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Fieldbus & Networks MAGGIO 2024 FIELDBUS & NETWORKS 15 staurare una connessione a corto raggio in accordo alla topologia a stella e, pertanto, l’invio del dato verso il cloud deve essere effettuato tramite un gateway; sarà quest’ultimo a eseguire la scansione dei dispositivi nel suo raggio d’azione e, dopo averne rilevato uno, ad analizzarne l’organizzazione dei characteristic per inviare i dati raccolti in cloud. − Low Power Wide Area Network Nell’ambito delle applicazioni (I)IoT, stanno riscuotendo sempre più suc- cesso le tecnologie generalmente denominate Lpwan (acronimo per Low Power Wide Area Network). La proprietà che le contraddistingue è l’uso di radio con elevatissima sensibilità, il che permette di coprire aree anche molto vaste, pur mantenendo limitata la potenza massima di trasmissione (sempre nell’ordine di pochi dBm). Rientrano in questa classificazione al- cune versioni dei protocolli propri della telefonia mobile; ma interessante, grazie alla possibilità di realizzare un’infrastruttura privata, è Lorawan. Tale sistema impiega radio compatibili con la tecnologia LoRa, sviluppata e di proprietà di Semtech, che implementa una versione migliorata della modu- lazione a spettro espanso basata su ‘chirp’, intendendo con quest’ultimo termine, un segnale la cui frequenza varia (linearmente) nel tempo, pas- sando da una frequenza minima (fmin) a una massima (fmax), nel caso di un ‘upchirp’ o, viceversa, di un ‘downchirp’. Se nella versione più semplice si può pensare di usare upchirp e downchirp per codificare 1 bit di informa- zione, in LoRa si arriva a codificare SF bit con un solo upchirp: SF (Spreading Factor) è un parametro impostabile, generalmente compreso nell’intervallo da 7 a 12. Ciò è reso possibile mantenendo fissa la banda BW=fmax–fmin occupata e variando la frequenza di ‘attacco’ del chirp stesso all’interno di un insieme di 2 SF possibili valori (si veda figura 3). Ovviamente, all’aumentare del valore di SF corrisponderà una maggiore durata temporale dello stesso, ovvero un più lungo tempo di simbolo TS e, di conseguenza, un minore data rate. D’altro canto, a una durata maggiore corrisponderà una maggiore immunità ai disturbi e una migliore sensibilità, ovvero una maggiore copertura. Usando le radio LoRa si realizzano reti a stella tra i dispositivi e un con- centratore (gateway), il cui compito è smistare il traffico verso il cloud (direzione uplink) o verso il campo (direzione downlink). Il gateway è gene- ralmente dotato di un’interfaccia di comunicazione basata sul protocollo IP per connettersi al back-end della rete Lorawan, solitamente implementato nel cloud. Qui trovano posto diverse entità logiche, non necessariamente implementate da macchine fisiche differenti, che vengono convenzional- mente chiamate NS-Network Server, AS-Application Server e JS-Join Server (si veda figura 4). Compito del NS è gestire la rete, implementando, per esempio, strategie adattive che adeguano lo SF alla qualità della ricezione, piuttosto che de- cuplicare la ricezione dello stesso messaggio da parte di gateway multipli, o rispondere con dei messaggi di acknowledge nel caso di messaggi con conferma. Il JS, invece, gestisce lo smistamento delle chiavi di cifratura e partecipa al meccanismo di affiliazione, denominato Otaa (Over the air activation); infine, l’AS ha il compito di cifrare e decifrare i messaggi e permettere l’integrazione dell’utente finale. Se, quindi, è purtroppo vero che non vi è un’unica tecnologia in grado di soddisfare i molteplici requisiti delle applicazioni industriali, ma è necessa- ria una scelta mirata in funzione dello scenario d’uso, siamo oggi in grado di ottenere informazioni relative allo stato di un impianto e/o di un processo come mai accaduto in passato, migliorandone sicurezza ed efficienza e, non ultimo, riducendone l’impatto ambientale. Fig. 3 - Esempio concettuale di come la modulazione LoRa permette di codificare SF=2 bit con un solo chirp: fissata la banda BW, per ogni possibile simbolo (11)-(01)-(10)-(00) di durata TS vengono identificate 4 frequenze d’attacco (f1)-(f2)-(f3)-(f4) del corrispondente chirp Fig. 4 - Architettura di una generica soluzione Lpwan: i nodi sono connessi in una stella che vede al centro il gateway (GW), il cui compito è trasferire i messaggi scambiati con i link wireless ai server nel back-end e viceversa