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preciso. Un segnale chirp è un segnale che varia in frequenza nel tempo. Nel caso di LoRaWAN il segnale aumenta di frequenza per la lunghezza del gruppo di chip di cia- scun bit di dati (Fig. 1). Per migliorare la re- silienza, LoRaWAN aggiunge informazioni di correzione degli errori al flusso di dati. Oltre alla resistenza alle interferenze ine- rente nei sistemi a spettro esteso, i CSS of- frono un’immunità elevata verso multipath distortion (distorsione su percorsi multipli) e fading (evanescenza), che sono spesso problematici negli ambienti urbani come negli effetti Doppler. Tali spostamenti fan- no cambiare la frequenza apparente, il che porta alla necessità di avere un clock ad alta precisione. Tuttavia, la tecnica CSS è più resiliente perché gli effetti Doppler cau- sano solo una piccola variazione nell’asse del tempo del segnale in banda base. Come il DSSS, LoRa può variare il numero di chip di codice per bit. Lo standard definisce sei di- versi spreading factor (SF). Uno SF più elevato consente di estendere l’intervallo di una rete, scambiandola con una maggiore potenza per bit e un datarate complessivo inferiore. A SF7, il massimo datarate è di circa 5,4 bit/s e il segnale può essere abbastanza forte da coprire una di- stanza di 2 km, anche se questa distanza dipenderà dalla natura del terreno. A SF10, la portata stimata aumenta fino a 8 km, con un datarate di poco inferiore a 1kbit/s. Questo è il più elevato SF su un uplink: una trasmissione da nodo a stazione base. Un downlink può utilizzare due SF ancora superiori. Gli SF sono ortogonali. Ciò consente a diversi nodi di utilizzare diverse configurazioni di ca- nale senza influenzarsi a vicenda. Il modello ISO/OSI Sopra il physical layer che prepara i dati per la modula- zione e la trasmissione CSS, LoRaWAN definisce due livel- li logici conformi al secondo e terzo layer del modello di rete a livelli OSI di Open Systems Interconnection (Fig. 2). Il layer 2 è il datalink layer di LoRa, che include la protezio- ne dell’integrità dei messaggi di base, basata su controlli ciclici di ridondanza. Come con qualsiasi altro protocollo layer 2 nel modello OSI, l’implementazione di LoRaWAN fornisce una comunicazione point-to-point di base. Il la- yer 3 aggiunge le funzionalità del protocollo di rete che rendono LoRaWAN particolarmente adatto alle applica- zioni IoT. Il protocollo di rete offre la possibilità per i nodi di comunicare l’uno con l’altro o di inviare dati al cloud tramite Internet attraverso un concentratore o un’unità gateway. LoRaWAN utilizza una topologia a stella: tutti i nodi a foglia comunicano attraverso il gateway più appro- priato. I gateway si occupano di tutto il routing e possono, se più di un gateway è nel raggio di un nodo foglia e la rete locale è congestionata, commutare la comunicazione su un’alternativa. Alcuni protocolli IoT utilizzano reti mesh per aumentare la distanza massima tra un nodo foglia e un gateway. Tuttavia, ciò comporta un aumento del carico di energia sui nodi utilizzati per trasferire i messaggi da e verso i gateway e un effetto negativo inevitabile e impre- vedibile sulla durata della batteria. L’architettura di LoRa- WAN garantisce che ogni nodo IoT possa avere la propria batteria dimensionata in modo appropriato e prevedibile per l’applicazione (Fig. 3). Il gateway funge da ponte tra protocolli più semplici che sono più adatti ai nodi foglia con vincoli di risorse e l’IP (Internet Protocol) utilizzato per fornire servizi a livello IoT. LoRaWAN tiene anche conto delle diverse capacità e dei profili energetici dei dispositivi finali attraverso il supporto per tre diverse classi di accesso. Tutti i dispositivi devono essere in grado di supportare Class A. Questa è la modalità più semplice e viene uti- lizzata per ottimizzare la durata della batteria. Questa classe utilizza il protocollo Aloha, diffusamente utilizzato. Un dispositivo può trasmettere un messaggio di uplink al gateway in qualsiasi momento: il protocollo integra meccanismi di prevenzione delle collisioni se due o più dispositivi tentano di trasmettere contemporaneamente. Una volta completata la trasmissione, l’end-node atten- de un messaggio downlink di risposta, che deve arriva- re entro uno dei due intervalli di tempo disponibili. Non appena la risposta è arrivata, il nodo finale può passare in modalità Sleep, il che aiuta a massimizzare la durata della batteria. Un gateway LoRaWAN non può “risveglia- re” un end-node Class A se questo si trova in Sleep: il dispositivo deve risvegliarsi da solo. Ciò si ottiene nor- malmente tramite timer locale o attivazione event-driven, generalmente causata da una variazione sull’ingresso di COMM WIRELESS NETWORK Fig. 2 – Il modello OSI a 7 layer 65 - ELETTRONICA OGGI 480 - SETTEMBRE 2019