Aplicação das tecnologias LPWAN no contexto de internet das coisas

1. Tecnologias LPWAN: A terceira
revolução da internet
http://iot.recife.ifpe.edu.br/material/
26/10/2017Apoio:
Eng. Eronides Neto e Prof. Hilson Vilar
Realização:

2. Quem somos?
Prof. Hilson Vilar
Professor do IFPE - Campus Recife
Mestre e Doutorando em Ciência da Computação (UFPE)
Engenheiro Eletrônico (UPE) e Técnico em Eletrotécnica (ETFPE)
Pai de Júlia e Júlio, torcedor do Sport, Fã dos Beatles e Guns´n Roses
Eng. Eronides Neto
Mestrando em Ciência da Computação (UFPE)
- Pesquisador do Laboratório de Inovação Veicular (LIVE)
Engenheiro Eletrônico (UFPE)

3. Agenda
- A Evolução da Internet
- Dispositivos Conectados
- Tecnologias LPWAN
- A Rede Sigfox
- A tecnologia LoRa e Protocolo LoRaWAN
- Alguns Casos de Uso
- Plataformas de prototipação rápida
- Desenvolvendo projetos com Sigfox e LoRa
- Hands-on: LoRa e SigFox

4. A Evolução da Internet
Primeira Onda (web 1.0) Segunda Onda (web 2.0)
...

6. Dispositivos conectados a Internet
Fonte: IDC

7. Wearables
Irão alcançar uma receita de USD 20 bi, em
2017 (+60%)
Fonte: IDC, Goldman Sachs
Evolução da receita gerada

8. Cidades
Medidores inteligentes (água, luz e gás)
Oportunidades (em milhões)
Fonte: Company datas, Goldman Sachs

9. Casas
Eletrodomésticos, vigilância eletrônica e
consumo de energia
Fonte: Company datas, Goldman Sachs
Receita (USD bi) x Base instalada (MM)*
* América do Norte e Europa

10. Carros
Principais aplicações: segurança, diagnóstico,
entretenimento, navegação e gestão de frota.
Fonte: Gartner, Company datas, Goldman Sachs
Projeção do número de carros
conectados (em milhões)

11. Nem tudo são flores! Tornar economicamente viável a coleta e uso das informações geradas por
essas “coisas” traz alguns desafios:
1) Reduzir o custo dos sensores e processadores usados nos dispositivos:
O desafio de conectar as “coisas”
Fonte: Goldman Sachs

12. 2) Redes de comunicação com baixo custo de implementação, grande cobertura e facilidade de uso
O desafio de conectar as “coisas”
Fonte: http://www.lightreading.com Fonte: http://www.indigoo.com

13. Exemplo de
Tecnologias
LPWA

14. A Rede Sigfox
Fonte: http://www.embarcados.com.br
- Uma rede provida como “Utility”, similar a energia elétrica e água;
-
- Uma rede global: um mesmo dispositivo com comunicação Sigfox
funciona em qualquer lugar do mundo com cobertura, sem necessidade
de acordos de roaming;
-
- Uma nuvem para armazenamento de dados, facilitando seu uso e
processamento

15. A Rede Sigfox
Fonte: http://www.embarcados.com.br

16. A Rede Sigfox
Fonte: http://www.embarcados.com.br
Cada mensagem pode ter de 0 a 12 bytes.
A rede acrescenta proteção, autenticação,
número de sequência e timestamp;
A rede permite que, na média dos
dispositivos de um usuário, sejam
enviadas até 7 mensagens por hora (140
mensagens por dia).
No Brasil, a operadora Sigfox é a WND
(http://wndbrasil.com/)

17. Hands-on
Adicionando um sensor a
Rede Sigfox
Plataforma de prototipação: Arduino +
Transceiver Wisol (WSSFM10R2AT).
-

18. O que é a tecnologia LoRa?
- LoRa é camada física de comunicação patenteada pela SEMTECH
-
- Pode ser entendida com um tipo de modulação para comunicação a
longa distância
-
- LoRa utiliza modulação FSK
Fonte: LoRa modulation basics, SEMTECH

19. Qual a motivação para usar LoRa em projetos/aplicações?

20. Motivação

21. Por que usar Lora?
- Comunicação a longa distância (3 km em ambientes urbanos e 15 km
em areas rurais)
-
- Baixo consumo de energia (50mA em picos para transmissão e 5uA
em modo sleep)
-
- Tecnologia recomenda para aplicações em IoT (em conjunto com
protocolo LoRaWAN)

22. Specs
- Frequência LoRa: 868MHz (Europa), 915MHz (EUA), 433MHz (Asia)

23. LoRa x LoRaWAN

24. LoRa e LoRaWAN
Quais diferenças entre LoRa e LoRaWAN?

25. LoRa no contexto de Internet das Coisas

26. Arquitetura da rede LoRaWAN
a

27. Arquitetura LoRa propria (exemplo)

28. Elementos da rede LoRaWAN
● Podemos focar a nível de hardware os dois elementos mais importantes
para uma rede LoRaWAN: os endpoints (dispositivos finais) e
gateways.

29. Classes dos dispositivos finais (endpoints)
- Dispositivos LoRaWAN podem ser divididos em três classes

31. Gateway LoRaWAN
- Dispositivo responsável por se conectar com os end-devices
-
- Possibilita cobertura em radio de até 15 km
-
- Elemento concentrador para comunicação em 7 canais diferentes
-
- “Alto custo”

32. Serviço: a rede The Things Network
- Rede crowdsourced, colaborativa

33. Testes com rede LoRaWAN
- Cenário em uma cidade do Japão
Comparativo com tecnologia simples de RF

34. Casos de Uso
LoRa
Características da tecnologia
- Baixo consumo de energia
- Longo alcance
- Protocolo LoRaWAN (A,B,C)

38. Desenvolvendo
projetos com
LoRa
Material necessário para desenvolver um
endpoint
Como montar um gateway LoRaWAN/LoRa?
É barato usar a tecnologia?

39. Projeto com LoRa/LoRaWAN

40. Como montar seu end-device LoRa/LoRaWAN
- Estabelecer uso da tecnologia LoRa ou desenvolver a partir da arquitetura de rede LoRaWAN
- Requisitos de sua aplicação (caso de uso)
- Definição de arquitetura de hardware

41. LoRa node
● Arquitetura
Arquitetura padrão de endpoint LoRA/LoRAWAN
Transceiver
Fonte de alimentação
Plataforma de desenvolvimento/MCU

42. LoRa node
- Desenvolvendo nó LoRa com Arduino UNO
- RF95W + placa adaptador para protoboard
- Wire antena
Fonte: MobileFish

43. Plataforma de
desenvolvimento
LoRa Whisper Node
Baseado no microcontrolador Atmega 328P
LoRa Semtech SX1276 transceiver
Alimentação por bateria CR2032
Real Time Clock
www.wisen.com.au

45. Single channel gateway com Raspberry Pi 3
- Possibilidade de montagem com placas de baixo custo como
Raspberry Pi 3 ou NodeMCU (ESP8266)

46. Dashboards para monitoramento
- Usando TTN - Criando dashboard NodeRED
LoRaWAN LoRa

47. Hands-on
RX-TX com modulo LoRa
Whisper
- Endpoints transmitindo mensagens
periódicas
- Estação base processando
informações

48. Agradecimentos