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NOVEMBRE 2021 FIELDBUS & NETWORKS 33 dover gestire traffico anchemolto elevato, mentre la rete è più semplice da gestire almeno dal punto di vista del nodo. Anche la sicurezza ne trae beneficio, poiché i dispositivi operano indipendentemente l’uno dall’altro e, se uno viene compro- messo, il resto della rete non ne è affetto. Il prezzo da pagare è ovviamente la copertura, limitata al massimo raggio di trasmissione tra nodo e gateway. Questo però sta diventando sempremeno un vincolo grazie a tecnologie radio che offrono sensibilità eccezionalmente buone. Le reti a stella possono essere ottimizzate per un consumo minimo, non necessitando di nodi continuamente ‘svegli’ né di par- ticolari procedure di sincronizzazione per l’uscita dalla modalità di sospensione. Detto questo, come scegliere la soluzione ottimale? La risposta è molto semplice: tutto si riduce ai requisiti dell’applicazione. Ecco perché esistono così tante tecno- logie di comunicazione wireless, che sposano uno o l’altro approccio in funzione del target applicativo. Vediamo allora quali sono alcune delle principali tecnologie che operano nell’am- bito dell’(I)IoT. Le reti Lpwan Le reti Lpwan (Low power wide area network) nascono per supportare reti su scala geografica, per esempio quelle che si estendono su vasti campus in- dustriali e commerciali, ma che necessitano di trasferimenti di informazione sporadici. Trovano quindi largo impiego nell’asset tracking, nel monitoraggio ambientale e di edifici/infrastrutture. Tuttavia, la necessità di mantenere con- tenuto il consumo medio dei dispositivi implica, come detto, basse velocità di trasmissione per piccoli blocchi di dati e, quindi, sono compatibili con casi d’uso che non richiedono un’elevata larghezza di banda e non operano in realtime. Va poi sottolineato che il termine Lpwan è una sorta di ombrello che include molte tecnologie che operano sia in porzioni di spettro licenziate, come quelle di de- rivazione mobile quali NB-IoT, LTE-M, sia senza licenza, come LoRa/LoRawan, Sigfox ecc. Nel primo caso, avere a disposizione una porzione piuttosto ampia di spettro riservata implica generalmente buone prestazioni ma elevati con- sumi. D’altro canto, la qualità del servizio e la scalabilità possono essere limitati quando si adottano tecnologie operanti in regioni libere dello spettro. La dispo- nibilità o meno di standard aperti è un ulteriore fattore chiave da considerare se si desidera garantire affidabilità, sicurezza e interoperabilità a lungo termine. Le reti cellulari (mobile, 3G/4G/5G) Ben consolidate nel mercato mobile consumer, le reti cellulari, che altro non sono che un ulteriore esempio di rete a stella, offrono una comunicazione a banda larga affidabile, che oggi supporta non solo le chiamate vocali, ma anche le ben più impegnative applicazioni di streaming video. Il rovescio della medaglia è che impongono costi operativi e requisiti di alimentazione molto elevati. Sebbene ciò le renda soluzioni impraticabili per la maggior parte delle applicazioni a basso costo e alimentate da batterie, si adattano bene a casi d’uso specifici come i veicoli a guida autonoma, o la gestione delle flotte nei trasporti e nella logistica. In particolare, lo standard 5G si sta affacciando sul mercato come una soluzione flessibile e performante in quanto prevede il supporto alla mobilità ad alta velo- cità e a comunicazioni a latenza ultra-bassa, indicati per veicoli autonomi (AGV) e realtà aumentata (AR), nonché alle comunicazioni massive, caratterizzate cioè da densità di nodi molto elevate, come nel caso delle smart city. È bene però chiarire che il 5G NR (New Radio, ovvero la nuova tecnologia di accesso al mezzo che lo standard ha portato) prevede una combinazione di frequenze radio differenti (chiamiamole bande basse, medie e alte), non tutte già utilizzabili dai dispositivi in commercio, che possiedono capacità diverse in termini di velocità e copertura. Le bande basse, ovvero quelle operanti nella porzione Sub-GHz dello spettro, offrono copertura su lunghe distanze ma non massimizzano il throughput. Le bande medie (Sub-6, che si collocano indicativa- mente tra 2.300MHz e 6.000MHz e sono chiamate anche FR1) forniscono capa- cità aggiuntiva ma su una distanza più breve. Le bande alte (mmWave, chiamate anche FR2) si trovano nell’intervallo da 24 GHz a 40 GHz. Forniscono abbondanza di spettro e quindi elevati data rate ma su distanze molto più brevi. Queste ultime, che si candidano a fornire velocità di trasferimento comparabili a quelle delle soluzioni cablate più performanti, al momento non sono però supportate dai chipset destinati al mercato di consumo né dalle infrastrutture esistenti. Le reti Zigbee e altri protocolli mesh Zigbee è uno standard wireless a corto raggio, a bassa potenza, incentrato su dispositivi radio compatibili con lo standard Ieee 802.15.4, che usa la topologia mesh. Rispetto alle Lpwan, Zigbee offre velocità di trasmissione dati più ele- vate, ma allo stesso tempo un’efficienza energetica generalmente inferiore. Per- tanto, a causa del loro corto raggio di copertura, nell’ordine dei 100 m, Zigbee e i protocolli mesh simili quali Z-Wave, Thread e WirelessHart, sono più adatti per quelle applicazioni (I)IoT che richiedono una distribuzione piuttosto uniforme dei nodi nell’area di interesse. Per questo, il loro impiego può diventare proble- matico in strutture industriali geograficamente disperse e la loro scalabilità, che teoricamente è molto elevata, è spesso limitata da una configurazione e una gestione della rete che può essere molto complessa. Bluetooth e BLE Definito un esempio di rete personale wireless, Bluetooth (BT) è una tecnologia di comunicazionea corto raggiobennotanelmondo consumer. Nasceoriginariamente per scambiare dati in connessione punto-punto o punto-multipunto. In quest’ultimo caso, che rientra nella topologia a stella, si possono connettere a un concentratore fino a sette nodi, denominati slave. La variante Low-Energy, nota anche come BLE, ottimizzata per minimizzare i consumi a discapito del throughput, è stata invece Ogni applicazione (I)IoT ha il proprio set unico di requisiti di comunicazione da soddisfare adottando la migliore tecnologia wireless disponibile Per capire quale sia la tecnologia radio più indicata per una certa applicazione bisogna prima di tutto capire cosa, come e perché si vuole trasmettere Fonte Shutterstock Fonte Shutterstock