Conoscere LoRaWAN® per la gestione dell'acqua

LoRaWAN® (Long Range Wide Area Network) è un protocollo di comunicazione specificamente progettato per le reti a bassa potenza e ad ampio raggio (LPWAN). Opera nello spettro senza licenza e offre comunicazioni a lungo raggio, basso consumo energetico e trasmissione sicura dei dati, rendendolo adatto alle applicazioni Internet of Things (IoT).  

Ma perché è importante un protocollo di comunicazione e in che modo il protocollo LoRaWAN® contribuisce a migliorare la comunicazione dei dati nella gestione delle acque? Di seguito, esamineremo più da vicino LoRaWAN® e la sua importanza nelle applicazioni IoT.  

Per fornire una comunicazione scalabile, sicura ed efficiente, l'architettura LoRaWAN® si basa su tre componenti chiave: nodi finali, gateway e server di rete. I nodi finali sono i dispositivi o i sensori che raccolgono i dati e li trasmettono alla rete, come i contatori dell'acqua.  

I gateway fungono da ponte tra i dispositivi finali e il server di rete. Ricevono i dati trasmessi dai dispositivi finali e li inoltrano al server di rete. I gateway utilizzano reti basate su IP (come Ethernet, Wi-Fi o cellulari) per comunicare con il server di rete. Il server di rete è il componente centrale dell'architettura LoRaWAN® responsabile della gestione della rete, dell'elaborazione dei dati e della comunicazione tra nodi finali e applicazioni con sicurezza end-to-end.  

LoRaWAN® offre diversi vantaggi chiave che la rendono una scelta privilegiata per le applicazioni IoT, in particolare quelle che richiedono comunicazioni a lungo raggio, basso consumo energetico, scalabilità e convenienza:  

• Lungo raggio: LoRaWAN® può trasmettere dati su distanze fino a 15-30 chilometri nelle aree rurali e 2-5 chilometri negli ambienti urbani. Questo lo rende ideale per le applicazioni che richiedono la connettività su ampie aree geografiche.  
• Basso consumo energetico: I dispositivi che utilizzano LoRaWAN® possono funzionare con piccole batterie fino a 16 anni, il che è essenziale per i luoghi difficili da raggiungere o per le aree remote. 
• Scalabilità: Le reti LoRaWAN® possono supportare decine di migliaia di dispositivi, il che le rende scalabili per implementazioni IoT estese. 
• Sicurezza: LoRaWAN® offre la crittografia di sicurezza end-to-end, garantendo la sicurezza dei dati dal dispositivo al server di rete.  
• Comunicazione bidirezionale: LoRaWAN® supporta la comunicazione sia in uplink (dal dispositivo al gateway) che in downlink (dal gateway al dispositivo), consentendo il controllo del dispositivo e gli aggiornamenti del firmware.  

Oltre a questi vantaggi, un altro fattore chiave per LoRaWAN® è la sua elevata versatilità, che la rende una valida tecnologia di comunicazione wireless per un'ampia varietà di scenari. Gli elementi chiave relativi alla sua versatilità includono:  

• Protocollo di comunicazione standardizzato  
• Rapida integrazione con sistemi di terze parti  
• Infrastrutture economiche e facilmente disponibili  
• Interoperabilità tra i fornitori di contatori  
• Funziona sia per le reti pubbliche che per quelle private  

Sebbene LoRaWAN® sia una tecnologia potente e flessibile per le applicazioni IoT, la sua attenzione alla lunga portata, al basso consumo energetico e all'economicità comporta alcune limitazioni in altre aree. Prima di decidere, le possibili sfide includono la velocità dei dati, la capacità della rete, la latenza e le interferenze, come descritto di seguito. 

• Basse velocità di trasmissione dati: LoRaWAN® offre una velocità di trasmissione dei dati inferiore rispetto ad altre tecnologie e si concentra meno sulla comunicazione a lungo raggio e a basso costo. Per le applicazioni che richiedono una trasmissione di dati ad alto rendimento, considerare una soluzione ibrida con una larghezza di banda maggiore o una rete cellulare.  
• Interferenza interna: Mentre LoRaWAN® è robusta contro le interferenze provenienti da apparecchiature esterne, il suo utilizzo di uno spettro senza licenza la rende suscettibile di interferenze interne alla sua stessa infrastruttura di rete. Se ridurre i rischi di interferenza e garantire una comunicazione affidabile è una priorità, sono da preferire tecnologie come NB-IoT che operano in uno spettro con licenza.  
• Infrastruttura relativamente complessa: Rispetto al Wireless M-Bus, le reti LoRaWAN® richiedono in genere un'architettura più complessa che coinvolge gateway, server di rete e dispositivi finali. Ciò può comportare ulteriori complessità di implementazione e gestione, soprattutto per i progetti su larga scala.  
• Latenza: Il design a bassa potenza della rete ad ampio raggio LoRaWAN® comporta una latenza più elevata rispetto ad altre tecnologie IoT, il che la rende meno adatta alle applicazioni che richiedono una comunicazione di dati in tempo reale o quasi. Tuttavia, lo stesso vale per le trasmissioni giornaliere tramite NB-IoT. 

Le reti LoRaWAN® possono essere impiegate in diverse applicazioni IoT, tra cui le smart city, l'agricoltura, il monitoraggio industriale, il tracciamento degli asset e il monitoraggio ambientale. Grazie alla capacità di raggiungere lunghe distanze e al basso consumo energetico, questa tecnologia di comunicazione è particolarmente adatta alle applicazioni che richiedono dispositivi alimentati a batteria in luoghi remoti.  

Guardando alle case history di vari settori, LoRaWAN® si è dimostrata una tecnologia versatile e preziosa per migliorare l'efficienza, ridurre i costi e migliorare la qualità di servizi e prodotti:  

• Misurazione intelligente dell'acqua: Una collaborazione tra Kamstrup, Gelsenwasser AG e PHYSEC GmbH ha visto la sostituzione di migliaia di contatori dell'acqua con contatori LoRaWAN® dotati di crittografia TLS per la massima sicurezza dei dati. Entro la fine del 2028, ne saranno installati in totale 180.000. 
• Agricoltura intelligente: Kerlink e Sensoterra hanno implementato un sistema di monitoraggio dell'umidità del suolo a Thorigné-Fouillard, in Francia e ad Amsterdam, che ha portato a una riduzione del consumo di acqua, a un aumento della resa delle colture e a un risparmio economico dovuto alla riduzione dei costi di manodopera. 
  
• Città intelligenti: A Parigi, la città ha implementato l'illuminazione intelligente che contribuisce all'ecosistema della rete cittadina, consentendo il monitoraggio e il controllo a distanza dei lampioni. I risultati sono stati un risparmio energetico, una maggiore efficienza nella manutenzione e una maggiore sicurezza pubblica. 
  
• Monitoraggio ambientale: A causa delle frequenti inondazioni, la Malesia ha installato sensori di monitoraggio lungo i fiumi e le aree a rischio di inondazioni per fornire un sistema di allerta che mitighi l'impatto sulle comunità. I risultati sono stati allarmi tempestivi che hanno consentito una migliore risposta, una riduzione dei danni da alluvione e una maggiore sicurezza per i residenti.