L'agricoltura intelligente si affida a tecnologie di fondamentale importanza per svolgere attività come rilevamento, elaborazione, archiviazione, collegamento in rete e spostamento fisico. Tuttavia, esiste una tecnologia che unisce tutte queste attività e consente le straordinarie soluzioni IoT adottate nell'agricoltura intelligente: la tecnologia delle comunicazioni wireless. Sebbene ci siano moltissimi metodi di comunicazione nel settore dell'agricoltura intelligente, in questa sede ne identificheremo soltanto alcuni tra i più comuni ed essenziali.
L'utilizzo del Wi-Fi nell'agricoltura intelligente
Il Wi-Fi, un'ovvia soluzione wireless in tutto il mondo, viene ora ampiamente utilizzato nell'agricoltura intelligente. Grazie alla copertura di distanze fino a circa 90 metri da un unico router (all'aperto), il Wi-Fi è una soluzione eccellente per le applicazioni di agricoltura intelligente di piccole e medie dimensioni, se utilizzato per hub autonomi. Il Wi-Fi è una soluzione relativamente avanzata rispetto a reti con tecnologia wireless meno conosciute e ciò consente a questo sistema di essere più maturo e diffuso e quindi più facilmente integrabile tra varie soluzioni o piattaforme.
Il Wi-Fi occupa le bande 900 MHz, 2,4 GHz, 3,6 GHz, 4,9 GHz, 5 GHz, 5,9 GHz e 60 GHz e questo fa in modo che la sua connettività RF sia flessibile per una varietà di ambienti e distanze. Queste frequenze consentono un rapido trasferimento di dati, ma hanno coefficienti di assorbimento piuttosto alti e ciò significa che, in genere, è meglio utilizzarle nelle applicazioni di prossimità in linea di vista, in cui le interferenze possono assorbire il segnale RF. Sebbene la portata limitata di questa tecnologia possa sembrare una caratteristica poco adatta all'agricoltura intelligente, che di solito lavora su vaste aree fisiche, risulta comunque più vantaggiosa delle soluzioni wireless a lungo raggio nel caso di alcune applicazioni specifiche di agricoltura intelligente di nicchia. Ad esempio, Farmshelf, una soluzione per agricoltura intelligente indoor e su piccola scala che porta i prodotti dell'agricoltura tradizionale direttamente a ristoranti e mercati, utilizza il Wi-Fi per trasmettere le informazioni ai propri utenti.
LPWAN: la soluzione per il progresso dell'agricoltura intelligente
Molte applicazioni per l'agricoltura tradizionale sono state rese "intelligenti" adeguando dispositivi, strumenti, soluzioni e risorse esistenti. Questa tecnologia di adeguamento a ritroso, tuttavia, richiede solitamente soluzioni wireless che lavorano su spazi molto più estesi per trasmettere sulle distanze più ampie che sono la norma in un'azienda agricola o sui terreni coltivati. Inoltre, dato il loro utilizzo in luoghi remoti, questi dispositivi di trasmissione a lungo raggio sono spesso alimentati a batteria o a energia solare, il che comporta requisiti di bassa potenza per qualsiasi operazione del dispositivo. Una rete ampia a bassa potenza (LPWAN, low-power wide-area network) è la soluzione tecnologica perfetta per queste attività agricole intelligenti. Esistono molte tecnologie LPWAN che si basano su bande RF con o senza licenza.
Le tre tecnologie LPWAN più utilizzate a livello globale sono LoRa, Sigfox e NB-IoT, che sono tutte in prima linea nel settore dell'agricoltura intelligente.
1) La tecnologia LoRa, così chiamata per le sue capacità di comunicazione a lungo raggio (in inglese "long-range"), è stata introdotta nel 2009 e ampliata nel 2012 da Semtech. LoRa è diventata una rete LPWAN comunemente utilizzata a livello globale per comunicazioni wireless a basso consumo e con costi limitati, in grado di operare su distanze fino a 50 km.
2) Sigfox, che è attualmente disponibile principalmente sul mercato europeo, è sia una società che un operatore di rete ed è in procinto di espandersi in tutto il mondo.
3) NB-IoT è una tecnologia LPWAN a banda stretta, basata su LTE, progettata per essere estremamente semplice e con consumi ridotti, per garantire l'utilizzo in varie applicazioni intelligenti per l'agricoltura e l'IoT industriale.
Dispositivi LPWAN
I dispositivi per le reti LPWAN operano su distanze significativamente più estese rispetto alle comunicazioni wireless a elevata ampiezza di banda. Ma il vantaggio della distanza è controbilanciato da una limitazione nella trasferibilità dei dati. Ad esempio, lo streaming di video 4K non è possibile sulle reti LoRa, ma l'invio di pacchetti dati da un sensore che monitora il pH e l'umidità del suolo è più realistico. Attualmente, il limite più significativo della tecnologia LPWAN è la sua disponibilità. La domanda più elevata di comunicazioni wireless nell'infrastruttura attuale è principalmente legata alle comunicazioni a elevata ampiezza di banda. Sebbene esista indubbiamente un mercato per l'uso della tecnologia LPWAN, la sua adozione e il suo utilizzo si sono rivelati più lenti rispetto a tecnologie come la rete cellulare 3G e le tecnologie di comunicazione a più alta densità di dati.
L'utilizzo di GPS/GNSS in agricoltura
Una delle infrastrutture di comunicazione wireless più estese e utilizzate a livello globale è il sistema GPS (Global Positioning System). Sebbene non si tratti un sistema di comunicazione punto a punto nello stesso senso delle reti Wi-Fi o LPWAN, questa tecnologia wireless ha avuto un impatto sensibile in tutto il mondo, anche nel settore dell'agricoltura intelligente.
Sviluppato inizialmente a metà del XX secolo, distribuito in via preliminare nel 1978 e implementato in modo completo nel 1993 dall'esercito degli Stati Uniti, il sistema GPS utilizza una rete di 24-31 satelliti che trasmettono segnali radio contenenti la loro esatta posizione e l'ora. Ricevitori specializzati raccolgono istantaneamente queste informazioni e le elaborano per derivarne la propria posizione rispetto ai satelliti e, di conseguenza, la propria posizione sulla Terra con un'accuratezza che attualmente è di 30 centimetri. Tuttavia, il GPS sta lentamente diventando una tecnologia datata e un giorno verrà sostituito dai più avanzati sistemi GNSS (Global Navigation Satellite Systems). Tra questi sistemi rientrano l'europeo Galileo, il russo GLONASS, l'indiano NavIC e il cinese BeiDou, che hanno visto tutti un certo livello di operatività dall'inizio del nuovo secolo.
Il GPS nell'agricoltura di precisione
Nell'agricoltura intelligente, il posizionamento globale viene utilizzato per una moltitudine di applicazioni, incluso il monitoraggio di mandrie di animali, attrezzature per l'agricoltura e persino droni agricoli. John Deere è uno dei maggiori produttori di attrezzature agricole del pianeta e si affida fortemente all'uso del GPS e di tecnologie simili. Alcune delle sue soluzioni, come l'agricoltura di precisione e i dispositivi di guida, utilizzano il GPS per pilotare le attrezzature agricole automatizzate, monitorare la produttività e l'esecuzione di processi critici e per fornire dati su larga scala che possano contribuire all'efficienza delle attività agricole. Fino a poco tempo fa, l'uso del GPS nell'agricoltura intelligente forniva al settore solo informazioni supplementari. I recenti sviluppi nell'elaborazione edge e nelle tecnologie di guida intelligenti, invece, hanno trasformato i dati GPS in un input aggiuntivo per il controllo delle apparecchiature.
Conclusioni
Esistono numerose tecnologie di comunicazione wireless utilizzate attualmente nell'agricoltura intelligente. Le tecnologie di trasmissione rapida dei dati, come il Wi-Fi, forniscono agli utenti volumi elevati di dati in modo rapido e in situazioni di immediata prossimità. La tecnologia LPWAN offre agli utenti la flessibilità delle grandi distanze e costi contenuti, ma limita la quantità di dati trasferibili. Il sistema GPS e gli altri sistemi GNSS forniscono un insieme limitato ma inestimabile di punti dati utili in tutto il mondo in un numero di applicazioni quasi infinito.
Insieme, l'ampia gamma di tecnologie wireless disponibile per l'utilizzo in agricoltura ha indubbiamente trasformato un settore storico ed estremamente esteso in un ambito "intelligente", incentrato sui dati, che è in costante ottimizzazione e adotta nuove tecnologie senza problemi.