LoRaWAN o NB-IoT: reti non licenziate che puoi possedere contro IoT cellulare degli operatori

LoRaWAN e NB-IoT puntano allo stesso tipo di dispositivo: un contatore, una sonda o un sensore a batteria che ogni tanto invia pochi byte e deve durare anni. Ci arrivano in modi opposti. LoRaWAN lavora in bande radio non licenziate, su gateway che chiunque può installare, secondo le specifiche della LoRa Alliance. NB-IoT è una tecnologia cellulare del 3GPP che usa lo spettro concesso in licenza agli operatori mobili, sulle loro stazioni base, dietro una SIM.

La risposta breve. Scegli LoRaWAN quando i dispositivi sono concentrati in luoghi dove puoi mettere dei gateway (un’azienda agricola, un campus, una fabbrica, l’area servita da una utility o un quartiere), quando vuoi evitare un abbonamento per dispositivo e quando il traffico è fatto di piccoli uplink con rari comandi di ritorno. Scegli NB-IoT quando i dispositivi sono sparsi su un intero paese, quando la copertura dell’operatore raggiunge già i luoghi di installazione, scantinati compresi, e quando preferisci pagare per SIM piuttosto che gestire un’infrastruttura. Se i dispositivi si muovono o devono rispondere in fretta, valuta LTE-M prima di entrambi.

	LoRaWAN	NB-IoT
Spettro	Bande ISM sub-GHz non licenziate, condivise	Spettro licenziato dell’operatore
Standard	Specifiche della LoRa Alliance	3GPP, dalla Release 13
Chi fornisce la copertura	Tu, un operatore o una rete comunitaria	Un operatore mobile
Modello di costo	Gateway e network server, o un canone a un operatore LoRaWAN	Modulo cellulare più un abbonamento per dispositivo
Downlink	Classe A: solo subito dopo un uplink	La rete può chiamare il dispositivo quando è in ascolto
Dispositivi in movimento	Nessun handover, lo sente qualunque gateway	Supporto alla mobilità limitato

Chi possiede la rete, e perché conta?

Con LoRaWAN la copertura è qualcosa che puoi costruire. Un gateway con un backhaul IP e un network server, ospitato da te o noleggiato, è già una rete funzionante. Se un sensore in cantina non viene ricevuto, aggiungi un gateway vicino. Scegli anche quanto dipendere da altri: una rete privata non ha alcun soggetto terzo, un operatore LoRaWAN pubblico vende copertura come un operatore telefonico e le reti comunitarie offrono copertura senza canone e senza garanzie.

Con NB-IoT l’operatore possiede la rete radio, il core e lo spettro. Compri un modulo e una SIM o un profilo eSIM, e la copertura è quella che l’operatore ha installato e continua a mantenere. Questo elimina il lavoro sull’infrastruttura e ti dà un contratto a cui fare riferimento quando qualcosa si guasta. Significa anche un buco di copertura che non puoi colmare da solo, accordi di roaming da verificare per i dispositivi che attraversano confini e una dipendenza dai piani dell’operatore per quella tecnologia lungo tutta la vita dei tuoi dispositivi.

Come cambiano le regole tra spettro licenziato e non licenziato?

Lo spettro non licenziato è gratuito ma condiviso, e le regole lo mantengono equo. In Europa la Raccomandazione ERC 70-03 limita i dispositivi a corto raggio non specifici nella banda da 868,0 a 868,6 MHz a un duty cycle dell’1 per cento, con una banda al 10 per cento da 869,4 a 869,65 MHz. I gateway sono soggetti alle stesse regole dei sensori, ed è il motivo principale per cui i downlink LoRaWAN sono scarsi: un gateway che risponde a molti dispositivi esaurisce il tempo in aria. I parametri regionali LoRaWAN incorporano questi limiti nel piano dei canali, per esempio collocando la seconda finestra di ricezione predefinita per i downlink EU868 a 869,525 MHz, dentro la banda al 10 per cento. Gli altri utenti della banda, dai sensori d’allarme ad altre reti, aggiungono interferenze che non puoi controllare.

Lo spettro licenziato appartiene all’operatore. Al dispositivo non si applica alcun limite di duty cycle, la stazione base decide chi trasmette e quando, e le interferenze di estranei non sono un fattore di progetto. L’operatore decide capacità, priorità e prezzi.

Come si confrontano copertura e portata all’interno degli edifici?

NB-IoT è stato progettato per la copertura in profondità negli edifici. Il 3GPP ha fissato un obiettivo di 164 dB di maximum coupling loss per l’installazione standalone, con una portante stretta da 180 kHz e trasmissioni ripetute, perché un contatore in uno scantinato o un sensore in un tombino riescano comunque a raggiungere la cella. Dove l’operatore ha attivato NB-IoT la copertura è ampia e non devi pianificare nulla.

Anche il link budget di LoRaWAN è ampio, e un gateway su un edificio alto copre chilometri, ma la copertura esiste solo dove ci sono gateway. Per un singolo sito è un vantaggio: pochi gateway ben posizionati possono coprire luoghi che una torre cellulare raggiunge male. Per dispositivi sparsi su un intero paese, costruirsi quella copertura raramente è realistico.

Come sono autonomia, latenza e downlink?

Entrambi possono funzionare per anni a batteria quando il dispositivo dorme per la maggior parte del tempo e invia payload piccoli. L’obiettivo di progetto del 3GPP per NB-IoT era di circa 10 anni con una batteria da 5 Wh, a seconda del traffico e della copertura. Un dispositivo LoRaWAN di Classe A ha un costo per messaggio molto basso: si sveglia, trasmette, apre due brevi finestre di ricezione e torna a dormire, senza alcuna registrazione alla rete da mantenere. I dispositivi NB-IoT si affidano al Power Saving Mode e alla ricezione discontinua estesa per avvicinarsi a quel risultato; un dispositivo che resta connesso per comodità esaurisce la batteria in fretta.

Il downlink è dove i due differiscono di più. Secondo la specifica LoRaWAN, un dispositivo di Classe A può ricevere solo nelle finestre successive al proprio uplink, quindi un comando aspetta finché il dispositivo non invia la lettura successiva. I dispositivi NB-IoT possono essere chiamati dalla rete ai loro intervalli di ascolto, che il 3GPP consente di allungare fino a circa tre ore in modalità idle per risparmiare energia. In entrambi i casi scambi reattività con autonomia, ma NB-IoT offre più modi per regolare il compromesso e più capacità in downlink.

Il throughput è basso per entrambi. Sui canali predefiniti EU868 i data rate LoRaWAN vanno da circa 0,3 a 5 kbit/s con modulazione LoRa, e la prima versione di NB-IoT arrivava a circa 50 kbit/s in downlink con funzionamento half-duplex. NB-IoT si presta meglio a qualche aggiornamento del firmware occasionale, anche se nessuno dei due gestisce bene quelli grandi.

Come si confrontano i costi?

Nessuno dei due costa meno in ogni caso; cambia la struttura dei costi. LoRaWAN sposta la spesa all’inizio del progetto: gateway, installazione, backhaul e un network server, poi costi di esercizio bassi per dispositivo. Questo favorisce molti dispositivi in un solo sito. NB-IoT sposta la spesa lungo la vita del progetto: un modulo cellulare, che di solito costa più di una radio LoRa, e un abbonamento per dispositivo finché resta in funzione. Questo favorisce pochi dispositivi molto distanti tra loro. Confronta il costo totale di possesso sulla vita prevista della flotta, compreso il costo di un intervento su un dispositivo che ha smesso di trasmettere.

Quando scegliere l’uno o l’altro?

Scegli LoRaWAN per:

Molti dispositivi su terreni o edifici che controlli, come agricoltura, campus, fabbriche e reti delle utility.
Progetti che devono evitare abbonamenti per dispositivo o mantenere del tutto privato il percorso dei dati.
Siti dove la copertura dell’operatore è debole ma puoi posizionare un gateway.

Scegli NB-IoT per:

Dispositivi fissi sparsi su una regione o un paese, come contatori, sensori di parcheggio e allarmi.
Installazioni in cui nessuno vuole possedere un’infrastruttura radio.
Dispositivi che richiedono un downlink più affidabile o una consegna confermata più di quanto consenta il tempo in aria di un gateway LoRaWAN.

Scegli invece LTE-M quando i dispositivi si muovono a velocità veicolare, hanno bisogno della voce o di risposte in meno di un secondo. La guida a NB-IoT e LTE-M spiega questa scelta.

Per continuare

La guida a LoRaWAN tratta in dettaglio gateway, classi di dispositivo e sicurezza.
La guida a NB-IoT e LTE-M tratta le due opzioni cellulari e le modalità di risparmio energetico.
LoRa e LoRaWAN separa la radio dal protocollo di rete.
Panoramica della connettività IoT confronta l’intera gamma di opzioni radio.

Argomenti: LoRaWAN, NB-IoT, LPWAN, IoT cellulare, confronto