La connettività è ancora una delle principali sfide che devono affrontare i progettisti in ambito internet delle cose, soprattutto per le applicazioni in ambito industriale, dette IIoT (Industrial Internet of Things).
Ma diverse soluzioni stanno avanzando, ma la più promettente appare ora il protocollo LoRaWAN, che in Italia vede una community di sviluppo piuttosto attiva.
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Quali soluzioni al problema connettività nella industrial IOT
La soluzione adottata con maggiore frequenza è quella che appare più ovvia, e cioè sfruttare l’elevata copertura offerta dagli operatori di telefonia mobile oppure la presenza di connettività Wi-Fi all’interno degli ambienti dove verranno installati i dispositivi.
Poiché entrambe le opzioni di connessioni sono oramai praticamente sempre presenti nella maggior parte dei contesti urbani o industriali, il problema sembrerebbe risolto definitivamente, ma non è esattamente così.
Nella maggior parte dei casi, infatti, si rischia di utilizzare uno strumento sbagliato e inutilmente potente, che porta a soluzioni intrinsecamente inefficienti.
L’evoluzione delle reti mobili e dei protocolli Wi-Fi è stata guidata dalla ricerca di una banda di connessione sempre maggiore. L’aumento della velocità di trasmissione e della larghezza di banda comporta l’impiego di frequenze radio sempre più elevate e di un maggiore consumo energetico.
Più alta è la frequenza radio, maggiore è la direzionalità del fascio di onde e la sensibilità agli ostacoli, con la conseguente necessità di aumentare il numero di antenne e ripetitori per coprire una determinata area.
Le attuali opzioni di connessione presenti in qualunque ambiente domestico, industriale o urbano, consentono di trasferire il contenuto in formato testo delle oltre 9.200 pagine dell’intera Enciclopedia Italiana Treccani in meno di un secondo.
Questa è sicuramente una buona cosa, ma nella maggior parte dei casi, i dispositivi periferici di una applicazione IIoT hanno l’esigenza di trasmettere poche centinaia di caratteri ogni ora.
È evidente quindi che reti mobili e reti Wi-Fi sono progettate per supportare un diverso tipo di applicazioni.
Qui entra in gioco il protocollo LoRaWAN, che offre vantaggi significativi rispetto alle tradizionali opzioni di connessioni 4G, 5G o Wi-Fi.
Cos’è LoRaWAN?
LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) è un protocollo di rete wireless progettato per dispositivi IoT a bassa potenza. Utilizza lo standard LoRa (Long Range), una tecnologia detta a spettro diffuso a sequenza diretta (CSS), che permette di trasmettere segnali wireless a lungo raggio a fronte di una potenza molto bassa.
Le reti LoRaWAN utilizzano una topologia a stella, in cui i dispositivi IoT si connettono ad una stazione base, chiamata gateway, che a sua volta si connette a un server, tramite una qualsiasi connessione Internet.
Quali sono i vantaggi di LoRaWAN
La tecnologia LoRaWAN presenta diversi vantaggi rispetto alle connessioni 4G, 5G e Wi-Fi.
- Consumo energetico ridotto: i dispositivi IoT possono funzionare con batterie a lunga durata, o celle solari economiche, grazie al basso consumo di energia richiesto per la trasmissione dei dati.
- Copertura maggiore: LoRaWAN offre una copertura maggiore rispetto alle connessioni cellulari, in particolare in aree rurali o remote, ma anche in aree urbane essendo meno sensibile alle interferenze e agli ostacoli.
- Bassi costi: grazie alla riduzione del consumo energetico e alla copertura maggiore, i costi di implementazione sono inferiori rispetto alle connessioni a larga banda.
- Sicurezza: LoRaWAN utilizza crittografia end-to-end per garantire la sicurezza dei dati trasmessi.
- Scalabilità: LoRaWAN è altamente scalabile, il che significa che può gestire facilmente un gran numero di dispositivi IoT con una singola rete.
- Facilità d’uso: LoRaWAN è facile da implementare e gestire, con una configurazione semplice e un’ampia gamma di strumenti di sviluppo disponibili.
Il rovescio della medaglia è ovviamente la banda molto limitata e la bassa velocità di trasmissione, tuttavia come abbiamo già detto, nella maggior parte delle applicazioni IIoT questo non è un problema.
La banda larga non è un requisito
La Banda Larga in questo caso non è un requisito e per tutti i motivi che abbiamo appena elencato, per l’IIoT è più funzionale ed efficiente una soluzione che potremmo definire a “banda stretta”.
Nell’ultimo decennio, con lo sviluppo del paradigma IoT, sono stati proposti diversi standard di comunicazione concepiti in modo specifico per questo settore. Si tratta di protocolli complessivamente denominati LPWA, Low Power Wide Area.
Per un certo periodo il mercato ha visto una competizione tra i diversi standard, ma attualmente possiamo affermare che LoRaWan è quello che tra questi ha decisamente vinto la sfida.
Uno dei fattori vincenti di LoRaWan rispetto agli standard concorrenti è senza dubbio il fatto che la banda di frequenza utilizzata è quella liberamente disponibile nei diversi paesi. Si tratta delle stesse bande di frequenza utilizzate dai radiocomandi modellistici, dagli apricancello wireless e dai telecomandi per l’apertura delle porte delle automobili.
Implementando correttamente il protocollo, le normative locali vengono automaticamente rispettate, ed è possibile realizzare una rete con copertura geografica, anche molto estesa, senza la necessità di disporre di una costosa concessione per l’esercizio delle telecomunicazioni.
Questo fatto ha favorito lo sviluppo di soluzioni open source e la diffusione del protocollo attraverso progetti supportati dalla community.
La piattaforma The Things Network
L’esperienza più significativa è quella della piattaforma The Things Network (TTN), nata nel Nord Europa e attualmente diffusa su scala planetaria.
La piattaforma è accessibile in cloud, pubblicamente e gratuitamente, e il relativo software, The Things Stack, è open source e scaricabile gratuitamente per coloro che preferiscono realizzare progetti ospitati sulla propria infrastruttura.
Il progetto è stato realizzato e viene mantenuto da una società privata olandese, The Things Industries, con sede ad Amsterdam, che offre servizi premium a pagamento sulla stessa piattaforma.
Lo sviluppo della copertura su scala planetaria della rete LoRaWan TTN è stato favorito attraverso la costituzione di community locali di utenti della versione open source della piattaforma. Chiunque installi un gateway TTN connesso alla piattaforma open source, automaticamente condivide la propria parte di infrastruttura a beneficio dell’intera community.
Le community ufficialmente registrate coprono i 5 continenti e ad oggi comprendono 153 nazioni, per un totale di oltre 21.000 gateway installati.
La community italiana
Nel Lazio è attiva una delle community locali italiane più importanti, che ha già coperto con i propri gateway la maggior parte delle aree metropolitane della regione.
Tra i membri delle community italiane si contano aziende importanti del settore ICT e associazioni d’impresa come la CNA Roma.
La presenza di una diffusa connettività LoRaWan aperta e gratuita è una grande opportunità per le piccole e medie imprese italiane per avviare progetti IIoT senza dover sostenere investimenti importanti per la connettività.
Il passaggio ad una soluzione di connettività LoRaWan a pagamento, come quella offerta da The Things Industries o da uno dei concessionari nazionali di telecomunicazioni può essere fatto successivamente, a fronte delle esigenze di scalabilità del proprio progetto.
