Una rete LoRaWAN privata consente di collegare i sensori a un’infrastruttura radio gestita direttamente dall’azienda. A differenza di una rete LoRaWAN pubblica, i gateway e il server di rete vengono implementati in base alle esigenze specifiche del sito.
Questa architettura è particolarmente adatta agli edifici del settore terziario, ai siti industriali e ai complessi immobiliari che desiderano centralizzare i propri dati in un'BMS, senza abbonamento con l'operatore per ogni singolo sensore.
La sua implementazione richiede tuttavia di dimensionare correttamente la copertura radio, di mettere in sicurezza le apparecchiature e di prevedere la decodifica dei dati.
Che cos’è una rete LoRaWAN privata?
In una rete LoRaWAN privata, i sensori comunicano con uno o più gateway installati in loco. Questi gateway trasmettono i messaggi a un LoRa Network Server, denominato LNS, che gestisce la rete e le apparecchiature connesse.
L'architettura segue generalmente questo percorso:
Sensori LoRaWAN → Gateway → LNS → Decodifica dei dati → BMS o applicazione
Ogni componente ha un ruolo ben preciso:
- I sensori misurano e trasmettono i dati
- Il gateway riceve i frame radio
- L'LNS gestisce le attrezzature, le sessioni e le comunicazioni
- Il codec trasforma i frame grezzi in valori utilizzabili
- BMS visualizza, archivia e utilizza i dati
L'LNS può essere ospitato su un server remoto oppure integrato direttamente nel gateway. La soluzione LoRaWAN privata Enless si basa su questo secondo approccio.
Perché scegliere una rete LoRaWAN privata?
La rete privata consente di gestire l'infrastruttura e di adattarla alle esigenze dell'edificio.
I suoi principali vantaggi sono:
- Una copertura dimensionata in base al sito
- L'assenza di un abbonamento con l'operatore per ciascun sensore
- Un'architettura in grado di funzionare a livello locale
- Un'integrazione diretta con la BMS
- La possibilità di utilizzare sensori di marche diverse
- Una gestione autonoma delle apparecchiature e dei dati
Tale autonomia comporta anche la gestione dei gateway, delle chiavi di sicurezza, dell'LNS, degli aggiornamenti e del monitoraggio della rete.
Nel caso di un parco di siti molto dispersi, una rete LoRaWAN pubblica può quindi risultare la soluzione più adatta. Per un edificio o un campus in cui sono concentrati numerosi sensori, la rete privata offre generalmente un maggiore controllo.
1. Definire le esigenze del progetto
Il primo passo consiste nell’identificare i dati da raccogliere e la loro destinazione.
In un'applicazione BMS, una rete LoRaWAN privata può essere utilizzata per trasmettere:
- Temperatura e umidità
- La concentrazione di CO₂
- I consumi di acqua, gas o elettricità
- Gli stati di funzionamento delle apparecchiature
- Le aperture di porte e finestre
- Gli allarmi tecnici
- I dati provenienti dalle apparecchiature Modbus
Occorre poi specificare il numero di sensori, la loro frequenza di trasmissione, eventuali esigenze di comando discendente e il protocollo previsto dall’ BMS.
Una misurazione inviata ogni quindici minuti non comporta gli stessi vincoli di un allarme che deve essere segnalato immediatamente.
2. Analizzare la copertura radio LoRaWAN
La portata di LoRaWAN dipende fortemente dall'ambiente circostante. Una distanza teorica in campo libero non garantisce la copertura all'interno di un edificio.
I principali fattori da esaminare sono:
- Il numero di piani
- Lo spessore delle pareti e dei pavimenti
- La presenza di cemento armato
- Le strutture metalliche
- I locali tecnici interrati
- La posizione dei quadri elettrici
- La posizione e il tipo di antenna
- Le interferenze radio provenienti dall'ambiente circostante
Il gateway dovrebbe idealmente essere installato in posizione rialzata, in una zona centrale e libera da ostacoli. Se è collocato all’interno di un armadio metallico, l’antenna deve essere posizionata all’esterno.
È necessario effettuare dei test radio dalle posizioni più sfavorevoli. L'RSSI e l'SNR consentono di valutare la qualità dei collegamenti e di mantenere un margine sufficiente per eventuali variazioni future.
In un edificio di grandi dimensioni, in un campus o in una struttura critica, potrebbero essere necessari diversi gateway per migliorare la copertura o garantire la ridondanza.
3. Scegliere i gateway e l'LNS
Il gateway non va confuso con l'LNS. Esso riceve i messaggi radio, mentre il server di rete gestisce in particolare:
- L'autenticazione dei sensori
- Le procedure di attivazione
- L'eliminazione delle trame duplicate
- L'ADR, ovvero l'adattamento della potenza di trasmissione
- I messaggi in discesa
- Il monitoraggio delle sessioni LoRaWAN
Un LNS integrato semplifica l'architettura locale riunendo la ricezione radio e la gestione della rete in un unico dispositivo.
Il gateway LoRaWAN Enless RX LORAWAN 500-602 integra un proprio LNS ed è in grado di gestire fino a 500 sensori LoRaWAN. Funziona sulla banda EU868 e supporta sia i sensori Enless che i dispositivi LoRaWAN di altri produttori.
4. Proteggere la rete LoRaWAN privata
LoRaWAN integra meccanismi di autenticazione e crittografia AES-128. La loro efficacia dipende tuttavia dal modo in cui la rete è configurata e gestita. La LoRa Alliance raccomanda in particolare di proteggere le chiavi ed evitare il loro riutilizzo su più dispositivi.
Le buone pratiche consistono nel:
- Dare priorità all'attivazione OTAA
- Utilizzare chiavi univoche per ogni sensore
- Conservare le AppKey e le altre credenziali in un luogo sicuro
- Limitare l'accesso all'interfaccia di configurazione
- Isolare il gateway su una rete adeguata
- Salva la configurazione
- Mantenere aggiornati i firmware
- Disattivare le apparecchiature che non vengono più utilizzate
Anche l'accesso all'LNS, al gateway e all'BMS e deve essere integrato nella politica di sicurezza informatica dell'edificio.
5. Registrare e attivare i sensori
Per connettersi alla rete, ogni sensore deve essere registrato con le proprie credenziali LoRaWAN. In modalità OTAA, si tratta in genere di:
- DevEUI
- JoinEUI o AppEUI
- AppKey
Anche la banda radio e il piano di frequenze devono corrispondere alla rete utilizzata. In Francia e nella maggior parte dei paesi europei, le apparecchiature funzionano sulla banda EU868.
Dopo l'attivazione, è necessario verificare:
- Il successo del join
- La ricezione dei primi uplink
- Il livello RSSI
- Il livello SNR
- La frequenza di trasmissione
- La coerenza dei dati ricevuti
La documentazione GitBook di Enless illustra le procedure di attivazione e le relative diagnosi. Ad esempio, un LED arancione può indicare che l'attivazione è avvenuta con successo ma con un livello RSSI basso, mentre un LED rosso può segnalare un problema relativo alle chiavi o alla copertura.
6. Analizzare e integrare i dati nella BMS
La compatibilità LoRaWAN garantisce che un sensore possa comunicare con un gateway compatibile. Non garantisce però che il gateway sia in grado di interpretare automaticamente il contenuto dei suoi messaggi.
Ogni produttore definisce il formato del payload trasmesso dai propri sensori. È quindi necessario un codec per convertire il frame grezzo in dati quali una temperatura, una lettura del contatore o lo stato di un contatto.
Il gateway Enless decodifica in modo nativo i sensori LoRaWAN Enless. Per i sensori di terze parti, è possibile aggiungere codec e mappare i valori ottenuti.
I dati possono quindi essere preparati per essere trasmessi all'BMS e tramite Modbus o BACnet, a seconda del firmware e dell'architettura utilizzati. La guida tecnica del gateway LoRaWAN illustra in dettaglio la configurazione, l'installazione e le interfacce disponibili.
7. Verificare e documentare l'installazione
Prima della messa in servizio, la rete deve essere verificata in condizioni operative reali.
Il controllo deve riguardare:
- La ricezione di tutti i sensori
- Le zone con la copertura radio più difficile
- Il corretto recupero dei valori
- La gestione delle interruzioni di comunicazione
- Allarmi relativi a dati mancanti
- Il riavvio del gateway
- I rapporti con la BMS
- Eventuali ordini dall’alto
Si raccomanda inoltre di conservare una piantina di installazione, l'elenco dei sensori, i loro identificativi, la loro posizione, i codec utilizzati e un backup della configurazione.
Gli errori da evitare
Diversi errori possono compromettere la sicurezza di una rete LoRaWAN privata:
- Installare il gateway in un armadio metallico senza antenna remota
- Dimensionare la copertura basandosi esclusivamente su una campata teorica
- Confondere la compatibilità LoRaWAN con la decodifica nativa dei sensori
- Utilizzare le stesse chiavi su più dispositivi
- Trascurare la frequenza dei messaggi
- Posizionare tutti i sensori prima di aver testato le zone difficili
- Trascurare il monitoraggio delle interruzioni di comunicazione
- Non prevedere l'integrazione definitiva nella BMS
In sintesi
L'implementazione di una rete LoRaWAN privata si basa su sei elementi essenziali:
- Una definizione precisa dei dati da raccogliere
- Uno studio sulla copertura effettuato in loco
- Un posizionamento adeguato dei gateway e delle antenne
- Un LNS configurato correttamente
- Un'attivazione sicura dei sensori
- Una decodifica e una mappatura coerenti verso la BMS
Enless offre sensori LoRaWAN per l'BMS, oltre a un gateway con LNS integrato per realizzare un'architettura privata locale. Per verificare le specifiche tecniche o la compatibilità con il vostro PLC, potete contattare il team di Enless.
