Guida ai sensori LoRaWAN: Casi d'uso e tipologie

Questo articolo è un'introduzione ai sensori LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) e al perché sono importanti. Spiega i vantaggi dell'impiego di un sensore LoRaWAN, cos'è un sensore Internet of Things (IoT), quali tipi di sensori sono disponibili e il principio di funzionamento dei sensori LoRaWAN, seguito da alcuni tipi diversi di sensori LoRaWAN. Infine, concluderemo con i vantaggi dell'utilizzo dei sensori LoRaWAN nelle applicazioni IoT. 

Cos'è LoRaWAN e perché è importante? 

Come discusso negli articoli precedenti, LoRaWAN è l'acronimo di "Long Range Wide Area Network", un protocollo di rete che si basa sulla modulazione radio LoRa. È diventato popolare con l'avanzamento delle alleanze che promuovono LoRa nelle applicazioni Internet of Things (IoT). Queste promettenti caratteristiche includono: 

• Funzionamento a lungo raggio: Le applicazioni LoRaWAN IoT possono stabilire una communicazione a lungo raggio fino a 13 km in ambiente rurale e fino a ~ 10 km in ambiente urbano. 
• Basso consumo energetico: I dispositivi LoRaWAN abilitati alla modulazione radio LoRa consumano poca energia rispetto ad altre reti WAN (Wide Area Network) come la communicazione cellulare. 
• Connessione sicura: I dispositivi abilitati a LoRa sono dotati di crittografia AES a 128 bit per proteggere la trasmissione delle informazioni. 
• Maggiore durata della batteria: I dispositivi LoRa sono solitamente alimentati a batteria e hanno una durata di circa 10 anni. 
• Basso costo dei dispositivi 

Queste caratteristiche rendono LoRaWAN un'opzione popolare per le WAN a basso consumo (LPWAN) Applicazioni IoT che richiedono un carico utile e una larghezza di banda ridotti. 

Che cos'è il sensore LoRaWAN? 

I sensori LoRaWAN sono i dispositivi finali distribuiti in una rete LoRaWAN. Rientrano nella vasta categoria dei sensori IoT. Pertanto, vale la pena di discutere che cos'è un sensore IoT.  

Un sensore IoT è il dispositivo finale responsabile dell'interazione con l'ambiente fisico. Acquisiscono i valori dei parametri fisici e li convertono in segnali che vengono poi letti da un nodo intelligente come un microcontrollore. La caratteristica principale di un sensore IoT è quella di trasmettere i dati fisici raccolti via Internet al nodo intelligente. Per facilitare la connessione a Internet sono ampiamente utilizzati diversi mezzi di comunicazione wireless, come Wi-Fi e cellulari. 

Dopo aver capito brevemente cos'è un sensore IoT, vediamo cosa sono i sensori LoRaWAN. I sensori LoRaWAN sono un tipo di sensore IoT in cui il mezzo di communicazione wireless è la modulazione radio LoRa. Questi hanno intrinsecamente le caratteristiche vantaggiose della modulazione radio LoRa di cui abbiamo parlato in precedenza. I sensori LoRaWAN si comportano come i normali sensori IoT, a parte queste caratteristiche intrinseche. Tuttavia, sono personalizzati per essere distribuiti nelle reti LoRaWAN piuttosto che nelle reti WAN convenzionali. 

La necessità di questi sensori LoRaWAN è emersa a causa delle numerose applicazioni che utilizzano la modulazione radio LoRa. Ciò è stato motivato dal loro costo contenuto e dal basso consumo energetico, che li rende ideali per i sensori alimentati a batteria. Inoltre, i sensori LoRaWAN sono in grado di trasferire informazioni su lunghe distanze, il che li rende superiori ai sensori IoT convenzionali. Inoltre, grazie all'uso della modulazione radio LoRa, possono funzionare molto bene in ambienti in cui possono esserci più interferenze e rumore.  

Principio di funzionamento del sensore LoRaWAN

I sensori LoRaWAN sono costituiti da due elementi principali: 

• Elemento di rilevamento 
• Modulo LoRa 

L'elemento di rilevamento è responsabile dell'acquisizione o del rilevamento dei parametri fisici desiderati. Questi possono essere diversi elementi di rilevamento come accelerometri, elementi di rilevamento della temperatura, sensori di pressione, ecc.  

Il modulo LoRa funge da modulo radio o da modulo di comunicazione co1TP8. Consente la modulazione radio LoRa per permettere il trasferimento dei dati del sensore di raccolta a un'unità intelligente. È anche responsabile dell'abilitazione delle misure di sicurezza, come la corretta crittografia per consentire la modulazione radio LoRa. I moduli LoRa non trasmettono continuamente i dati e hanno una velocità di trasmissione limitata. Questo, tuttavia, aggiunge latenza nella communicazione. I sensori LoRaWAN si dividono in tre classi principali, a seconda della modalità di trasmissione dei dati nel collegamento di ricezione: 

• Classe A: sono autorizzati a ricevere informazioni su finestre di ricezione specificate. 
• Classe B: A questi vengono assegnate finestre di ricezione aggiuntive, ma sono pre-pianificate. 
• Classe C: questi dispositivi ricevono informazioni a meno che non stiano trasmettendo dati, quindi la latenza è minore. Tuttavia, queste classi di dispositivi sono molto energivore. 

Idealmente, i sensori LoRaWAN dovrebbero communicare i dati del sensore ad un Gateway LoRa nella LoRaWAN o, in alcuni casi, communica direttamente a un nodo centrale come un server. Queste informazioni vengono poi elaborate da un nodo centrale, come un server locale o un server cloud, dove l'utente può accedere e monitorare la propria applicazione. 

Tipi di sensori LoRaWAN 

I sensori LoRaWAN possono essere suddivisi in diverse categorie a seconda del tipo di applicazione utilizzata. Le reti LoRaWAN sono diffuse nei seguenti settori verticali: 

• Applicazioni di monitoraggio: I dispositivi LoRaWAN possono inviare informazioni sotto forma di brevi messaggi, rendendoli adatti ad applicazioni che non richiedono una sorveglianza ininterrotta. 
• Applicazioni sicure: Grazie alle caratteristiche di sicurezza intrinseche, i sensori LoRaWAN sono favoriti nelle applicazioni che richiedono un'elevata sicurezza. 
• Applicazioni a lungo raggio: I sensori LoRaWAN sono in grado di trasmettere informazioni a lungo raggio e sono quindi il candidato ideale per il monitoraggio degli asset che richiedono un funzionamento a lungo raggio. 

A seconda dei settori verticali e delle diverse applicazioni, i sensori LoRaWAN sono diversi. In questo articolo, esamineremo brevemente alcuni dei sensori LoRaWAN common. 

• Sensori di movimento 

Vengono utilizzati per rilevare il movimento in applicazioni quali il monitoraggio delle risorse, la sicurezza domestica, le applicazioni di automazione e il rilevamento degli occupanti. I sensori di movimento possono rilevare il movimento di persone e oggetti. In questo modo attivano un allarme o effettuano un conteggio del movimento rilevato. Esistono diversi sensori di movimento commercial che soddisfano le diverse applicazioni degli utenti. 

• Sensori di tracciamento 

I sensori LoRaWAN di tracciamento sono utili per tracciare i beni in settori come le catene di approvvigionamento. Di solito vengono montati sopra gli oggetti o le persone per tracciarli su grandi distanze. Il principale vantaggio dei sensori di tracciamento LoRaWAN, rispetto ad altri dispositivi di tracciamento, è la loro efficienza energetica. 

• Sensori ambientali 

Questi sono i sensori LoRaWAN più popolari attualmente in uso. I sensori ambientali LoRaWAN possono misurare il livello di CO2, l'umidità, la temperatura, la qualità dell'aria, ecc. e sono ampiamente utilizzati nell'agricoltura intelligente, nelle applicazioni di monitoraggio dei disastri, nelle città intelligenti e in altri servizi pubblici. Attualmente c'è una grande richiesta di sensori ambientali LoRaWAN, grazie alla loro bassa potenza e ai costi di manutenzione più bassi. 

Perché utilizzare il sensore LoRaWAN? 

È possibile prendere in considerazione i sensori LoRaWAN nella propria applicazione se si verificano i seguenti fattori: 

• Uso della rete LoRaWAN per consentire il funzionamento a lungo raggio 
• Utilizzo di dispositivi finali alimentati a batteria, limitando così il consumo di energia consentito. 
• La presenza di numerose fonti di rumore e interferenze nell'ambiente operativo. Un buon esempio di questo tipo di ambiente è un impianto di automazione 
• La sicurezza e l'affidabilità sono fattori chiave importanti per l'applicazione. 

Tuttavia, le ragioni per scegliere i sensori LoRaWAN non si limitano ai fattori trainanti sopra citati, ma dipendono dalla natura dell'applicazione dell'utente. 

Vantaggi del sensore LoRaWAN

Alcuni dei principali vantaggi dell'implementazione dei sensori LoRaWAN sono: 

• Sono facili da implementare. Inoltre, i costi di manutenzione sono molto bassi rispetto ad altre soluzioni IoT come il Wi-Fi. 
• I sensori LoRaWAN utilizzano la spettro di frequenza non licenziatoche non richiede costi di licenza aggiuntivi 
• Il basso consumo energetico e il lungo raggio d'azione li rendono una soluzione di rete LPWAN molto apprezzata 
• Con l'istituzione di Alleanza LoRaI sensori basati su LoRa sono supportati e riconosciuti a livello globale. 
• Batteria di lunga durata 
• Connessione sicura e affidabile 

Conclusione 

In conclusione, possiamo dire che i sensori LoRaWAN sono una soluzione popolare per le vostre applicazioni IoT se il raggio d'azione e la durata della batteria sono le vostre principali preoccupazioni. Tuttavia, i sensori LoRaWAN assicurano l'affidabilità delle applicazioni IoT della Wide Area Network.