Server di rete LoRaWAN spiegato: architettura, funzionalità e come scegliere il migliore

Noi di TEKTELIC progettiamo e implementiamo infrastrutture LoRaWAN da oltre dieci anni. In questo periodo, abbiamo collaborato con operatori, aziende, società di servizi e integratori di sistemi su reti di dimensioni molto diverse, da piccole implementazioni in singoli edifici a grandi reti nazionali con centinaia di migliaia di dispositivi.

Un argomento spesso diventa più importante del previsto: la scelta di Server di rete LoRaWAN (LNS).

È facile considerare l'LNS come un semplice strato software aggiuntivo. In realtà, si tratta di una delle decisioni più importanti in un'implementazione LoRaWAN. Influisce sulle prestazioni della rete, sulla trasmissione dei dati, sulla sicurezza dei dispositivi, sulla scalabilità e sulla quantità di lavoro che il team dovrà svolgere per mantenere la rete operativa nel tempo.

Con questo articolo, vogliamo semplificarvi la scelta. Vi spiegheremo cos'è un server di rete LoRaWAN, cosa distingue una piattaforma valida da una di livello carrier e cosa valutare quando confrontate le diverse opzioni.

L'LNS non è solo un software in esecuzione in background. È il cervello dell'intera rete LoRaWAN.

Cosa fa un server di rete LoRaWAN

In parole semplici: i sensori inviano dati, i gateway li ricevono, il server di rete li elabora e le applicazioni li utilizzano. Questa spiegazione è corretta, ma tralascia molti dettagli di ciò che accade dietro le quinte.

Quando un sensore invia un pacchetto, diversi gateway nel raggio d'azione possono riceverlo contemporaneamente. L'LNS prende tutte queste copie, identifica quella migliore ed elimina i duplicati prima che i dati raggiungano l'applicazione.

Questo è più importante di quanto possa sembrare. Senza questo passaggio, l'applicazione potrebbe ricevere due volte la stessa lettura del contatore, due volte lo stesso allarme o due volte lo stesso stato di occupazione.

L'LNS controlla inoltre ogni messaggio prima di inoltrarlo. Verifica che il pacchetto provenga da un dispositivo registrato, che non sia già stato inviato nell'ambito di un attacco di replay e che la sessione del dispositivo sia valida. Senza questi controlli, la rete potrebbe elaborare dati contraffatti, duplicati o corrotti con la stessa facilità dei dati validi.

Poi c'è Velocità dati adattiva, o ADR. È una delle funzioni più importanti di un LNS ben progettato, e spesso una delle meno discusse.

ADR consente alla rete di indicare a ciascun dispositivo quale velocità di trasmissione dati e potenza di trasmissione utilizzare, in base alla qualità del segnale effettivamente ricevuto dal dispositivo. Un dispositivo vicino a un gateway può trasmettere più velocemente e con una potenza inferiore. Un dispositivo ai margini della copertura può rallentare per migliorare la consegna dei pacchetti.

Quando la tecnologia ADR funziona correttamente, la durata della batteria migliora, il tempo di trasmissione si riduce e un singolo gateway può supportare più dispositivi. Quando non funziona correttamente, o non è disponibile affatto, la rete consuma più energia e capacità del necessario e le batterie potrebbero scaricarsi prima del previsto.

PERCHÉ L'ADR È IMPORTANTE NELLA PRATICA In una rete LoRaWAN ben configurata, l'ADR può prolungare di anni la durata della batteria dei dispositivi e raddoppiare approssimativamente il numero di dispositivi che un gateway può gestire. L'LNS è ciò che rende tutto questo possibile, o meno.

Ora che abbiamo esaminato cosa accade all'interno dell'LNS, vediamo cosa rende una piattaforma più affidabile di un'altra su larga scala.

Livello di trasporto: cosa significa e perché è importante

Esiste una differenza sostanziale tra un server di rete LoRaWAN che funziona bene in fase di test e uno che offre prestazioni affidabili in produzione, su larga scala, per anni e in condizioni che non sempre corrispondono a quanto previsto.

Questa differenza risiede nel modo in cui è costruita la piattaforma.

A di livello carrier LNS non presenta un singolo punto di guasto. Se un componente si blocca, il resto del sistema continua a funzionare. È scalabile orizzontalmente, il che significa che la capacità può essere aumentata quando necessario senza dover ricostruire la rete. Inoltre, funziona con ridondanza N+1, quindi la perdita di un nodo non compromette l'intero sistema.

Per un piccolo progetto pilota, questo potrebbe non sembrare necessario. Per un'azienda di servizi pubblici che gestisce centomila contatori, un complesso ospedaliero, un portafoglio di edifici intelligenti o una rete pubblica con più utenti, diventa il requisito minimo.

Queste reti non possono andare offline ogni volta che è necessaria la manutenzione. Inoltre, non possono dipendere da un'architettura che non è mai stata progettata per ripristinarsi correttamente dopo un guasto.

Questa è la differenza tra un server di rete LoRaWAN e un server di rete LoRaWAN di livello carrier. Il primo instrada i pacchetti quando tutto funziona correttamente. Il secondo è progettato per continuare a funzionare anche in caso di problemi.

Il modo in cui una piattaforma viene costruita determina se rimarrà online. Il modo in cui gestisce i dati determina se tali dati sono effettivamente utili.

Trasferire i dati dalla rete alla propria azienda

I sensori LoRaWAN in genere non inviano letture pronte all'uso. Inviano stringhe di byte compatte e codificate che non hanno alcun significato per un'applicazione aziendale finché qualcosa non le traduce. Questa traduzione è uno dei ruoli importanti del LNS (Local Network Sensor).

Il supporto per i codec di payload trasforma una stringa esadecimale grezza in dati utilizzabili, come una lettura della temperatura, uno stato di occupazione, un valore di un contatore o la percentuale della batteria. Senza questa funzionalità integrata nella piattaforma, ogni connessione dell'applicazione potrebbe richiedere una propria logica di decodifica, che qualcuno dovrebbe scrivere, testare e manutenere.

L'altro aspetto fondamentale è il routing. Un LNS robusto supporta protocolli standard come MQTT, HTTP e REST. Può inoltre connettersi alle piattaforme e ai sistemi verso cui i dati devono essere indirizzati, tra cui Azure IoT Central, AWS IoT Core, ThingsBoard, sistemi di gestione degli edifici, SCADA e applicazioni interne.

È a questo punto che i dati dei sensori smettono di essere traffico radio e iniziano a diventare informazioni aziendali utili.

La questione non è se il tuo LNS sia in grado di consegnare i pacchetti, ma se sia in grado di trasmettere i dati corretti al sistema corretto, nel formato corretto e senza interruzioni.

Sapere cosa fa l'LNS con i dati è solo una parte del quadro. L'altra è sapere dove viene eseguito, una scelta che tende ad avere conseguenze a lungo termine, ben oltre le aspettative della maggior parte dei team al momento della sua presa.

Dove funziona il tuo LNS e come sceglierlo

Non esiste un unico modello di implementazione corretto per un server di rete LoRaWAN. L'opzione migliore dipende dai requisiti di sicurezza, dall'ambiente IT, dalla sensibilità dei dati e dal livello di gestione diretta che il team desidera esercitare.

Ecco le quattro opzioni principali.

Cloud LNS

Funziona in cloud e collega tutti i gateway a un sistema centrale. È veloce da configurare, facile da scalare su più siti e richiede un intervento IT minimo per il suo funzionamento.

Ideale per: Implementazione rapida e scalabilità su più siti senza dover gestire la propria infrastruttura.

Cloud privato LNS

Funziona in un ambiente cloud dedicato che controlli tu. Ottieni la comodità del cloud con un maggiore controllo su sicurezza, posizione dei dati e configurazione.

Ideale per: Team che desiderano la semplicità del cloud ma necessitano di un ambiente isolato o di specifici controlli di conformità.

LNS in loco

Funziona all'interno della tua infrastruttura. Hai il pieno controllo sui tuoi dati, sulla configurazione della sicurezza e su come il sistema si connette alle applicazioni interne.

Ideale per: Organizzazioni in cui il controllo dei dati, le politiche di sicurezza interne o l'integrazione con i sistemi IT esistenti sono requisiti imprescindibili.

LNS integrato

Funziona direttamente all'interno del gateway. Non è necessario un server separato perché il gateway gestisce autonomamente le funzioni di server di rete.

Ideale per: Siti di piccole dimensioni o remoti dove una configurazione semplice e autonoma, senza dipendenze esterne, è la soluzione ideale.

Avendo ben chiaro cosa cercare in un LNS, vediamo come KONA Core è stato progettato per soddisfare questi requisiti.

TEKTELIC KONA Core: cosa offre

KONA Core è il server di rete LoRaWAN di livello carrier di TEKTELIC. Non si tratta di una funzionalità aggiuntiva in una piattaforma più ampia, bensì del cuore dell'ecosistema LoRaWAN di TEKTELIC, sviluppato e gestito dallo stesso team che progetta i nostri gateway, dispositivi e strumenti di rete.

Ecco come funziona in pratica:

Stack LoRaWAN completo Attivazione di OTAA e ABP, supporto per dispositivi di classe A/B/C, ADR, pianificazione del downlink, gestione dei comandi MAC, multicast e FUOTA: il protocollo completo, non un'implementazione parziale.	Architettura di livello carrier Nessun singolo punto di guasto, scalabilità orizzontale, ridondanza N+1 e tolleranza ai guasti testate su reti reali con centinaia di migliaia di dispositivi.
Trasmissione dei dati e codec Instrada i payload tramite MQTT(S), HTTP(S), REST, Azure IoT Central, ThingsBoard e AWS IoT Core. Decodifica i payload grezzi in JSON pulito in modo che le tue applicazioni possano utilizzare i dati immediatamente.	Visibilità operativa Visualizzazione dei pacchetti in tempo reale, monitoraggio di dispositivi e gateway, streaming degli eventi, aggregazione dei log e avvisi via e-mail. I problemi vengono individuati tempestivamente, prima che possano compromettere la rete.
Sicurezza Crittografia TLS, SSO, supporto per certificati x.509, controllo degli accessi basato sui ruoli, test di penetrazione annuali e audit di sicurezza. Progettato per soddisfare i requisiti di aziende di servizi pubblici, strutture sanitarie e operatori di reti pubbliche.	Automazione e API API REST complete per il provisioning di massa dei dispositivi, la configurazione, la sottoscrizione agli eventi e l'integrazione con la fatturazione. Meno lavoro manuale con la crescita della rete.
Multi-tenancy Accesso basato sui ruoli, ambienti cliente separati, limiti di abbonamento e gestione dei sub-clienti: una soluzione pensata per i fornitori di servizi gestiti e gli operatori pubblici.	Globale e aperto Piani di frequenza regionali per Nord America, Europa, Asia e oltre. Compatibile con dispositivi e gateway TEKTELIC e di terze parti, incluso il forwarder di pacchetti UDP Semtech.

La decisione più difficile da annullare

Ogni rete LoRaWAN, prima o poi, raggiunge i limiti imposti dalle decisioni prese all'inizio.

I gateway possono essere sostituiti. I sensori possono essere cambiati. L'LNS è diverso. È il livello da cui dipende tutto il resto, il che lo rende la parte più difficile da modificare una volta che la rete è già in funzione.

Inoltre, ha uno degli effetti a lungo termine più significativi su prestazioni, sicurezza, scalabilità e costi operativi.

È molto più facile fare le cose per bene fin da subito che correggerle in seguito. Questo è il principio che guida la progettazione dei sistemi LNS quando lavoriamo con i clienti, ed è uno dei motivi per cui KONA Core è stato realizzato in questo modo.

PARTE DI UN ECOSISTEMA COMPLETO KONA Core collabora con TEKTELIC gateway di livello carrier, Elemento KONA per la gestione della flotta gateway, KONA Radiant per la pianificazione RF, ATLAS per la configurazione del dispositivo, LOCUS per i servizi di localizzazione e la gamma completa di TEKTELIC sensori, tracker e dispositivi IoT medicaliOgni componente è progettato per funzionare in armonia con gli altri, dal primo progetto pilota alla scala nazionale.

Desideri discutere della tua implementazione?

Che tu stia creando una nuova rete, espandendo una rete esistente o abbandonando una piattaforma non più supportata, saremo lieti di discutere in modo approfondito di come KONA Core potrebbe adattarsi alla tua situazione. Contatta il nostro team: info@tektelic.com