La tecnologia LoRa nei sistemi IoT

L’Internet of Things toccherà tutti gli aspetti della vita quotidiana, coprendo una gamma di applicazioni inimmaginabile, dai dispositivi indossabili connessi, progettati per comunicare su distanze di pochi centimetri, a un’ampia varietà di applicazioni di gestione delle risorse e di monitoraggio a sensori, che potranno comunicare con uno o più gateway su distanze anche di diversi km. Nel caso in cui siano necessarie comunicazioni a lungo raggio e non possa essere utilizzato un semplice data link wireless senza autorizzazione, le reti cellulari costituiscono un attraente mezzo di collegamento, anche se presentano alcuni inconvenienti. Anche se un dispositivo IoT può essere connesso a basso costo a una rete 2G, con un consumo abbastanza contenuto da poter funzionare con alimentazione a batteria per una durata accettabile, c’è comunque qualche incertezza sul futuro delle reti 2G. Alcuni operatori hanno espresso l’intenzione di abbandonare queste reti, dato che gli abbonati sono orientati ai più moderni servizi 3G e 4G, che garantiscono ai dispositivi mobili un miglior collegamento Internet.

La fiducia nella rete

I dispositivi IoT si indirizzano di solito alla realizzazione di servizi di lunga durata, anche di cinque - otto anni. Occorre quindi scegliere una connettività di rete che sia sicuramente supportata per questo periodo. A causa dell’incertezza sulla longevità delle reti 2G, gli sviluppatori devono prendere in considerazione soluzioni alternative di connettività che siano in grado di garantire non solo la certezza di un supporto a lungo termine, ma anche il rispetto delle esigenze di basso consumo, comunicazioni a lungo raggio e basso costo, tipiche delle più diffuse applicazioni IoT. Fra i possibili candidati, la tecnologia LoRa presenta notevoli credenziali tecniche ed è già in uso in applicazioni che richiedono un’affidabile capacità di comunicazione su distanze di diversi km, come i sistemi wireless di lettura di strumenti e controllo dell’illuminazione stradale. Questa tecnologia sub-GHz a basso consumo per reti Wan o LpWan (Low-power Wide area network) supporta una velocità dei dati da 0,3 kbps a 50 kbps, in funzione della distanza e della durata dei messaggi. La distanza di trasmissione può raggiungere 15 - 20 km. Anche in un ambiente urbano ad alta densità si possono coprire distanze di comunicazione di oltre 2 km. Rispetto agli altri standard, una rete LoRa è IP-based compatibile con IPv6, una caratteristica essenziale per ogni sviluppo di nuovi progetti IoT. Una rete LoRa comprende dei gateway per la connessione al server centrale di rete. Gli end-point comunicano con una topologia di rete a stella mediante un collegamento wireless single-hop ai gateway con la possibilità di collegarsi a più gateway, per garantire la ridondanza del collegamento. Per coprire una grande area è sufficiente un’infrastruttura leggera: Microchip ha effettuato la dimostrazione di una rete privata LoRa che copre la maggior parte della città di Monaco usando solo 7 gateway. Un aspetto di notevole importanza per le applicazioni IoT è la crittazione di sicurezza incorporata nelle reti LoRa, che consente ai livelli applicazione e dispositivo di offrire una struttura di protezione dei dati personali o delle funzioni critiche dagli attacchi fisici o informatici. Il suo schema di modulazione a largo spettro consente un’operatività a lungo raggio e un’elevata capacità di rete, con bassa potenza a radiofrequenza. Grazie alla richiesta energetica contenuta, l’end-point di una rete LoRa con alimentazione a batteria può funzionare per molti anni, una durata sufficiente in molte applicazioni, che ha un sensibile effetto sui costi operativi di una rete con numerosi end-point. Tuttavia c’è ancora un possibile ostacolo. Anche se diversi Paesi europei stanno definendo il quadro legislativo per le reti LoRa, questi accordi non sono stati ancora conclusi e oggi le reti pubbliche non sono molto diffuse. In ogni caso si prevede che, una volta definiti gli aspetti legislativi, ci sarà una rapida accelerazione delle reti pubbliche LoRa. Verrà in tal modo stimolata la domanda di mercato per i dispositivi IoT Edge in tecnologia LoRa che, per il momento, non sono ancora pronti in quanto i produttori attendono il decollo di queste reti. Questa situazione sembrerebbe paradossale: solo pochi saranno capaci di iniziare lo sviluppo prima che le reti pubbliche siano disponibili, ma gli operatori di rete devono avere fiducia nel mercato per stare al passo con i tempi di introduzione delle leggi e impegnarsi nella realizzazione delle reti LoRa.

Uno stimolo al cambiamento

Arrow crede che la tecnologia LoRa possa offrire la connettività adatta alle applicazioni IoT asset-based, che dipendono dalle comunicazioni long-range a basso consumo ma, nello stesso tempo, richiedono la certezza che la rete sarà supportata per tutta la durata degli asset e dei relativi prodotti. Per favorire l’inizio degli sviluppi basati sulla tecnologia LoRa, Arrow collabora strettamente con Microchip, che ha un portafoglio di moduli radio conformi alle specifiche LoRaWan per consentire di semplificare e accelerare l’integrazione di questa tecnologia nei dispositivi IoT. I moduli Microchip, come l’RN2483, sono dispositivi plug-and-play che integrano un completo sottosistema radio con un microcontrollore, le Eeprom di identità, il front-end a radiofrequenza e i relativi circuiti, oltre a un cristallo. È incluso anche lo stack di protocollo LoRaWan Classe A. Questi moduli sono fra i primi che hanno passato il collaudo LoRa Alliance Certification. Forse l’aspetto più importante di questa iniziativa è il fatto che Arrow sta pensando a un impiego nella propria rete privata LoRa, che permetterà ai clienti di connettere i dispositivi alla rete stessa per testare le loro applicazioni e definire i progetti pronti per la certificazione. Una volta completata l’attività legislativa oggi in atto in Europa, gli sviluppatori che avranno utilizzato questa rete privata per completare i loro progetti in conformità ai regolamenti approvati saranno fra i primi a presentare sul mercato i prodotti da utilizzare in rete.

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