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Le 8 tecnologie alla base dell’Internet of Things

RFid, Personal Area Network, Wi-Fi. Ma anche reti Mesh e cellulari. Ecco le principali tecnologie disponibili in ambito IoT, raggruppate in otto cluster dall’Osservatorio Internet of Things del Politecnico di Milano

Il paradigma Internet of Things racchiude sotto il suo “cappello” numerose tecnologie, caratterizzate da diversi gradi di maturità.

Per fornire una visione completa dello stato attuale e delle prospettive di sviluppo dei diversi ambiti applicativi, l’Osservatorio Internet of Things della School of Management del Politecnico di Milano ha analizzato le principali tecnologie disponibili a livello internazionale e le ha classificate sulla base delle loro caratteristiche architetturali, funzionali e operative.

Da questa analisi risultano otto cluster tecnologici che illustriamo nel dettaglio:

Radio Frequency Identification (RFId) passivo

E’ la tecnologia più semplice con cui un oggetto può integrarsi nell’Internet of Things. Raggruppa tutti gli standard di identificazione automatica in radiofrequenza che non richiedono la presenza di una batteria a bordo dell’oggetto. L’RFId passivo, nella sua declinazione UHF EPC Gen 2 per la gestione della supply chain, rappresenta il contesto in cui è nato e si è inizialmente sviluppato il concetto di Internet of Things. Tuttavia, i suoi utilizzi per soluzioni di supply chain non limitate a un singolo attore rimangono ancora spesso a livello sperimentale.  A riprova di questo fatto, si osserva che queste tecnologie iniziano a diffondersi in alcune filiere controllate da un unico attore, soprattutto nel settore dell’abbigliamento. Si osserva un una discreta diffusione delle tecnologie RFId passive per applicazioni molto specifiche della Smart City, come l’identificazione automatica dei cassonetti dei rifiuti in fase di svuotamento o degli stalli per il parcheggio.

 

RFId attivo

Fornisce funzionalità addizionali rispetto all’RFId passivo grazie all’utilizzo di una batteria, che consente di migliorare le prestazioni di comunicazione (distanza di lettura) e di abilitare un funzionamento autonomo, senza necessità di interrogazione da parte del lettore. In questa classificazione, l’Osservatorio include solo i protocolli con funzionalità più semplici, orientate principalmente alla comunicazione punto a punto del codice identificativo dell’oggetto, mentre i protocolli più avanzati sono inclusi nel cluster delle Reti Mesh Low Power. Le tecnologie RFid attive vengono usate per la localizzazione all’interno di un edificio.

Personal Communication

Raggruppa standard per la comunicazione in reti a corto raggio (PAN, Personal Area Network) pensate per applicazioni consumer e caratterizzate da bande di comunicazione molto strette (come ad esempio Bluetooth low-energy, ANT, NFC13). Vi è un crescente utilizzo della Personal Communication in ambito eHealth, principalmente per la disponibilità di dispositivi personali (smartphone, tablet) già dotati di queste tecnologie, che vengono sfruttati sia come concentratori che per la visualizzazione e la storicizzazione delle informazioni. Oltre a ciò, la diffusione è facilitata anche dalla disponibilità di profili applicativi specifici. Lo stesso trend sta manifestandosi, con forza, per quanto riguarda il fitness e altri contesti in ambito Entertainment e servizi turistici.

Wireless Bus

Questi standard (che includono ad esempio il Wireless M-Bus, KNX, X10) si propongono come alternativa “senza filo” a soluzioni cablate già utilizzate da tempo nel mondo industriale. Le tecnologie appartenenti a questo cluster non consentono architetture di comunicazione sofisticate, dal momento che replicano i principi dei bus di campo. La tecnologia più diffusa è rappresentata dal Wireless M-Bus, su frequenza 169 MHz, che consente di contenere i consumi energetici e al contempo avere buone distanze di lettura, in modo da ridurre il numero di concentratori necessari. Per le sue caratteristiche, Il Wireless Bus vede il suo utilizzo principale nello Smart Metering non elettrico: è ormai lo standard di fatto per il gas, ed è plausibile che lo diventi anche per l’acqua qualora si decidesse di intraprendere questa direzione.

Wi-Fi

Si tratta di protocolli che consentono l’accesso wireless a reti locali a banda larga. Essendo stati sviluppati per trasmettere una mole ingente di dati, hanno elevati consumi energetici, il che comporta forti limitazioni di applicabilità in campo IoT. Viene utilizzato principalmente per la localizzazione indoor di persone  oggetti e per applicazioni di logistica, controllo della produzione e sicurezza (intesa nell’accezione di “safety”, ovvero di prevenzione da infortuni e calamità). I contesti di impiego sono potenzialmente molto numerosi: da applicazioni di domotica per il controllo della serratura di casa, al monitoraggio delle condizioni ambientali (ad esempio luminosità, umidità del terreno), fino ad arrivare ad applicazioni di telemonitoraggio di parametri vitali o della corretta assunzione di farmaci.

Reti Mesh Low-Power (RMLP)

Sono reti formate da nodi low-power e caratterizzate da architetture di rete complesse, auto-configuranti, in grado di supportare l’instradamento dinamico dei dati e ottimizzate per un basso consumo energetico (come ad esempio ZigBee, WHart). Vi è attualmente un grande fermento su queste tecnologie, ritenute uno degli assi portanti dello sviluppo dell’IoT, e si sta lavorando molto sulla standardizzazione dei protocolli. Vengono usati nel monitoraggio ambientale, in ambito sanitario e nell’assistenza alla persona, oppure per gestione parcheggi o l’illuminazione pubblica dove entrano in competizione con l’RFid passivo o il PLC.

Reti cellulari

Si tratta delle consuete tecnologie di comunicazione cellulare, ovvero GPRS, GSM (2G), HSPA (3G), fino alla recente LTE (4G). In considerazione dell’elevato consumo energetico, trovano applicazione soprattutto in quei casi in cui è possibile alimentare i nodi, oltre che in combinazione con RMLP e Wireless Bus per la comunicazione tra i dispositivi di secondo livello (concentratori) e i centri di controllo. Sono largamente impiegate nei trasporti (Smart Car, Smart Logistics, traposto pubblici) e più in generale in quelle applicazioni che richiedono una connessione punto a punto, con oggetti che possono essere facilmente alimentati. In aggiunta a ciò, le reti cellulari trovano impiego per la comunicazione tra i dispositivi di secondo livello (concentratori) e i centri di controllo. È quanto avviene ad esempio nello Smart Metering elettrico, in cui i dati di consumo raccolti dagli Smart Meter vengono trasmessi tramite rete cellulare dalle cabine secondarie ai centri di controllo. Con la crescita attesa delle applicazioni basate su Wireless Bus e RMLP L’osservatorio si attende che il “peso” di questo ruolo diventi via via più rilevante.

PLC (Power Line Communication)

In questo scenario, la trasmissione delle informazioni avviene mediante la modulazione del segnale elettrico utilizzato per l’alimentazione. Vi sono sia protocolli pensati per il mondo residenziale che per la rete di media e alta tensione: la principale differenza riguarda la distanza massima di comunicazione e il data-rate supportato. La rete più diffusa di oggetti connessi in Italia è basata su PLC: si tratta degli oltre 34 milioni di Smart Meter elettrici installati. Recentemente si è osservato l’utilizzo del PLC anche in altri contesti, come ad esempio l’illuminazione pubblica. Come già anticipato, in questo ambito sta prendendo piede una competizione tra soluzioni PLC e RMLP.

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16 maggio 2016
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