icona dispositivo LoRa

lorawan una soluzione per internet of things

Con il crescere di infrastrutture cittadine o di altri sistemi IoT, si è creata la necessità di installare sensori a distanza di chilometri dal gateway. Le tecnologie radio wireless adatte a soddisfare questa esigenza sono quelle basate su tecnologia cellulare, oppure l'utilizzo di reti a bassa potenza (LPWAN), in particolare LoRaWAN.

Queste tecnologie Low power wide area servono quinid a riempire il vuoto esistente tra le tecnologie di comunicazione cellulare a lungo raggio (3G e 4G LTE) e quelle wireless a breve e brevissima distanza (Bluetooth, Wi-Fi e, in alcuni casi, NFC).

LoRaWan e le altre tecnologie LPWAN (SigFox, NBIoT) sono nate per facilitare lo sviluppo di reti nei quali i nodi rchiedono "bassa mobilità" e scambio dati molto limitato, e sono caratterizzate da un consumo energetico molto basso.

schema lpwlan range

caratteristiche
rete lorawan

LoRaWAN è una specifica LPWAN che consente ai dispositivi alimentati a batteria di connettersi a una rete IoT su un lungo raggio, utilizzando una larghezza di banda ridotta, in una rete regionale, nazionale o globale. Si tratta di uno standard aperto a basso costo,
E' una rete gratuita che non richiede abbonamenti per il consumo dei dati.

schema internet of things

vantaggi di una
rete lora

Lungo raggio: consente una gettata fino a 50 km.

Basso consumo delle batterie: la tecnologia LoRa permette di ottenere una durata delle batterie dei sensori oltre 10 anni.

Comunicazione Bi-direzionali.

Geolocalizzazione: consente la localizzazione senza necessità di GPS.

Riduzione dei costi: dell'infrastruttura, delle spese di mantenimento, del costo dei sensori.

Interoperabilità: qualsiasi sensore LoRaWan può essere connesso ad una rete esistente.

Sicurezza: i dati sono crittografati end-to-end.

Schema caratteristiche LoRaWan

differenze tra
lora e lorawan

Si noti che mentre i termini "LoRa" e "LoRaWAN" sono spesso usati come sinonimi, i due si riferiscono a cose diverse.

LoRa è il livello fisico o la modulazione wireless. LoRa si basa su modulazioni chirp Spread Spectrum. Lo spread spectrum Chirp è stato utilizzato nella comunicazione militare e spaziale per decenni a causa delle lunghe distanze di comunicazione che possono essere raggiunte e per la robustezza alle interferenze.

LoRaWAN è un protocollo specifico costruito sulla base della tecnologia LoRa sviluppata dalla LoRa Alliance.

differenza lora lorawan

overview delle reti lpwan

Schema tecnologie a confronto

TECNOLOGIA
LORA

L'architettura di rete LoRaWAN è di tipo star-of-stars in cui i gateway fungono da bridge trasparenti che inoltrano i messaggi tra i dispositivi finali e un server di rete centrale nel back-end.

I gateway sono collegati al server di rete tramite connessioni IP standard, mentre i dispositivi terminali utilizzano la comunicazione wireless a singolo hop su uno o più gateway. La comunicazione end-point è generalmente bidirezionale, ma supporta anche operazioni come multicast, consentendo l'aggiornamento del software via etere o altri messaggi di distribuzione di massa per ridurre i tempi di comunicazione.

La comunicazione tra dispositivi terminali e gateway viene diffusa tra diversi canali di frequenza e velocità di trasmissione dati. La selezione della velocità dei dati è un compromesso tra intervallo di comunicazione e durata del messaggio. A causa della tecnologia a spettro esteso, le comunicazioni con velocità di trasmissione dati diverse non interferiscono tra loro e creano una serie di canali "virtuali", aumentando la capacità del gateway. Le frequenze di dati LoRaWAN vanno da 0,3 kbps a 50 kbps. Per massimizzare sia la durata della batteria dei dispositivi finali che la capacità complessiva della rete, il server di rete LoRaWAN gestisce la velocità dati e l'uscita RF per ciascun dispositivo finale singolarmente tramite uno schema ADR (Adaptive Data Rate).

La protezione è fornita da diversi livelli di crittografia:

1) La chiave di rete unica (EUI64) garantisce la sicurezza a livello di rete

2) La chiave di applicazione unica (EUI64) garantisce la sicurezza end to end a livello di applicazione

3)Chiave specifica del dispositivo (EUI128)

LoRaWAN ha diverse classi di dispositivi end-point:

Dispositivi finali bidirezionali (Classe A): i dispositivi di estremità di Classe A consentono comunicazioni bidirezionali in cui ciascuna trasmissione di uplink del dispositivo finale è seguita da due finestre di ricezione short downlink. Lo slot di trasmissione pianificato dal dispositivo terminale si basa sulle proprie esigenze di comunicazione con una piccola variazione basata su una base temporale casuale (tipo di protocollo ALOHA).

Dispositivi finali bidirezionali con slot di ricezione programmati (Classe B): oltre alle finestre di ricezione casuale di Classe A, i dispositivi di Classe B aprono finestre di ricezione extra in orari prestabiliti. Il dispositivo terminale riceve un segnale di sincronizzazione sincronizzata dal gateway, per assicurarsi che apra la finestra di ricezione all'ora pianificata. Ciò consente al server di essere a conoscenza di quando il dispositivo terminale è in ascolto.

Dispositivi finali bidirezionali con slot di ricezione massimali (Classe C): i dispositivi terminali di Classe C hanno finestre di ricezione quasi continuamente aperte, che si chiudono solo durante la trasmissione.

Schema architettura LoRaWan

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