Radiofrequências
Monitorizar rios em locais remotos, sem Wi-Fi nem rede elétrica, impõe exigências próprias à comunicação. Aqui explicamos como os dados viajam do sensor submerso até ao portal público — e porque passámos de LoRa para NB-IoT.
Comunicar a partir do rio
Os pontos de monitorização distribuem-se ao longo de troços fluviais, muitas vezes em zonas sem cobertura Wi-Fi e sem alimentação de rede — e, no caso dos sensores submersos, em condições onde qualquer falha de comunicação implica uma intervenção física dispendiosa. A tecnologia de comunicação condiciona, por isso, não só a viabilidade técnica do projeto, mas também o seu custo de operação a longo prazo.
Sensoriamento e comunicação, separados
O sistema é hierárquico e separa deliberadamente as duas funções — o que torna a cadeia de rádio substituível sem tocar nos sensores.
Em cada local, um conjunto de AquaNodes — as unidades de sensoriamento — liga-se por cabo (comunicação série RS-485) a uma caixa (station box) fora de água. No interior da caixa, uma PCB baseada em ESP32 agrega os dados e trata da comunicação com o exterior. A radiofrequência ocorre apenas neste troço — entre a caixa e a infraestrutura do projeto.
Esta separação tem vantagens claras: os AquaNodes podem ser instalados nas posições ótimas (incluindo submersas) sem terem de assegurar a ligação ao exterior, o que simplifica o seu design, reduz o consumo e permite otimizar a estanquidade de forma independente. A antena da caixa, por sua vez, fica acima da linha de água, num local com boas condições de propagação.
Duas tecnologias LPWAN
Ao longo do projeto explorámos duas tecnologias de baixo consumo e longo alcance (Low-Power Wide-Area Network) para a ligação da caixa ao exterior.
LoRa ponto-a-ponto
Módulos Ebyte E220 a 868 MHz, em ligação ponto-a-ponto com um gateway próprio baseado em Raspberry Pi 4B. O LoRa usa modulação por chirp (CSS), muito imune a ruído, privilegiando o alcance (vários km em linha de vista) em detrimento do débito. Vantagens: independência total de operadores e custo por mensagem nulo. Limitações: restrições de duty cycle na banda ISM e a necessidade de manter um gateway em cada zona de cobertura.
NB-IoT
Com a rede a expandir-se por bacias mais dispersas, manter gateways LoRa tornou-se insustentável. Passámos a NB-IoT (módulos SIM7028G/SIM7080G, com SIM IoT da NOS): uma tecnologia móvel do 3GPP, operada pelas redes 4G/5G existentes. Ocupa apenas 180 kHz, com modulação simples (QPSK) e modos de poupança de energia (PSM, eDRX). Elimina o gateway — cada caixa comunica diretamente com a rede do operador e os dados seguem para o InfluxDB/Grafana. Em troca, depende da cobertura NB-IoT e de um custo recorrente de SIM.
LoRa ou NB-IoT?
Não há superioridade absoluta: é uma decisão de engenharia condicionada pela escala, pela geografia e pelo modelo de operação. O LoRa continua preferível quando a implantação é geograficamente concentrada, quando não há cobertura celular, ou se se quer eliminar qualquer dependência de operadores. O NB-IoT é mais adequado a redes distribuídas por várias bacias, onde manter gateways seria proibitivo e a rede celular já oferece boa fiabilidade — como acontece, cada vez mais, em Portugal.
A separação entre AquaNode e caixa foi determinante: por a cadeia de rádio estar concentrada num único componente (a PCB ESP32 da caixa, já na 4.ª revisão), a troca de LoRa por NB-IoT foi uma evolução natural do hardware, sem qualquer alteração ao sensoriamento.