Che cos'è il protocollo LoRaWan
Storia e definizione
LoRa è una rete radio a bassa frequenza, creata nel 2009 da una startup francese (Cycléo), e poi acquisita nel 2012 dalla compagnia americana di semiconduttori Semtech.
LoRaWAN (Rete a lungo raggio e ampia area) è un protocollo di comunicazione basato sulla rete LoRa.
Lo scopo di LoRaWAN è abilitare la comunicazione delle informazioni tra dispositivi a bassa potenza (come i sensori alimentati a batteria) e software su reti locali o nel cloud. In questo obiettivo di risparmio energetico, LoRaWAN è progettato appositamente per trasmettere piccole quantità di dati con una bassa velocità di trasmissione. Esempio: misurare la temperatura ambiente ogni 15 minuti.
Una delle principali caratteristiche della rete LoRa è la sua portata estesa: è una rete wireless che consente comunicazioni fino a diversi chilometri*.
* In aree affollate di grandi ostacoli metallici o infrastrutture, la portata della rete è limitata. Tuttavia, rimane significativamente maggiore rispetto a quella della rete wireless più popolare: Wi-Fi.
L'architettura tipica di una rete LoRa
Per impostare una rete LoRa, sono necessari due tipi di dispositivi:
- Trasmettitori, spesso sensori (temperatura, vibrazione, corrente, ecc.).
- Ricevitori, comunemente noti come gateway.
I gateway sono dotati di un'antenna radio LoRa, che consente loro di ricevere messaggi inviati dai sensori.
A seconda della tua area geografica, le bande di frequenza utilizzate e autorizzate per la rete LoRa sono diverse:
Europa: 863 - 870 MHz / 433 MHz*
Stati Uniti: 902 - 928 MHz
Cina: 470 - 510 MHz / 779 - 787 MHz
Australia: 915 - 928 MHz
India: 865 - 867 MHz
Asia: 433 MHz
Nord America: 915 MHz
* Le bande 863 - 870 MHz avranno un raggio teorico maggiore rispetto alla banda 433 MHz, ma quest'ultima sarà più adatta per ambienti affollati di infrastrutture e congestione.
Assicurati di avere attrezzature compatibili secondo le bande di frequenza autorizzate nella tua regione.
Lo scopo del gateway è ricevere i messaggi inviati dai sensori connessi, decodificare questi messaggi e poi inviare i dati decodificati al software o al database desiderato.
I messaggi LoRaWAN vengono inviati in formato esadecimale. I produttori di sensori forniscono documentazione tecnica per trasformare questi dati grezzi in dati intelligibili.
Ad esempio: per un sensore di corrente e-green Sensor del marchio TCT, i dati grezzi ricevuti in LoRaWAN sono: "a00808970b00060a1039". Una volta completata la decodifica, il gateway restituisce i seguenti dati:
[
[
{
"payload":{
"d":{
"XXXXX":{
"Val":{
"XXXXX:temperature":21.99,
"XXXXX:current":0.06,
"XXXXX:voltage":4.153
}
}
},
"ts":"2024-12-31T10:56:56.063Z"
}
}
]
]
La rete LoRa privata
Che si tratti di una rete pubblica o privata, l'architettura della rete LoRa rimane invariata (vedi sezione precedente). La principale differenza risiede nel gateway LoRa.
Quando si configura una rete privata (o rete operata), si installa un gateway privato dedicato a questo scopo nel proprio sito. Questo gateway assomiglia a un piccolo computer con un'antenna di ricezione LoRa e software di gestione della rete, chiamato LNS (LoRa Network Server). L'LNS serve principalmente a collegare i vari sensori e dispositivi LoRaWAN con il proprio gateway e a gestire la decodifica dei pacchetti.
Integral System collabora con Advantech, che fornisce un gateway industriale LoRa dedicato: il
Wise-6610. Questo gateway è realizzato in metallo, progettato per funzionare tra -40 °C e +75 °C, ed è garantito dal produttore, assicurando longevità industriale. Dispone di un LNS proprietario di Advantech, per il quale Integral System offre documentazione tecnica e supporto.
Ci sono diversi LNS che puoi installare su sistemi operativi tradizionali per creare il tuo gateway LoRa.
ChirpStack è un LNS open-source, ampiamente utilizzato nel mondo LoRaWAN.
Per creare il tuo gateway, avrai anche bisogno di un modulo ricevente LoRaWAN e di un'antenna.
Come implementare una rete LoRaWan privata
In pratica, per implementare una rete privata, è sufficiente collegare un gateway LoRaWAN che include un LNS.
Una volta che il gateway è acceso, sarà in grado di ascoltare i pacchetti LoRaWAN che vengono trasmessi sulla rete che l'antenna può catturare.
Il passo successivo è collegare i tuoi sensori al tuo gateway tramite l'LNS e configurare i tuoi decoder di pacchetti per reindirizzare i dati al software o al database di tua scelta.
Nota che se il software di destinazione non è sulla stessa rete del tuo gateway, dovrai collegarlo a Internet tramite un cavo Ethernet o una scheda SIM 4G.
Esistono diverse versioni del gateway Advantech Wise-6610, inclusa una versione 4G che presenta un lettore di schede SIM e due antenne aggiuntive per fornire connettività Internet cellulare.
Se hai un altro gateway o una versione standard, è anche possibile collegare un router 4G autonomo tramite un cavo Ethernet per fornire connettività Internet al gateway.
Integral System offre un router 4G industriale oltre ai suoi gateway se necessario: l'
ICR-2031.
La rete LoRa pubblica
Come spiegato sopra, la principale differenza tra una rete LoRa gestita e una rete pubblica risiede nel gateway.
Nel secondo caso, è l'operatore telecom che scegli tu a recuperare i tuoi dati e a inviarli nuovamente al tuo software fornendo i propri gateway.
La configurazione dei sensori utilizzando la rete LoRa pubblica segue la stessa logica di quella di una rete privata. L'operatore fornisce un LNS accessibile via web tramite un browser. Puoi connettere i tuoi dispositivi lì e configurare l'inoltro dei dati al tuo software.
Integral System offre anche il dispiegamento di sensori sulla rete LoRa pubblica di Orange (LiveObjects). I nostri sensori sono certificati compatibili con la rete pubblica e forniamo i decoder di dati associati.
Dal dicembre 2024, l'offerta di rete pubblica LoRa dell'operatore Bouygues Telecom (Objenious) è stata interrotta. La strategia dell'operatore si basa sul dispiegamento di reti LoRa private.
Orange è ora l'unico operatore che offre un servizio LoRa pubblico con LiveObjects.
Confronto tra rete LoRa pubblica e rete LoRa privata
Costi di distribuzione
Il dispiegamento di una rete privata comporta necessariamente la proprietà di uno o più gateway (
vedi qui il prezzo pubblico del Wise-6610). A seconda delle dimensioni della tua installazione e del numero di sensori che desideri dispiegare, il costo complessivo varia.
L'uso della rete pubblica è soggetto a pagamenti mensili basati sul numero di sensori accoppiati (alcuni euro al mese, per sensore).
Il calcolo è il seguente: quando il costo annuale dell'abbonamento pubblico LoRa si avvicina al costo fisso di un gateway, è tempo di considerare il dispiegamento di una rete privata nel tuo sito.
Il costo complessivo per il dispiegamento della rete può variare. In generale, è necessario pianificare l'intervento di un integratore industriale che generalmente ti offrirà uno studio preliminare di copertura per determinare il numero di gateway di cui avrai bisogno.
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Copertura di rete
La rete LoRa pubblica di Orange copre attualmente il 95% della popolazione francese e più di 30.000 comuni. Puoi anche controllare
qui se la tua area è coperta dalla rete pubblica.
In alcune aree rurali o molto dense, la copertura pubblica potrebbe risultare insufficiente per garantire la trasmissione dei tuoi dati. In questo caso, sarà necessario implementare una rete privata.
Il deployment di una rete privata è anche soggetto a una restrizione tecnica: l'area coperta dal gateway. Per questo motivo, si consiglia di coinvolgere un integratore industriale quando si desidera implementare una rete LoRa privata. Quest'ultimo offre generalmente uno studio di copertura della rete e determina il numero di gateway necessari per il tuo progetto.
Compatibilità dell'attrezzatura
Se le bande di frequenza LoRa sono rispettate, tutti i sensori possono essere utilizzati indipendentemente dal tipo di rete che hai. Tuttavia, se i tuoi sensori provengono da produttori meno conosciuti o meno diffusi in Europa, il decodificatore dei dati necessario per decrittare i tuoi messaggi potrebbe non essere disponibile su LiveObjects. In questo caso, offriamo redazione del decodificatore dei dati e la loro integrazione in LiveObjects per i tuoi sensori.
Il problema è simile nel caso di gateway privati. Tuttavia, Integral System offre sistematicamente un insieme di sensori compatibili con una selezione di gateway industriali, i cui decodificatori sono stati precedentemente convalidati.
Sicurezza e protezione dei dati
Se la tua organizzazione dispone delle risorse interne necessarie per gestire una rete e un'infrastruttura IT (edge computing, server locali, software installato sulla tua rete…), incontrerai problemi di sicurezza della rete quando utilizzi LoRa pubblico.
Infatti, per reindirizzare i tuoi dati al tuo software, sarà necessario aprire una connessione Internet tra LiveObjects (Orange) e la tua infrastruttura. Distribuire un gateway privato collegato solo alla tua rete ti libera da questo passaggio di connessione e garantisce l'impermeabilità della tua rete con Internet.
In alcuni casi, il software a cui desideri inviare i tuoi dati decodificati si trova nel cloud (SaaS). È quindi necessaria una connessione Internet per il gateway. In questa situazione, se la tua politica interna non ti consente di utilizzare la tua rete, offriamo
router 4G autonomi (
vedi qui il prezzo pubblico dell'ICR-2031) che forniscono una connessione Internet cellulare e si collegano tramite RJ45 al tuo gateway.
