Con la crescente diffusione degli spazi intelligenti, garantire che queste installazioni dispongano di tutta l'infrastruttura necessaria diventa fondamentale e il tentativo di adottare un'unica soluzione di rete è probabilmente destinato a fallire. Quali sfide devono affrontare gli spazi intelligenti? In che modo LAN e WLAN potranno supportare le reti future? E quali soluzioni sono attualmente disponibili per le opzioni LAN?
Il problema che dovranno affrontare gli spazi intelligenti
Non c'è dubbio che i dispositivi IoT siano in aumento e non ci vorrà molto prima che si raggiungano i 20 miliardi di dispositivi IoT a livello globale, ma anche se i singoli sensori presentano dei vantaggi, sarà l'unione di molti sensori che lavorano insieme a portare grandi cambiamenti. Ad esempio, un termostato IoT può controllare la temperatura di una singola stanza, ma è possibile utilizzare un insieme di sensori ambientali in tutto l'edificio per comprendere il flusso d'aria tra le stanze, la qualità dell'aria e il modo migliore per riscaldare lo spazio.
Per creare sistemi di questo tipo, tuttavia, è necessaria una solida infrastruttura sottostante in grado di fornire sia l'alimentazione che la connettività. Gli ingegneri hanno a disposizione diverse opzioni, che però si dividono comunque in due categorie: cablate e wireless. Ciascuna di queste tecnologie presenta vantaggi e svantaggi specifici, eppure sembra vigere la convinzione che gli ingegneri debbano scegliere una sola tecnologia. Se la scelta si rivela sbagliata, i futuri aggiornamenti possono risultare costosi o addirittura impossibili da implementare: motivo per cui tali decisioni non vanno prese alla leggera.
Le sfide legate ai cavi
I cavi sono stati il principale mezzo di comunicazione per oltre un secolo grazie alla relativa semplicità di costruzione e di funzionamento. Data la facilità di produzione, l'uso dei cavi per le comunicazioni a breve distanza risulta molto conveniente. Anche se l'installazione di cavi su grandi distanze introduce costi di manodopera elevati, l'infrastruttura necessaria per inviare messaggi a migliaia di chilometri di distanza è più semplice ed economica da implementare rispetto a un'alternativa wireless.
Tuttavia, i cavi sono soggetti a numerosi fenomeni fisici che rendono difficile il trasferimento di dati ad alta velocità. Ad esempio, i segnali di dati ad alta velocità si basano quasi sempre su doppini ritorti differenziali per eliminare il rumore di modo comune e l'integrità del segnale può essere compromessa se i doppini non vengono abbinati con cura. Come se non bastasse, le vecchie installazioni di cavi spesso non sono in grado di gestire i moderni rate dati; ciò significa che qualsiasi aggiornamento di un sistema può richiedere la sostituzione di tutti i cavi dati. Ad esempio, i cavi Ethernet meno recenti possono supportare velocità fino a 100 Mbps, ma non possono utilizzati con le più moderne connessioni da 1 Gbps.
Un'altra sfida da affrontare con i cavi è l'installazione laboriosa, che spesso richiede attrezzature di scavo per i cavi che devono essere interrati o il montaggio di pali per i cavi sospesi. Anche i data center richiedono grandi gruppi di cavi e sistemi di instradamento che sono estremamente impegnativi da installare e riparare.
A seconda della tecnologia, i cavi che utilizzano segnali elettrici sono in grado di supportare un solo dispositivo per cavo; vale a dire che per connettersi a più dispositivi possono essere necessari altri cavi. Naturalmente, esistono protocolli bus che consentono a più dispositivi di collegarsi a un singolo cavo, ma queste soluzioni riducono notevolmente la larghezza di banda del cavo.
Infine, molte reti LAN datate sono estremamente suscettibili agli attacchi. A seconda dell'infrastruttura utilizzata, molte tecnologie di rete LAN non implementano le credenziali per impostazione predefinita; ciò significa che qualsiasi dispositivo in grado di connettersi a una rete è autorizzato a utilizzarla. Questo è uno dei motivi principali per cui gli hacker cercano porte LAN esposte che non sono utilizzate attivamente.
Le sfide relative alle tecnologie wireless
Rispetto ai cavi, le soluzioni wireless possono effettivamente risolvere molte difficoltà, inclusa la possibilità di utilizzare frequenze diverse per la separazione dei canali, riducendo così il numero di dispositivi che interferiscono, e l'antenna diretta che può essere utilizzata per creare fasci che non interferiscono con altri fasci alla stessa frequenza, aumentando così la larghezza di banda.
Se i cavi presentano così tanti problemi, si potrebbe pensare che la scelta logica per gli ingegneri sia quella di passare al wireless. Tuttavia, le reti wireless possono essere problematiche quanto i cavi. Questo è diventato evidente in particolare con l'introduzione del 5G, tra numerose segnalazioni di interferenze e la cattiva pubblicità sulla stampa per le torri cellulari erette in zone residenziali.
Innanzitutto, la frequenza radio utilizzata da un sistema wireless ne determina la portata effettiva, in modo che la frequenza sia inversamente proporzionale alla portata. Pertanto, i sistemi radio a bassa frequenza possono comunicare su decine di chilometri, mentre i sistemi radio ad alta frequenza possono comunicare su distanze più brevi. Allo stesso tempo, la larghezza di banda di un'onda radio, ovvero la quantità di dati che può fornire al secondo, è direttamente proporzionale alla sua frequenza. Ciò significa che le comunicazioni a lungo raggio spesso forniscono una larghezza di banda ridotta, mentre quelle a corto raggio offrono una larghezza di banda eccellente.
Per capire come questo rappresenti un problema, un ottimo esempio è il 5G. L'uso di frequenze più elevate consente di ottenere una larghezza di banda molto maggiore rispetto al 4G, ma l'aumento della frequenza fa sì che la copertura del 5G sia estremamente scarsa. Questo comporta la necessità di molti più ripetitori situati in prossimità degli utenti, vale a dire anche in zone residenziali.
Un'altra sfida per le reti wireless è la loro vulnerabilità agli attacchi remoti. Mentre i cavi Ethernet richiedono un accesso fisico, una rete wireless può essere facilmente attaccata a distanza. Come se non bastasse, l'uso di sniffer di pacchetti radio può consentire ai malintenzionati di monitorare il traffico in una rete wireless che, se violata, permette di identificare un dispositivo e i dati che vengono inviati.
Allo stesso tempo, il traffico sulle reti wireless può diventare congestionato se vengono connessi troppi dispositivi contemporaneamente. Le reti cellulari sono meno vulnerabili alla congestione rispetto al Wi-Fi, poiché sono progettate per gestire migliaia di connessioni simultanee, ma le reti domestiche che utilizzano frequenze disponibili al pubblico possono spesso essere soggette a congestione. Inoltre, migliaia di dispositivi connessi a un singolo punto di accesso possono causare un rapido aumento della latenza e questo può risultare dannoso per i sistemi che richiedono prestazioni in tempo reale.
Perché i cavi sono essenziali per il futuro degli spazi intelligenti?
Quando si fa una ricerca sul tema degli spazi intelligenti e della connettività, la maggior parte delle fonti suggerisce, comprensibilmente, che le tecnologie wireless come il 5G e il Wi-Fi saranno predominanti. La loro natura wireless non solo contribuisce a ridurre al minimo le installazioni di cavi, ma offre anche una maggiore libertà di installazione dei dispositivi. Anziché essere limitata dalla lunghezza di un cavo Ethernet, una soluzione interamente wireless consente di montare i dispositivi esattamente dove servono. Tuttavia, è più probabile che i futuri spazi intelligenti combineranno i vantaggi dei cavi e delle soluzioni wireless anziché adottare un approccio univoco.
Innanzitutto, i futuri spazi intelligenti saranno composti da migliaia di dispositivi: davvero troppi per una sola rete wireless. Le tecnologie cellulari sono progettate per grandi carichi, ma quando la latenza e la larghezza di banda diventano importanti, cercare di far funzionare tutti i dispositivi con segnali wireless diventa costoso e difficile da implementare.
Oltre all'enorme numero di dispositivi, molti di questi avranno requisiti di alimentazione decisamente troppo elevati per i raccoglitori di energia. Ad esempio, i sistemi di sicurezza richiedono un tempo di attività del 100% e non sono adatti all'uso di raccoglitori di energia. Considerando che questi spazi saranno costituiti da migliaia di dispositivi, anche l'alimentazione a batteria sarà fuori discussione, perché la manutenzione dei dispositivi sarà estremamente impegnativa. È possibile utilizzare batterie che funzionano per l'intero ciclo di vita di un dispositivo, ma questo può comportare un rapido aumento dei rifiuti elettronici, con gravissime conseguenze per l'ambiente.
Per questo motivo, è necessaria una fonte di alimentazione permanente: una connessione dedicata tramite LAN non solo fornisce una larghezza di banda sufficiente, ma può anche essere alimentata tramite un unico cavo grazie alla tecnologia Power over Ethernet (PoE). Di fatto, l'uso di cavi PoE può semplificare l'installazione riducendo a uno solo il numero di cavi necessari per un dispositivo: questo permette di raggruppare un maggior numero di cavi in una determinata area, servendo così più dispositivi.
I dispositivi che utilizzeranno raccoglitori di energia dovranno probabilmente essere posizionati in prossimità dei punti di accesso, per ridurre il costo energetico della trasmissione. In tal caso, probabilmente il punto di accesso utilizzerà la tecnologia PoE sia per l'alimentazione che per la connettività, dimostrando ancora una volta la necessità dei cavi nello spazio intelligente.
Anche sotto l'aspetto della sicurezza, negli spazi intelligenti si darà la preferenza ai cavi rispetto alle reti wireless, soprattutto per i dispositivi legati alla sicurezza come telecamere, microfoni e allarmi. L'uso dei cavi impedisce gli attacchi remoti e l'uso di credenziali e certificati per i dispositivi connessi può negare l'accesso ai dispositivi non identificati aggiunti alla rete dagli hacker. È possibile che le future versioni della tecnologia PoE saranno in grado di rilevare quando un dispositivo viene disconnesso e che il monitoraggio dell'alimentazione di ciascun dispositivo PoE verrà utilizzato per rilevare attività sospette, cosa difficile da fare con i dispositivi wireless.
Infine, i dispositivi cablati sono immuni alle interferenze e questo permette di posizionare migliaia di dispositivi a distanza ravvicinata l'uno dall'altro. L'uso dei cavi resiste anche alle interferenze wireless, ciò significa che è possibile fare in modo che gli spazi intelligenti siano estremamente resistenti agli attacchi.
Quali soluzioni sono disponibili nell'ambiente LAN?
Fortunatamente per gli ingegneri, oggi esistono numerose soluzioni LAN e WLAN che possono essere implementate per creare spazi intelligenti in grado di fornire una larghezza di banda elevata pur mantenendo la resistenza alle minacce alla sicurezza. Un'azienda che si distingue per le sue soluzioni di rete per i dispositivi IoT è Lantronix, che fornisce numerose soluzioni tra cui i System on Module (SoM), switch di rete e gateway.
Ad esempio, XPCW1002100B è un modulo da seriale a Wi-Fi che rappresenta una soluzione di rete estremamente compatta e a basso consumo che consente la connettività IEEE 802.11 Wireless LAN praticamente su qualsiasi soluzione dotata di interfaccia SPI o seriale. Riducendo la complessità dei design wireless, XPCW1002100B consente agli ingegneri di testare e produrre rapidamente dispositivi IoT e di comunicare sulle reti come se fossero una porta seriale collegata fisicamente. Per coloro che cercano una soluzione Ethernet, XPC100100B-01 è estremamente simile a XPCW1002100B in quanto fornisce una connessione da seriale a rete, ma anziché connettersi tramite WLAN utilizza una LAN.
Per quanto riguarda la connettività di rete, Lantronix offre anche numerose soluzioni in gateway e switch, ad esempio SGX5150020US. Questo dispositivo fornisce una rete Wi-Fi a 5 GHz con connettività a Internet tramite LAN e questi punti di accesso possono contribuire a separare le reti offrendo contemporaneamente funzionalità wireless.
In generale, è probabile che i futuri spazi intelligenti IoT utilizzeranno una combinazione di soluzioni cablate e wireless per sfruttare i vantaggi di entrambe le tecnologie.
Visualizza prodotti correlati
Visualizza prodotti correlati
