Low Power Wide Area Networks. per Internet of Things

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1 Low Power Wide Area Networks per Internet of Things Michele Zorzi e Lorenzo Vangelista Università di Padova e Patavina Technologies {michele.zorzi, lorenzo.vangelista}@patavinatech.com 1

2 Internet of Things Paradigma emergente che sta riscuotendo grande interesse Concetto variegato, che si declina in vari modi a seconda del contesto e di chi ne parla Tecnologie, applicazioni, requisiti Portare Internet a tutti gli oggetti, realizzando la visione di Mark Weiser ( the disappearing computer, 1991) Non tanto e non solo efficienza, ma usabilità, flessibilità, adattabilità, espandibilità, 2

3 Internet of Things In molti casi (monitoraggio, metering, controllo) la tecnologia potrebbe non essere wireless, ma Zero-configuration, place-and-play Mobilità? Le tecnologie wireless giocheranno un ruolo chiave in questi sistemi Scopo di questo intervento è discutere varie possibilità confrontandone pro e contro 3

4 Evoluzione dell IoT - 1 Tecnologie note da molti anni NFC, RFID, famiglia IEEE (Zigbee, Thread), Bluetooth (BLE), famiglia IEEE (AllSeen, Open Connectivity), altre (Z-Wave, EnOcean) Caratteristiche principali Uso di bande libere a 2.4 GHz (868/915 MHz in alcuni casi) Short-range: < 100 m High-rate: ~ 1 Mbps Mesh networking: connettività multi-hop 4

5 Evoluzione dell IoT - 2 Negli ultimi anni è nato un paradigma diverso SigFox, LoRa, Ingenu, Weightless, Obiettivo: copertura e sensitività, non rate Caratteristiche principali Uso di bande libere sub-ghz (868/915, 433, 169 MHz) Long-range: fino a qualche decina di km Low-rate: kbps Topologie a stella: tutti i nodi (fino a ) connessi a un gateway, a sua volta connesso a un network server/application server 5

6 LPWAN Confronto M. Centenaro, L. Vangelista, A. Zanella, M. Zorzi, Long-Range Communications in Unlicensed Bands: the Rising Stars in the IoT and Smart City Scenarios, IEEE Wireless Communications Magazine, Special Issue on Enabling Wireless Communication and Networking Technologies for the IoT,

7 LPWAN Architettura Esempio di architettura LPWAN (LoRa) 7

8 LPWAN Protocolli 8

9 LPWAN test in campo 9

10 LPWAN Copertura 10

11 LoRa / SigFox vs NB-IoT LoRa/SigFox sono disponibili adesso NB-IoT non è ancora completo come normativa Molti trial (specie di Huawei) Normativa e reti/moduli stabili e interoperabili probabilmente in due anni Si apre una finestra di mercato in cui gli operatori di reti mobili e altri attori possono non voler o potere attendere il NB-IoT 11

12 LoRa / SigFox vs NB-IoT Quanto costa installare una rete LoRa / SigFox rispetto al NB-IoT? Le coperture per LoRa e NB-IoT sono le stesse per quanto riguarda il link budget End-Node: il costo del NB-IoT sembra esser destinato a essere sempre superiore (SIM) Base Station: il costo del NB-IoT sembra essere sempre superiore (SW update per basestation solo (Huawei) costruite dal 2015 in poi) Core Network: per LoRa/SigFox è inferiore significativamente adesso ma può crescere 12

13 LoRa / SigFox vs NB-IoT Quali servizi può supportare una rete LoRa / SigFox rispetto a una NB-IoT? Una rete LoRa può supportare gli stessi servizi del NB IoT (è in roadmap LoRa il roaming e include la localizzazione grezza anche indoor in modo nativo) La rete SigFox ha significative limitazioni (difficile, ad esempio, il parking, possibile invece con LoRa) La rete LoRa permette la creazioni di reti private La rete LoRa trova molto interesse in roll-out che coinvolgono il metering (anche se questo viene fatto con altre tecnologie) 13

14 LoRa / SigFox vs NB-IoT Molte domande dal punto di vista dello sfruttamento ottimale delle frequenze licenziate Gli operatori cercano di usare le frequenze libere per LTE Ha senso (economico) usare frequenze preziose, come quelle del GSM, per il NB-IoT? Cosa fare del GPRS e dei clienti che ancora la usano? Se per questi clienti si deve cambiare il modulo di trasmissione, forse conviene farli passare a LoRa. Orange è entrata nella LoRa Alliance 14

15 Alcune proiezioni 15

16 LoRa vs SigFox LoRa Modulazione chiusa Protocollo aperto (LoRaWAN) Infrastruttura aperta (tecnologia) Necessità di roaming fra operatori Protocollo flessibile pensato anche per il downlink SigFox Modulazione aperta Protocollo chiuso Infrastruttura chiusa e proprietaria (operatore) No roaming (unico operatore mondiale) Molte limitazioni sui servizi (4 messaggi al giorno in downlink) 16

17 LoRa vs SigFox LoRa Eco-sistema aperto (LoRa Alliance) e future proof I dati rimangono nella rete dell operatore Molti fornitori di tecnologia (inclusi i chip STM) e competizione fra loro SigFox Sistema chiuso blackbox ma semplice da utilizzare I dati rimangono nei server SigFox Un solo fornitore di tecnologia, dubbio il suo futuro economico (startup, quotazione in borsa necessaria per reperire capitali) 17

18 Copertura Europa LoRa KPN, Proximus, Orange, Swisscom, Eon Moltissimi trials e PoC da organizzazioni che non sono operatori tradizionali SigFox Francia, Spagna, Olanda coperte Italia, Germania, UK in corso di copertura 18

19 Situazione in Italia LoRa A2A ha creato A2A SmartCity per coprire la Lombardia La rete A2A usa il server di Patavina Technologies e i gateway di Embit Molti operatori, anche non tradizionali, stanno facendo trial SigFox NetTrotter (gruppo EiTowers) sta coprendo le maggiori città, con l intenzione di coprire l intero paese 19

20 Conclusioni Periodo di grande incertezza Sulle tecnologie Sui ritorni economici L Italia rischia una frammentazione e una partenza lenta 20