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SETTEMBRE 2020 FIELDBUS & NETWORKS 33 La banda è scelta in un intervallo compreso tra i 7,8 kHz e i 500 kHz. Per esempio, una tipica con- figurazione per una rete con modulazione LoRa prevede l’utilizzo di una larghezza di banda pari a 500 kHz, 250 kHz o 125 kHz (rispettivamente definite BW500, BW250 e BW125). Il coding rate (tasso di codifica) indica il tasso di bit che effettivamente portano informazione. LoRa prevede infatti un meccanismo Forward Error Correction (FEC) attraverso il quale si aggiungono dei bit di ridondanza al flusso in- formativo, al fine di recuperare i bit corrotti da eventuali interferenze. In particolare, LoRa pre- vede i seguenti valori di coding rate: 4/5, 4/6, 4/7 e 4/8. Un coding rate più alto offre mag- giore protezione a discapito del tempo neces- sario a trasmettere i dati. Il valore dello spreading factor (fattore di espansione) determina quanto tempo dura il ‘Symbol Period’, ovvero il tempo necessario per la trasmissione di un simbolo. Un fattore di espansione maggiore aumenta il valore del rapporto tra segnale e rumore (SNR), la sensitività e il raggio di copertura della tra- smissione. Valori diversi di spreading factor permettono trasmissioni pseudo-ortogonali. Grazie a questa caratteristica, un ricevitore può ricevere correttamente un pacchetto utilizzando un certo spreading factor anche se si sovrappone nel tempo con un’altra trasmissione, a patto che questa utilizzi uno spreading factor diverso e che il valore del rapporto tra segnale e interferenza più rumore (SINR) sia maggiore di una certa soglia. Questa pseudo-ortogonalità tra diversi pacchetti consente a una rete, che utilizza dispo- sitivi LoRa, di sfruttare diversi spreading factor per raggiungere una maggiore velocità di flusso rispetto a schemi di modulazione più tradizionali. LivelloMAC: LoRaWAN LoraWAN è il protocollo di livello MAC (Media Access Control) che contiene funzionalità di controllo per l’accesso al mezzo fisico, di rivela- zione degli errori di trasmissione e di sicurezza. Questo protocollo è orientato ai dispositivi Internet of Things che necessitano di una co- municazione bidirezionale sicura e di servizi di localizzazione ai fini della mobilità mantenendo i consumi quanto più ridotti possibile. LoRaWAN identifica tre classi di funzionalità in cui i dispositivi possono operare: Classe A, Classe B e Classe C, dunque un dispositivo viene detto di Classe A, B o C a seconda della classe di funzionalità che sta utilizzando. Tutti i dispositivi devono implementare e utilizzare almeno le funzionalità di Classe A e opzional- mente possono cambiare modalità operativa. Un dispositivo che implementa le funzionalità di Classe B o C è definito come dispositivo ‘di classe superiore’. Il protocollo prevede che esso continui a offrire anche le funzionalità di Classe A e che le modalità Classe B e Classe C debbano essere attive alternativamente. Ogni classe offre progressivamente una minore la- tenza di comunicazione per le trasmissioni in ricezione dalla rete a discapito di maggiori ne- cessità energetiche (si veda Figura 3). Per i dispositivi di Classe A la ricezione di un pacchetto dipende, oltre che dalle condizioni della rete in termini di congestione e interfe- renze, anche da quando il dispositivo stesso decide di trasmettere. La rete non può decidere autonomamente quando contattare un disposi- tivo, in quanto questo è in grado di ricevere solo dopo avere trasmesso. I dispositivi di Classe B continuano ad avere un certo ritardo nella ricezione dei pacchetti; essi sono configurati in modo da aprire periodica- mente, in maniera prevedibile, delle finestre di ricezione che permettono alla rete di ini- ziare una trasmissione. In questo modo, se la rete vuole comunicare con il dispositivo, dovrà aspettare che quest’ultimo apra una finestra di ricezione utile. I dispositivi di Classe C, infine, sono configurati in modo da ricevere pacchetti senza nessun vincolo temporale in quanto, a eccezione del momento in cui sono impegnati in una trasmissione, hanno sempre una finestra di ricezione attiva. Dispositivi e Classi - Classe A (tutti i dispositivi) - La Classe A offre una comunicazione bidirezionale tra la rete e i dispositivi: si distinguono messaggi in uplink, che sono inviati dal dispositivo al ser- ver di rete attraverso i gateway, e messaggi in downlink, che invece sono diretti dalla rete al dispositivo attraverso un gateway scelto in maniera opportuna. Il protocollo prevede che ogni nodo possa in- viare un messaggio in uplink ogni qualvolta lo desidera, rimanendo successivamente in Figura 3 - Confronto fra le necessità energetiche delle tre Classi in relazione alla latenza delle comunicazioni downlink Nelle reti di oggetti (IoT) ogni elemento ha una propria identità digitale: LoRa rappresenta una di queste Foto tratta da www.freerangestock.com