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Sigfox x LoRa: Qual a tecnologia ideal para a sua aplicação

Durante anos, a SigFox e LoRa Alliance têm sido as principais concorrentes no espaço da LPWAN (Low Power Wide Area Network). Por trás dessas empresas há tecnologias e modelos de negócios diferentes,   mas as duas têm uma mesma meta: tornar-se o padrão para bilhões de dispositivos do universo IoT (sigla em inglês para internet das coisas).

Antes de pontuar a diferença entre as características de cada uma, vamos fazer uma introdução sobre essas tecnologias.

SIGFOX

A SigFox é uma tecnologia de banda estreita (ou melhor, banda ultra-estreita) criada por uma empresa francesa, que leva o mesmo nome. Ela usa um método de transmissão de rádio padrão denominado BPSK, que utiliza a alteração da fase da onda de rádio para codificar os dados. Por ser uma tecnologia de banda muito estreita (Ultra Narrow Band, em inglês) os dispositivos SigFox fazem um uso ótimo da potência disponível, o que permite, em condições ideais, uma comunicação por longas distâncias de forma confiável entre eles, mesmo em canais com interferências e ruídos.

A SigFox segue um modelo muito parecido com o das operadoras de celular ou seja, ela implanta, através de operadores pelo mundo, toda a infraestrutura de torres, antenas e servidores de rede necessários para que sua aplicação possa enviar os dados para a nuvem.

Portanto, ao usar a SigFox, você não precisa criar uma rede e gerenciar gateways. Como os receptores ficam permanentemente instalados, normalmente a grandes altitudes, eles são muito sensíveis e permitem que você use chips com potência mais baixa. A grande restrição é que o uso da rede depende da cobertura determinada pela empresa. Isso quer dizer que onde não houver cobertura, não é possível criar uma aplicação de IoT usando o SigFox.

Outro aspecto negativo da SigFox é a minúscula largura de banda de mensagens: Apenas 12 bytes de upload por mensagem no limite de 140 envios por dia! O download é ainda mais “apertado”: 4 retornos por dia de apenas 8 bytes. Não dá para entender como uma operadora global com milhões de dólares investidos em infraestrutura e tecnologia oferece uma banda tão limitada para aplicações finais.

Então, em termos práticos, você tem a tecnologia SigFox e um operador por país que usa essa tecnologia para prestar o serviço. Aqui no Brasil, assim como em outros países,  quem opera a SigFox é a WND.

Portanto, se você quiser fazer uso do serviço no país, você deve entrar em contato com a WND e não com a SigFox.

Como conectar um Hardware à rede da SigFox?

A forma de conectar seu dispositivo à nuvem da SigFox acaba sendo muito parecida com o método usado para conectar hardwares na rede GSM você vai precisar seguir os passos abaixo:

  • adquirir um modem SigFox,
  • projetar um hardware onde esse modem possa ser soldado em sua placa,
  • desenvolver um firmware para controlar esse modem,
  • aprender sobre a parte de API da SigFox para integrar seu front end e
  • preparar uma tela de front end ou usar um a solução pronta para receber e tratar os seus dados.

É importante lembrar que a SigFox adotou o modelo “dumb pipe”, definindo-se, portanto, apenas como um “tubo” para a passagem dos dados, provendo simplesmente um meio para a passagem das informações do seu dispositivo para onde quer que você precise desses dados.  Ou seja, ela não se envolve com a sua aplicação.

Se você quiser testar a rede SigFox, existem kits de desenvolvimento à base de Arduíno para isso, mas dificilmente um desses kits poderá ser usado em uma aplicação comercial.

LoRa

O rádio LoRa é uma tecnologia de espalhamento espectral com uma faixa ampla (normalmente 125 kHz ou mais). Seu chirp, modulado por frequência, utiliza o ganho de codificação para aumentar a sensibilidade do receptor. Com esse esquema, o LoRa analisa uma quantidade maior de espectro do que o SigFox (e, portanto, recebe mais interferência). No entanto, por estar procurando um tipo muito específico de comunicação, o ruído, que é elevado devido a uma maior largura de banda do receptor, é mitigado pelos ganhos de codificação. Quanto à eficiência do link (também chamado de link budget), é praticamente a mesma da SigFox.

Ao contrário do SigFox, tanto o dispositivo quanto o gateway LoRa são relativamente baratos. Isso se dá principalmente porque, como você pode usar o mesmo rádio para um receptor na estação base e para um terminal, há automaticamente compatibilidade.

Outro ponto importante é que ao usar um rádio LoRa, você precisa de um protocolo de comunicação. Com o LoRa, você tem duas opções: você pode desenvolver o seu próprio protocolo ou usar um protocolo comercial já desenvolvido para a rede LoRa, que é o LoRaWAN. A função do protocolo é implementar os detalhes de segurança, qualidade do serviço, ajustes de potência e outros, visando maximizar a duração da bateria dos módulos e otimizar os tipos de aplicações tanto do lado do módulo quanto do servidor.

Podemos considerar a rede LoRa como tendo uma arquitetura mais aberta, ou seja, as empresas podem criar redes próprias para seus dispositivos ou ainda usar redes de terceiros. Essa abordagem permite criar uma infraestrutura própria e conseguir ampla cobertura. Claro que não é tão simples implementar tudo isso, mas de qualquer modo, comparado ao SigFox, que possui uma arquitetura fechada, a tecnologia LoRa é mais flexível, principalmente para empresas que souberem aproveitar bem o seu potencial frente às reais necessidades do mercado.

Vantagens da Tecnologia LoRa

  • Liberdade para usar e configurar sua própria rede.
  • Quantidade ilimitada de mensagens, com velocidade de até 50 Kb/s.
  • Alcance muito longo (alguns quilômetros em cidades, até 40 quilômetros em áreas rurais com antenas direcionais).
  • Baixo consumo de energia.
  • Frequência livre.

SigFox x LoRa

Para empresas de pequeno porte, a SigFox apresenta alguns inconvenientes, pois, aparentemente, seus esforços são direcionados para grandes projetos. Um desses inconvenientes é a rede não estar disponível em todos os lugares. Além disso, pode ser difícil entrar em contato com a WND, responsável pela operação da tecnologia SigFox no Brasil.

A tecnologia LoRa, por outro lado, é uma opção para a maioria das pessoas porque, com ela, você pode configurar e gerenciar sua própria rede.

LoRa e SigFox são equivalentes para alguns casos de uso, mas devem ser observadas algumas questões.

O LoRa é provavelmente a melhor opção se você precisar de bidirecionalidade real, por causa do seu link simétrico. Por isso, se você precisar de funcionalidade de comando e controle — para, digamos, monitoramento de rede elétrica — o LoRa é sua melhor opção.

Com o SigFox, você poderia usar a funcionalidade de comando e controle bidirecional, mas, para trabalhar adequadamente, a densidade de rede precisaria ser maior, devido ao link assimétrico. Portanto, essa tecnologia é útil apenas para aplicativos que enviam pequenas e raras mensagens, como alarmes. Lembre-se que no SigFox só temos a opção de 4 mensagens de downlink por dia.

Apesar dessas pequenas diferenças, o SigFox e o LoRa atendem mercados similares. Vale notar que, embora essas tecnologias tenham sido originalmente projetadas para as bandas regulatórias europeias entre 865 e 868 MHz, ambas já foram adaptadas para o Brasil, onde as frequências equivalentes estão na faixa de 915Mhz.

Mas, é bom ficar atento aos fatores abaixo que são importantes no momento de você escolher a ferramenta para sua rede IoT:

1 – Eficiência energética: Sistemas para redes LPWAN precisam uma grande autonomia de bateria.

2 – Baixo custo: O custo de cada dispositivo torna-se extremamente relevante quando se considera a escala na expansão do IoT.

3 – Nenhuma configuração por dispositivo: Uma das maiores frustrações que você pode ter ao implantar uma rede LPWAN diferente é gerenciar várias chaves de criptografia por dispositivo no momento da produção e no lado do servidor.

4 -Limite de ciclo de trabalho: Uma largura de banda muito estreita para você enviar dados e uma limitação muito severa na quantidade de mensagens que você pode enviar por dia pode ser um problema limitador para sua aplicação.

5 – Resistência a interferência: Por ser uma faixa de uso livre, a banda destinada ao LPWAN sofre interferência de todos os lados. Por isso a tecnologia adotada tem que ser extremamente robusta nesse quesito.

Testando SigFox x LoRa

CONCLUSÃO

Quando se trata de conectividade para IoT, a discursão real não é sobre a rede, mas sobre a tecnologia. A padronização global de qualquer rede provavelmente não acontecerá tão cedo. A verdade é que as pessoas estão focadas nas aplicações, o que torna essas tecnologias apenas ferramentas e nada mais. Não é realmente importante quantos  Gs existem depois do número (fazendo alusão às redes 2G, 3G, 4G e 5G). No fim, o que vai contar é como a tecnologia escolhida resolve seu problema levando em consideração questões de custo e operacionalidade.

Aqui vale a reflexão: o ideal seria uma solução mista, com uma infraestrutura mais flexível, como é caso do LoRa, mas sem a necessidade de você ter que gerenciar totalmente a camada de rede.

Isso, sim, seria a melhor solução para LPWAN!