Architettura di rete e classificazione dei sensori LoRA

LoRa è una tecnologia wireless che è stata sviluppata per consentire la trasmissione dati a bassa frequenza su lunghe distanze, tra sensori ed attuatori dell’Internet delle cose.

Composizione della rete LoRa.

Una rete LoRa si compone di diversi elementi.

• Nodi finali: I nodi finali sono gli elementi della rete LoRa che effettuano il rilevamento e/o il controllo. Questi sensori sono normalmente situati in remoto.
• Gateway LoRa: Il gateway riceve le comunicazioni dai nodi finali Lora e poi li trasferisce alla rete di backhaul (rete di ritorno). Questa parte della rete LoRa può viaggiare via Ethernet o tramite qualsiasi altro collegamento di telecomunicazione, sia cablata che wireless.
  I gateway sono collegati al server di rete utilizzando connessioni IP. In questo modo i dati utilizzano un protocollo standard.
• Server: il server di rete LoRa ha la funzione di gestione della rete stessa. Il server di rete agisce eliminando i pacchetti duplicati, programmando e regolando la velocità di acquisizione dati.

Architettura di rete Lora – Telemar Spa

Architettura di rete LoRa

In termini di architettura di rete LoRa, i nodi sono disposti secondo una topologia che viene tipicamente definita “star-of-stars” con i gateway in modalità di bridge trasparente che trasmettono messaggi dai nodi finali fino al server centrale nel backend della rete.
La comunicazione con i nodi finali è generalmente bi-direzionale ed è anche possibile la trasmissione in multicast (invio simultaneo a più nodi), funzionalità utile in caso di aggiornamenti o invio di messaggi in blocco al sistema.

Classificazione dei sensori LoRa.

I nodi finali di una rete LoRa devono adattarsi a diverse esigenze, il protocollo LoRaWAN supporta tre classi di terminali, suddivisi secondo le seguenti classi:

• Classe A – finali bidirezionali.
  I nodi finali Classe A LoRaWAN permettono la comunicazione bidirezionale. Per farlo, ogni trasmissione dal nodo alla rete è seguita da due brevi finestre di ricezione in ingresso al nodo.
  I sensori Classe A sono i nodi finali LoRa caratterizzati dal più basso utilizzo di potenza in quanto consentono la ricezione di messaggi server-nodo soltanto subito dopo l’invio del segnale nodo-server. Qualsiasi altra comunicazione dal server al nodo avverrà al successivo scambio programmato.
• Classe B – finali bidirezionali con finestre di ricezione programmate.
  I dispositivi di Classe B LoRa forniscono le funzionalità dei classe A con l’aggiunta della possibilità di programmare intervalli di ricezione di informazioni in orari prestabiliti. La sincronizzazione temporale della rete avviene tramite l’invio di segnali regolari nel tempo dal gateway verso il nodo, questo permette al server di sapere quando il finale è in ascolto.
• Classe C – finali bidirezionali con massimo numero di slot in ingresso.
  I sensori Classe C LoRa permettono di avere il massimo livello di trasmissione server-nodo. La ricezione viene inibita solo nel momento in cui il nodo sta inviando informazioni verso la rete. Questa caratteristica rende i finali di Classe C particolarmente adatti alle reti LoRa caratterizzate da flussi di dati server-nodo superiori a quelli nodo-server.

Sicurezza della rete LoRa

La questione della sicurezza della rete sta diventando sempre più importante, pertanto le reti LoRa richiedono elevati livelli di sicurezza.
Il raggiungimento dei necessari standard di sicurezza per le reti LoRa viene ottenuto impiegando diversi livelli di crittografia:

• chiave univoca di rete (EUI64) che garantisce la sicurezza a livello di rete;
• chiave unica di applicazione (EUI64) per garantire la sicurezza end-to-end a livello di applicazione;
• chiave specifica del nodo finale (EUI128).

L’impiego di questi livelli di crittografia assicura che la rete LoRa rimanga sicura lungo tutto il percorso, dal nodo fino all’applicazione.