L’Internet delle cose (IoT) è considerato la terza ondata di sviluppo del settore informatico mondiale dopo i computer e Internet, ed è anche definito la quarta rivoluzione tecnologica [1]. Attualmente, la maggior parte delle applicazioni dell’Internet delle cose si basa ancora su Internet e sull’Internet mobile, e la mancanza di protocolli di rete dedicati all’Internet delle cose ha limitato in una certa misura la sua diffusione su larga scala. Di conseguenza, è nata la rete a bassa potenza e ampia copertura (LPWAN). Rispetto alle tradizionali tecnologie di comunicazione IoT, la tecnologia LPWAN presenta vantaggi tecnici quali ampia copertura, lunga portata, connessioni su larga scala, basso consumo energetico e costi contenuti, ed è diventata un nuovo punto di interesse nell’attuale ricerca e nello sviluppo di applicazioni nel campo dell’IoT [2]. Tra le numerose tecnologie LPWAN, le più competitive sono LoRa e NB-IoT [3~5]. Tra queste, la tecnologia LoRa è una delle prime ad essere stata sviluppata nell’ambito delle tecnologie LPWAN, è relativamente matura e dispone di una catena industriale completa.
LoRaWAN definisce il protocollo di comunicazione e l'architettura di sistema, mentre LoRa definisce il livello fisico.
Questa è l'architettura di sistema tipica di un nodo LoRaWAN.
Architettura della rete LoRa
La maggior parte delle moderne tecnologie LAN per l'IoT utilizza un'architettura di rete mesh. Grazie all'uso di una rete mesh, il sistema è in grado di aumentare la portata di comunicazione e la dimensione delle celle della rete. Tuttavia, i nodi di una rete mesh hanno anche l'ulteriore compito di inoltrare i messaggi ad altri nodi (spesso non collegati a loro). Ciò può influire notevolmente sulla durata della batteria del dispositivo.
LoRaWAN utilizza una topologia a stella perché consente di prolungare la durata della batteria quando si utilizzano connessioni remote.
La rete LoRa è costituita da diversi elementi.
Nodi/Endpoint LoRa: gli endpoint LoRa sono sensori o applicazioni che svolgono funzioni di rilevamento e controllo. Questi nodi si trovano solitamente in località remote. Esempi: sensori, dispositivi di localizzazione, ecc.
Gateway LoRa: a differenza delle comunicazioni cellulari, in cui i dispositivi mobili sono associati alle stazioni base di servizio, i nodi LoRaWAN sono associati a gateway specifici. Tutti i dati inviati da un nodo vengono infatti trasmessi a tutti i gateway e ciascun gateway che riceve il segnale lo inoltra a un server di rete basato su cloud.
In genere, i gateway e i server di rete sono collegati tramite una connessione di backhaul (cellulare, Wi-Fi, Ethernet o satellitare).
Server web: Il server web è il cervello dell'intero sistema. Filtra i pacchetti duplicati provenienti da gateway diversi, esegue controlli di sicurezza e invia un ACK al gateway. Infine, se il pacchetto è destinato a un server applicativo, il server web lo inoltra al server applicativo specifico.
Questo tipo di rete utilizza tutti i gateway per inviare gli stessi pacchetti al server di rete, senza commutazione. Ciò risulta utile per le applicazioni di tracciamento delle risorse in cui queste vengono spostate da una sede all'altra.
Categorie di dispositivi LoRa
Come in altre reti, i dispositivi terminali possono avere funzioni diverse a seconda della classe di appartenenza, e i nodi terminali in una rete LoRaWAN possono appartenere a classi diverse.
Ogni classe di dispositivi rappresenta un compromesso tra la latenza di comunicazione in downlink della rete e la durata della batteria.
Classe A: la scelta migliore per i sensori di livello della batteria
● È il modello più efficiente dal punto di vista energetico e garantisce una durata della batteria di molti anni
● Tutti i dispositivi della rete LoRaWAN supportano questa classe di dispositivi
● Il downlink è disponibile solo dopo che il sensore ha trasmesso un dato
Classe B: Apparecchiature terminali dotate di slot di ricezione con programma
● Aprire ulteriori slot di ricezione negli orari previsti.
● Ricevere segnali di riferimento sincronizzati nel tempo dal gateway
Classe C: Apparecchiature terminali con numero massimo di slot di ricezione
● Tenere aperta la finestra di ricezione in modo continuativo
● L'RX viene disattivato solo quando il dispositivo sta trasmettendo
Nell’ottobre 2016, negli Stati Uniti si è verificato un attacco DDoS su larga scala basato sull’IoT, che ha causato la “disconnessione” dell’intera rete Internet nella parte orientale del Paese. Nel luglio 2017, le forze dell’ordine nazionali sono riuscite a smantellare la prima banda criminale che diffondeva online software per l’hacking e l’intrusione nelle telecamere domestiche. Rispetto ai tradizionali problemi di sicurezza su Internet, quelli legati all’Internet delle cose non solo causano perdite economiche, violazioni della privacy e altri rischi, ma minacciano anche direttamente la sicurezza delle persone.
Parole chiave: terminale di trasmissione digitale lora
