A Internet das Coisas está crescendo e se expandindo, mesmo quando os dispositivos IoT tendem a estagnar. Isto traz um novo conjunto de desafios. Talvez a coisa mais importante hoje seja como fazer com que bilhões de pequenos dispositivos espalhados pelas casas, cidades e cadeias de abastecimento se comuniquem entre si sem ter que trocar as baterias a cada poucas semanas. Os usuários podem carregar seus smartphones e hubs domésticos inteligentes, mas os sensores sem fio usados para monitorar a integridade das máquinas, o carregamento de navios porta-contêineres e milhares de outras coisas não podem.
Sensores sem fio que podem operar por meses, anos e até décadas sem ficar sem bateria são essenciais para o futuro da IoT, e isso depende de uma combinação de hardware eficiente, software inteligente e tecnologia de rede apropriada.
Saiba mais sobre sensores IoT de baixo consumo de energia
Os sensores geralmente não requerem muita eletricidade para funcionar. Se tudo o que precisam fazer é ler a temperatura algumas vezes ao dia, o consumo de eletricidade é quase insignificante. No entanto, eles também têm duas outras tarefas: Processar dados (usando microcontroladores) e enviar dados para outro lugar (com um transmissor de radiofrequência). É quando os sensores consomem muita eletricidade.
Uma maneira simples de ajudar a manter o uso de energia no mínimo é manter o sensor em estado de “suspensão” na maior parte do tempo, usando um dispositivo de alarme. Este dispositivo de alarme consumirá apenas uma pequena quantidade de energia até enviar um sinal ao sensor, indicando que é hora de medir, processar e transmitir o sinal. Quanto menos energia este dispositivo de alarme utilizar, mais tempo o sensor irá operar, independentemente da quantidade de energia utilizada pelos circuitos de processamento de dados e transmissores de RF.
Em geral, o envio de grandes quantidades de dados por longas distâncias requer muita eletricidade. Portanto, tanto o envio da quantidade mínima de dados quanto o uso de um protocolo de conexão de baixo consumo de energia são importantes. Fazer algum processamento local nos dados pode ajudar a reduzir a energia utilizada durante a transmissão, mas encontrar a melhor maneira de enviar os dados é mais difícil, pois diferentes tecnologias sem fio terão melhor desempenho em diferentes casos. No entanto, existem algumas opções, desde redes WiFi e celulares que consomem muita energia (como GSM, GPSR, LTE, etc.) até opções de baixo consumo de energia, como Zigbee e Sigfox.
Nem todos os sensores IoT são criados iguais: alguns transmitirão dados através de áreas urbanas densas, outros poderão ser usados em áreas montanhosas remotas. Os humanos podem usar alguns sensores em residências e fábricas. As frequências nas quais os sensores operam, bem como os protocolos que eles usam em cada frequência, variam dependendo do caso de uso e de outros fatores, mas a seguir estão alguns dos protocolos mais comuns, listados em ordem de intervalo, de curto a longo.
Usada principalmente para fins de automação residencial, a Z-wave é uma tecnologia popular de baixo consumo de energia que oferece suporte a redes mesh e funciona na banda sub-1 GHz, ajudando a reduzir o consumo de energia elétrica e a interferência de outros dispositivos.
Até agora, o Zigbee foi amplamente adotado na Internet das Coisas Industrial (IIoT) e é especializado na operação de redes de malha de sensores de curto alcance com baixo consumo de energia. Ele minimiza o tempo em que as ondas de rádio do sensor ficam ativas para reduzir o uso de energia.
Você pode ver mais: Compare Zigbee e Z-Wave, duas tecnologias sem fio para casas inteligentes
Embora muitas vezes considerado um concorrente do Zigbee, o 6LoWPAN não é um protocolo de aplicação. 6LoWPAN é um protocolo de rede baseado em IPv6 , o que significa que cada dispositivo conectado terá seu próprio endereço de identificação exclusivo. Isso torna o 6LoWPAN facilmente compatível com sistemas baseados em IP existentes e pode operar em uma variedade de bandas, não apenas em uma única banda. 6LoWPAN ainda não é amplamente adotado, mas seu baixo consumo de energia oferece grandes vantagens de compatibilidade.
O Bluetooth já está integrado em muitos dispositivos de consumo e, com a introdução de versões de baixo consumo de energia, deu um enorme salto em frente para a IoT. Suporta níveis de rendimento mais elevados e intervalos mais longos do que algumas outras tecnologias. Pode se tornar a melhor escolha para muitas aplicações graças à sua compatibilidade.
Desenvolvido pela Wi-Fi Alliance como um padrão de baixo consumo de energia para conectar dispositivos IoT, o HaLow compete principalmente com o Bluetooth quando usado para dispositivos domésticos inteligentes e redes de sensores. A frequência de 900 MHz oferece um bom alcance e capacidade de penetrar obstáculos. Taxa de rendimento muito alta, consumo de energia muito baixo. Ainda não é amplamente utilizado, mas espera-se que faça bem o trabalho.
Para transferências de dados pequenas, de longo alcance e de baixo consumo de energia, o Sigfox é difícil de superar. Dependendo do ambiente, ele pode enviar dados por longas distâncias. A taxa de transferência é bastante baixa, tornando-o uma escolha ruim para dispositivos com uso intensivo de largura de banda, mas excelente para instrumentos de medição de uso geral e sensores básicos. Sigfox está amplamente disponível na Europa, Estados Unidos, Austrália e Ásia.
Sua onipresença e altas taxas de transferência tornam as redes celulares uma escolha adequada para sensores IoT, mas seu alto consumo de energia e tendência a ficarem congestionadas mesmo com tráfego de rede em ambientes não viáveis de IoT, tornando-as impopulares entre os fabricantes de sensores de baixo consumo de energia. É por isso que as pessoas estão trabalhando continuamente para atualizar a infraestrutura existente para suportar LTE-M (LTE-Machine, o que significa permitir a transmissão de dados IoT em tempo real) e NB-IoT (NarrowBand -IoT), voltado especificamente para dispositivos de baixo consumo de energia e baixo rendimento. . LTE-M e NB-IoT, juntamente com 5G, provavelmente serão usados em muitas aplicações futuras de IoT.
A tecnologia das baterias está a melhorar constantemente e a rápida implantação de grandes redes de sensores está bem encaminhada. Fizemos avanços impressionantes na construção de sensores que economizam energia sem sacrificar o desempenho.
Os padrões com grandes bases de usuários existentes, como Bluetooth, WiFi e celular, provavelmente serão amplamente utilizados em casa, enquanto as aplicações industriais e outras terão como alvo qualquer aplicação. Quais tecnologias são mais adequadas para a situação em que são usadas?
O estabelecimento de redes de sensores de baixa potência se tornará cada vez mais popular nos anos ou mesmo nas próximas décadas.
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