Conectividade LoRaWAN: construir vs. comprar

Então, você pesquisou as diferentes opções de conectividade, ponderou os prós e os contras do NB-IoT, Wi-Fi, Sigfox e outros, e decidiu que o LoRaWAN é a melhor opção para o seu projeto. Mas agora você enfrenta outra decisão importante no processo de implementação: construir sua própria rede LoRaWAN ou usar as opções de rede pública disponíveis.

Como acontece com a maioria das decisões em IoT, dado que não existem soluções universais, tomar essa decisão ainda exige que as opções sejam cuidadosamente consideradas. A resposta dependerá, em última análise, das características do seu projeto, dos seus objetivos e dos recursos disponíveis.

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Neste artigo, vamos analisar a questão "construir ou comprar" para apresentar as vantagens e desvantagens de cada opção e explicar o que considerar ao escolher a solução ideal para o seu projeto.

Vamos começar com uma breve descrição do LoRaWAN em si.

Contexto sobre LoRaWAN

LoRaWAN é um protocolo de rede de baixo consumo e longo alcance que dá vida ao mundo da Internet das Coisas, fornecendo comunicação bidirecional, segurança de ponta a ponta, mobilidade e serviços de localização. É construído sobre a tecnologia de rádio LoRa (a camada física da rede), uma técnica de modulação que codifica informações em ondas de rádio e funciona particularmente bem na transmissão de pequenos pacotes de dados.

Apesar de seu crescimento constante, a tecnologia é jovem, com três episódios que se destacam em sua história:

• Em 2009, dois amigos franceses começaram a desenvolver o LoRa para fins comerciais.
• Em 2012, foi criado um protocolo MAC proprietário chamado “LoRaMAC” para especificar os formatos de mensagem e as camadas de segurança.
• Em fevereiro de 2015, a LoRa Alliance foi fundada e o protocolo de rede foi renomeado como “LoRaWAN”.

Arquitetura LoRaWAN

A arquitetura LoRaWAN consiste em quatro partes:

Nó: Dispositivos equipados com sensores para coletar dados e transmissores LoRa para enviar esses dados aos gateway . Embora seja possível montar seus próprios nós, existem diversos dispositivos prontos para uso de alta qualidade, como a série SenseCAP S210X da Seeed Studio .

Gateway : Dispositivos, como Edge Lite 2 da RAKwireless , que normalmente são responsáveis ​​apenas por encaminhar os dados dos dispositivos para o servidor. Eles são equipados com um concentrador LoRa que lhes permite receber informações dos nós. Para se comunicar com os servidores, gateway utilizam protocolos de comunicação de maior largura de banda, como Wi-Fi ou rede celular.

Servidor de rede: É responsável pelo gerenciamento dos gateway , pela autorização dos sensores e pela troca bidirecional de dados entre os sensores e os aplicativos.

Servidor de aplicação: É a camada de aplicação da arquitetura e, a partir dela, são gerenciadas tarefas como descriptografia e decodificação de dados de uplink, enfileiramento de downlink e codificação e criptografia de dados de downlink.

Em LoRaWAN, os nós finais "conversam" com os gateway (e não com outros nós). Gateway encaminham os dados recebidos dos nós para o servidor, que remove pacotes de dados duplicados, verifica a integridade dos dados e realiza verificações de segurança antes de enviar a mensagem para o servidor de aplicativos. Você pode encontrar uma explicação mais detalhada de como o LoRaWAN funciona neste artigo.

Benefícios do LoRaWAN

Não é por acaso que o LoRaWAN está entre as opções mais populares para conectividade IoT , considerando a lista de benefícios que podem ser obtidos com seu uso. Além do baixo consumo de energia e do longo alcance pelos quais é conhecido, o LoRaWAN também se destaca pelo suporte à comunicação bidirecional, o que significa que é possível enviar mensagens para os dispositivos finais, um recurso que facilita o controle em ambientes industriais.

A lista de benefícios que o LoRaWAN oferece também inclui seu baixo custo, a capacidade de seus servidores de processar milhões de mensagens provenientes de milhares de gateway, seu ecossistema robusto e a possibilidade de acesso tanto público quanto privado.

E é precisamente nesse último ponto que gostaríamos de nos concentrar neste post, porque mesmo que a possibilidade de usar LoRaWAN com uma rede privada ou pública seja vantajosa, decidir qual escolher pode ser difícil. Portanto, vamos analisar o que cada opção oferece e comparar seus prós e contras.

Redes LoRaWAN privadas (Construir)

Graças à natureza aberta do protocolo LoRaWAN, qualquer pessoa pode configurar sua própria rede.

Em geral, uma rede privada é aquela em que seus elementos (gatewaye servidores) estão sob o controle do usuário e só podem ser acessados ​​pelo proprietário e por quem tiver permissão para tal. Resumindo, essas redes têm um ou poucos usuários, geralmente são de pequena escala e seus proprietários detêm o controle sobre elas.

Dependendo da escala da rede, em comparação com outras tecnologias, a implantação de uma rede LoRaWAN não é tão cara. Isso se deve ao fato de que um único gateway pode lidar com milhares de nós finais e cobrir 10 km (6,2 milhas) ou mais, o que é suficiente para a maioria das operações. Com o preço de gateway internos a partir de $ 70 ou menos e assinaturas de servidor em torno de $ 85 por mês para os planos básicos, configurar uma rede privada não é proibitivo.

Estas são as principais etapas para configurar uma rede privada:

• Decidir entre pagar por um serviço de servidor ou criar um servidor personalizado.
• Obtendo o número necessário de gateway.
• Implantando-os no local desejado.
• Declarar os sensores no gateway.
• Criar as conexões entre os gatewaye a plataforma de processamento de dados.
• Ativando os dispositivos.

As principais vantagens de uma rede privada residem na segurança e no controle que ela oferece.

LoRaWAN é um protocolo seguro, mas uma implementação deficiente pode torná-lo vulnerável. Uma configuração privada concede todo o controle ao seu proprietário, o que pode reduzir o risco de espionagem ou violações de dados. Esse controle vai além da segurança, pois qualquer personalização ou alteração na rede (por exemplo, para aumentar sua cobertura) pode ser feita e depende exclusivamente do proprietário e de seus recursos.

Outras duas vantagens importantes de uma configuração privada são que, em alguns casos, pode ser uma opção mais barata, já que os custos de assinatura de uma rede pública podem ser bastante elevados se o número de dispositivos que a utilizam for alto. A outra vantagem é a capacidade de garantir uma cobertura interna ideal, graças ao controle que o proprietário tem sobre a instalação dos componentes e sua expansão.

Por outro lado, estas são algumas das desvantagens de uma configuração privada:

• Em termos de despesas, requer um investimento inicial mais elevado e custos de manutenção recorrentes.
• A configuração e implantação corretas de todas as partes da rede exigem algumedgetécnico.

Redes LoRaWAN públicas (Comprar)

As redes LoRaWAN públicas cobrem vastas áreas e são oferecidas por empresas de telecomunicações ou organizações comunitárias que detêm a propriedade dos gatewaye/ou servidores. Ao contrário das redes privadas, as redes públicas são utilizadas por diversas pessoas e organizações.

Dependendo da operadora de rede, a taxa a ser paga pela assinatura pode depender de um plano fixo, do número de dispositivos conectados à rede, da quantidade de dados transmitidos durante um determinado período ou de uma combinação desses fatores.

As redes públicas oferecem a vantagem imediata de fornecer partes da rede, como gatewaye servidores de rede, reduzindo as suas preocupações.

O uso desses dispositivos geralmente requer algumas etapas: pagamento da assinatura, registro dos dispositivos na plataforma da operadora, ativação dos mesmos e recuperação dos dados gerados pelos sensores na plataforma da operadora, encaminhando-os para outra plataforma para processamento (essa última etapa é opcional).

Dependendo do país, existem vários operadores de rede pública LoRaWAN , que oferecem diferentes planos de assinatura e diferentes densidades de cobertura.

No que diz respeito às redes comunitárias, o caso da The Things Network destaca-se como um excelente exemplo do que a natureza aberta do protocolo pode possibilitar: uma rede global em crescimento, onde milhares de pessoas contribuem para ela. Outro exemplo nesta categoria é a Lor iot , uma empresa que oferece servidores gratuitos para que você possa conectar seus gateway e dispositivos.

Segue uma lista dos benefícios que as redes públicas oferecem:

• Sua ampla cobertura a torna ideal para operações com dispositivos dispersos ou em movimento.
• Em consonância com o primeiro ponto, uma rede operada por uma operadora permite que você ultrapasse fronteiras graças ao roaming.
• Como a infraestrutura já existe, os custos iniciais são baixos.

Entretanto, existem principalmente cinco desvantagens no uso de uma alternativa pública. A principal delas está relacionada à segurança. Embora as duas partes de uma rede sejam mais vulneráveis ​​a ataques — ou seja, os dispositivos e a comunicação entre o servidor de rede e o servidor de aplicativos — dependendo do usuário em qualquer tipo de rede LoRaWAN, as redes públicas ainda são uma opção mais arriscada.

Estas são as quatro desvantagens restantes:

• Aumentar o número de dispositivos (e dados) pode resultar em contas de assinatura caras.
• A cobertura disponível pode não ser suficiente para requisitos internos ou locais específicos.
• O roaming pode ser caro.
• Potencialmente, mais períodos de inatividade não programados.

Híbrido

Existe outra opção na questão de construir versus comprar, e é, simplesmente, optar por uma combinação de ambos. Uma abordagem híbrida pode preencher as lacunas de cobertura, permitindo que o usuário acesse áreas maiores com uma rede pública, ao mesmo tempo que garante conectividade ideal em ambientes internos ou locais específicos com sua própria configuração. Também pode ser uma boa estratégia econômica para algumas operações, onde o equilíbrio dos custos das redes privadas e públicas pode ser mais vantajoso do que suas versões separadas.

Tabela de comparação

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Perguntas frequentes

O que é uma rede LoRaWAN privada?

Trata-se de uma configuração de rede implantada, mantida e utilizada por um número limitado de organizações ou pessoas. Os gatewaye servidores de rede são de propriedade privada e podem ser alterados e aprimorados conforme a necessidade.

O que é uma rede LoRaWAN pública?

Trata-se de uma rede configurada por uma operadora ou comunidade, que pode ser utilizada por diversas organizações e pessoas que, geralmente, pagam uma taxa de assinatura. É a operadora ou comunidade que decide quais mudanças ou melhorias serão feitas na rede.

Quais são as diferenças entre os dois?

Redes privadas oferecem um maior grau de controle, o que geralmente se traduz em melhor cobertura e segurança. Por serem de pequena escala, uma rede privada é uma boa opção para operações onde os dispositivos estão concentrados e em locais fixos. A implementação de uma rede privada exige investimentos iniciais mais altos e custos recorrentes de manutenção, mas pode ser mais econômica a longo prazo, especialmente se o número de nós conectados a ela for elevado.

Por outro lado, como as redes públicas já estão disponíveis, os usuários só precisam pagar uma assinatura e registrar os dispositivos para usá-las. Elas geralmente têm uma ampla cobertura — o que as torna boas para dispositivos móveis e dispersos, mas não ideais para nós em ambientes internos ou em áreas rurais onde a cobertura pode ser insuficiente ou inexistente. O modelo de assinatura faz das redes públicas uma boa opção para operações de pequena escala, já que os preços geralmente dependem do número de nós ou da quantidade de dados que eles geram — o que, como se pode imaginar, se torna uma desvantagem quando o número de nós aumenta.

Como construir uma rede privada?

O primeiro passo é obter o gateway e o servidor. Um serviço de servidor pode ser pago recorrentemente, ou um servidor personalizado pode ser configurado — uma terceira opção é usar serviços de servidor públicos disponíveis, como o da Lor iot . Depois de obter essas peças, a construção de uma rede requer os seguintes passos:

• Implantação dos gatewayno local desejado.
• Declarando os nós no gateway.
• Criar as conexões entre os gatewaye a plataforma de processamento de dados.
• Ativando os nós.

Construir uma rede privada requer oedge adequado para que as diferentes partes se coordenem e tudo funcione corretamente.

Quais provedores de rede estão disponíveis?

Existem 170 operadoras LoRaWAN no mundo , de acordo com a LoRaWAN Alliance, que variam de país para país. Há duas opções notáveis ​​no ambiente de redes públicas: The Things Network , uma rede aberta, global e orientada pela comunidade, e Lor iot , um provedor de servidor de rede LoRaWAN que oferece uma versão pública gratuita do seu serviço, destinada a provas de conceito, pesquisas acadêmicas ou entusiastas de LoRaWAN.