Conectividade no campo: os desafios e as alternativas
Com o advento da tecnologia de Internet das Coisas (IoT), aparelhos conectados estão inseridos nos mais variados contextos da nossa vida, da saúde ao fitness, automação residencial, automobilística e logística. De certo então que IoT, automação, inteligência artificial e aparelhos conectados encontrariam também a sua aplicação na agricultura.
O grande desafio do agronegócio é fazer uso das novas tecnologias existentes em máquinas e equipamentos disponíveis para facilitar e auxiliar na tomada de decisão do agronegócio. Para isso funcionar de forma efetiva, é preciso que o ambiente rural esteja conectado ou que tenha alternativas viáveis para a conexão.
Neste contexto, descrevemos abaixo algumas das possibilidades existentes a fim de se utilizar da tecnologia no campo, no que se refere à conectividade dos equipamentos. As alternativas de conexão listadas, não são alternativas criadas exclusivamente para o campo afinal IoT e conectividade estão influenciando inúmeras atividades, mas o campo precisa saber definir quais as melhores tecnologias que se adaptem ao conceito de conectividade no campo.
Alternativas disponíveis:
- Armazenamento local e transmissão de dados apenas após conexão em rede
Apesar de estarmos falando em IoT (Internet das Coisas), ainda existem casos (e não são poucos) em que a rede de dados ainda não esteja disponível no local desejado ou que o custo de implementação ainda seja caro demais para o projeto de interconectibilidade.
Nestes casos, pode se utilizar de sensores não conectados. De tempos em tempos, as informações conectadas nos sensores são armazenadas e a transferência de dados é feita apenas quando existe algum tipo de conexão, ou os dados armazenados são transportados para algum ambiente conectado.
Não é o foco dentre as opções, entretanto, ainda é uma das alternativas.
2. Rede celular existente
É a rede de telefonia celular e dados que todos conhecem. Em uma solução de IoT, a conexão direta de “coisas” (sem utilizar um gateway) para distâncias superiores a 300m (Wide Area) é feita em grande parte utilizando-se as redes celulares nas suas diversas tecnologias (GPRS/EDGE, 3G e 4G).
Estas redes foram projetadas para comunicação entre pessoas e apresentam um custo de conexão e consumo de bateria que limitam a viabilidade de sua utilização na conexão de “coisas” de menor valor agregado.
Ou seja, as redes existentes de celular podem ser utilizadas, entretanto possuem a limitação dos locais cobertos pela estrutura existente além dos problemas citados acima.
3. LPWAN (Low Power Wide Area Network)
Redes LPWA (Low Power Wide Area) entregam uma nova classe de tecnologia de comunicação sem fio, projetada especificamente para aplicações IoT de baixo tráfego de dados.
Uma rede LPWAN (Low Power Wide Area Network) é um tipo de rede de telecomunicações sem fio projetada a fim de permitir um longo alcance de comunicação a pequenas taxas de transmissão entre objetos conectados, tais como sensores carregados por bateria (necessidade de carga baixa). As redes LPWAN se caracterizam por utilizar pouca energia, taxa de transmissão baixa e baixo custo (se comparada às outras redes), sendo que tem sido uma das soluções para resolver o problema de conectividade no campo.
Uma rede LPWAN (Low Power Wide Area Network) é um tipo de rede de telecomunicações sem fio projetada a fim de permitir um longo alcance de comunicação a pequenas taxas de transmissão entre objetos conectados, tais como sensores carregados por bateria (necessidade de carga baixa). As redes LPWAN se caracterizam por utilizar pouca energia, taxa de transmissão baixa e baixo custo (se comparada às outras redes), sendo que tem sido uma das soluções para resolver o problema de conectividade no campo.
As redes LPWAN dividem-se em duas categorias no tocante à banda de frequência utilizada.
- Redes que utilizam uma frequência fora do espectro licenciado.
Exemplos: LoRa , SigFox, Ingenu
2. Redes que utilizam o mesmo espectro das redes celulares
Exemplos: NB-IoT, LTE-M
Uma rede LPWAN (Low Power Wide Area Network) é um tipo de rede de telecomunicações sem fio projetada a fim de permitir um longo alcance de comunicação a pequenas taxas de transmissão entre objetos conectados, tais como sensores carregados por bateria (necessidade de carga baixa). As redes LPWAN se caracterizam por utilizar pouca energia, taxa de transmissão baixa e baixo custo (se comparada às outras redes), sendo que tem sido uma das soluções para resolver o problema de conectividade no campo.
– Sigfox
A tecnologia Sigfox pertence a uma empresa francesa de mesmo nome, fundada em 2009 com o objetivo de prover conectividade global para a Internet das Coisas (IoT).
A Sigfox está implantando a sua rede no Brasil através de sua parceira WND. Em setembro de 2017 lançou oficialmente esta rede que atende cerca de 100 municípios e uma população de 80 milhões de pessoas.
A rede SigFox se utiliza de frequências não licenciadas (no Brasil: 902MHz), com baixo consumo de energia e um preço padronizado. A rede Sigfox oferece uma comunicação baseada em software, ou seja, a complexidade dos dados é gerenciada na nuvem, sem ter atuação nos próprios dispositivos.
O modelo de negócios da SigFox segue a linha top-down, onde a companhia possui toda a tecnologia, dos dados de back-end e servidores na nuvem até o software final. Entretanto o modelo da SigFox deixa o código aberto para os mecanismos finais. A SigFox disponibiliza sua tecnologia para o usuário final para qualquer fabricante ou vendedor desde que os termos de contrato sejam definidos. Ela entende que manter o custo baixo das aplicações finais é o caminho para trazer usuários para a rede SigFox.
– LoRa Alliance(Long Range), LoRaWAN
LORA é um acrônimo para “Long Range” e trata-se de uma tecnologia sem fio onde um mecanismo de baixo uso de energia transmite pequenos pacotes de dados (0.3 a 5.5 kbps) a um receptor que esteja numa grande distância. Utiliza-se de “gateways” que têm a capacidade de tratar centenas de equipamentos ao mesmo tempo, atuando como um concentrador.
Um gateway de LoRa consiste de 2 partes:
- Um módulo de rádio com antena
- Um microprocessador para processar os dados
Um gateway tem a própria bateria e é conectado à Internet. Este gateway pode ouvir sinais de múltiplas frequências simultaneamente. Se a necessidade do projeto é ter uma baixa dependência de provedores e que tenha ótimo alcance, mas que não dependa de um volume de informações relevante, como por exemplo, o envio de informações de temperatura de 200 dispositivos a cada 15 minutos, vale a pena investir na tecnologia LoRa. Nota: dispositivos LoRa apenas se comunicam com dispositivos LoRa.
A tecnologia LoRa partiu para um modelo de arquitetura mais aberto que o da SigFox, com a possibilidade de se ter redes LPWA tanto públicas como privadas. As empresas podem criar redes próprias para os seus end-devices ou utilizar-se de redes de terceiros. Pode-se baixar as especificações e associar-se à LoRa Alliance, e qualquer fabricante de hardware ou gateway pode construir um módulo ou gateway que siga as especificações LoRa. A pegada é que a única companhia que produz o rádio para LoRa é a Semtech (fundadora da tecnologia). Desta maneira, apesar do ecossistema ser aberto, ele possui um elemento fechado.
– NB-IoT (Narrowband IoT):
Utiliza Infraestrutura 4G das operadoras de telefonia celular. Disponibilidade prevista para 2019 no Brasil
NB-IoT é uma variante do LTE (4G) que está sendo especificada para atender aplicações de LPWA utilizando frequências licenciadas. Utiliza algumas das mesmas frequências já utilizadas pela rede 4G, permitindo que algumas estações sejam atualizadas e compartilhem a infraestrutura. A empresa que desenvolve os medidores//sensores utiliza um módulo NB-IoT e conecta-se à rede celular compatível, sendo que neste caso, não existe a necessidade da compra de gateways, mas sim a necessidade de algum tipo de subscrição a um serviço de operadoras que ofereçam o serviço. Facilita o processo de conexão de dispositivos, entretanto no meio rural, traz o limitante fator já existente da cobertura da telefonia.
A tecnologia NB-IoT foi projetada para trabalhar com dispositivos que tenham algumas limitações (tais como poder de processamento, vida da bateria). Normalmente projetados para ser utilizado em locais onde não há necessidade de uma demanda de transporte de grande quantidade de dados ou baixa latência (muitas das aplicações agrícolas se encaixam neste caso).
Em comparação com a rede LTE-M, a rede NB-IoT é mais barata e responde melhor ao conectar dispositivos fixos, sendo que é indicada para aplicações menos sensíveis ao delay, devido à sua maior latência, além de baixo custo e baixo consumo de energia.
A operadora Claro no Brasil anunciou o lançamento de redes NBIoT para até o final de 2019, utilizando-se do espectro dos 700 MHz e também parte do espectro de 1,8 GHz. A operadora TIM também está trabalhando em direção a prover a sua rede NBIoT, ainda para este ano.
– LTE-M:
As redes LTE-M, similarmente à tecnologia do NB-IoT utiliza-se de frequências licenciadas pelas operadoras de telefonia. Apresenta melhor performance em aplicações que demandem mobilidade, tais como rastrear veículos, animais ou objetos. A rede LTE-M tem alcance de 100 quilômetros, taxa de transmissão da ordem de 1Mbps.
A real vantagem das redes LTE-M se refere ao fato desta rede ser compatível com a já existente rede móvel LTE. Com isso, as operadoras que já se utilizam da rede LTE não necessitariam gastar na construção de novas antenas, apenas fazendo alguma atualização de software.
A operadora Vivo anunciou o lançamento comercial de suas redes NB-IoT e LTE-M para o segmento corporativo. Neste início, apenas algumas cidades devem receber estas redes. A operadora TIM também está trabalhando em redes NBIoT em algumas regiões do Brasil.
4. Redes 5G
Em breve, as redes 5G estarão disponíveis inclusive no Brasil. A rede 5G permite altas velocidades de tráfego de dados e com baixa latência. Isto vai permitir que as aplicações de IoT, mesmo no campo, permita utilização de aplicativos muito mais eficientes. Entretanto, ainda assim, depende da velocidade em que estas redes serão implantadas e as regiões cobertas pela rede. Enquanto o 5G não está disponível, algumas prestadoras estão optando pela implantação de uma rede dedicada para atender aplicações de IoT, utilizando as já mencionadas redes do tipo LPWA.
As redes 5G, com suas características de baixa latência, velocidades de transmissão de dados muito mais altas, robustez, maior sustentabilidade e baixo consumo de energia, terão um papel determinante na transformação do que chamamos de Agricultura Inteligente e Agricultura de Precisão.
Estima-se que as redes 5G permita ser uma rede 40x mais rápida que a rede 4G.
5. Satélites
A solução de internet via satélite é uma realidade. Por mais que o preço seja mais elevado e haja franquia de dados, em alguns casos a utilização de conexão via satélite é uma das opções.
Conclusão:
Apesar de todos os esforços que estão sendo feitos para levar a internet/conectividade ao campo, este é ainda um dos grandes gargalos da utilização da tecnologia digital no campo.
Qual vai ser a tecnologia dominante para o campo? Esta questão é de difícil resposta, mas vai de acordo com cada projeto e de cada situação. As questões que podem ser levantadas para uma melhor definição:
- Qual é o escopo do projeto e qual o seu caso de uso?
- Qual a quantidade de dados que necessitam ser enviados, em qual velocidade, em qual intervalo e qual alcance?
- Qual a situação do contexto local? Há vários tipos de cobertura disponíveis? Existem outras opções de conexão?
- Vai ser necessária alguma solução híbrida de tecnologias?
- Existe algum parceiro de confiança?
- Qual a importância da duração das baterias para o seu caso?
- Qual o impacto do custo da infraestrutura, serviço mensal, gerenciamento de dispositivos?
Estas muitas questões precisam ser levadas em consideração para definição de como conectar o campo. Inegável que o caminho da Agricultura 4.0 e fases posteriores, não tem mais volta e diferentes soluções estão sendo desenvolvidas. A corrida para a conexão do campo está iniciada e ainda difícil de saber qual vai ser o caminho a ser perseguido. Mas as soluções e alternativas estão sendo criadas em grande velocidade rumo a um mundo totalmente conectado, inclusive nas áreas agrícolas.
O Venturus conhece as tecnologias de conexão existentes no campo e está preparado para trabalhar com as mais diversas tecnologias de conexão também no meio agrícola.
Referências:
[2] http://www.telesintese.com.br/redes-nb-iot-e-cat-m-da-claro-terao-abrangencia-nacional/
[4] https://novida.com.br/blog/sigfox/
[5] https://www.sigfox.com/en/sigfox-iot-technology-overview
[6] https://tecnoblog.net/235532/internet-via-satelite-planos-opcoes/
[7] http://teletime.com.br/19/03/2019/vivo-comeca-operacao-comercial-de-redes-nb-iot-e-lte-m/
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