Con lo sviluppo della tecnologia IoT (Internet of Things), sono stati creati e si sono affermati diversi tipi di comunicazione IoT, come il Wi-Fi e il Bluetooth. Un altro tipo di comunicazione IoT che è stato introdotto dall’innovazione della tecnologia IoT è LoRa. La tecnologia LoRa (abbreviazione di long range) è un sistema di comunicazione wireless che consente di distribuire piccole quantità di dati su un’ampia area. È una tecnologia molto diffusa nei settori IIoT, soprattutto negli scenari di applicazione a lunga distanza e a bassa potenza. La tecnologia è altamente sensibile e può essere identificata anche in presenza di un segnale debole, il che consente di raggiungere una distanza molto maggiore.
E sta diventando sempre più forte. Secondo Statista, si prevede che le connessioni LoRa raggiungeranno i 730 milioni nel 2023, rispetto ai 470 milioni del 2022, evidenziando la sua importanza per le industrie IoT per il prossimo anno.
“I dispositivi e le reti LoRa, come la LoRaWAN®, consentono di realizzare applicazioni IoT intelligenti che risolvono alcune delle maggiori sfide che il nostro pianeta deve affrontare: gestione dell’energia, riduzione delle risorse naturali, controllo dell’inquinamento, efficienza delle infrastrutture e prevenzione dei disastri. I dispositivi LoRa di Semtech hanno accumulato diverse centinaia di casi d’uso noti per le città intelligenti, le case e gli edifici, le comunità, la misurazione, la catena di approvvigionamento e la logistica, l’agricoltura e altro ancora. Con centinaia di milioni di dispositivi connessi alle reti in oltre 100 Paesi e in continua crescita, LoRa sta creando un pianeta più intelligente”.
Semtech
Come funziona la tecnologia LoRa?
LoRa è una tecnica di modulazione wireless sviluppata da Semtech, che deriva dalla tecnologia Chirp Spread Spectrum (CSS). Piccoli impulsi noti come “impulsi chirp” vengono utilizzati per codificare le informazioni attraverso le onde radio. La trasmissione modulata LoRa può essere ricevuta su un’ampia gamma di distanze ed è resistente alle interruzioni.
Le applicazioni che trasferiscono piccole quantità di dati a bassa velocità di trasmissione sono perfette per LoRa. Rispetto a tecnologie come WiFi, Bluetooth o ZigBee, i dati possono essere inviati a una distanza maggiore. Grazie a queste caratteristiche, LoRa è una buona scelta per sensori e attuatori a basso consumo.
Le bande sub-gigahertz senza licenza, come 915 MHz, 868 MHz e 433 MHz, sono adatte al funzionamento di LoRa. Per ottenere velocità di trasmissione dei dati più elevate rispetto alle bande sub-gigahertz, è possibile operare anche a 2,4 GHz, anche se a scapito della portata. Queste frequenze rientrano nelle bande ISM mondiali, utilizzate solo per applicazioni industriali, scientifiche e mediche.
Dal punto di vista del networking, LoRa sviluppa semplicemente un approccio di livello fisico al trasporto wireless, come un chip ricetrasmittente. L’impossibilità di controllare il traffico per la raccolta dei dati e la gestione dei dispositivi endpoint implica la mancanza di protocolli di rete adeguati. È qui che entra in gioco LoRaWAN, nota anche come WAN a lungo raggio.
Che cos’è LoRaWAN?
La LoRa Alliance ha creato e gestisce LoRaWAN, uno standard aperto e basato su cloud che facilita la comunicazione tra dispositivi wireless. In sostanza, LoRaWAN combina il networking con la tecnologia wireless LoRa e aggiunge funzioni di sicurezza come l’autenticazione dei nodi e la crittografia dei dati. Il suo scopo è collegare in modalità wireless i dispositivi elettronici portatili a Internet in reti locali, regionali e internazionali.
La specifica LoRaWAN è uno standard che, soprattutto, consente un’integrazione agevole tra dispositivi di produttori diversi. L’adozione della tecnologia LoRa nel settore IoT ha subito un’accelerazione anche grazie a questa causa.
Infatti, secondo la LoRa Alliance, ci sono attualmente 181 operatori di rete LoRaWAN sparsi ai quattro angoli del mondo. Inoltre, ABI Research ha concluso che, entro il 2026, LoRa rappresenterà più di un quarto delle connessioni di rete LPWA, il che la renderebbe la principale tecnologia LPWA non cellulare.
Come funziona LoRaWAN?
L’architettura LoRaWAN è composta da quattro parti principali:
- Nodi finali
- Gateway
- Server di rete
- Server di applicazione
Nodi finali
I nodi finali sono dispositivi situati ai margini della rete. Spesso sono dotati di sensori installati per raccogliere e monitorare periodicamente i dati. In genere, hanno la forma di un microcontrollore a basso consumo che può essere utilizzato sul campo per molti anni senza richiedere alcuna manutenzione ed è dotato di un trasmettitore LoRa a basso consumo per comunicare i pacchetti di dati al gateway.
I gateway
La connessione tra la rete e i nodi è realizzata dai gateway LoRaWAN. Essi utilizzano un concentratore LoRa per raccogliere i dati dai nodi finali e inviarli al server di rete attraverso l’infrastruttura di rete pubblica o privata. Poiché l’inoltro dei pacchetti è il loro uso principale, i gateway sono considerati come inoltratori di pacchetti.
Server di rete
L’application server riceve tutti i dati che il server Cloud LoRa consolida dopo averli ricevuti dai gateway. The Things Network è un ottimo esempio di server di rete (TTN).
Server applicativo
L’application server può essere utilizzato per interpretare visivamente o analiticamente i dati. Inoltre, è possibile incorporare i punti di dati in una piattaforma per intraprendere un’azione, come l’attivazione di pompe per l’acqua piovana in ambienti agricoli o l’apertura di finestre nelle serre per mantenere uno specifico livello di umidità. Si possono anche impostare servizi di notifica per avvisare i tecnici quando si presenta un possibile problema.
Perché le fabbriche intelligenti hanno bisogno di LoRa?
Le fabbriche intelligenti si concentrano su un approccio basato sui dati per gestire le strutture, migliorare i processi e individuare eventuali problemi. Ciò avviene attraverso reti interconnesse di macchine, dispositivi e strumenti di comunicazione. LoRa e LoRaWAN possono aiutare le fabbriche intelligenti a diventare più efficienti e produttive grazie alla loro lunga portata e al basso consumo energetico. Di seguito sono illustrati alcuni dei molti modi in cui LoRa può migliorare e semplificare i processi lavorativi quotidiani:
Il monitoraggio di beni e strutture
L’uso di dati di telemetria e geolocalizzazione in una soluzione IoT industriale fornisce un quadro chiaro del funzionamento degli asset. Per gli ambienti IT e di tecnologia operativa, i sensori migliorano la visione degli spazi fisici. Per aumentare l’efficacia operativa, ridurre i furti e ottimizzare la logistica, i dati di geolocalizzazione possono essere utilizzati per tracciare e monitorare gli asset e la loro posizione.
Il monitoraggio ambientale
La temperatura e l’umidità, lo stato di chiusura/apertura delle porte, i livelli d’illuminazione e occupazione possono essere misurati con i sensori LoRaWAN. I dati privati vengono recuperati tramite la rete LoRaWAN e trasmessi a un sistema SCADA per la visualizzazione e l’archiviazione.
L’automazione industriale
La connessione dei dati Modbus a una rete privata LoRaWAN consente di recuperare i dati da asset remoti utilizzando sensori intelligenti che possono trovarsi a chilometri di distanza attraverso ostacoli solidi come edifici, muri e altri oggetti solidi. Eliminate i metodi di recupero manuale dei dati e i costosi cablaggi che spesso causano difetti nei sistemi.
La gestione industriale intelligente
I sensori possono essere utilizzati per monitorare a distanza attrezzature e veicoli per gestire le risorse, tra cui i test di corrente elettrica, le letture di temperatura, i contatori d’acqua, le trappole per il vapore di attrezzature pesanti come i carrelli elevatori, i camion, le autocisterne e le terne diesel e le betoniere.
Il monitoraggio del livello di Co2
Utilizzando sensori di CO2 basati su LoRaWAN e LoRa distribuiti negli uffici e negli spazi di lavoro, è possibile monitorare la ventilazione, garantire una sufficiente illuminazione naturale, gestire i livelli di rumore e migliorare altri elementi del benessere dei dipendenti.
I vantaggi della tecnologia LoRa per le fabbriche intelligenti
Per ogni fabbrica intelligente e impianto di produzione intelligente sono necessarie priorità diverse. Di conseguenza, la soluzione LoRa può essere ampliata per soddisfare i requisiti dei vari progetti con i seguenti vantaggi:
- Aumentare l’efficacia operativa.
- Rendere il luogo di lavoro più ideale.
- Mantenere basse le emissioni di carbonio per proteggere l’ambiente.
- Risparmio di costi e di energia.
- Riconoscere potenziali difetti e rischi.
- Massimizzare l’uso del personale e delle risorse.
Vantaggi dell’utilizzo di LoRaWAN per le fabbriche intelligenti
- Lunga portata di trasmissione
- Basso consumo energetico
- A basso costo
- Configurazione remota
- Raccolta dati wireless senza grovigli di cavi
- Tolleranza della latenza con intervallo di segnalazione suggerito
I prodotti LoRa consigliati
Modulo gateway Seeed Studio LoRaWAN
Kit per il controllo dei bordi Arduino
Modulo di comunicazione LoRa M5Stack
Scheda di valutazione del modulo LoRa Tracker e GPS della ST
Scheda di sviluppo SparkFun expLoRaBLE LoRa Thing Plus
Scheda Adafruit FeatherWing RadioFruit con radio LoRa
FAQs
LoRa e il Wi-Fi vengono utilizzati per scopi diversi. Un breve confronto tra queste due tecnologie è il seguente: Il Wi-Fi invia grandi volumi di dati rapidamente su una breve distanza, mentre LoRaWAN invia piccole quantità di dati più volte all’ora o al giorno su distanze di diversi chilometri.
L’unico canale di comunicazione richiesto da un nodo LoRaWAN è la rete LoRaWAN. Tuttavia, il gateway avrà bisogno di un servizio cloud, come TTN (The Things Network).
Le trasmissioni LoRa possono penetrare attraverso metallo, cemento e vetro. Questa capacità di penetrare attraverso le superfici è il motivo per cui può essere vantaggiosa rispetto ad altre reti come il Wi-Fi.
Nelle aree edificate, LoRa può raggiungere fino a cinque chilometri e fino a 15 chilometri o più nelle zone rurali.
Le sue capacità di penetrazione a lungo raggio e in profondità rendono LoRa una soluzione ideale per le applicazioni di estrazione sotterranea intelligente.
