Qual è la differenza tra LoRa e LoRaWAN?
LoRa è la tecnica radio: una modulazione che allarga un segnale stretto al punto che viene riconosciuto anche sotto il rumore. Questo porta portata e costa velocità di trasmissione. LoRaWAN è il protocollo di rete sovrastante. Regola come gli apparecchi accedono alla rete, come i dati vengono crittografati e come passano dal gateway al network server. Di più nell’articolo LoRa o LoRaWAN?.
Come è strutturata una rete LoRaWAN?
- Dispositivo finale: il contatore o il sensore. Invia i suoi dati via radio senza essere assegnato a un gateway preciso.
- Gateway: riceve tutti i pacchetti LoRa nel raggio di portata e li inoltra via Ethernet o rete mobile al network server.
- Network server: verifica i pacchetti, elimina quelli ricevuti due volte e gestisce apparecchi e chiavi. Esempi sono The Things Network e ChirpStack.
- Application server: decrittografa i dati utili e li inoltra al Suo sistema via MQTT, HTTP o API.
I dati utili sono crittografati due volte con AES-128: una volta per la rete e una volta end-to-end per l’applicazione. Il gateway non vede il contenuto.
Come accede un apparecchio alla rete: OTAA o ABP?
Con l’OTAA (Over-the-Air Activation) l’apparecchio invia una richiesta di accesso con DevEUI e JoinEUI. Il network server la verifica con l’AppKey e assegna nuove chiavi di sessione. Con l’ABP (Activation by Personalization) le chiavi di sessione sono memorizzate in modo fisso nell’apparecchio. L’OTAA è più sicuro ed è la via usuale.
Che cosa significano le classi A, B e C?
| Classe | Ricezione | Consumo | Impiego tipico |
|---|---|---|---|
| A | due brevi finestre di ricezione dopo ogni trasmissione | molto basso | sensori a batteria, contatori d’acqua |
| B | finestre di ricezione aggiuntive secondo un calendario | basso | apparecchi che ricevono comandi a orari fissi |
| C | ricezione aperta quasi sempre | più alto | apparecchi alimentati da rete come i contatori di energia |
Che portata ha il LoRaWAN?
All’aperto sono usuali diversi chilometri, in campagna con visuale libera anche molto di più. Negli edifici la portata è minore: solette in cemento, porte metalliche e armadi dei contatori attenuano fortemente il segnale, e gli scantinati sono spesso i più difficili. Un gateway nell’edificio o un’antenna esterna sul contatore di solito risolvono il problema.
Quanto lontano arriva un pacchetto dipende anche dallo spreading factor, da SF7 a SF12. Uno spreading factor più alto arriva più lontano, ma la trasmissione dura di più e consuma una quota maggiore del tempo di trasmissione limitato. Con l’ADR (Adaptive Data Rate) il network server sceglie per ogni apparecchio il più piccolo spreading factor che arriva ancora in modo affidabile.
Perché il LoRaWAN non fornisce valori al secondo?
Nella banda EU868 un apparecchio può trasmettere al massimo l’1 % del tempo nella maggior parte delle sottobande. Con uno spreading factor alto un singolo pacchetto può durare più di un secondo, e la pausa successiva è di conseguenza lunga. Per i contatori non è uno svantaggio: un valore ogni 15 minuti basta per la fatturazione e la curva di carico.
Un pacchetto LoRaWAN è inoltre grande solo poche decine di byte ed è codificato in binario. Per trasformare i byte in letture, il network o application server ha bisogno di un decoder per l’apparecchio in questione. Come funziona lo mostra l’articolo Decodificare il payload LoRa.
Il LoRaWAN con gli apparecchi EMU
Il contatore di energia EMU Professional II con LoRa funziona secondo LoRaWAN 1.0.3 in classe C, accede di serie tramite OTAA e invia ogni 15 minuti prelievo e immissione per tariffa. È disponibile con antenna interna o anche con connettore SMA per un’antenna esterna.
Per The Things Network esiste un modello di apparecchio, e mettiamo a disposizione il decoder su GitHub. La guida si trova in EMU Professional II LoRa in The Things Network. Chi non vuole gestire un proprio network server riceve i valori direttamente in Joulio-Web con network server integrato.