La digitalizzazione di tutti i processi aziendali e produttivi richiede il collegamento completo di tutti gli asset nell’Internet of Things: con la tecnologia di rete indipendente LoRaWAN, tale integrazione nell’automazione generale dell’impianto è resa possibile senza un impatto elevato in termini di investimenti infrastrutturali o costi operativi crescenti.
Ne è convinta Rike Ermeling – Product Management Network Technology & Smart Home di reichelt elektronik, che spiega come gli impianti che rispettano i principi dell’Industria 4.0 offrono la possibilità di digitalizzare tutti i processi aziendali e produttivi. Oltre ai vantaggi significativi in termini di efficienza, stabilità dei processi e tracciabilità, questo dà agli operatori la possibilità di sviluppare modelli di business completamente nuovi.
IoT: un hub informativo
Il primo requisito fondamentale, conferma Ermeling, è che tutte le macchine e i sistemi siano completamente collegati in rete tra loro e che sensori e attuatori aggiuntivi assicurino la comunicazione tra le macchine. Per quanto possibile, tutte le sedi e i componenti remoti dell’impianto, così come le unità mobili, dovrebbero essere registrati per il collegamento in rete. Anche se le informazioni non escono necessariamente dall’azienda, i metodi di base scelti vengono definiti come Internet of Things (IoT).
L’IoT crea la possibilità di collegare completamente in rete la produzione e le infrastrutture, sia orizzontalmente che verticalmente, senza dover prestare troppa attenzione alla connettività. Costituisce quindi il prerequisito per il collegamento in rete di interi processi aziendali e porta con sé la possibilità di accedere tramite dispositivi mobili al personale addetto alla manutenzione, sia esso interno o esterno, ad esempio.
Supporti per il trasporto di dati
Anche quando ci si trova a dover decidere quale mezzo di trasporto per i dati utilizzare, ci si trova di fronte ad un’amia scelta. Le reti IoT per la produzione, così come per la fornitura o lo smaltimento secondo i principi dell’Industria 4.0, possono essere implementate in modo soddisfacente solo con una combinazione ben studiata di diverse tecnologie.
Nei capannoni industriali e negli uffici, ad esempio, sono le reti locali (LAN) con e senza capacità in tempo reale a gestire il trasporto dei dati. Le distanze tra luoghi più grandi sono spesso colmate con linee dedicate da fornitori specializzati, oggi spesso anche tramite servizi di comunicazione basati su Internet.
Collegamento dei componenti esterni dell’impianto
Per poter integrare sistemi remoti o anche mobili, come le turbine eoliche o gli impianti di trattamento delle acque reflue e le macchine agricole o di costruzione, molti si stanno affidando al prossimo standard di comunicazione mobile: il 5G. Non ci sono dubbi sulla sua idoneità per il trasporto dei dati nell’IoT, ma c’è da aspettarsi che il trasporto dei dati su di esso comporterà delle spese che si rifletteranno significativamente sui costi di funzionamento degli impianti.
La Long Range Wide Area Network (LoRaWAN), sviluppata appositamente per l’IoT, è una rete di trasmissione adatta per la comunicazione con componenti di sistema, remoti, mobili, o con singoli sensori, almeno in applicazioni con volumi di dati gestibili. Essa utilizza la radiofrequenza senza necessità di licenza d’uso e permette una portata fino a 40 km. Allo stesso tempo, ha un’alta penetrazione negli edifici, in modo che anche i dispositivi finali – come quelli situati negli scantinati – possano essere raggiunti.
I sensori LoRaWAN stanno dimostrando il loro valore in applicazioni che vanno dalla misurazione dell’umidità del suolo in agricoltura alla misurazione del livello in contenitori chiusi, fino al monitoraggio dell’occupazione dei posti auto nei parcheggi. Sono disponibili in versioni per interni ed esterni e possono essere facilmente installati ed integrati nella rete.
Dispositivi IoT senza alimentazione
Rispetto alle reti mobili disponibili in commercio, la LoRaWAN offre a produttori, operatori e manutentori di sistemi spazialmente estesi ulteriori vantaggi che vanno oltre l’eliminazione dei costi di connessione. Diversi dispositivi abilitati all’IoT possono comunicare tra loro in modo sicuro senza la necessità di installazioni complesse e rigide. Questo vale anche per l’alimentazione elettrica, che spesso non può essere stabilita affatto o solo con enormi sforzi nei punti di misurazione remoti o nelle macchine operatrici mobili.
Come una rete ad ampio raggio a bassa potenza (LPWAN), LoRaWAN è ottimizzata per la connessione di dispositivi finali con alimentazioni scarsamente dimensionate o in funzionamento off-grid: i meccanismi di comunicazione contribuiscono al fatto che i dispositivi finali richiedono un consumo energetico estremamente basso a causa di una potenza di elaborazione particolarmente bassa. Il fatto che i dispositivi finali siano bidirezionali rende possibile la limitazione temporale della disponibilità a ricevere per la comunicazione downlink.
I sensori LoRaWAN spesso funzionano per diversi anni con una sola carica della batteria. Inoltre, trasmettono regolarmente il loro stato in modo che la sostituzione della batteria possa avvenire in tempo utile.
Reti LoRaWAN: comunicazione protetta
Le reti LoRaWAN sono solitamente impostate come una topologia a stella. In questo caso, i dispositivi finali LoRaWAN comunicano tramite una connessione single-hop con i gateway che sono collegati al server di rete tramite una connessione IP standard. In questo modo, le parti di sistema remote possono anche essere integrate in soluzioni globali esistenti con pochissimo sforzo.
La comunicazione all’interno della rete LoRaWAN avviene a velocità di dati da 0,3 a 50 kbps. Queste possono essere utilizzate in modo misto all’interno di una rete LoRaWAN e quindi gestite dal server della rete LoRaWAN attraverso l’Adaptive Data Rate Algorithm (ADR).
I dispositivi finali e i gateway LoRaWAN utilizzano un metodo di trasmissione brevettato con una sicurezza dei dati intrinseca molto elevata. Questo è ottenuto, tra l’altro, da un concetto di criptaggio a più livelli. A livello di rete, questo è garantito da un’unica chiave di rete in conformità con l’EUI64, mentre a livello di applicazione da un’applicazione unica. Una chiave specifica del dispositivo secondo l’EUI128 impedisce gli effetti dei trasferimenti di dati da fonti non autorizzate, aspetto che assicura che non si verifichino comunicazioni incrociate o echi che, altrimenti, potrebbero avere un impatto negativo sul sistema.
Stabilito come standard IoT
LoRaWAN non è l’unico sistema LPWAN basato sulla radio presente sul mercato ma, rispetto ad altri sistemi simili, offre il pacchetto globale più equilibrato e di vasta portata, oltre a consentire una scelta molto ampia di architetture di rete, classi di dispositivi, sicurezza e scalabilità per costruire applicazioni IoT.
A differenza di molte altre tecnologie LPWAN, inoltre, LoRaWAN non è un protocollo proprietario, ma un sistema aperto. È gestito da LoRa Alliance, un’organizzazione no-profit fondata nel 2015 con l’obiettivo di promuovere l’interoperabilità e la standardizzazione delle tecnologie di rete ad ampio raggio a bassa potenza. I suoi membri fondatori includono IBM, MicroChip, Cisco, Semtech e Swisscom. Insieme alle oltre 500 aziende attualmente associate, questo assicura un ampio ecosistema e una buona disponibilità di hardware e sistemi di sviluppo compatibili.
LoRaWAN sta chiaramente guadagnando terreno, soprattutto in Germania. Poiché il sistema è molto facile da implementare e utilizzare, rende l’Internet of Things tangibile per tutti ed è anche particolarmente adatto per rendere gli impianti esistenti espandibili nell’IoT attraverso un’integrazione completa, compresi i componenti dell’impianto remoti e persino mobili.
