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By Tuofu Lu
La LoRa Alliance®, un’associazione globale, Open, e senza scopo di lucro che sviluppa, mantiene e promuove il protocollo LoRaWAN® per le reti LPWAN (Low Power Wide Area Network), ha ampliato le sue linee guida per includere le frequenze dati LR FHSS (Long Range Frequency Hopping Spread Spectrum). Le caratteristiche LR FHSS aumentano significativamente la capacità di rete e la robustezza verso le interferenze, aprendo così le porte a nuove opportunità di implementazione, in tutto il mondo.
In maniera simile a quanto è successo per il Wi Fi negli ultimi due decenni in cui le bande di frequenza disponibili (2,4 GHz, 5 GHz e solo molto recentemente 6 GHz) e le larghezze di banda del canale (20 MHz, 40 MHz, 80 MHz e 160 MHz) si sono espanse per supportarne la crescita esponenziale, l’introduzione delle nuove frequenze dati LR FHSS incrementerà la rapida espansione delle reti LoRaWAN in tutto il mondo. Attualmente, secondo la LoRa Alliance, le reti LoRaWAN sono state implementate in 162 paesi e da 148 operatori di rete. L’uso del protocollo Open LoRaWAN per le applicazioni Internet of Things (IoT) continua ad aumentare ad un ritmo sorprendente. L’integrazione della nuova tecnologia LR FHSS nel protocollo LoRaWAN è la dimostrazione delle future capacità di rete mantenendo al contempo le sue caratteristiche di basso consumo.
LR FHSS è dotato di un’elevata resistenza alle interferenze, che riduce le collisioni di pacchetti aumentando l’efficienza rispetto allo spettro con la possibilità di uplink frequency hopping modulation. Ciò si ottiene suddividendo in piccoli pezzi ogni pacchetto dati inviato da un end node (ogni pezzo della lunghezza di circa 50 millisecondi) e diffondendoli casualmente su una larghezza di banda di frequenza definita, che include 137 kHz, 336 kHz e 1,523 MHz a seconda della regione. Inoltre, LR FHSS utilizza header fisici ridondanti su diverse frequenze per migliorare ulteriormente la robustezza della modulazione verso gli interferenti in-band.
La modulazione LR FHSS sarà supportata sui transceivers Semtech SX1261, SX1262 e LoRa Edge™ (LR1110) oltre che sui licenziatari di chip LoRa®. La demodulazione LR FHSS sarà supportata sul gateway SX1301-based V2.1 di Semtech che ora dispone di una aumentata capacità per milioni di uplink LR FHSS al giorno. Semtech prevede di rendere disponibili software e strumenti di valutazione intorno a gennaio 2021 per i clienti che sottoscrivano le licenze di valutazione del Technology Adoption Program (TAP).
LR-FHSS abilita i servizi IoT satellitari
Ci sono ancora molti luoghi nel mondo dove non è presente connettività cellulare o Wi Fi. Le aziende satellitari stanno colmando le lacune di connettività e affrontando le sfide globali integrando la connettività terrestre tramite le reti LoRaWAN con le comunicazioni satellitari per raccogliere dati da sensori remoti, specialmente in aree difficili da raggiungere.
Monitoraggio in tempo reale in aiuto della conservazione della fauna selvatica in Africa, soluzioni di agricoltura intelligente per migliorare la resa delle colture e monitorare le risorse di distribuzione globale per migliorare l’efficienza della supply chain sono solo alcuni dei casi d’uso.
LR FHSS consente ai satelliti di collegare vaste aree remote in tutto il mondo. È la chiave per fornire collegamenti dati diretti dagli end node ai satelliti sfruttando la banda senza licenza ISM (Industriale, Scientifica e Medicale) o uno spettro concesso con licenza. LR FHSS è in grado di supportare milioni di nodi finali e offre un nuovo livello di affidabilità per i servizi IoT, consentendo alle società satellitari di ottenere un ritorno più rapido sul proprio investimento.
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LR FHSS espande la capacità delle reti LoRaWAN terrestri
Mentre l’adozione del protocollo LoRaWAN continua la sua rapida e inarrestabile crescita, il numero di nodi finali e gateway si espanderà in modo significativo, e crescerà così anche una sempre maggiore richiesta di capacità di rete LoRaWAN.
Tracker, edifici intelligenti, strade intelligenti, case intelligenti e comunità intelligenti sono tra i molti casi d’uso emergenti. Inoltre, messaggi più lunghi e più frequenti provengono sempre più da questi nuovi casi d’uso (I dispositivi sono oggi sempre più “loquaci”). Di conseguenza, la quantità di segnali di modulazione LoRa trasmessi dovrebbe aumentare in modo significativo.
L’aggiunta di altri gateway per soddisfare la crescita di una rete LoRaWAN è una possibile soluzione. La nuova modulazione LR FHSS fornisce un ulteriore impulso per espandere la capacità di rete e aumentarne la robustezza. Come descritto in precedenza, LR FHSS raggiunge questo obiettivo utilizzando la sua estesa larghezza di banda, effettuando salti di frequenza e utilizzando intestazioni fisiche ridondanti su diverse frequenze.
L’aggiunta di LR FHSS ad una rete LoRaWAN esistente può aiutare ad espandere la sua capacità senza la necessità di sostituire l’infrastruttura di rete esistente. La modulazione LoRa e la modulazione LR FHSS possono coesistere contestualmente. Il passaggio tra la modulazione LoRa e la modulazione LR FHSS in un nodo finale richiede un singolo comando ADR dal server di rete. Inoltre, i gateway con modulazione LoRa e gateway con modulazione LR FHSS possono coesistere nella stessa rete LoRaWAN. L’aggiunta di LR FHSS può anche aiutare a liberare i canali di modulazione LoRa: ad esempio, si potrebbe sostituire SF10, SF11 e SF12 con LR FHSS in una rete LoRaWAN, espandendo significativamente la capacità di rete.
In sintesi, le nuove frequenze dati LR FHSS consentono payload di grandi dimensioni ad alta potenza e basse frequenze dati. Ciò fornisce un’enorme capacità aggiuntiva per i nodi finali con frequenze dati più basse. Con l’aumento della capacità, una rete LoRaWAN esterna o interna potrebbe aggiungere più nodi finali e abilitare dispositivi molto “loquaci”, come contatori elettrici che eseguono DLMS/COSEM su LoRaWAN o dispositivi con alimentazione esterna e trasmettono dati molto frequentemente, come i sensori industriali.
LR-FHSS consentono una migliore copertura anche di luoghi indoor molto in profondità
Una migliore e più profonda copertura anche di luoghi indoor rafforza la posizione del protocollo LoRaWAN come tecnologia leader più scelta per il mercato globale in rapida crescita dello smart metering. LR FHSS consente nodi finali posizionati in posti significativamente meno accessibili sulla stessa infrastruttura di rete, migliorando la scalabilità per progetti IoT di grandi dimensioni.
LR FHSS Risolve Eventuali limitazioni Dwell Time Regionali
LR FHSS e la sua capacità di frequency hopping risolve eventuali limitazioni di dwell time dei pacchetti di dati richieste dagli Enti normatori di alcuni paesi, ad esempio negli Stati Uniti, dove l’FCC ha applicato una limitazione di 400 millisecondi al dwell time consentito.
Come risultato di questa limitazione, in precedenza la velocità minima consentita per i dati disponibili per il protocollo LoRaWAN negli Stati Uniti era SF10 e solo 11 byte di payload possono essere utilizzati a quella velocità dati. I nuovi tassi di dati LR FHSS supporteranno l’equivalente delle attuali velocità dati SF10, SF11 e SF12. I dispositivi possono scendere a 325b/s con un carico utile di 125 byte o 162b/s con un carico utile di 50 byte.
LR FHSS Massimizza le Capacità per i Possessori di Bande con Licenza e Regioni con Vincoli di Spettro
Ogni azienda che possieda una licenza per almeno 150 KHz di spettro può ora costruire una rete QoS LoRaWAN con piena capacità e generare un buon ritorno sull’investimento.
LR FHSS fornisce anche un’enorme capacità aggiuntiva per i dispositivi finali con frequenza dati più bassa per le aree (come l’India) in cui molti canali di modulazione LoRa non possono essere allocati.
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