual é a diferença entre LoRaWAN e LoRa?

O que é LoRaWAN?

O LoRaWAN é um protocolo de rede de longo alcance e baixo consumo de energia (LPWAN) que conecta dispositivos de Internet das Coisas (IoT) com comunicação bidirecional à internet. Ele é ideal para aplicações que exigem baterias de longa duração em grandes áreas geográficas, como cidades inteligentes e fazendas.

O desenvolvimento, manutenção e padronização do protocolo LaRaWAN são supervisionados pela LoRa Alliance. A associação aberta e sem fins lucrativos conta com centenas de membros, incluindo fabricantes, operadoras e provedores de soluções IoT, e garante a interoperabilidade global do ecossistema LoRa.

O que significa LoRaWAN?

LoRaWAN é a sigla para Long Range Wide Area Network, um protocolo de rede sem fio de longo alcance projetado para Internet das Coisas (IoT). Ele conecta dispositivos de baixo consumo de energia em áreas amplas à internet.

O protocolo LoRaWAN é usado em diversas aplicações de agricultura de precisão (imagem: Erwan Hesry/Unsplash)

Para que serve o protocolo LoRaWAN?

O protocolo LoRaWAN possibilita criar uma comunicação de longo alcance e com baixo consumo de energia. Ele conecta dispositivos IoT alimentados por bateria em áreas geográficas amplas, rurais ou urbanas, para a transmissão eficiente de pequenos pacotes de dados de forma bidirecional.

Sua função central é otimizar redes para aplicações que necessitam enviar dados esparsos e pequenos, como sensores de cidade inteligente, monitoramento ambiental ou agricultura. Isso permite que os dispositivos operem por anos sem intervenção ou troca de bateria, viabilizando soluções como medição inteligente e gestão de ativos e resíduos.

Como funciona o protocolo LoRaWAN

O protocolo LoRaWAN opera em uma arquitetura de rede em estrela, conectando sensores e dispositivos finais de baixo consumo de energia. Esses aparelhos usam a tecnologia de rádio de longo alcance LoRa para enviar dados para gateways, que transmitem as informações a um servidor de rede central.

O servidor de rede atua como o centro de gerenciamento, encarregado de processar o tráfego, eliminando duplicações e efetuando rigorosas verificações de segurança. Após assegurar a integridade e a validade dos dados, ele os direciona aos servidores de aplicação para uso e interpretação.

A topologia em estrela é fundamental para a otimização da eficiência energética, permitindo que os dispositivos finais permaneçam em modo de espera (sleep). A vida útil da bateria é significativamente estendida, pois os aparelhos não precisam atuar como repetidores ou escutar constantemente.

O LoRaWAN facilita a comunicação bidirecional, suportando o envio de dados (uplink) e recebimento de comandos (downlink) entre o dispositivo e o servidor. Este protocolo de comunicação ainda emprega mecanismos de criptografia para garantir a segurança e a privacidade de toda a troca de informações.

Funcionamento do protocolo LoRaWAN (imagem: Reprodução/HashStudioz Technologies)

Quais são exemplos de aplicação do LoRaWAN?

Estes são alguns exemplos de aplicação do LoRaWAN na Internet das Coisas (IoT), oferecendo comunicação de longo alcance e baixo consumo:

Agricultura inteligente: permite que fazendeiros monitorem remotamente dados de sensores em campos e animais para identificar rapidamente pragas, doenças ou otimizar a irrigação e o uso de recursos;

Monitoramento ambiental: utilizado para detectar fumaça em florestas remotas ou monitorar a qualidade do ar, níveis de água e temperatura de oceanos e rios, fornecendo alertas antecipados e informações climáticas;

Edifícios inteligentes: ajuda a gerenciar medidores, iluminação e temperatura, permitindo a otimização do uso de energia, a detecção de vazamentos e a redução de custos operacionais e de manutenção predial;

Cidades inteligentes: inclui soluções como o estacionamento inteligente (sensores de vaga), o gerenciamento de resíduos (lixeiras que sinalizam quando estão cheias) e a iluminação pública adaptativa baseada em presença;

Monitoramento industrial (IIoT) e manufatura: possibilita rastrear ativos, emitir alertas de segurança e a implementação de manutenção preditiva em máquinas industriais, prevenindo incidentes e falhas;

Logística e rastreamento de ativos: garante a comunicação de diversos sensores em armazéns e durante o transporte, rastreando a localização e as condições de mercadorias, especialmente de produtos sensíveis à temperatura (cadeia de frio);

Óleo e gás: ajuda as empresas a cumprir regulamentações ambientais, monitoramento remotamente de emissões de gases e o status operacional em poços de extração ou infraestruturas críticas distribuídas.

O LoRaWAN também contribui com aplicações de logística e rastreamento de produtos (imagem: Adrian Sulyok/Unsplash)

Quais são as vantagens do LoRaWAN?

Estes são os pontos fortes do LoRaWAN:

Alcance estendido: usa a modulação de rádio para a transmissão de dados por longas distâncias em quilômetros, garantindo profunda penetração em ambientes internos e subsolos, ideal para cidades e áreas rurais;

Eficiência energética superior: projetado para consumo extremamente baixo de energia, possibilitando que dispositivos operem por anos com baterias de pequena capacidade e minimizando a manutenção;

Baixo custo de implementação: utiliza um espectro de frequência livre (ISM) e seu longo alcance minimiza a quantidade de gateways e infraestrutura de rede necessária, reduzindo o custo total;

Alta escalabilidade de rede: a arquitetura suporta um grande volume de mensagens e a conexão de milhões de dispositivos por rede LoRaWAN, simplificando a expansão para implantações massivas de IoT;

Segurança: possui criptografia de ponta a ponta padrão AES-128 em duas camadas (rede e aplicação), garantindo a integridade, autenticidade e confidencialidade dos dados transmitidos;

Capacidade de rastreamento e geolocalização: oferece serviços de localização baseados na rede (triangulação de gateways), permitindo rastreamento de ativos sem a necessidade de módulos GPS que consomem muita energia.

Quais são as desvantagens do LoRaWAN?

Estes são os pontos fracos do LoRaWAN:

Baixa taxa de dados: a taxa de transmissão é lenta, variando entre 0,3 kbps e 50 kbps. Isso impede o uso do protocolo em aplicações que demandam o envio rápido ou contínuo de grandes volumes de dados, como streaming ou voz;

Alta latência (atraso): o tempo de espera para a comunicação pode ser significativamente alto. O que torna a tecnologia inadequada para aplicações que exigem comunicação ou resposta em tempo real, como controle de máquinas ou feedback imediato;

Payload limitado: o tamanho de carga útil de dados que pode ser enviada em uma única mensagem é restrito, dificultando o uso em aplicações que requerem a transmissão de arquivos de tamanho considerável ou dados multimídia;

Vulnerabilidade à interferência: está sujeito a interferências por operar em faixas de frequência não licenciadas (ISM). Dispositivos de outras tecnologias que compartilham o mesmo espectro podem degradar o desempenho e a confiabilidade da rede;

Capacidade de rede limitada (duty cycle): o ciclo de trabalho restrito limita o tempo de transmissão por hora. Isso pode gerar gargalos, atrasos e potencial perda de dados em áreas com alta densidade de dispositivos ou redes com grande volume de tráfego.

A alta eficiência e escabilidade faz o LoRaWAN ser usado no monitoramento industrial, apesar da baixa taxa de dados e latência (imagem: Simon Kadula/Unsplash)

Existem alternativas ao protocolo LoRaWAN?

Sim, há vários protocolos de comunicação IoT que são alternativas ao LoRaWAN. Cada um apresenta características específicas para uso em aplicações, alcance, consumo de energia e velocidade de transmissão:

NB-IoT (Narrowband IoT): tecnologia celular LPWAN de baixo consumo que usa bandas licenciadas para maior segurança e confiabilidade. Ideal para medidores inteligentes, sensores fixos e rastreamento de ativos em ambientes urbanos;

LTE-M (LTE Cat-M1): tecnologia celular para IoT que oferece maior largura de banda e menor latência. Indicado para rastreamento de ativos móveis, gestão de frotas e aplicações que requerem atualizações frequentes;

Sigfox: protocolo LPWAN proprietário com foco em ultrabaixo consumo, ideal para envio esporádico de pequenos pacotes de dados. Melhor para aplicações de baixo custo, como monitoramento simples de sensores e manutenção preditiva básica;

Zigbee: protocolo para redes mesh de curto alcance e baixo consumo, adequado para ambientes contidos como casas e edifícios. Ideal para automação residencial, iluminação inteligente e sistema de controle e monitoramento industrial;

Wi-Fi HaLow (802.11ah): extensão do Wi-Fi que opera na banda 900 MHz, permitindo maior alcance e melhor penetração de sinal. Indicada para dispositivos IoT que necessitam de taxas de dados mais altas do que as oferecidas pelas LPWANs tradicionais, em uma área maior.

Qual é a diferença entre LoRaWAN e LoRa?

LoRaWAN é um protocolo de rede e a arquitetura construído sobre o LoRa, definindo a comunicação entre dispositivos e a rede. Ele gerencia a rede, estabelecendo uma topologia onde dispositivos se conectam a um servidor central via gateways para segurança, escalabilidade e gerenciamento bidirecional.

LoRa é uma tecnologia de modulação sem fio, que possibilita a transmissão de um sinal de rádio por longas distâncias com baixo consumo de energia. É a camada física que estabelece a ligação de longo alcance e baixa potência, podendo operar em sistemas de comunicação simples, como ponto a ponto.
O que é LoRaWAN? Veja como funciona o protocolo de comunicação IoT

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Fonte: Tecnoblog