LO SCENARIO

Industrial IoT, ecco le tecnologie wireless per l’azienda 4.0

L’evoluzione dell’Industrial Iot richiede tecnologie di comunicazione dotate di altissimi livelli di affidabilità nella trasmissione dati. Ecco come si sta delineando il percorso dagli attuali sistemi via cavo alle future applicazioni basate sul 6G

Pubblicato il 17 Apr 2019

Roberto Verdone

RadioNetworks, DEI, Università di Bologna

industria_553128712

L’evoluzione di Industria 4.0 sarà supportata da sistemi di trasmissione dati in grado di offrire tassi di affidabilità sempre più elevati. Così da garantire slancio all’Industrial Iot destinata a potenziare i processi industriali. Se oggi i requisiti richiesti vengono garantiti dalle tecnologie di trasmissione via cavo, saranno però i sistemi wireless ad aprire nuovi scenari.

Di seguito un’analisi degli step a breve, medio e lungo termine.

L’Industrial IoT (IIoT) è un dominio applicativo specifico dell’Internet of Things (IoT) che si riferisce all’industria di quarta generazione (Industry 4.0).

Gli obiettivi dell’Industrial IoT

Il campo di applicazione dell’IIoT è il processo produttivo industriale: dispositivi a microprocessore dotati di connettività (sensori, attuatori) permettono di effettuare il monitoraggio o il controllo di macchine di un impianto.

Lo scopo è ottimizzare la produzione, sostenere il processo di controllo della qualità, realizzare manutenzione predittiva, e ridurre i tempi di fermo macchina. I dispositivi possono essere disposti su una macchina o su più macchine (es: robot) che operano in maniera collaborativa. In futuro potranno essere messi in rete con altri dispositivi indossati da personale umano operante in prossimità, per una interazione uomo-macchina più sicura ed efficiente.

La digitalizzazione del processo produttivo richiede l’installazione di dispositivi connessi a bordo macchina, realizzando un cosiddetto sistema cyber-fisico (Cyber-Physical System, CPS): la realtà (la macchina, l’impianto) viene rappresentata ed analizzata mediante un modello digitale. I sistemi IIoT prevedono la connessione ad Internet e possono usufruire di servizi di storage e data analytics offerti da piattaforme in cloud, nonché di accesso remoto.

Tuttavia si usa spesso l’accezione IIoT anche per applicazioni in cui, per motivi di sicurezza, le funzionalità di monitoraggio e/o controllo sono eseguite localmente, da controllori collocati in prossimità dell’impianto, senza connessione ad Internet.

Quali sono i requisiti

La connettività tra i dispositivi dell’IIoT deve garantire alcuni requisiti fondamentali, caratteristici delle applicazioni industriali:

per le funzioni di monitoraggio, non vi sono stringenti tempi di acquisizione dei dati (sono tollerabili latenze di qualche secondo, compatibili con gli interventi di un operatore), ma si può richiedere che i dati prelevati dai sensori siano caratterizzati da elevata precisione temporale (con risoluzione anche di 1 s, utile per verificare la correlazione tra i comportamenti di diversi pezzi macchina) e spaziale (determinazione della posizione centimetrica);

per le funzioni di controllo, a tali requisiti si aggiungono quelli di massima latenza, ovvero di tempo necessario per la trasmissione dei dati raccolti dai dispositivi e inviati al controllore (il ciclo di controllo può imporre latenze massime inferiori a 50-100 s).

In entrambi i casi il livello di affidabilità della trasmissione dei dati deve essere altissimo.

Tali requisiti impongono vincoli molto stringenti alla tecnologia di comunicazione utilizzata per mettere in rete i dispositivi IIoT. Il requisito di precisione temporale impone l’uso di segnali caratterizzati da data rate almeno pari all’inverso della risoluzione richiesta, quindi di 1 Mbit/s; se a questo si aggiunge il requisito sulla massima latenza, la trasmissione di pacchetti dati (es: 125 byte) deve avvenire in tempi inferiori a qualche decina di s, quindi con data rate superiori ai 100 Mbit/s. La precisione spaziale centimetrica si ottiene solo con trasmissione di segnali con larghezza di banda maggiore di 10 GHz.

Dal cavo al wireless

Oggi questi requisiti di larghezza di banda e data rate sono garantiti da tecnologie di trasmissione su cavo (EtherCAT, PROFINET o altro); in questo caso la precisione spaziale non è un requisito imposto al sistema di comunicazione, poiché la presenza di un cavo impone il vincolo che il dispositivo sia su parti fisse della macchina, in posizioni note a priori.

Domani: nel breve termine l’adozione di sistemi wireless potrà aprire nuove frontiere: eliminando i cavi si semplifica la gestione della macchina e si può aumentare significativamente la densità di dispositivi montati.

Inoltre, i dispositivi possono essere collocati anche su parti in movimento.

L’eliminazione dei cavi impone però che i dispositivi siano energeticamente autonomi, il che si può garantire con l’applicazione di tecniche di energy harvesting o dotandoli di batterie. In entrambi i casi, l’efficienza energetica dei protocolli di comunicazione wireless è fondamentale.

Tra le opzioni disponibili in termini di tecnologia wireless, si può menzionare LoRa (a 868 MHz o a 2,4 GHz), NB-IOT, LTE-M, 5G-NR, con livelli di data rate crescenti ed efficienza energetica decrescente. Tuttavia, nemmeno 5G-NR potrà offrire latenze di 100 s. Inoltre, mentre LoRa si può proporre come tecnologia per CPS, le altre opzioni, basate su rete 4G o 5G, impongono un approccio IIoT in senso stretto, con l’operatore di rete mobile coinvolto nel loop di controllo.

Dopodomani: nel lungo temine, data rate, latenze e larghezze di banda compatibili con i requisiti dell’IIoT si potranno rendere disponibili adottando tecnologie di comunicazione wireless oggi non ancora standardizzate o utilizzate.

Da molti anni la comunità scientifica studia le caratteristiche della comunicazione wireless a onde millimetriche (sopra i 30 GHz) e nella banda dei TeraHertz (da 0,1 a 10 THz). Nel secondo caso in particolare, si tratta di sistemi di trasmissione con larghezza di banda di decine di GHz, e data rate fino a 1 Tbit/s. Ad essi si associano peraltro dispositivi potenzialmente di ridottissimo ingombro.

Il futuro nelle frequenze Terahertz

Primi prototipi (di dimensioni ancora non miniaturizzate) sono disponibili già da qualche anno; la complessità circuitale impone ancora tuttavia approcci non standard al progetto del dispositivo. La propagazione radio a quelle frequenze è tale che l’assorbimento di energia (in particolare a causa della molecola di ossigeno) limita fortemente le massime distanze di trasmissione, ma pare oramai certa la possibilità di raggiungere una decina di metri con potenze compatibili con quelle dell’ambito applicativo dell’IIoT.

Le tecnologie di comunicazione nella banda dei THz in particolare promettono interessantissimi sviluppi; la WRC-19 dell’ITU (l’International Telecommunication Union), a novembre 2019, potrebbe raccomandare l’utilizzo di porzioni di spettro a THz per il 6G.

Sarebbe auspicabile che, alla luce della grande disponibilità di banda a quelle frequenze, larghe porzioni di spettro fossero lasciate disponibili per sistemi CPS non soggetti a licenza (come le bande ISM a 2,4 GHz; ad oggi, in alcuni Paesi è disponibile una porzione di soli 2GHz di banda a frequenze di 245 GHz). Tra le applicazioni da analizzare per le future comunicazioni a THz, vi sono certamente quelle dell’IIoT e dei sistemi CPS industriali.

Valuta la qualità di questo articolo

La tua opinione è importante per noi!

Speciale PNRR

Tutti
Incentivi
Salute digitale
Formazione
Analisi
Sostenibilità
PA
Sostemibilità
Sicurezza
Digital Economy
CODICE STARTUP
Imprenditoria femminile: come attingere ai fondi per le donne che fanno impresa
DECRETI
PNRR e Fascicolo Sanitario Elettronico: investimenti per oltre 600 milioni
IL DOCUMENTO
Competenze digitali, ecco il nuovo piano operativo nazionale
STRUMENTI
Da Istat e RGS gli indicatori per misurare la sostenibilità nel PNRR
STRATEGIE
PNRR – Piano nazionale di Ripresa e Resilienza: cos’è e novità
FONDI
Pnrr, ok della Ue alla seconda rata da 21 miliardi: focus su 5G e banda ultralarga
GREEN ENERGY
Energia pulita: Banca Sella finanzia i progetti green incentivati dal PNRR
TECNOLOGIA SOLIDALE
Due buone notizie digitali: 500 milioni per gli ITS e l’inizio dell’intranet veloce in scuole e ospedali
INNOVAZIONE
Competenze digitali e InPA cruciali per raggiungere gli obiettivi del Pnrr
STRATEGIE
PA digitale 2026, come gestire i fondi PNRR in 5 fasi: ecco la proposta
ANALISI
Value-based healthcare: le esperienze in Italia e il ruolo del PNRR
Strategie
Accordi per l’innovazione, per le imprese altri 250 milioni
Strategie
PNRR, opportunità e sfide per le smart city
Strategie
Brevetti, il Mise mette sul piatto 8,5 milioni
Strategie
PNRR e opere pubbliche, la grande sfida per i Comuni e perché bisogna pensare digitale
Formazione
Trasferimento tecnologico, il Mise mette sul piatto 7,5 milioni
Strategie
PSN e Strategia Cloud Italia: a che punto siamo e come supportare la PA in questo percorso
Dispersione idrica
Siccità: AI e analisi dei dati possono ridurre gli sprechi d’acqua. Ecco gli interventi necessari
PNRR
Cloud, firmato il contratto per l’avvio di lavori del Polo strategico
Formazione
Competenze digitali, stanziati 48 milioni per gli Istituti tecnologici superiori
Iniziative
Digitalizzazione delle reti idriche: oltre 600 milioni per 21 progetti
Competenze e competitività
PNRR, così i fondi UE possono rilanciare la ricerca e l’Università
Finanziamenti
PNRR, si sbloccano i fondi per l’agrisolare
Sanità post-pandemica
PNRR, Missione Salute: a che punto siamo e cosa resta da fare
Strategie
Sovranità e autonomia tecnologica nazionale: come avviare un processo virtuoso e sostenibile
La relazione
Pnrr e PA digitale, l’alert della Corte dei conti su execution e capacità di spesa
L'editoriale
Elezioni 2022, la sfida digitale ai margini del dibattito politico
Strategie
Digitale, il monito di I-Com: “Senza riforme Pnrr inefficace”
Transizione digitale
Pnrr: arrivano 321 milioni per cloud dei Comuni, spazio e mobilità innovativa
L'analisi I-COM
Il PNRR alla prova delle elezioni: come usare bene le risorse e centrare gli obiettivi digitali
Cineca
Quantum computing, una svolta per la ricerca: lo scenario europeo e i progetti in corso
L'indice europeo
Desi, l’Italia scala due posizioni grazie a fibra e 5G. Ma è (ancora) allarme competenze
L'approfondimento
PNRR 2, ecco tutte le misure per cittadini e imprese: portale sommerso, codice crisi d’impresa e sismabonus, cosa cambia
Servizi digitali
PNRR e trasformazione digitale: ecco gli investimenti e le riforme previste per la digitalizzazione della PA
Legal health
Lo spazio europeo dei dati sanitari: come circoleranno le informazioni sulla salute nell’Unione Europea
Servizi digitali
PNRR e PA digitale: non dimentichiamo la dematerializzazione
Digital Healthcare transformation
La trasformazione digitale degli ospedali
Governance digitale
PA digitale, è la volta buona? Così misure e risorse del PNRR possono fare la differenza
Servizi digitali
Comuni e digitale, come usare il PNRR senza sbagliare
La survey
Pnrr e digitale accoppiata vincente per il 70% delle pmi italiane
Missione salute
Fascicolo Sanitario Elettronico alla prova del PNRR: limiti, rischi e opportunità
Servizi pubblici
PNRR: come diventeranno i siti dei comuni italiani grazie alle nuove risorse
Skill gap
PNRR, la banda ultra larga crea 20.000 nuovi posti di lavoro
Il Piano
Spazio, Colao fa il punto sul Pnrr: i progetti verso la milestone 2023
FORUMPA2022
PNRR e trasformazione digitale: rivedi i Talk di FORUM PA 2022 in collaborazione con le aziende partner
I contratti
Avio, 340 milioni dal Pnrr per i nuovi propulsori a metano
Next Generation EU
PNRR, a che punto siamo e cosa possono aspettarsi le aziende private
Fondi
Operativo il nuovo portale del MISE con tutti i finanziamenti per le imprese
Servizi comunali
Il PNRR occasione unica per i Comuni digitali: strumenti e risorse per enti e cittadini
Healthcare data platform
PNRR dalla teoria alla pratica: tecnologie e soluzioni per l’innovazione in Sanità
Skill
Competenze digitali, partono le Reti di facilitazione
Gli obiettivi
Scuola 4.0, PNRR ultima chance: ecco come cambierà il sistema formativo
Sistema Paese
PNRR 2, è il turno della space economy
FORUM PA 2022
FORUM PA 2022: la maturità digitale dei comuni italiani rispetto al PNRR
Analisi
PNRR: dalla Ricerca all’impresa, una sfida da cogliere insieme
Innovazione
Pnrr, il Dipartimento per la Trasformazione digitale si riorganizza
FORUM PA 2022
PA verde e sostenibile: il ruolo di PNRR, PNIEC, energy management e green public procurement
Analisi
PNRR, Comuni e digitalizzazione: tutto su fondi e opportunità, in meno di 3 minuti. Guarda il video!
Rapporti
Competenze digitali e servizi automatizzati pilastri del piano Inps
Analisi
Attuazione del PNRR: il dialogo necessario tra istituzioni e società civile. Rivedi lo Scenario di FORUM PA 2022
Progetti
Pnrr, fondi per il Politecnico di Torino. Fra i progetti anche IS4Aerospace
Analisi
PNRR, Colao fa il punto sulla transizione digitale dell’Italia: «In linea con tutte le scadenze»
La Svolta
Ict, Istat “riclassifica” i professionisti. Via anche al catalogo dati sul Pnrr
Analisi
Spazio, Colao fa il punto sul Pnrr: i progetti verso la milestone 2023
FORUM PA 2022
Ecosistema territoriale sostenibile: l’Emilia Romagna tra FESR e PNRR
Il Piano
Innovazione, il Mise “centra” gli obiettivi Pnrr: attivati 17,5 miliardi
Analisi
PNRR: raggiunti gli obiettivi per il primo semestre 2022. Il punto e qualche riflessione
Analisi
PNRR: dal dialogo tra PA e società civile passa il corretto monitoraggio dei risultati, tra collaborazione e identità dei luoghi
Webinar
Comuni e PNRR: un focus sui bandi attivi o in pubblicazione
Analisi
Formazione 4.0: cos’è e come funziona il credito d’imposta
PA e Sicurezza
PA e sicurezza informatica: il ruolo dei territori di fronte alle sfide della digitalizzazione
PA e sicurezza
PNRR e servizi pubblici digitali: sfide e opportunità per Comuni e Città metropolitane
Water management
Water management in Italia: verso una transizione “smart” e “circular” 
LE RISORSE
Transizione digitale, Simest apre i fondi Pnrr alle medie imprese
Prospettive
Turismo, cultura e digital: come spendere bene le risorse del PNRR
Analisi
Smart City: quale contributo alla transizione ecologica
Decarbonizzazione
Idrogeno verde, 450 milioni € di investimenti PNRR, Cingolani firma
Unioncamere
PNRR, imprese in ritardo: ecco come le Camere di commercio possono aiutare
I fondi
Industria 4.0: solo un’impresa su tre pronta a salire sul treno Pnrr
CODICE STARTUP
Imprenditoria femminile: come attingere ai fondi per le donne che fanno impresa
DECRETI
PNRR e Fascicolo Sanitario Elettronico: investimenti per oltre 600 milioni
IL DOCUMENTO
Competenze digitali, ecco il nuovo piano operativo nazionale
STRUMENTI
Da Istat e RGS gli indicatori per misurare la sostenibilità nel PNRR
STRATEGIE
PNRR – Piano nazionale di Ripresa e Resilienza: cos’è e novità
FONDI
Pnrr, ok della Ue alla seconda rata da 21 miliardi: focus su 5G e banda ultralarga
GREEN ENERGY
Energia pulita: Banca Sella finanzia i progetti green incentivati dal PNRR
TECNOLOGIA SOLIDALE
Due buone notizie digitali: 500 milioni per gli ITS e l’inizio dell’intranet veloce in scuole e ospedali
INNOVAZIONE
Competenze digitali e InPA cruciali per raggiungere gli obiettivi del Pnrr
STRATEGIE
PA digitale 2026, come gestire i fondi PNRR in 5 fasi: ecco la proposta
ANALISI
Value-based healthcare: le esperienze in Italia e il ruolo del PNRR
Strategie
Accordi per l’innovazione, per le imprese altri 250 milioni
Strategie
PNRR, opportunità e sfide per le smart city
Strategie
Brevetti, il Mise mette sul piatto 8,5 milioni
Strategie
PNRR e opere pubbliche, la grande sfida per i Comuni e perché bisogna pensare digitale
Formazione
Trasferimento tecnologico, il Mise mette sul piatto 7,5 milioni
Strategie
PSN e Strategia Cloud Italia: a che punto siamo e come supportare la PA in questo percorso
Dispersione idrica
Siccità: AI e analisi dei dati possono ridurre gli sprechi d’acqua. Ecco gli interventi necessari
PNRR
Cloud, firmato il contratto per l’avvio di lavori del Polo strategico
Formazione
Competenze digitali, stanziati 48 milioni per gli Istituti tecnologici superiori
Iniziative
Digitalizzazione delle reti idriche: oltre 600 milioni per 21 progetti
Competenze e competitività
PNRR, così i fondi UE possono rilanciare la ricerca e l’Università
Finanziamenti
PNRR, si sbloccano i fondi per l’agrisolare
Sanità post-pandemica
PNRR, Missione Salute: a che punto siamo e cosa resta da fare
Strategie
Sovranità e autonomia tecnologica nazionale: come avviare un processo virtuoso e sostenibile
La relazione
Pnrr e PA digitale, l’alert della Corte dei conti su execution e capacità di spesa
L'editoriale
Elezioni 2022, la sfida digitale ai margini del dibattito politico
Strategie
Digitale, il monito di I-Com: “Senza riforme Pnrr inefficace”
Transizione digitale
Pnrr: arrivano 321 milioni per cloud dei Comuni, spazio e mobilità innovativa
L'analisi I-COM
Il PNRR alla prova delle elezioni: come usare bene le risorse e centrare gli obiettivi digitali
Cineca
Quantum computing, una svolta per la ricerca: lo scenario europeo e i progetti in corso
L'indice europeo
Desi, l’Italia scala due posizioni grazie a fibra e 5G. Ma è (ancora) allarme competenze
L'approfondimento
PNRR 2, ecco tutte le misure per cittadini e imprese: portale sommerso, codice crisi d’impresa e sismabonus, cosa cambia
Servizi digitali
PNRR e trasformazione digitale: ecco gli investimenti e le riforme previste per la digitalizzazione della PA
Legal health
Lo spazio europeo dei dati sanitari: come circoleranno le informazioni sulla salute nell’Unione Europea
Servizi digitali
PNRR e PA digitale: non dimentichiamo la dematerializzazione
Digital Healthcare transformation
La trasformazione digitale degli ospedali
Governance digitale
PA digitale, è la volta buona? Così misure e risorse del PNRR possono fare la differenza
Servizi digitali
Comuni e digitale, come usare il PNRR senza sbagliare
La survey
Pnrr e digitale accoppiata vincente per il 70% delle pmi italiane
Missione salute
Fascicolo Sanitario Elettronico alla prova del PNRR: limiti, rischi e opportunità
Servizi pubblici
PNRR: come diventeranno i siti dei comuni italiani grazie alle nuove risorse
Skill gap
PNRR, la banda ultra larga crea 20.000 nuovi posti di lavoro
Il Piano
Spazio, Colao fa il punto sul Pnrr: i progetti verso la milestone 2023
FORUMPA2022
PNRR e trasformazione digitale: rivedi i Talk di FORUM PA 2022 in collaborazione con le aziende partner
I contratti
Avio, 340 milioni dal Pnrr per i nuovi propulsori a metano
Next Generation EU
PNRR, a che punto siamo e cosa possono aspettarsi le aziende private
Fondi
Operativo il nuovo portale del MISE con tutti i finanziamenti per le imprese
Servizi comunali
Il PNRR occasione unica per i Comuni digitali: strumenti e risorse per enti e cittadini
Healthcare data platform
PNRR dalla teoria alla pratica: tecnologie e soluzioni per l’innovazione in Sanità
Skill
Competenze digitali, partono le Reti di facilitazione
Gli obiettivi
Scuola 4.0, PNRR ultima chance: ecco come cambierà il sistema formativo
Sistema Paese
PNRR 2, è il turno della space economy
FORUM PA 2022
FORUM PA 2022: la maturità digitale dei comuni italiani rispetto al PNRR
Analisi
PNRR: dalla Ricerca all’impresa, una sfida da cogliere insieme
Innovazione
Pnrr, il Dipartimento per la Trasformazione digitale si riorganizza
FORUM PA 2022
PA verde e sostenibile: il ruolo di PNRR, PNIEC, energy management e green public procurement
Analisi
PNRR, Comuni e digitalizzazione: tutto su fondi e opportunità, in meno di 3 minuti. Guarda il video!
Rapporti
Competenze digitali e servizi automatizzati pilastri del piano Inps
Analisi
Attuazione del PNRR: il dialogo necessario tra istituzioni e società civile. Rivedi lo Scenario di FORUM PA 2022
Progetti
Pnrr, fondi per il Politecnico di Torino. Fra i progetti anche IS4Aerospace
Analisi
PNRR, Colao fa il punto sulla transizione digitale dell’Italia: «In linea con tutte le scadenze»
La Svolta
Ict, Istat “riclassifica” i professionisti. Via anche al catalogo dati sul Pnrr
Analisi
Spazio, Colao fa il punto sul Pnrr: i progetti verso la milestone 2023
FORUM PA 2022
Ecosistema territoriale sostenibile: l’Emilia Romagna tra FESR e PNRR
Il Piano
Innovazione, il Mise “centra” gli obiettivi Pnrr: attivati 17,5 miliardi
Analisi
PNRR: raggiunti gli obiettivi per il primo semestre 2022. Il punto e qualche riflessione
Analisi
PNRR: dal dialogo tra PA e società civile passa il corretto monitoraggio dei risultati, tra collaborazione e identità dei luoghi
Webinar
Comuni e PNRR: un focus sui bandi attivi o in pubblicazione
Analisi
Formazione 4.0: cos’è e come funziona il credito d’imposta
PA e Sicurezza
PA e sicurezza informatica: il ruolo dei territori di fronte alle sfide della digitalizzazione
PA e sicurezza
PNRR e servizi pubblici digitali: sfide e opportunità per Comuni e Città metropolitane
Water management
Water management in Italia: verso una transizione “smart” e “circular” 
LE RISORSE
Transizione digitale, Simest apre i fondi Pnrr alle medie imprese
Prospettive
Turismo, cultura e digital: come spendere bene le risorse del PNRR
Analisi
Smart City: quale contributo alla transizione ecologica
Decarbonizzazione
Idrogeno verde, 450 milioni € di investimenti PNRR, Cingolani firma
Unioncamere
PNRR, imprese in ritardo: ecco come le Camere di commercio possono aiutare
I fondi
Industria 4.0: solo un’impresa su tre pronta a salire sul treno Pnrr

Articoli correlati

Articolo 1 di 2