Atalaia

Como funciona o rádio

Os dispositivos falam por LoRa, um rádio de longo alcance e baixo consumo, no protocolo próprio da Atalaia, o Skirmesh-RF. Estes dois diagramas mostram o que o LoRa consegue e não consegue fazer num campo, e como um só protocolo corre em aparelhos muito diferentes. Nada disto passou ainda por um campo a sério: o alcance e os tempos vão ser medidos no teste de campo da fase 2.

O que o LoRa consegue fazer

O LoRa troca rapidez por alcance: leva mensagens curtas de um lado ao outro do campo com muito pouca bateria, e o sinal atravessa paredes e árvores melhor do que o Wi-Fi, embora betão, metal e montes ainda o travem. Uma caixa que não chega ao controlador é ouvida através das outras caixas, e as regras europeias limitam quanto tempo cada aparelho pode emitir.

Cinco painéis. Chirps: o LoRa envia cada símbolo como um tom que varre o canal, e um recetor que conhece o padrão consegue lê-lo mesmo abaixo do ruído de fundo, por isso chega longe com pouca energia mas só leva mensagens curtas. Fator de espalhamento: cada passo acima de SF7 quase duplica o tempo que uma mensagem passa no ar, para um pouco mais de alcance; as caixas usam SF7. Alcance: maior em campo aberto e à vista, menor através de mato, pessoas e viaturas, muito menor dentro de edifícios, e cortado por betão, metal ou um monte, onde uma caixa pelo meio pode repetir; os 868 MHz passam os obstáculos melhor do que o Wi-Fi ou o Bluetooth a 2,4 GHz. A estimativa do projeto, cerca de 0,5 a 2 km num campo típico ao ar livre, ainda vai ser medida no teste de campo da fase 2. Repetição: uma caixa fora do alcance do controlador é ouvida através das outras, e cada mensagem é repetida no máximo duas vezes, por omissão. Regras na Europa: um canal de jogo partilhado, 869,525 MHz por omissão, a única parte da banda que permite 500 mW e 10% do tempo, 6 minutos por hora para cada aparelho; os outros canais permitem 25 mW e 1% ou menos.

Que canal, e porquê 869,525 MHz

Todo o tráfego de um jogo partilha um canal. O canal por omissão, 869,525 MHz, é o centro de 869,4–869,65 MHz, a única parte da banda europeia de 868 MHz onde um aparelho pode emitir até 10% do tempo com até 500 mW. No resto de 868–870 MHz as regras permitem 1% do tempo (0,1% em 868,7–869,2 MHz) a 25 mW: cerca de um décimo do tempo de emissão e muito menos alcance. 868,1, 868,3 e 868,5 MHz são os canais por omissão do LoRaWAN e estão muitas vezes ocupados. O canal por omissão também é partilhado: as gateways LoRaWAN enviam parte das respostas em 869,525 MHz e a predefinição europeia do Meshtastic usa-o. Perto destas utilizações, a organização pode pôr o controlador a escutar todos os canais permitidos durante um minuto e escolher o mais calmo, tirar um à sorte ou escolher à mão. As caixas seguem depois os limites do canal escolhido.

Um protocolo em todos os aparelhos

O Skirmesh-RF está organizado em camadas, do rádio até à API do controlador. Uma Field Box corre tudo até aos modos de jogo; um controlador num Raspberry Pi deixa o trabalho do rádio a um modem de rádio USB; na fase 3, um telemóvel Android vai fazer o mesmo com um módulo de E/S. Os telemóveis no Wi-Fi do campo não precisam de rádio LoRa.

À esquerda, as cinco camadas do Skirmesh-RF, de baixo para cima: 1, o rádio LoRa num canal de jogo partilhado; 2, o pacote Skirmesh-RF, com cifra AES-128-CCM e uma chave para cada jogo, números de época e de sequência contra reenvios, um limite de saltos para a repetição (duas, por omissão), ACK, balizas TIME e CLAIM para trocar de controlador; 3, as mensagens HELLO, EVENT, ACK, STATE, CMD, TIME, CONFIG e CLAIM em CBOR; 4, o núcleo partilhado em C e os modos de jogo em Lua; 5, as APIs REST, WebSocket e MQTT do controlador de campo, a consola da organização, o marcador e a entrada no jogo por cartão NFC (caixas) ou código QR (controlador de reserva e, na fase 3, telemóveis). À direita, que camadas corre cada aparelho. Feitos e testados em software, ainda não no campo: a Field Box (camadas 1 a 4), o modem de rádio USB (1 e 2) e o controlador de campo num Raspberry Pi ou PC (2 a 5), e a consola da organização nos telemóveis por Wi-Fi, que usam a camada 5 sem rádio LoRa. Previstos: a caixa satélite (1 a 4) e, na fase 3, o módulo de E/S (1 e 2) que dá rádio a um telemóvel ou tablet Android (2 a 4), e a app de jogador.