Internet of things, ecco gli standard di comunicazione - CorCom

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Internet of things, ecco gli standard di comunicazione

Massive IoT e Mission critical IoT i due grandi cluster applicativi. A fare la differenza le brevi e lunghe distanze. La rubrica di Maurizio Dècina

16 Set 2016

Maurizio Dècina, Emeritus Professor, Politecnico di Milano

Con il termine “Internet delle cose” (Internet of Things – IoT) si indica l’evoluzione di Internet, da rete di comunicazione per le persone, a rete che connette gli “oggetti intelligenti” (smart objects) che popolano gli ambienti che ci circondano, dalla casa, alla città, fino a comprendere tutto il pianeta. Gli oggetti fisici (sensori/attuatori) o virtuali (file) sono indirizzabili in modo univoco, mente la IoT è basata su protocolli di comunicazione standard.

Alla fine del 2015 c’erano circa 18 miliardi di oggetti fisici intelligenti e connessi, mentre se ne prevedono circa 50 miliardi per il 2020. I settori applicativi della IoT sono innumerevoli e possono essere classificati in due grandi cluster applicativi.

– Massive IoT: le applicazioni sono caratterizzate da basso costo, basso consumo, e bassa capacità di comunicazione, nonché da un grande numero di dispositivi connessi; trasporti e logistica, ambiente, casa intelligente, città intelligente, agricoltura, ecc.

– Mission Critical IoT: le applicazioni sono caratterizzate da alta affidabilità, bassa latenza e alta capacità; automotive, energia (smart grid), medicina, sicurezza, realtà aumentata, automazione della fabbrica, ecc.

Dal punto di vista delle architetture di rete vanno distinte le applicazioni radio “short range” (che comprendono le Pan, Personal Area Network, fino a 10 m, e le Lan, Local, fino a 100 metri) da quelle “long range” (MAN, Metro, fino a 1km, e WAN, Wide, oltre 1 km). Nel caso delle applicazioni short range c’è un dispositivo detto gateway (piattaforma locale) che coordina il cluster di oggetti intelligenti e provvede alla comunicazione con la piattaforma IoT posta nel Cloud. Nelle applicazioni long range gli oggetti sono direttamente in comunicazione con la piattaforma cloud-IoT attraverso una infrastruttura di stazioni radio poste sul territorio (come nel caso delle reti cellulari).

La figura allegata mostra lo scenario dei protocolli di comunicazione per l’IoT. Nelle applicazioni short range stanno emergendo vari standard in competizione, quali: Bluetooth Low Energy (BLE), ZigBee, Z-Wave, WirelessMBus. Molto promettente è BLE per l’interazione con gli utenti perché supportato dagli smart phone in particolare per l’automazione della casa e della automobile, mentre ZigBee è stato uno dei primi standard con range fino a 250 metri.

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PROTOCOLLI PER L’INTERNET DELLE COSE: DA PICCOLE A GRANDI DISTANZE. A. Capone, Politecnico di Milano, 2016

Per le WAN abbiamo assistito negli ultimi due anni al tentativo dei sistemi radiomobili cellulari di sviluppare standard protocollari che consentano bassi consumi dei dispositivi e batterie di lunga vita (perlomeno 10 anni). Visti i ritardi nella emissione degli standard (da parte del 3GPP), sono nati nuovi protocolli proprietari e applicazioni Lpwa (Low Power Wide Area) che operano su bande spettrali non licenziate: LoRa, SigFox, Weigthless, ecc. I protocolli Lpwa (chiamati “cellular like radio” nella figura) garantiscono il basso consumo dei dispositivi, operano a bassa capacità (fino ad alcune decine di kbit/s), e permettono soluzioni a basso costo, grande copertura e pronta disponibilità.

Per le applicazioni sulle MAN, in competizione con i protocolli Lpwa, si presentano in primo luogo due standard derivati da protocolli di successo delle LAN: il WirelessMBus (a 169 MHz) e il WiFi: quest’ultimo è stato sviluppato per l’IoT e si chiama WiFi HaLow.

Per contrastare poi il successo dei protocolli Lpwa, recentemente il 3GPP ha annunciato due nuovi standard cellulari per l’IoT: il più atteso è basato sull’Lte e si chiama Nb-iot (narrowband IoT) con canali da 180 KHz e capacità fino a 250 kbit/s, mentre l’altro è basato sul Gsm e si chiama Ec-gsm (Extended Coverage Gsm).

Per le applicazioni IoT a banda un po’ più larga si confermano, sia il protocollo Lte-M (ridenominato: eMtc, enhanced Machine Type Communication) con canali da 1,4 MHz e banda di 1 Mbit/s, sia il protocollo Lte-Cat1 che abilita capacità superiori fino a 10 Mbit/s.

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