LRW

LoRa definisce gli strati fisico e di collegamento proprietari; Un protocollo di comunicazione basato su LoRa chiamato LoRaWAN è stato standardizzato daLoRa-Alliance (prima versione nel 2015).

LoRa è una tecnologia “Physical Layer” che modula i segnali nella banda ISM sub-GHZ usando una tecnica proprietaria di spread spectrum. Come Sigfox, LoRa utilizza bande ISM senza licenza, cioè 868 MHz in Europa, 915 MHz in Nord America e 433 MHz in Asia. La comunicazione bidirezionale è fornita dalla modulazione chirp spread spectrum (CSS), che diffonde un segnale a banda stretta su una larghezza di banda più ampia. Il segnale risultante ha bassi livelli di rumore e alta resistenza alle interferenze. Utilizza sei “spread factors” (da SF7 a SF12) per trovare un compromesso tra la velocità dei dati e la portata. Un fattore di diffusione più alto permette infatti una portata maggiore a scapito di una velocità di trasmissione dati inferiore, e viceversa. I “data rate” LoRa vanno da 300 bps a 50 kbps a seconda del fattore di diffusione e della larghezza di banda del canale. Inoltre, i messaggi trasmessi utilizzando diversi “spread factors” possono essere ricevuti simultaneamente dalle stazioni base LoRa.
La lunghezza massima del “payload” per ogni messaggio è di 243 byte.  Usando LoRaWAN, ogni messaggio trasmesso da un dispositivo finale è ricevuto da tutte le stazioni base nel range al fine di migliorare il rapporto di messaggi ricevuti con successo. Tuttavia, ciò richiede più stazioni base nelle vicinanze complicando la realizzazione della rete ed il relativo costo. Le ricezioni duplicate risultanti vengono filtrate nel sistema di backend (server di rete) che controlla anche la sicurezza e gestisce le comunicazioni tra i dispositivi, ottimizzandole tramite un sistema di data rate adaptive (ADR). Ricezioni multiple dello stesso messaggio da diverse stazioni consentono a LoRaWAN anche di localizzare i dispositivi. A questo scopo, viene utilizzata la tecnica di localizzazione basata sulla differenza di tempo di arrivo (TDOA) supportata da una sincronizzazione temporale molto accurata tra più stazioni base.
LoRa, con un MCL pari a 156 dB, garantisce coperture a lungo raggio (15 km circa in outdoor, in linea di vista) con gateway in posizione elevata outdoor; è inoltre consentita la propagazione deep indoor del segnale.
LoRaWAN prevede una topologia di rete a “stella-di-stelle”, con dispositivi collegati tramite singol-hop a concentratori o gateway, a loro volta connessi a server di rete (NetServer) mediante protocollo IP. I dati trasmessi da un nodo sono ricevuti tipicamente da più gateway, ciascuno dei quali opera come bridge, inoltrando in modo trasparente il traffico proveniente dal dispositivo terminale verso il NetServer associato su piattaforma cloud; l’inoltro dei dati avviene tramite una rete di backhaul (cellulare, Ethernet, satellitare o WiFi).
È impiegata la crittografia simmetrica Advanced Encryption Standard (AES). Al fine di garantire l’interoperabilità tra le reti LPWAN, LoRa Alliance ha creato un programma di certificazione e conformità alla specifica LoRaWAN; i dispositivi certificati LoRaWAN possono essere distribuiti su più reti e spostarsi da una rete all’altra, indipendentemente dalla infrastruttura di rete o dall’operatore.

LoRaWAN fornisce varie classi di dispositivi finali per trovare i compromessi di uso in una vasta gamma di applicazioni IoT
Classe A: Dispositivi bidirezionali. Per questi dispositivi ogni trasmissione uplink è seguita da due brevi finestre di ricezione casuali di downlink. In questo modo si diminuiscono i consumi in applicazioni che richiedono solo brevi comunicazioni downlink a seguito di un messaggio uplink.
Classe B: Dispositivi bidirezionali con ricezione programmata. Oltre alle finestre di ricezione casuali di classe A, i dispositivi di classe B aprono finestre di ricezione extra a orari programmati sincronizzati attraverso la stazione base.
Classe C: Dispositivi bidirezionali con slot di ricezione massimi. Questi hanno finestre di ricezione quasi continuamente aperte, e si chiudono solo quando il consumo energetico aumenta troppo.