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Redes LoRa ajudam a conectar o campo e aumentar a eficiência do agronegócio

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A aplicação de sensores de Internet das Coisas (IoT, na sigla em inglês) em uma fazenda, com dispositivos que medem a umidade do solo, por exemplo, pode economizar na irrigação e trazer um expressivo ganho de eficiência para o agronegócio. Mas a implementação pode ter desafios, como garantir a conectividade na área para que esses dados cheguem até o produtor. Umas das alternativas para conectividade rural, a rede LoRa pode ser usada em aplicações que demandam pouco tráfego de dados.

Apesar de não beneficiar todos os casos, a tecnologia LoRa tem baixo custo e atende bem a demanda de sensores IoT que estão espalhados por uma grande área – a cobertura da rede chega a ultrapassar um raio de 18 Km -, e que necessitam de eficiência energética. Por usar um conceito de sono profundo, que aciona o modo hibernação quando o dispositivo não é usado, suas baterias podem durar até 10 anos em campo.. Entretanto, a largura de banda utilizada é baixa, permitindo apenas o envio de pequenos pacotes de dados.

 “Como a fazenda é uma área que não tem volume demográfico, as operadoras não têm muito interesse em levar conectividade. Então, começaram a surgir algumas tecnologias onde o maior foco é o baixo custo e baixo consumo de energia. Aí entra a rede LoRa, que vem como uma alternativa de baixíssimo custo e consumo de energia. A rede tem que fazer a informação chegar na sede ou num ponto central, dali pra frente tem uma série de tecnologias que são colocadas pelas operadoras de telecomunicações”, explica o CEO e Presidente da Go2neXt, Paulo Pichini.

A tecnologia LoRa tem também como vantagem seu trabalho de forma integrada com outras tecnologias. “O futuro se encaminha para várias redes trabalhando juntas. Esse uso conjunto de várias tecnologias de conectividade é o caminho para a internet das coisas. Você precisa de várias redes trabalhando de forma conjunta para que uma possa complementar a outra e servir um pouco de backup”, comenta o Gerente Executivo da Venturus, Marcelo Abreu.

Uma das aplicações de LoRa é no monitoramento de animais nas fazendas. Segundo Pichini, sensores conectados por meio dessa tecnologia podem ser utilizados para auxiliar o manejo do gado e de suínos.

“O sensor que se coloca no gado tem algumas características, ele dá a posição geográfica  com um desvio de até 5 metros, informa também a temperatura do animal, determina se o gado está de pé ou andando. Por esses elementos, o dashboard que se forma na sede permite que o fazendeiro saiba se o gado está parado há muito tempo, se está com a temperatura alta. Lembrando que o boi doente pode contaminar todos os outros. Com essas informações, é possível agir e tirar o animal enfermo do local”, explica Pichini.

A própria segurança dos animais pode ser reforçada com o uso de tags conectadas via LoRa, como indica Abreu: “imagine uma fazenda com milhares de cabeças de gado. Ao conectar o rebanho, é possível saber onde estão os bois a cada momento. Ainda existe muito problema de roubo de gado e a rede LoRa pode ajudar com essa parte de segurança”.

Para os suínos também é possível prever enfermidades com a ajuda de sensores. Segundo Pichini, tags permitem identificar doenças com base no grunhido dos porcos até 5 dias antes do que seria possível sem essa tecnologia. Assim, o animal é retirado do local evitando que outros sejam contaminados e tenham que ser abatidos.

“O ganho de eficiência depende da aplicação, do perfil da fazenda e o quanto de tecnologia está sendo implementada. Nessa questão dos porcos, fala-se numa redução de 40% a 50% na perda dos porcos porque os animais são divididos em glebas com 50 a 100 indivíduos. Se um porco doente é retirado, você evita uma contaminação que inviabilizaria o uso de quase 100% da gleba. Esses sensores pegam mais de 50% dos casos 4 dias antes, o que impede a contaminação de todos os bichos”, analisa Pichini, que completa que, no caso do monitoramento do gado, estima-se ganhos de eficiência de 70% e 60%.

Além do uso no rebanho, a análise do solo e climática também pode ser realizada por meio de sensores conectados via LoRa. “No Brasil, a gente vê ganhando força as soluções para as estações climáticas. Temos um clima tropical e a incidência de chuvas tem que ser muito bem controlada. Observamos com bastante força esse movimento de estações climáticas ou meteorológicas”, indica Gustavo Zarife, diretor de tecnologia da Associação Brasileira de Internet das Coisas (ABINC).

Esse uso da rede LoRa permite desde o envio de informações sobre o índice pluviométrico de um talhão até o controle de pH e de umidade no solo. Os dados são importantes para auxiliar nas escolhas do fazendeiro e também permitir correções durante a produção, a fim de evitar perdas na cultura.

A partir do momento que os dados são transmitidos por meio da tecnologia LoRa, é possível automatizar algumas funções no campo, como determinar que a irrigação deve ser acionada sempre que a umidade do solo estiver baixa.

“É possível colocar medidores de umidade no solo e deixar os leitores espalhados pelo campo. Por isso é interessante o fato da rede LoRa ter baixo custo e não consumir muita bateria. Os sensores conectados por meio dessa tecnologia podem ser programados para enviar dados em um certo intervalo de tempo para que o gerente da fazenda consiga tomar decisões mais acertadas. A possibilidade de coletar os dados em tempo real ajuda bastante na agricultura de precisão”, afirma o Head de Agronegócios da Venturus, Roberto Okumura.

Imagem aérea de irrigação por pivô

Soluções para silos de grãos também podem ser conectadas via LoRa. Zarife aponta que existem sensores capazes de medir a produção de gases tóxicos e a lotação dos silos. “Muitas vezes, os funcionários da fazenda têm que subir até o topo do silo para observar um elemento. No momento em que os grãos estão estocados ali, pode ter risco de acúmulo de gases tóxicos, que podem causar um desmaio no funcionário e resultar em um acidente de trabalho”, explica.

Grandes fabricantes de máquinas agrícolas, como tratores e colheitadeiras, já têm embarcado sensores nesses equipamentos. O problema é entregar a conexão para que os dados sejam enviados para a sede. Essa questão também pode ser solucionada com o uso de uma rede LoRa. Por meio desses sensores é possível não só analisar a posição da máquina, como também diagnosticar a necessidade de manutenção.

“Muitas fazendas são tão grandes que o trator vai fazer o trabalho em uma área distante e não volta por meses. Então, é importante que se consiga descarregar as informações geradas pelos sensores dessas máquinas em algum momento. No mundo ideal, esse trator estaria online, mas uma boa opção é fazer com que o equipamento passe pela espinha dorsal da fazenda que possui conectividade para descarregar as informações. Essa é uma aplicação importante e a LoRa é uma forte candidata a ser a transportadora de informação”, explica Pichini.

Soluções baseadas no protocolo LoRaWAN também são aplicadas ao monitoramento do crescimento florestal, especialmente no cultivo de madeira para fins comerciais. Essa aplicação permite saber qual é o tamanho de uma árvore e se o crescimento está condizente com o esperado.

A comunicação dentro das propriedades rurais pode ser otimizada com a rede LoRa, que é bastante eficaz com o envio de informações em formato de texto. Pichini ressalta que, pela falta de conectividade, muitos funcionários da fazenda ou não se comunicam ou utilizam telefone satelital, que é muito caro.

A Venturus criou um protótipo para testar o uso da rede LoRa na comunicação no campo. O teste visava conectar dois dispositivos por meio dessa rede com o objetivo de trocar mensagens. O modelo foi bem sucedido no envio de informações no formato de texto, e as mensagens conseguiram atingir longas distâncias antes não conectadas, mas não funcionou para o encaminhamento de áudios.

“É possível transmitir dados em longas distâncias usando pouca potência, mas você tem que transmitir pouca informação. Dependendo do que precisa de conectividade, se precisa transitar máquinas e coisas mais pontuais que não precisam trafegar um grande volume de dados por muito tempo, o LoRa consegue preencher as necessidades”, explica Abreu.

Segurança

A rede LoRa é uma opção para diversas aplicações de internet das coisas no campo, mas é preciso assegurar que os dados enviados por meio dessa tecnologia são seguros e confiáveis. Uma boa notícia é que LoRaWAN é uma tecnologia com criptografia nativa, portanto, a mensagem que transita por meio dessa rede tem uma segurança ligada a chaves criptográficas.

“Desde que o sensor esteja funcionando corretamente, existe um nível de segurança para que o sensor envie uma mensagem, passe pela cloud e chegue até a aplicação. Hoje, a segurança de LoRaWAN é alta e ainda é possível incluir no dispositivo elementos para dar uma camada adicional de segurança”, afirma Zarife.

A LoRa Alliance, associação global de empresas que apoiam o padrão aberto LoRaWAN para redes de longa distância de baixa potência (LPWANs), ressalta que o padrão de conectividade é projetado para ser muito seguro, com a autenticação e a criptografia como itens obrigatórios.

Entretanto, o alerta é que as redes e os dispositivos podem ser comprometidos se as chaves de segurança não forem mantidas seguras, não forem aleatórias entre os dispositivos ou se os números criptográficos usados ​​uma vez (nonces) forem reutilizados. A associação indica procurar dispositivos LoRaWAN CertifiedCM para garantir que o dispositivo foi testado com base no padrão e funciona conforme o esperado.

De acordo com a LoRa Alliance®, a segurança inerente do protocolo LoRaWAN precisa ser acompanhada por uma implementação segura e pelo estabelecimento seguro dos dispositivos e/ou redes para manter os mecanismos de segurança nativos do protocolo. É importante usar dispositivos certificados e trabalhar com provedores confiáveis.

É preciso também diferenciar as necessidades de cada tipo de rede: privada ou nacional. Zarife explica que o usuário final de redes nacionais, como a ATC LoRaWAN, no Brasil, não precisa se preocupar com o monitoramento da infraestrutura já que o contrato prevê acordos de níveis de serviço que precisam ser mantidos. “Existem empresas que cuidam dessa operação”, ressalta.

Já no modelo de rede privada cabe ao cliente que monta a infraestrutura se preocupar com questões como a instalação do gateway, determinar a tecnologia de backhaul, alimentar a infraestrutura de energia e fazer a operação e manutenção do gateway. De acordo com Zarife, as soluções de rede privada permitem a definição de parâmetros e alertas para monitorar o gateway.

“Existe o desafio de criar e operar a rede privada. Para um gateway isolado em uma área restrita, não vejo problema em montar uma rede privada, mas quando começamos a pensar em aplicações muito grandes, pode ser interessante partir para uma rede operada por um terceiro, caso a área seja coberta por uma rede nacional”, indica Zarife. Também existem modelos que permitem a associação de ambas as redes e até o compartilhamento da rede entre agricultores vizinhos.

Pichini calcula que a rede LoRa é responsável por apenas 30% da confiabilidade dos dados, o restante é relacionado à qualidade da informação gerada pelo sensor. “O LoRa tem um conjunto de mecanismos de confiança que se a informação do sensor se perder pelo caminho, um sinal é devolvido para que as informações sejam mandadas de novo. Assim, o dado quando chega é confiável. Se não for confiável, pode ser um problema da aplicação, da forma como está captando”, pondera.

Monitorar o funcionamento dos sensores é um desafio no campo, onde essas tags estão aplicadas ao longo de grandes áreas. Okumura indica a aplicação de Inteligência Artificial no gateway para analisar se as informações estão sendo recebidas no momento certo. “Mesmo sem inteligência artificial, isso vai ser lido por alguém que conhece o campo, essa pessoa pode ver se está ocorrendo algo errado ou não. A partir daí, pode ser feita uma manutenção ou um diagnóstico para saber o que causa os erros no sinal”, explica.

À rede cabe garantir a estabilidade da transmissão. Segundo Pichini, a rede é confiável tanto em termos de bateria quanto em conexão. Na instalação da infraestrutura LoRa, são realizados testes de estabilidade e a conexão só deve cair em casos de falta de energia ou por um mau tempo muito agressivo. “A chance da conexão cair é muito pequena, muito menor que um Wi-Fi, por exemplo”, compara.

As políticas de segurança da rede LoRa devem ser aplicadas em dois pontos: na segurança da rede, que é a garantia de que a conexão é estável; e na proteção dos dados. Para isso, a arquitetura da rede deve ser projetada considerando todas as intempéries do local, afinal trata-se de uma tecnologia sem fio. Além disso, a aplicação que vai usar os dados também deve seguir protocolos de segurança, com firewall e ser capaz de detectar malware e hackers.

“O LoRa vai se integrar a esse ambiente. A tecnologia não tem firewall e sim usa o firewall que já existe. A LoRa não se propõe a fazer segurança da informação, mas a fazer uma transmissão segura”, resume Pichini.

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