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RETI LPWAN
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- ELETTRONICA OGGI 468 - MARZO 2018
occorre scegliere fra varie possi-
bili tecnologie di comunicazione,
che tengano conto non solo della
distanza di interconnessione, ma
anche delle potenze in gioco, che
nel caso di sensori autoalimen-
tati debbono essere necessaria-
mente molto contenute.
Il ruolo delle reti WAN
Nel caso di reti wireless a corto
raggio, la scelta cade normal-
mente sul classico WiFi, mentre
per distanze maggiori le alternative comprendono
varie soluzioni, che comprendono ad esempio le tec-
nologie radio di tipo 2G, 3G e 4G. Queste, però, risul-
tano sovradimensionate per le reti di sensori, i quali
trasmettono dati solo a intervalli regolari, o addirittura
saltuariamente (anche solo alcuni messaggi per ogni
ora), e soprattutto impongono un assorbimento di po-
tenza che non può essere gestito ad esempio dalle reti
di sensori autoalimentati.
Ed è proprio a questo proposito che è sorta la
LoRa
Alliance
(vedi logo in Fig. 1), formata da un gruppo di
aziende (oggi oltre 170) impegnate nelle telecomunica-
zioni e nell’implementazione di reti dati di tipo wireless.
LoRa è un’organizzazione no-profit ed open-member-
ship, presentata ufficialmente nel 2015 al Mobile World
Congress in Barcellona. La tecnologia LoRa è stata svi-
luppata originariamente da
Semtech
in collaborazione
con
IBM
, ma ora viene gestita da tutti i membri dell’as-
sociazione, compresi alcuni chip-maker.
LoRa sta per Long Range, e le specifiche della rete
LoRa fanno sì che essa possa rientrare nel novero del-
le reti WAN (Wide Area Network) a basso consumo di
potenza (LPWAN), progettata per il networking M2M,
ovvero machine-to-machine. Grazie al ridotto consu-
mo, all’ampia copertura e al minor costo rispetto a una
rete mobile (meno di 5$/nodo), le reti LoRa risultano
ideali non solo per le comunicazioni M2M, ma soprat-
tutto per i sempre più estesi impieghi di IoT a basso
consumo, garantendo una durata della batteria che
può raggiungere anche i 10 anni, con potenze assorbi-
te di soli 10-25 mW.
Reti a basso consumo per IoT ed M2M
Proprio per le caratteristiche specifiche degli impieghi
a cui sono orientate le reti LPWAN, il loro transfer-rate è
limitato, in linea con i consumi dei
dispositivi connessi. Le LPWAN
quali le LoRa Network consen-
tono infatti la connettività entro
reti di dispositivi che si accon-
tentano di una ridotta ampiezza
di banda, garantendo un basso
costo e un’elevata efficienza ope-
rativa. Inoltre, queste reti sono in
grado di supportare un numero
di dispositivi molto elevato su di
un’area molto estesa, ciò che le
classiche reti mobili non possono
garantire.
Per le comunicazioni fra dispo-
sitivi in aree ridotte, sono invece
sicuramente più adatte le tradizionali Bluetooth (cor-
tissimo raggio), ZigBee (corto raggio) e WiFi (medio
raggio), in grado di soddisfare le esigenze di applica-
zioni IoT a livello consumer.
Le reti LPWAN risultano invece adatte tipicamente alle
applicazioni di IoT a livello cittadino, rurale, industriale,
ambientale e forestale, con una copertura che va dai
10 km in ambito cittadino fino ai 50 km in ambiente
rurale.
Si stima che per il 2020 i dispositivi interconnessi di
tipo IoT saranno oltre 40 miliardi, e in questo ambito
collaboreranno tutte le tecnologie di interconnessione,
ciascuna nel proprio range specifico e affiancando le
attuali reti mobili. In questo panorama, la LoRa Allian-
ce si pone l’obiettivo di standardizzare le reti LPWAN a
basso consumo e ampia copertura.
Le gamme di frequenza utilizzate dalle LPWAN copro-
no valori finora non utilizzati da altre reti wireless, e of-
frono non solo un’ampia copertura, ma una maggiore
penetrazione nelle strutture degli edifici, un problema
non facilmente risolvibile con le reti mobili.
Lo standard LoRa
Le caratteristiche salienti della rete LoRa si possono
riassumere così: range dai 2-5 km in ambiente urbano
ad alta densità ai 15 km in area suburbana fino ai 30-
50 km e oltre in ambiente rurale. Le gamme di frequen-
za utilizzano la banda ISM (Industrial, Scientific and
Medical) a 868 MHz e a 915 MHz (lasciate libere dalle
trasmissioni TV), invece dei 2.4 GHz utilizzate ad esem-
pio dalle reti WiFi, Bluetooth e così via. A queste fre-
quenze i segnali sono in grado di superare facilmente
molti ostacoli naturali, viaggiare a elevata distanza e ri-
chiedere poca potenza di trasmissione, fattore questo
fondamentale per la maggior parte degli impieghi IoT.
Fig. 3 – Uno starter kit LoRa di Semtech