O esquema de transmissão ponto-a-ponto LoRa é um modo de comunicação de conexão direta sem fio baseado na tecnologia de modulação LoRa, em que dois dispositivos finais interagem diretamente entre si sem depender de gateways ou servidores em nuvem. O seu núcleo é utilizar as caraterísticas de longo alcance e de baixo consumo de energia do LoRa para satisfazer as necessidades de comunicação em cenários específicos, simplificando simultaneamente a arquitetura da rede.
Princípio de realização técnica
Arquitetura de hardware
O dispositivo tem de estar equipado com um chip RF LoRa (por exemplo, SX1276/SX1262) e configurado com os mesmos parâmetros de comunicação:
Banda de frequência: escolher a banda ISM como 433MHz, 868MHz ou 915MHz de acordo com a região
Fator de dispersão (FS): 7-12 níveis ajustáveis, quanto maior o SF maior a distância de transmissão mas menor a taxa
Largura de banda (BW): 125kHz/250kHz/500kHz, quanto maior for a largura de banda, pior será a anti-interferência.
Taxa de codificação (CR): 4/5 a 4/8, afecta a capacidade de correção de erros.
Conceção do protocolo
Quadro de dados personalizado: definir o código principal, a palavra de sincronização, os dados de carga e o bit de verificação CRC
Atendente de canal (CAD): detecta a inatividade do canal antes de enviar para evitar colisões.
Mecanismo de reconhecimento ACK: o recetor devolve um sinal de confirmação após descodificação bem sucedida para garantir a fiabilidade dos dados.
Cenários de aplicação típicos
Inspeção de equipamentos industriais
Numa fábrica petroquímica, um robô de inspeção à prova de explosão envia dados sobre a concentração de gás para uma sala de controlo a 500 metros de distância, em tempo real, através da transmissão ponto-a-ponto LoRa, contornando o problema da blindagem do sinal das condutas metálicas.
Monitorização do ambiente agrícola
Os sensores do solo nos campos agrícolas estão diretamente ligados aos controladores de irrigação, accionando automaticamente as bombas de água quando a humidade desce abaixo de um limiar, sem depender da cobertura da rede celular.
Sistema de comunicação de emergência
No local de resgate do terramoto, o equipamento de busca e salvamento estabelece uma ligação de comunicação temporária com o veículo de comando e transmite os dados do detetor de vida. A distância de comunicação pode atingir os 3 quilómetros (SF=12, BW=125kHz).
Limites e otimização do desempenho
Limites de distância de transmissão
Ambientes urbanos: 1-2 quilómetros (sujeito a obstruções de edifícios)
Ambiente suburbano: 5-10 quilómetros (em condições de linha de visão)
Ambiente marítimo: Mais de 15 quilómetros (cenários sem obstáculos)
Controlo do consumo de energia
Adopta um mecanismo de ciclo de funcionamento: o dispositivo está em modo de suspensão 95% do tempo (consumo de energia 0,2μA), e acorda para comunicação apenas numa janela de tempo predefinida. Uma única bateria 18650 pode suportar 3-5 anos de vida útil da bateria.
Programa anti-interferência
Salto de frequência dinâmico: comutação automática entre 10 canais predefinidos
Filtragem do limiar RSSI: descarta pacotes com intensidade de sinal inferior a -120dBm
Correção de erros de avanço (FEC): Recupera dados corrompidos através da taxa de codificação 4/8
Comparação com LoRaWAN
| Dimensão | Solução ponto a ponto | Rede LoRaWAN |
| Complexidade arquitetónica | Não é necessário gateway, comunicação direta | Requer gateway + servidor de rede |
| Escala aplicável | Até 10 nós | Milhares de nós acedem |
| Desempenho em tempo real | Latência de milissegundos | Afetado pela programação (segundo nível) |
| Segurança | Depende de encriptação personalizada (por exemplo, AES-128) | Suporta encriptação de ponta a ponta + autenticação bidirecional |
| Custo | Custo de hardware reduzido em 30% | Requer o pagamento do serviço de rede |
Exemplo de prática de implantação
Na renovação do sistema de monitorização de vibrações de uma turbina eólica num parque eólico, os engenheiros implementaram ligações LoRa ponto-a-ponto entre a nacela de 80 metros de altura e a estação de manutenção em terra:
Seleção de hardware: Módulo LoRa de grau de proteção IP67, temperatura operacional -40 ℃ ~ 85 ℃
Configuração dos parâmetros: SF=10, BW=250kHz, potência de transmissão 20dBm
Encapsulamento de dados: os dados do espetro de vibração são comprimidos numa carga de 16 bytes, transmissão de 1 quadro por segundo
Resultados medidos: num ambiente de forte interferência electromagnética, taxa de perda de pacotes <0.1%, alternativa à solução original de fibra ótica para poupar 75% dos custos de cablagem
O valor desta solução reside na arquitetura de comunicação leve para resolver as necessidades especiais de transmissão de dados da área local. Ela não só evita o investimento de implantação de redes complexas, mas também mantém a capacidade de penetração única do LoRa e as vantagens do baixo consumo de energia. Para cenários de demanda de transmissão direcional de pequena e média escala, o modo ponto a ponto ainda é a solução mais econômica.
