Il monito emergente dalla storia di Loran e LoRaWAN

Confondere le tecnologie LoRaWAN e Loran basate sulla trasmissione radio è pericoloso. Hanno entrambe una storia affascinante su come alcune tecnologie di connettività e comunicazioni diventino soluzioni vincenti mentre altre siano presto relegate allo status di reliquie. Mentre Loran ha prodotto soluzioni basate sui satelliti, per alcune applicazioni LoRaWAN sta superando di gran lunga l'adozione di NB-IoT, Sigfox e LTE-M. Tuttavia, è utile sostenere i sistemi meno favoriti come alternative per i casi d'uso e come robuste soluzioni di riserva.

Quasi 20 anni fa, il Dipartimento di Sicurezza Nazionale degli Stati Uniti ha disattivato il sistema di navigazione a lungo raggio noto come Loran e la nazione si è affidata principalmente ai sistemi di posizionamento globale (GPS) basati su satellite e ai radar per la navigazione marina e aeronautica. Il sistema Loran, risalente alla seconda guerra mondiale, utilizzava una rete globale di torri terrestri che trasmettevano in modo sincrono segnali radio ai ricevitori. Questi ultimi confrontavano poi i tempi di arrivo dei segnali delle torri più vicine per individuare la posizione geografica con una precisione sorprendente.

Molti esperti di sicurezza e appassionati di comunicazioni si sono rammaricati per la scomparsa di Loran, perché forniva un supporto semplice e robusto alla navigazione terrestre ed era esente dalle vulnerabilità dei sistemi satellitari. Un eLoran digitale sostitutivo non ha suscitato grande interesse.

È un'ironia della sorte che la tecnologia denominata LoRaWAN (acronimo di Long Range Wide Area Network) stia ora scalzando altre concorrenti nel suo campo di applicazione.

Figura 1: Quando era operativa, l'ultima iterazione di Loran (Loran-C) utilizzava il campo di frequenza tra 90 e 110 kHz per supportare l'estrazione dei dati. LoRaWAN utilizza il campo di frequenza tra 863 e 928 MHz per trasmettere i dati. (Immagine per gentile concessione di Lisa Eitel)

LoRaWAN è una tecnologia di comunicazione ad alta efficienza simile a una sorta di Wi-Fi a bassa quantità di dati e a lungo raggio, per dispositivi IoT in agricoltura, servizi pubblici e applicazioni industriali di tracciamento. In breve, utilizza segnali wireless del protocollo di strato fisico su uno spettro di frequenza ristretto, compreso tra 863 e 928 MHz (la frequenza esatta dipende dalla regione), per trasportare dati per alcuni chilometri in ambienti urbani e ben oltre i 10 km in ambienti rurali. La modulazione attorno a una frequenza centrale trasporta i dati in modo relativamente immune da interferenze, anche a distanza di chilometri e attraverso varie strutture.

Industrie ed enti governativi l'hanno usata in modo costante, soprattutto nell'ultimo decennio. Le soluzioni LoRaWAN basate su LoRa possono essere più convenienti di quelle basate su reti cellulari, in parte perché per funzionare LoRaWAN non si basa sui satelliti in orbita nello spazio. Inoltre, i suoi componenti di rete sono economici; anche implementare funzionalità LoRaWAN nei dispositivi non costa molto. In questo caso, l'uso di frequenze radio senza licenza da parte delle tecnologie LoRa consente ai fornitori dei componenti di distribuire soluzioni senza le barriere normative che affliggono altre soluzioni.

Figura 2: I chip RF sub-GHz SX1250 lavorano con il motore in banda base SX1302 di Semtech per consentire agli ingegneri di progettare gateway per reti LoRa punto-punto o rete e maglie locale o reti LoRaWAN più potenti e ad ampio raggio. Coprono qualsiasi banda di frequenza inferiore a 1 GHz per sostenere l'uso di varie bande senza licenza utilizzate per le applicazioni IoT. (Immagine per gentile concessione di Semtech Corp.)

In una rivincita per gli umili (si fa per dire) sistemi terrestri, il crescente dominio di LoRaWAN nelle comunicazioni IoT wireless ha messo fuori gioco, in alcune applicazioni, i sistemi Narrowband IoT (NB-IoT) e LTE-M basati su cellulari. Di fatto, LoRaWAN sembra aver trionfato anche su Sigfox.

Figura 3: Usando una tecnica di modulazione LoRa, questo transceiver RF mantiene una sensibilità di oltre -148 dBm. Se a ciò si aggiunge un amplificatore di potenza integrato di +20 dBm, si ottiene una soluzione economicamente vantaggiosa dalle molteplici applicazioni. (Immagine per gentile concessione di Semtech Corp.)

Sia NB-IoT che LTE-M utilizzano lo spettro con licenza e la trasmissione cellulare per trasportare dati rispettivamente fino a 250 kbps e 1 Mbps. Operano su lunghe distanze e consumano solo un po' più di energia rispetto ad altre opzioni di protocollo IoT per fornire connettività agli edifici intelligenti, alle interfacce delle utenze pubbliche, ai dispositivi elettronici indossabili e ai dispositivi di monitoraggio delle risorse.

Come LoRaWAN, Sigfox ad alta efficienza utilizza lo spettro senza licenza per comunicare dati a 100-600 bps per applicazioni intermittenti a basso contenuto di dati, come il monitoraggio dei sistemi, gli allarmi di macchine remote, i sistemi e il semplice tracciamento della posizione. Ma i ritardi nell'adozione hanno messo Sigfox in difficoltà finanziarie. La società UnaBiz, ora proprietaria di SigFox, ha sede a Singapore e nell'ultimo anno ha annunciato diversi nuovi sviluppi.

Fortunatamente, non abbiamo mai avuto guasti di satelliti di comunicazione su larga scala causati da sabotaggi intenzionali, detriti spaziali o altri fenomeni meteorologici che coinvolgono gli effetti elettromagnetici delle eruzioni solari, come le radiazioni e le tempeste geomagnetiche, per cui la nostra estrema dipendenza da questi satelliti per la navigazione (e l'abbandono del vecchio Loran) non è stata messa in discussione. Nemmeno la standardizzazione di LoRaWAN ha creato vulnerabilità evidenti finora. Tuttavia, quando sistemi eleganti come Sigfox entrano in concorrenza, il settore non può che trarne vantaggi.