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Perché LoRaWAN è la scelta migliore per il monitoraggio IoT a lungo raggio e a basso consumo energetico

12 ottobre 2024
Casi di studio IoT

12 ottobre 2024
Casi di studio IoT

Introduzione

L'avvento dell'Internet of Things (IoT) ha rivoluzionato il tracciamento delle risorse, offrendo soluzioni innovative per monitorare e gestire le risorse in modo efficace. Tra le diverse tecnologie di connettività disponibili, LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) si distingue come la scelta ottimale per fabbriche, porti, campus, parcheggi, ospedali e persino progetti di tracciamento a livello nazionale. Questo articolo esplora i vantaggi di LoRaWAN, in particolare nel contesto del tracciamento di parcheggi, fabbriche, magazzini o bestiame, e dimostra perché rappresenta la migliore tecnologia di connettività per tali attività.

Vantaggi di LoRaWAN

LoRaWAN, copertura a lungo raggio

Tecnologia LoRaWAN È rinomato per la sua ampia capacità di copertura, che si estende per diversi chilometri. Ciò è particolarmente vantaggioso per i parcheggi, dove le auto possono essere distribuite su ampie aree, inclusi edifici, spazi aperti e luoghi remoti. La capacità di coprire lunghe distanze garantisce che i dispositivi di localizzazione possano comunicare efficacemente con i gateway, indipendentemente dalla loro posizione.

Distanza di comunicazione del localizzatore badge Lansitec:
· 5 km @SF9 con alcuni edifici e boschi tra il gateway e il tracker.
· 19 km @SF9. Il gateway si trova su un edificio alto 30 metri sulla costa e il tracker è su una nave

Gateway Bluetooth solare:
· 3 km @SF9 con alcuni edifici e boschi tra il cancello e il tracker.

La distanza può essere maggiore aumentando l'SF a 10, 11 o 12.
Per saperne di più sulla copertura LoRaWAN, fare riferimento a "Quali sono i fattori che influenzano la portata LoRaWAN nell'IoT??”

La caratteristica di copertura a lungo raggio rende LoRaWAN ideale per i seguenti progetti di tracciamento:
· Localizzazione di veicoli e chiavi nei parcheggi dei concessionari
· Monitoraggio dei pescatori e dei lavoratori in mare aperto

LoRaWAN, basso consumo energetico

Uno dei vantaggi più significativi di LoRaWAN è il suo basso consumo energetico. I dispositivi che utilizzano LoRaWAN possono funzionare per lunghi periodi con una singola carica della batteria o con una piccola batteria non ricaricabile, il che è fondamentale per le applicazioni di tracciamento in cui la sostituzione frequente delle batterie sarebbe impraticabile. Questa caratteristica riduce i costi di manutenzione e garantisce il monitoraggio continuo di personale, veicoli e risorse senza interruzioni.

La bassa corrente TX e RX rispetto alla rete cellulare riduce anche la richiesta di potenza della batteria, quindi abbiamo più opzioni di batteria.

MCU: nRF52832
LoRa RF: SX1262
SF9
Dimensione dei dati: 9 byte
Messaggio confermato
Corrente media di trasmissione del sistema: 110,78 mA
Corrente RX media del sistema: 4,97 mA
Consumo energetico totale: 16,01 mC, 0,00445 mAh

LoRaWAN, rapporto costo-efficacia

LoRaWAN è una soluzione conveniente per il tracciamento degli asset. La tecnologia non richiede infrastrutture costose, rendendola accessibile a tutti i progetti con budget limitati. Utilizza la banda ISM, gratuita in tutto il mondo, così chiunque può costruire la propria LPWAN.

LoRaWAN presenta bassi costi operativi, come la sostituzione minima delle batterie, vari gateway LoRaWAN e server di rete (NS) a costi diversi e basse tariffe di trasmissione dati, il che ne aumenta ulteriormente l'economicità. Alcuni gateway LoRaWAN dispongono di un server di rete integrato, ideale per progetti di piccole dimensioni.

Inoltre, possiamo trovare opzioni aggiuntive per vari fornitori, tra cui produttori di dispositivi, NS e fornitori di APP in LoRa Alliance, per ottimizzare la nostra soluzione.

Opzioni di rete LoRaWAN

Uno dei vantaggi più significativi di LoRaWAN è che chiunque può costruire la propria rete LoRaWAN on-premise o basata su cloud per diversi tipi di progetti. Oltre a una rete privata, gli utenti possono attingere alle reti nazionali esistenti in paesi come Francia, Belgio e Paesi Bassi. Queste reti consolidate forniscono una copertura e un'infrastruttura complete per i dispositivi abilitati per LoRaWAN.

Per chi cerca un approccio più decentralizzato, Helium offre un'alternativa interessante. La rete di Helium opera su scala globale, basandosi su una rete distribuita di hotspot gestiti da singoli utenti. Questo modello decentralizzato consente una copertura più ampia e una maggiore flessibilità, rendendolo una scelta interessante per le applicazioni IoT (Internet of Things) in tutto il mondo.

La comunicazione satellitare LoRaWAN offre un altro modo per tracciare bestiame, veicoli e container. Include alcune caratteristiche uniche:

Copertura globale LoRaWAN: La connettività satellitare garantisce che i dispositivi LoRaWAN possano comunicare praticamente da qualsiasi punto della Terra, anche in aree remote o rurali con un'infrastruttura di rete terrestre limitata.

Scalabilità LoRaWAN: Le reti satellitari LoRaWAN possono ospitare un gran numero di dispositivi, il che le rende adatte a implementazioni IoT su larga scala.

LoRaWAN conveniente: Le soluzioni satellitari LoRaWAN spesso offrono un'alternativa più conveniente alle tradizionali tecnologie di comunicazione satellitare.

Affidabilità LoRaWAN: La comunicazione satellitare garantisce un elevato livello di affidabilità e resilienza, anche in ambienti difficili.

Gli utenti possono anche utilizzare la comunicazione peer-to-peer (oltre a LoRaWAN) nei casi in cui sono necessari solo pochi dispositivi e una rete semplificata, come ad esempio un sistema di allerta e tracciamento dei pescatori.
Quindi, la rete LoRaWAN è flessibile e può essere piccola come una nave per tracciare marinai e pescatori, o nazionale per tracciare contenitori, pallete beni in affitto.

Capacità della rete LoRaWAN

La capacità della rete LoRaWAN non rappresenta un problema nella maggior parte dei sistemi di monitoraggio, poiché la frequenza dei report è bassa, da pochi minuti a qualche ora, oppure può essere attivata da un evento. Tuttavia, in un progetto di monitoraggio, gli utenti desiderano monitorare risorse o personale con intervalli che vanno da pochi secondi a qualche minuto.

Esempio 1:

Tracker GNSS: 750 pezzi
Intervallo di segnalazione: 5 minuti
Dimensione dei dati: 9 byte
SF7, la capacità del gateway LoRaWAN è 3,6%
SF8, la capacità del gateway LoRaWAN è 7%
SF9, la capacità del gateway LoRaWAN è 14%

Per massimizzare la capacità della rete e ridurre al minimo la perdita di pacchetti, è meglio mantenere il tasso di capacità inferiore a 15%.

Esempio 2:

Tracker GNSS: 50 pezzi
Intervallo di segnalazione: 15 s
Dimensione dei dati: 9 byte
SF7, la capacità del gateway LoRaWAN è 5%
SF8, la capacità del gateway LoRaWAN è 10%
SF9, la capacità del gateway LoRaWAN è 20%

Per una valutazione dettagliata della capacità di rete, fare riferimento alla nostra "Valutazione della capacità di rete LoRaWAN a 8 canali", PN: 511-00054.

Come possiamo vedere dagli esempi 1 e 2, la capacità di una rete LoRaWAN è funzione della densità dei suoi gateway. Il fattore di diffusione (SF), la dimensione dei dati e la larghezza di banda determinano la capacità di una rete con un solo gateway. Possiamo anche espandere la capacità della rete aggiungendo più canali di comunicazione: da 8 a 16 canali uplink in EU868 o da 8 a 16 o più (fino a 64) in US915, AU915 e CN470. La capacità può essere aumentata anche aggiungendo altri gateway LoRaWAN.

Per Gateway Bluetooth E sensori che sono statici, l'utilizzo di un meccanismo di velocità di trasmissione dati adattiva (ADR) è essenziale. L'obiettivo principale dell'ADR è risparmiare la batteria dei nodi terminali LoRaWAN. Far sì che i nodi terminali più vicini a un gateway trasmettano utilizzando il fattore di diffusione più basso riduce al minimo il tempo di trasmissione e prolunga la durata della batteria. I sensori più distanti trasmettono con un fattore di diffusione più elevato. Si deve trovare un compromesso tra la potenza della batteria e la distanza, dato che un fattore di diffusione più elevato consente a un gateway di connettersi a dispositivi più lontani.

Tuttavia, per un tracker mobile, è preferibile utilizzare una velocità dati fissa per risparmiare energia mentre si sposta a diverse distanze dal gateway LoRaWAN. La velocità dati fissa mantiene anche una comunicazione stabile per un dispositivo mobile, ad esempio: tracker.

Roaming e mobilità LoRaWAN

In LoRaWAN, i nodi finali non sono connessi a un gateway specifico. I dati trasmessi da un nodo vengono in genere ricevuti da più gateway e inoltrati al server di rete centrale, dove i messaggi vengono verificati e inoltrati in modo sicuro all'APP. Informazioni e complessità vengono trasferite ai server di rete che gestiscono la rete e filtrano i pacchetti ridondanti ricevuti, eseguono controlli di sicurezza, pianificano le conferme di ricezione tramite il gateway ottimale, applicano velocità di trasmissione dati adattive e altro ancora. Se il nodo è mobile o in movimento, non è necessario passare il controllo da un gateway all'altro, una caratteristica fondamentale che consente l'applicazione di tracciamento delle risorse.

LoRaWAN ad alta sicurezza

La sicurezza è un aspetto fondamentale in qualsiasi progetto di tracciamento, soprattutto quando si tratta di dati sensibili. LoRaWAN impiega solidi standard di crittografia, come AES-128, per garantire che i dati trasmessi tra dispositivi e gateway siano sicuri e protetti da accessi non autorizzati. Questo elevato livello di sicurezza è essenziale per preservare l'integrità e la riservatezza delle informazioni di tracciamento.

Dimensioni del payload LoRaWAN, velocità dei dati e latenza

LoRaWAN offre un profilo di trasmissione dati versatile con un carico applicativo massimo di 11-242 byte (a seconda della banda di frequenza e del fattore di diffusione), velocità di trasmissione dati che vanno da 255 bps a 50 kbps e latenza generalmente misurata in secondi a seconda dell'impostazione RECEIVE_DELAY. Sebbene questi parametri non superino sempre NB-IoT, CAT-M o Cat-1 sotto ogni aspetto, sono adatti a molte applicazioni di tracciamento.

Casi di studio e implementazioni pratiche di LoRaWAN

Auto e chiavi nel parcheggio dei concessionari

Soluzione Lansitec B-Mobile® combina fari Bluetoothe gateway Bluetooth con LoRaWAN per fornire funzionalità di tracciamento di auto e chiavi senza interruzioni. Ecco come funziona:

Beacon Bluetooth: Questi piccoli dispositivi possono essere attaccati alle chiavi e appesi agli specchietti retrovisori. Segnalano continuamente la loro presenza.

Gateway Bluetooth: Posizionato strategicamente Gateway Bluetooth Rilevano questi beacon quando entrano nel loro raggio d'azione. Questi gateway trasmettono quindi i dati dei beacon (principali, secondari, stato della batteria e RSSI) tramite reti LoRaWAN.

LoRaWAN: Offre un tracciamento ad ampio raggio e a basso consumo. Con una portata fino a 5 km nelle aree urbane e oltre 20 km in ambienti rurali, i gateway LoRaWAN coprono ampie aree. La modulazione Chirp Spread Spectrum garantisce la resilienza alle interferenze.

Benefici

Esperienza del cliente migliorata: Il monitoraggio in tempo reale migliora il servizio clienti durante gli audit e le interazioni.

Faro Bluetooth Batteria a lunga durata: I beacon Bluetooth possono durare oltre 5 anni, garantendo un tracciamento persistente.

Gateway Bluetooth solare: La ricezione Bluetooth sul gateway Bluetooth può ricevere costantemente i beacon nelle vicinanze e segnalarli immediatamente a una rete LoRaWAN. Il basso consumo energetico consente al gateway Bluetooth di non richiedere manutenzione.

Monitoraggio dei container

Gli utenti possono distribuire gateway LoRaWAN sulle porte tra isole, fabbriche e magazzini per garantire una connettività senza interruzioni.

Monitoraggio dei container: Il Lansitec LoRaWAN Container Tracker Fornisce visibilità in tempo reale durante il transito tra le isole. Saprai sempre dove si trovano i tuoi container, che siano su navi, camion o nei piazzali di stoccaggio.
Applica questi tracker a pallet, macchinari o altri beni in fabbriche e magazzini. Monitora i movimenti, ottimizza i flussi di lavoro e previeni perdite o furti.

Monitoraggio dell'utilizzo della macchina: Tieni traccia dei modelli di utilizzo delle apparecchiature. Identifica i macchinari inattivi o rileva anomalie nel funzionamento.

Gestione delle risorse: Che si tratti di strumenti, pezzi di ricambio o inventario prezioso, questo tracker semplifica la gestione delle risorse tramite Bluetooth e trasmette le informazioni tramite LoRaWAN.

Monitoraggio dei lavoratori

Il localizzatore di badge e il sensore per casco Lansitec possono essere utilizzati per monitorare i lavoratori in un cantiere edile, su una piattaforma petrolifera o in una centrale eolica in mare.

Tracker dei badge

Il badge tracker Lansitec è progettato sulla base delle tecnologie GNSS, Bluetooth 5.0 e LoRa. Supporta il tracciamento in ambienti interni ed esterni. Il badge è utilizzato principalmente per la gestione del personale e delle risorse.
L'acceleratore a 3 assi integrato può essere utilizzato per determinare lo stato di movimento del terminale, contribuendo così a risparmiare batteria e a migliorare l'esperienza utente.

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Sensore del casco

Il sensore per casco Lansitec è progettato sulla base delle tecnologie GNSS, Bluetooth 5.0 e LoRaWAN. Supporta il tracciamento in ambienti interni ed esterni.
Supporta diverse funzionalità che contribuiscono a semplificare la gestione in ambienti industriali. Il suo acceleratore a 3 assi integrato può essere utilizzato per determinare lo stato di movimento del terminale. Pertanto, può contribuire a risparmiare batteria e migliorare l'esperienza utente.

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Tracciamento ad alta precisione UWB

LoRaWAN può essere utilizzato per la sincronizzazione e la trasmissione dei dati in un sistema di tracciamento UWB ad alta precisione. Le ancore dispiegate a 20-30 metri di distanza l'una dall'altra possono essere alimentate a batteria per oltre 5 anni, con il vantaggio del basso consumo energetico di LoRaWAN. I tracker con LoRaWAN e UWB inoltrano le informazioni sulla distanza a un gateway LoRaWAN affinché il server ne calcoli la posizione.
In questa soluzione di tracciamento UWB basata su LoRaWAN, sia gli anchor che i tracker sono alimentati a batteria, riducendo significativamente lo sforzo di manutenzione dell'implementazione.

Non esitate a contattarci per ottenere maggiori informazioni sulla soluzione di tracciamento UWB basata su LoRaWAN.

Conclusione

LoRaWAN si rivela la migliore tecnologia di connettività per un progetto di tracciamento regionale grazie alla sua copertura a lungo raggio, al basso consumo energetico, al rapporto costo-efficacia e all'elevata sicurezza. Sfruttando LoRaWAN, parcheggi, porti marittimi, ospedali e cantieri edili possono monitorare e gestire efficacemente le proprie risorse, garantendo maggiore sicurezza ed efficienza operativa.