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Test di copertura Long Range Radio a Brescia

Negli ultimi giorni sono stati completati dei test di copertura per valutare la realizzazione di una rete LPWAN nell’area di Brescia. L’antenna sul Monte Maddalena ha dato risultati superiori alle aspettative, sia per quanto riguarda la massima distanza raggiunta (21,7 Km a link stabile) che per la qualità generale del segnale.

Come è stata realizzata la prova

Lo scopo della prova era verificare la copertura dell’area in una logica di funzionamento bidirezionale: abbiamo quindi realizzato ambiente di test che ci permettesse di controllare l’effettiva ricezione del singolo pacchetto radio sia da parte del gateway che dell’endpoint remoto. Nello specifico: il gateway richiede con un pacchetto radio apposito la posizione ai singoli endpoint. Questi sensori, essendo dotati di localizzatore replicano con la posizione GPS.

Hardware Gateway

Per effettuare i test, non essendo disponibile una postazione fissa, abbiamo installato un gateway alimentato a batteria e con accesso ad internet 4G. Il dispositivo utilizza un’antenna omnidirezionale filtrata con un guadagno di 14dB ed è stato posizionato a quota 870 m s.l.m.

 

Hardware Endpoint

Come sensore remoto è stato utilizzato il Tracker GPS basato sulla scheda IKRO-02 con l’espansione LPWAN. E’ un dispositivo alimentato a batteria e che monta un’antenna omnidirezionale da +2 dB. Offre la possibilità di utilizzare 24 I/O sia analogici che digitali, una rete a corto raggio ZigBee e diverse tipologie di seriali. Specifiche IKRO-02

Le prove sono state svolte a più riprese dalla fine di Dicembre 2016 a metà Febbraio 2017. Tutti questi dati sono stati salvati tramite Hoop Cloud e correlati a posteriori per generare la mappa.

L’area azzurra comprende tutti quei punti in cui la percentuale di pacchetti validi è superiore al 98%. L’area arancione comprende tutti quei punti in cui la percentuale di pacchetti validi è compresa tra l’85 e il 98%.

Risultati

I risultati sono stati superiori alle aspettative: sia a livello di qualità radio che di portata abbiamo rilevato parametri superiori a quelli dichiarati dal produttore del chip radio. Si sono raggiunte distanze considerevoli con antenne di dimensioni contenute.  (21,7 Km a link stabile)

Il Monte Maddalena offre una copertura perfetta del Comune di Brescia con due uniche eccezioni: il lato ovest del Colle Cidneo (San. Faustino, Facoltà di Economia, Via Del Castello) e la zona di Via Badia a ridosso del colle di S. Anna.  L’hinterland è ben coperto per un raggio di 18-20 km con le dovute eccezioni orografiche. Eccezioni che comunque non precludono totalmente la comunicazione.

Nelle prossime settimane verranno effettuate ulteriori prove per verificare l’ampiezza di banda e diverse condizioni operative.

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SigFox Vs LoRa – Soluzioni LPWAN a confronto

SigFox e LoRa da qualche anno competono nel mercato delle LPWAN, le reti radio a lungo raggio. Le due aziende utilizzano un approccio diverso per quanto riguarda la tecnologia utilizzata e il modello di business ma mirano entrambe al mercato degli oggetti connessi e  ai progetti in ambito IoT.   Inoltre da parte di entrambe c’è il malcelato interesse ad essere adottate dagli operatori di rete mobile (che nei prossimi anni saranno costretti ad offrire altri prodotti oltre al M2M) per aumentare la copertura del territorio. Si propetta infatti una massiccia diffusione di applicazione Internet Of Things e questa tipologia di rete ad ampio raggio che però rispetta requisiti di basso consumo si rivelerà particolarmente interessante.

Entrambi i sistemi possono utilizzare la banda tra 865 e 868 mHz libera in Europa (433 mHz nel resto del mondo) e possono tranquillamente raggiungere distanze di 15-20 km.

SigFox

SigFox è una tecnologia a banda stretta (narrowband o addirittura ultra-narrowband). Usa uno standard di trasmissione radio chiamato BPSK  (Binary Phase Shift Keying) che utilizza una porzione molto piccola dello spettro radio. Questa scelta minimizza l’effetto del rumore sulla comunicazione e permette di utilizzare apparati (endpoint) più semplici ed economici ma richiede l’utilizzo di gateway/basestation/accesspoint molto più sofisticati e costosi. SigFox garantisce quindi una comunicazione bidirezionale ma tende ad essere più prestazionale quando ad iniziare la comunicazione è il sensore remoto (endpoint) perché questo elemento è meno sensibile in ricezione. E’ sostanzialmente una comunicazione asimmetrica.

LoRa

LoRa invece utilizza una tecnologia chiamata Spread Spectrum con un maggiore utilizzo di banda (oltre 125 kHz). Banda larga significa però molto più rumore. Questa tecnologia deve utilizzare quindi hardware tendenzialmente più costoso in grado di filtrare in modo efficiente il segnale.  Il vantaggio però è che questo hardware può essere utilizzato indifferentemente su tutti i dispositivi (non vi è differenza tra endpoint e basestation). La comunicazione LoRa è quindi completamente bidirezionale, tutti gli elementi della rete radio sono ugualmente sensibili sia in trasmissione che in ricezione. Inoltre questo permette ai gateway LoRaWAN di essere più economici dei corrispondenti SigFox.

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Internet of Things: necessario superare le reti locali

La spina dorsale del nostro mondo interconnesso sono i sensori. Perchè gli esseri umani (per aumentare il loro livello di comfort, di sicurezza, di comprensione) non possono più prescindere dal bisogno di analizzare i fenomeni fisici e quindi costruiscono ogni giorno oggetti capaci di leggere in modo sempre più fedele il reale. Con l’avvento della microelettronica analizzare è diventato sinonimo di digitalizzare ed i sensori sono diventati molto precisi e molto economici. La diffusione dei sensori digitali è esponenziale ma attualmente è ancora limitata da due fattori non trascurabili: la necessità di alimentazione elettrica e la connettività.

Molto è stato fatto sul fronte dell’alimentazione, per slegare i sensori dalla rete elettrica e renderne più facile l’installazione: energie rinnovabili, energy harvesting, batterie sempre più performanti, ecc.. E non siamo di certo carenti in quanto a tecnologie in grado di fornire connettività. Il problema è la relazione tra questi due fattori: i dispositivi devono poter mandare informazioni il più lontano possibile col minor dispendio energetico possibile. Banale, ma non scontato: nonostante gli enormi sviluppi tecnologici in questo senso i risultati sono ancora scarsi.

Abbiamo assistito nello scorso decennio al consolidarsi di tecnologie radio a corto raggio sempre più performanti in termini di consumo energetico (Es. Bluetooth, ZigBee, ecc) ma con una portata scarsa (30 – 100 m).  Negli ultimi anni infine abbiamo visto l’evoluzione di radio a bassa potenza ma in grado di effettuare comunicazioni su distanze maggiori. Queste reti a lungo raggio LPWAN sono il futuro degli oggetti connessi alimentati a batteria.

Le 5 principali tecnologie LPWAN

  • LoRa – LoRaWAN è considerata la rete delle persone e su di essa sono stati sviluppati dei progetti che si ispirano all’idea di Open Data (https://www.thethingsnetwork.org/)
  • SigFox – Rispetto al sistema LoRa ha delle grosse limitazioni relative alla dimensione e alla frequenza del trasferimento dati. Offre però una copertura estesissima.
  • Link Labs
  • Nwave
  • Ingenu

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