Le tecnologie LPWA per la connettività dell'Internet Of Things | Trueverit
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Tecnologie LPWA

Le tecnologie LPWA offrono le 4 caratteristiche fondamentali per supportare l’Industrial IoT: bassi costi, ampia copertura, consumi energetici contenuti e un’alta densità di dispositivi gestibili da una singola cella. Vediamo perché.

Wi-fi per IoT? Bene ma non troppo

Alla base di una valida implementazione IoT deve esserci un’infrastruttura di rete adeguata. Stiamo parlando di centinaia, se non migliaia, di sensori e altri oggetti intelligenti che scambiano dati fra loro in comunicazioni M2M (machine to machine) ed è necessario far sì che queste comunicazioni siano il più efficienti, stabili ed economiche possibili. I classici protocolli, ad esempio il wi-fi non sono necessariamente i più adatti a questo ambito.

Gli oggetti connessi non hanno sempre bisogno di trasmettere grandi quantità di dati in continuazione. Anzi: nella maggior parte dei casi si tratta di una piccolissima quantità di informazioni, tanto che la banda passante non rappresenta un limite stringente. Più importante, invece, che la comunicazione dei dati avvenga senza soluzione di continuità. Oppure che il traffico degli oggetti connessi consumi la minor quantità di energia possibile: i dispositivi IoT sono spesso alimentati a batteria e collocati in aree non sempre facilmente accessibili (pensiamo alle migliaia di sensori di uno smart building o di una smart farm con appezzamenti estensivi): idealmente una piccola batteria dovrebbe garantire anni di funzionamento prima di dover essere cambiata. Un altro requisito per la connettività IoT è il poter funzionare anche dove manca la classica copertura Internet.

Sicuramente il 5G sarà un importante abilitatore per vari settori, inclusa l’industria 4.0, ma prima che la sua copertura sia capillare potrebbe passare molto tempo, soprattutto al di fuori dei grandi centri abitati. Non necessariamente poi le comunicazioni tramite rete cellulare sono le più indicate per applicazioni IoT.

Ecco perché sono tanto di attualità le tecnologie LPWA, Low Power Wide Area, strutturate per supportare le comunicazioni dei dispositivi connessi ed interconnessi.

Le 5 L delle connettività IoT

Ecco a cosa deve rispondere un servizio di connettività perché possa supportare efficacemente ed efficientemente una applicazione IoT*.

  • Low-power = Basso consumo, affinché i dispositivi connessi possano durare anni senza problemi di ricarica batteria
  • Long-Range = Lungo raggio, per poter garantire la connettività di oggetti che tipicamente sono mobili e dispersi sul territorio
  • Low-Traffic = Basso traffico (piccoli pacchetti di dati, ma moltiplicati per milioni di oggetti…per questo si pone un problema di prestazioni dell’infrastruttura di rete)
  • Low-Cost = Basso costo, per rendere economicamente sostenibili i progetti IoT
  • Low-Complexity = Bassa complessità, sia di installazione della rete ma soprattutto di utilizzo; questo include ad esempio la necessità di rendere trasparente all’utente i cambi di celle da una zona all’altra

Al momento non esiste una tecnologia dominante che risponda a tutte queste esigenze. Anzi, siamo in mezzo al guado tra le offerte degli incumbent, non ancora adeguate alle esigenze IoT, e nuovi operatori, ancora non capillarmente diffusi.

5 L connettività IoT

Tecnologie LPWA: connettività a basso consumo

Quando si parla di IoT, quindi dei requisiti di basso consumo energetico, alta densità di dispositivi, bassi costi, ampia copertura, le tecnologie LPWA, Low Power Wide Area, nate per rispondere a queste esigenze e studiate specificamente per le necessità delle comunicazioni M2M, possono essere una valida alternativa. Alcuni esempi sono i protocolli e NB-IoT, LTE-M, LoRaWAN, SigFox, ZigBee, Nwave.

Narrowband IoT

NB-IoT, sviluppata da 3GPP, è una delle più promettenti ed è ideale per garantire connettività in ambienti chiuse, come fabbriche o smart building. Il suo punto di forza è la grande densità di dispositivi supportati, sino a un massimo di 50.000 per singola cella. Utilizzando solo una porzione limitata dello spettro radio, NB-IoT permette di tenere bassi i consumi, tanto che una singola batteria può alimentare un dispositivo anche per 10 anni. Nonostante si basi su un sottoinsieme delle specifiche LTE, può appoggiarsi anche a frequenze dedicate.

LTE-M

LTE-M può essere considerata come una versione depotenziata di LTE e, al contrario di NB-IoT, supporta anche comunicazioni vocali. Le principali differenze rispetto a NB-IoT sono da ricercare nella latenza più bassa, che rende LTE-M la scelta ideale per applicazioni mission-critical, ad esempio quelle per il settore dell’healthcare, e nella velocità di trasferimento dati più elevate, che semplificano le procedure di aggiornamento on the air dei firmware dei dispositivi. Al contrario di NB-IoT, inoltre, LTE-M è un protocollo di comunicazione basato su IP.

LoRaWAN

LoRaWAN opera al di fuori dello spettro LTE e tende a offrire latenze mediamente superiori rispetto alle tecnologie precedentemente citate, ma può vantare consumi ancora più ridotti, tanto che un dispositivo può essere alimentato per 15 anni dalla stessa batteria, e un TCO (Total Costo of Ownership) inferiore. Viene molto apprezzata nel settore delle utility, come gas e acqua, dove la latenza non è fondamentale.

SigFox

SigFox è in assoluto il protocollo più economico da implementare fra quelli citati, grazie anche al costo estremamente contenuto di questi moduli radio. La comunicazione è a senso unico, non bidirezionale, e la velocità di trasferimento dati è molto bassa. SixFox si adegua bene a scenari in cui sensori devono comunicare una limitata quantità di dati sporadicamente, dove la latenza non è un fattore critico. L’impossibilità di inviare dati ai dispositivi può essere un fattore limitante in alcuni ambiti di utilizzo, per esempio in tutti quei casi in cui è necessario aggiornare il firmware dei dispositivi on the air.

LPWA come abilitatore per le applicazioni IoT

La rivoluzione dell’IoT è strettamente legata alla connettività, che è al centro di tutto. Si parla tanto di 5G come driver della rivoluzione, ma questa non sarà l’unica tecnologia per far parlare fra loro i dispositivi connessi. Sicuramente il 5G avrà un ruolo chiave per l’IoT e l’IIoT, soprattutto per la connettività in mobilità; ma nell’attesa che si diffonda in maniera capillare LPWA permetterà di colmare il gap, grazie anche a costi di implementazione sensibilmente inferiori rispetto a 5G, per lo meno allo stato attuale. Allo stato attuale LPWA offre quelle quattro caratteristiche fondamentali per il mondo dell’industria (e non solo): bassi costi, ampia copertura, consumi energetici contenuti e un’alta densità di dispositivi gestibili da una singola cella. Il fatto che attualmente convivano più tecnologie LPWA non va vista come una limitazione, anzi, permette di scegliere l’implementazione più adeguata a ogni specifico scenario, sia in termini di costi, sia in termini di performance. Se in alcune situazioni è la latenza l’aspetto critico, in altri questo parametro non è così importante come invece lo è il costo.

Giusto un piccolo insight su come ci stiamo muovendo. Sul LoRa ci siamo: sia su LoRaWan che su reti LoRa ad hoc. Per quanto riguarda lo standard NB-IoT abbiamo in cantiere una serie di novità molto importanti e stiamo testando l’infrastruttura NB-IoT messa a disposizione dai principali provider italiani: le novità saranno molte e pionieristiche, stay tuned!

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