INTERNET DELLE COSE

Quando guardo gli oggetti che mi circondano vedo in loro l’uso che ne posso fare e pensare che potrebbero animarsi grazie al collegamento con la rete è fantastico, e tutto questo si chiama l’Internet Delle Cose.

Gli oggetti sono riconosciuti e acquistano intelligenza grazie al fatto di poter comunicare i dati su se stessi attraverso, ad esempio, a dei Tag RFID e accedere a informazioni messe insieme da altri.

Pensate a milioni e milioni di sensori sparsi per il mondo che inviano informazioni, in modalità Wireless, sul traffico, sull’inquinamento atmosferico, sul consumo di energia, sulla temperatura, sull’umidità, sulle presenze, sui dati sanitari. Oppure avere la sveglia collegata al sistema satellitare che suona in anticipo quando nel percorso per recarsi al lavoro il traffico è superiore alla media per un incidente, per lavori, ecc.

O un messaggio che ci avvisa quando ci si dimentica di prendere una medicina, o a qualsiasi altra cosa che vi viene in mente.

Affascinante!

Per i produttori e operatori di apparecchiature M2M, le reti di telefonia mobile rappresentavano l’unica tecnologia di comunicazione wireless in grado di garantire una copertura globale per l’invio dei dati, ma queste evidenziano svantaggi non indifferenti per gli utilizzatori di apparecchiature M2M: la velocità di trasmissione dati era molto più elevata rispetto alle necessità della maggior parte delle applicazioni, in quanto gli oggetti collegati inviano pochi dati più volte al giorno a un sistema informatico centralizzato e sono spesso molto semplici, isolati e funzionanti a batteria, le tariffe sono proporzionali alle elevate velocità di trasferimento dati anche per collegare il più semplice dei dispositivi wireless , e le prestazioni offerte dalla tecnologia per telefoni mobili tendono a deteriorarsi in condizioni ambientali severe o estreme. In sintesi, nella maggior parte delle applicazioni M2M, l’utilizzo di una rete di telefonia mobile per garantire la copertura wireless universale poteva risultare dispendiosa. Tutto questo e il fatto che le reti mobili sono spesso congestionate sia dal traffico telefonico sia dal traffico generato dalla navigazione e dal downloading di contenuti multimediali, poteva essere una delle cause che frenavano l’enorme potenziale dell’Internet Delle Cose (IoT: Internet of Things).

Per trasformarlo in realtà era necessario pensare a una rete di nuova generazione dedicata esclusivamente alle macchine senza che interferisse con le attuali reti mobili, e questa doveva essere in grado di gestire migliaia e migliaia di connessioni contemporanee.

Per questo scopo sono nate diverse tipologie di reti tra cui la SigFox, e LoRa (LongRange) che sono due delle più importanti.

Entrambe le reti utilizzano una nuova categoria di rete wireless universale denominata Lpwan pubblica che è in grado di operare con consumi ridotti e trasmettere su lunghe distanze.

La topologia dei due tipi di reti è la stessa di quella utilizzata dalle tecnologie per telefonia cellulare, ovvero del tipo a stella con una stazione BTS al centro. La differenza sta nel fatto che la Lpwan, rispetto alle reti del mobile, adotta uno schema di modulazione che penalizza la velocità di trasmissione dei dati (throughput) al fine di garantire una maggiore tolleranza nei confronti delle interferenze e dell’attenuazione del segnale. In questo modo la potenza di trasmissione potrà essere molto bassa, ma nello stesso tempo i ricevitori devono essere in grado di mantenere la connessione anche in presenza di segnali in ingresso relativamente deboli. In altre parole, a differenza di una rete di telefonia mobile, una rete Lpwan è ottimizzata per l’utilizzo in applicazioni M2M e IoT, che richiedono bassi consumi, ridotto bit rate e un’ampia copertura.

Di seguito una schematizzazione dei requisiti dei sevizi di rete dell’IoT:

Senza entrare troppo nel tecnico iniziamo a capire la tecnologia SigFox che è nata nel 2010 in Francia. Il sistema di Network opera sulle frequenze ISM non soggette a licenza e utilizza la frequenza di 868 MHz che è comunemente usata per i telefoni cordless.

Nelle applicazioni IoT che utilizzano la banda ISM non è possibile aumentare la potenza del trasmettitore in quanto devono attenersi ai limiti stabiliti dalle normative (1/25 mW sulle frequenze inferiori al Ghz) e la portata sarebbe di poche centinaia di metri in quanto le frequenze sono influenzate dal rumore intrinseco nei dispositivi e da quello presente nell’etere.

Per ovviare a questo problema SigFox utilizza la nuova tecnologia Ultra Narrow Band integrata con Cognitive SDR che garantisce una sensibilità altissima del ricevitore a cui corrisponde una portata di circa 5-20 km, ed è in grado di gestire fino a 3 milioni di dispositivi remoti che inviano dati a una velocità di 100 bit/secondo, che è relativamente bassa, tuttavia, nelle applicazioni IoT i messaggi sono molto brevi per cui, anche con questa velocità, possono essere inviati in pochi secondi.

Nel sistema SigFox il numero di trasmissioni giornaliero è limitato a 140 messaggi in uplink, composto da un massimo di 12 byte ciascuno, e a soli 4 messaggi in downlink, composti da un massimo di 8 byte. La latenza è dell’ordine di 3-5 ms. Sulla base di queste caratteristiche, SigFox è adatta all’uso in applicazioni che prevedono una trasmissione occasionale di piccoli pacchetti di dati, per cui il sistema resta per lunghi periodi in uno stato di inattività al fine di preservare la durata della batteria.

Sin dalla sua nascita la strategia di SigFox è stata quella di fornire i gateway e tutto il software per il collegamento in rete e l’applicativo per il trasporto dei dati, al fine di assicurare la medesima qualità di fruizione indipendentemente dal Paese in cui gli oggetti stanno comunicando, lasciando a società partner la produzione dei dispositivi (chip e moduli) da utilizzare per realizzare i terminali e le applicazioni, che devono comunque ottenere la certificazione Sigfox Ready.

Per quanto riguarda le infrastrutture, in Italia, Sigfox ha siglato a ottobre dello scorso anno un accordo con El Towers, la principale società italiana nella gestione delle infrastrutture per Radio, TV e Telecomunicazioni che a sua volta ha costituito una nuova società la Nettrotter che si sta occupando in esclusiva di questo business realizzando una rete dedicata e destinata all’IoT.

La rete LoRa invece è basata sulla tecnica Css (Chirp spread spectrum) tecnologia innovativa, anche in termini di distanza di trasmissione e di consumi di potenza. La tecnologia di LoRa adotta uno schema di modulazione digitale completamente asincrono e a differenza di SigFox può essere utilizzata sia in reti private che  pubbliche. In tutte e due i casi la rete richiede la presenza di un concentratore posto al centro della topologia a stella, mentre la comunicazione è bi-direzionale alternata (half duplex), e il numero di nodi collegati a un concentratore dipende dall’applicazione e, specificatamente, dal numero di pacchetti che devono essere trasmessi in un determinato periodo di tempo. Tutte le comunicazioni sono sicure grazie all’utilizzo della cifratura AES con chiave a 128 bit. Lo stack dei protocolli LoRa_Wan gestisce la velocità di trasferimento dati e la potenza di uscita in maniera adattativa al fine di ottimizzare sia i consumi di potenza sia l’intensità del segnale. Ciò significa che una rete pubblica implementata con lo stack LoRA_Wan è in grado di offrire agli utilizzatori tutti i benefici (consumi ridotti, basso costo ed elevate sicurezza) intrinseci della tecnologia LoRA.

Perciò chiunque abbia esigenze in questo ambito (ma anche in tantissimi altri) ha già a disposizione gli strumenti adatti (dispositivi, piattaforma e rete); si tratta solo di realizzare l’applicativo adatto alle proprie necessità.