Il nuovo protocollo per l'IoT
LoRaWAN : Long Range Wide Area Network
Si tratta di un protocollo Low Power sviluppato per connettere alla rete internet, locale o globale, oggetti wireless alimentati a batterie (ad esempio sensori) indirizzando i requisiti fondamentali dell'IoT cioe' la comunicazione bi-direzionale, la sicurezza end-to-end e i servizi di mobilita' e localizzazione.
Le peculiarita' di questo nuovo protocollo sono:
- la sua efficienza in termini di requisiti energetici; infatti LoRaWAN ha un consumo di batteria esiguo
- un raggio di comunicazione elevato (fino a 15km in campo aperto)
- una trasmissione dei dati protetta (grazie alla crittografia AES-128).
Il raggio di comunicazione e' di circa 2km nelle aree ad alta densita' di popolazione ed edifici, che si estende fino a 15km in campo aperto. Questa distanza viene influenzata anche dalla posizione reciproca tra il device e il gateway: se il gateway e' installato in una posizione elevata il raggio sara maggiore rispetto ad un gateway installato a livello stradale.
L'architettura di una rete LoRaWAN definita da:
- end device: sensori o dispositivi che sono in grado di leggere o generare un dato e che si trovano, come dice la parola stessa, sul perimetro della rete, sul campo
- gateway: veri e propri concentratori di informazioni. Ricevono i dati dagli end device, via wireless, e li inviano al network server tramite una comunicazione cablata, su rete mobile o wireless sia localmente che a sistemi remoti;
- network server: a lui arrivano tutti i dati raccolti dai gateway e il suo compito quello di filtrarli per eliminare pacchetti doppi, decodificarli garantendo la sicurezza della comunicazione e renderli disponibili per le applicazioni IoT che li richiedono.
La topologia della rete viene definita start-of-star. In questa configurazione i gateway sono i punti centrali della comunicazione tra end device e gateway, il network server a sua volta il punto centrale della comunicazione con i gateway.
Reti pubbliche e reti private: le differenze
Dobbiamo pensare alla rete LoRaWAN come una dorsale di comunicazione assimilabile alle reti mobili 3G utilizzata da molti provider. Cambiano gli utenti di questa rete perche' abbiamo gli end-device ed i gateway al posto delle persone, ma il meccanismo e' davvero molto simile
I provider che mettono a disposizioni reti LoRaWAN pubbliche erogano un servizio e devono quindi essere pagati con dei canoni che coprano sia la connettivita' che il network server.
La costruzione di una rete LoRa privata diventa significativa quando una singola azienda ha moltissimi end-device e i dati che questi rilevano sono privati e di esclusivo dominio dell azienda stessa. In tal caso, non ci si appoggia alla rete pubblica, ma si vanno a posizionare i propri gateway per garantire la totale riservatezza delle informazioni, la disponibilita' esclusiva della banda e la totale autonomia del numero e nella posizione di dispositivi.
LoRaWAN versus Mesh
Prima dell arrivo dei dispositivi LoRa, i sistemi di IoT si sono basati principalmente sulla tecnologia wireless Mesh. Questa ha notevoli vantaggi in ambito industriale ad esempio la resilienza ed affidabilita', ma presenta anche una serie di inconvenienti e limiti. I nodi di una rete mesh infatti prendono in carico i dati di altri nodi piu' periferici e li trasportano al gateway; questa da un lato permette di ampliare il raggio della rete ma dall'altra aumenta la complessita' e riduce il tempo di vita delle batterie dei device.
In una rete LoRaWAN gli end device possono comunicare con uno o piu' gateways in funzione dei sistemi che richiedono il dato da loro rilevato. Lavorano in maniera asincrona e comunicano con il gateway solo quando hanno dei dati da inviare, in maniera schedulata o event-drive, evitando cosi' di consumare risorse per mantenersi sincronizzati con il gateway.
Alcune note utili:
- Le specifiche del protocollo LoRaWAN sono definite e aggiornate dalla LoRa Alliance, una associazione no profit.
- Le specifiche variano leggermente da regione a regione anche in funzione delle bande libere disponibili.
Milena Gherardi (26/11/2018)
