Edição das 15h24min de 1 de outubro de 2020

Fase I - Estudo

Título da Idéia

LoRa - Tecnologia de rede de área ampla e de baixa potência (LPWAN) voltada para IoT (Internet of Things).

Objetivos

Objetivo Geral

Estudar a tecnologia LoRa, bem como o protocolo LoRaWAN, a fim de encontrar possíveis aplicações da rede LoRa na Algar Telecom.

Estudar a tecnologia de redes LoRa, suas topologias, aplicações, bem como o procolo LoRaWAN, a fim de se tornar realizável a implementação de um caso de uso, utilizando a tecnologia em uma torre compartilhada com equipamentos de rede móvel.

Objetivos Específicos

Utilizar a tecnologia implementando sensores, gateways, atuadores, etc. para monitoramento e prevenção de queimadas/incêndios em parques, sendo detectado os níveis de calor e fumaça em determinadas áreas. Os dados de cada sensor serão enviados de tempos em tempos para um gateway LoRa.

Conceito

A rede LoRa é uma rede de baixa potência e longo alcance (uma LPWAN - Low Power Wide Area Network), que opera em uma faixa de frequência baixa (nos EUA, por exemplo, atua na faixa de 915MHz) e não licenciada. Graças à essa característica de ter uma baixa taxa de transmissão e obter um longo alcance, a rede LoRa auxilia a realizar diversas medições úteis através de sensores, por exemplo, para diversos tipos de análises, a fim de solucionar problemas do cotidiano, como: poluição, segurança (seja das ruas, de propriedades, atuando na prevenção/antecipação de eventos, como algum desastre da natureza ou alguma falha humana) e muito mais. A rede LoRa, portanto, já vem sendo utilizada na área de IoT (Internet of Things), sendo empregada em áreas como Urban Computing, Smart Cities e em diversas soluções onde se faz necessário a análise de diversos dados. Uma comparação entre a rede LoRa e as redes mais usuais pode ser vista abaixo:

Transmitir informações em uma banda de baixa frequência, com largura de banda a 500kHz, 250kHz ou 125kHz a uma baixa taxa de transmissão (indo de 290bps a 50kbps), propicia à rede LoRa um alcance de 5km em áreas urbanas e até 15km em áreas rurais, ou seja, a rede LoRa possui uma penetração de objetos muito maior do que as redes que utilizam uma faixa de frequência superior. A potência gira em torno de 20dBm ou 100mV e a modulação utilizada é derivada da CSS (Chirp Spread Spectrum Modulation), vista abaixo:

Na rede LoRa, existem alguns elementos importantes:

os end-point, que são os dispositivos que estão conectados na rede LoRa, como sensor de humidade, temperatura, etc.;
os gateways, que são os dispositivos responsáveis por receber os dados transmitidos dos sensores (end-points);
os servidores de rede, que ficarão a cargo de receber os dados enviados pelos gateways e armazená-los;
os servidores de aplicação, onde os dados recebidos serão tratados e então utilizados para algum fim.

A imagem abaixo esquematiza o que foi dito:

Sobre as classes dos dispositivos LoRa:

Sobre as classes dos dispositivos (todos são bidirecionais):

Dispositivos classe A:
- são os que possuem melhor eficiência energética;
- só "escuta" quando envia informações;
- para "escutar", abrem 2 janelas de tempo t1 e t2 para receber dados e, se nada for recebido neste tempo, o dispositivo só estará apto a receber no próximo uplink;
- possuem a maior latência entre as classes;
- é a classe padrão dos dispositivos. Dispositivos classe B e C são "expansões" dos dispositivos classe A, ou seja, são classes opcionais;
Dispositivos classe B:
- tem maior latência em troca de maior consumo de energia;
- a latência é controlada, ficando no meio termo entre os dispositivos classe A e C neste quesito;
- o gateway sabe quando o dispositivo está "escutando", pois o mesmo utiliza janela de recepção agendadas;
- é importante salientar que, então, gateway e dispositivo estarão sincronizados através da utilização de sinais beacon e pings;
Dispositivos classe C:
- é a classe que demanda mais energia, em troca de uma latência menor;
- esta classe também abre 2 janelas de recepção como na classe A, porém, ela mantem uma janela aberta constantemente e, só não irá "escutar" quando estiver enviando informações;
- normalmente a classe A e B utilizam bateria e a classe C é alimentada por uma fonte externa;

Esta imagem detalha melhor como funciona as classes A (padrão e obrigatória), B (beacon) e C (continuous) dos dispositivos LoRa:

Características

As principais características do caso de implementação proposto são:
- Fornecer segurança à parques, auxiliando na prevenção à incêndios e, consequentemente, protegendo a fauna e a flora que ali estão presentes, bem como a vida das pessoas que frequentam o parque.
- Graças ao pouco consumo de energia, um único sensor teria uma vida útil de aproximadamente 10 anos, funcionando através de bateria.
- Um único gateway ficaria responsável por receber as informações dos sensores, que seriam espalhados no parque para uma melhor eficácia no monitoramento.
- Com isto, uma característica da implementação é a fácil expansão da ideia para outras situações, como por exemplo, na proteção de plantações de fazendeiros, na proteção de áreas ambientais, etc., uma vez que os incêndios são um grande problema e causam muitos prejuízos, fazendo com que seja bastante viável monetizar estas soluções e consequentemente oferecer estes serviços de monitoramento, que além da detecção, estariam também atuando em cima do problema para que ele seja solucionado o mais rápido possível.

Estudo Dirigido

Estudo dirigido:
- Pesquisa em cima de LPWANs;
- Pesquisa sobre IoT;
- Pesquisa sobre a tecnologia LoRa, bem como suas características, vantagens e desvantagens;
- Pesquisa sobre casos de uso e possibilidades de implementação;
- Viabilidade, de implementação e comercial, da solução escolhida;
- Caso não for viável, pesquisar outros casos de uso até que algum caso atenda ao tópico anterior;

Materiais:

Fase II - Ensino

Conteúdo

Desenvolva um conteúdo que possa transmitir o conhecimento adquirido para outros
Crie um material (Wiki, PDF, PPT, ...) que possa ser armazenado e facilmente atualizável

Apresentação

Apresente ao grupo (reunião, EAD, Blog, ...)
Publique aqui

Metodologia

Estudos básicos para conhecimento do potencial das tecnologias utilizadas para IoT
Estudo de tecnologias LPWAN
Estudos básicos para entendimento sobre o problema
Estudos de casos de uso
Estudo de equipamentos para implementação
Estudo de fornecedores de equipamentos
Estudo de comparativo de tecnologias
Estudos para dar base aos pesquisadores
Adoção de novas tecnologias
Utilização da proposta de soluções Open-source
Foco na não dependência de fornecedores

Fase III - Exemplo de Caso de Negócio

Product Backlog

Descreva os requisitos deste projeto

Benefícios para quem for oferecer esta solução

    Descrever em tópicos os benefícios que uma pessoa ou uma empresa podem obter: ganhos, receitas, novos negócios, novos produtos, novas parcerias

Benefícios para o usuário

    Descrever em tópicos os benefícios para os usuários desta solução.
    Pode se inspirar no Canvas.

Direcionadores chave para esta iniciativa

    Descrever em tópicos o que esta iniciativa pode proporcionar

Possíveis modelos de negócios

    Descrever em tópicos os possíveis modelos de negócios

Business Case

    Descrever um exemplo de negócio que permita avaliar a solução comercialmente

Alinhamento com Lei do Bem

Projeto possui algum elemento tecnologicamente novo ou inovador?

Elemento tecnologicamente novo ou inovador pode ser entendimento como o avanço tecnológico pretendido pelo projeto, ou a hipótese que está sendo testada

Projeto possui barreira ou desafio tecnológico superável?

Barreira ou desafio tecnológico superável pode ser entendido como aquilo que dificulta o atingimento do avanço tecnológico pretendido, ou dificulta a comprovação da hipótese

Projeto utiliza metodologia/método para superação da barreira ou desafio tecnológico?

Metodologia/método para superação da barreira ou desafio tecnológico pode ser entendido como aqueles atividades que foram realizadas para superação da barreira ou do desafio tecnológico existente no projeto

Projeto é desenvolvido em parceira com alguma instituição acadêmica, ICT ou startup?

Se sim, o desenvolvimento tecnológico é executado por associado ou por alguma empresa terceira? qual o nome da empresa? 
Anexar cópia do contrato

Fase IV - Protótipo orientado ao Negócio

Escopo

Explique o escopo deste protótipo

Limitações

Informe sobre as limitações técnicas, comerciais, operacionais, recursos, etc.

PoC

Desenvolva um PoC (Proof of Concept)

Privacidade (LGPD)

Avaliar condições referentes à Lei Geral de Proteção de Dados

Detalhamento Técnico

Descreva especificamente os aspectos técnicos desta pesquisa

Cronograma Macro

Histórico

Responsável: Samuel

Semana de 14 à 18/09/2020

Foi escrito os conceitos;

Semana de 21/09 à 25/09/2020

21/09 - Atualizado algumas informações no tópico "Objetivos";
22/09 - Nada foi escrito: houve uma reunião para validar alguns conceitos e finalizar uma apresentação sobre o tema;
23/09 - Atualizado os tópicos "Características" e "Estudo Dirigido";
24/09 - Nada foi escrito: houve uma apresentação sobre o tema, de cunho informativo para análise da proposta de caso de uso e afins;
25/09 - Nada foi escrito: houve uma reunião para alinhamento sobre os próximos passos da pesquisa;

Semana de 28/09 à 02/10/2020

30/09 - Foi adicionado informações sobre como é classificado cada dispositivo LoRa bem como as características de cada um deles

Pesquisadores

Samuel Fernandes Terra dos Reis
Leonardo Gonçalves Pereira

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 == Metodologia ==
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- Descrevas as metodologias usadas. Alguns exemplos:
 *Estudos básicos para conhecimento do potencial das tecnologias utilizadas para IoT

LoRa IoT: mudanças entre as edições