Quando si tratta di creare uno spazio intelligente, il gran numero di dispositivi distribuiti su una vasta area e la necessità che tutti questi dispositivi trasmettano dati rendono la comunicazione uno dei principali motivi di preoccupazione. Sebbene siano disponibili molte tecnologie di comunicazione diverse, scegliere quella giusta può essere un compito difficile, poiché ognuna di esse presenta dei vantaggi e degli svantaggi.
Inoltre, un progetto che scelga un metodo di comunicazione non adatto alla propria applicazione non solo sarà soggetto a difetti di progettazione, ma potrebbe anche richiedere una riprogettazione completa, poiché l'hardware di base originariamente selezionato potrebbe non essere compatibile con un'altra tecnologia di comunicazione.
Di conseguenza, è fondamentale che gli ingegneri si prendano il tempo necessario per capire esattamente quali sono i requisiti del loro progetto, cosa può offrire ciascuna tecnologia di comunicazione e qual è la più adatta alla loro situazione.
Quali sono i fattori che contano quando si sceglie un'opzione di connettività per uno spazio intelligente?
Quando si sceglie una tecnologia di connettività, una moltitudine di fattori diversi possono creare una soluzione o renderla inservibile. Nel caso degli spazi intelligenti, molto probabilmente questi fattori dipenderanno da portata, corrente, ampiezza di banda, affidabilità, funzionalità e sicurezza.
La selezione di un'opzione di connettività basata sulla portata consentirà ai dispositivi di funzionare a distanze maggiori, ma ciò potrebbe comportare un consumo di corrente più elevato. La portata è direttamente correlata alla corrente consumata, quindi le tecnologie con la portata maggiore consumeranno di più (a meno che non sacrifichino l'ampiezza di banda).
La corrente è, per importanza, il secondo fattore da considerare quando si implementa una soluzione wireless, poiché il consumo energetico varia ampiamente tra le diverse tecnologie. Le tecnologie con ampiezze di banda e portate inferiori consumano spesso molta meno corrente rispetto alle tecnologie ad alta potenza e a lungo raggio e questo aspetto può essere utile per dispositivi alimentati da batterie con quantità limitate di corrente disponibile.
L'ampiezza di banda è un altro fattore importante, poiché alcuni dispositivi potrebbero dover trasmettere grandi quantità di informazioni (come le videocamere), mentre altri potrebbero limitarsi a inviare pochi byte ogni ora. È meglio provare a utilizzare l'ampiezza di banda minore possibile, poiché ciò consentirà spesso portate maggiori riducendo al contempo in modo significativo il consumo energetico.
L'affidabilità è un fattore che può risultare problematico per i progetti che devono fornire risposte in tempo reale. Ciò non significa che i dati vengano inviati costantemente, ma che, nel momento in cui viene attivato un evento, il dispositivo o il servizio a cui è collegato devono essere in grado di rispondere immediatamente. Una tecnologia di comunicazione wireless che non è in grado di garantire affidabilità può lasciarsi sfuggire degli eventi e ciò equivale all'inaffidabilità del sistema.
Mentre tutte le tecnologie di comunicazione wireless offrono la trasmissione dei dati come servizio di base, alcune tecnologie sono in grado di fornire funzionalità aggiuntive, come il posizionamento. Tali funzionalità possono riuscire ad aggiungere qualcosa a un progetto senza costi supplementari.
Ma di tutti i fattori sopra elencati, uno dei più importanti in assoluto è la sicurezza. Con la crescente importanza della privacy e della sicurezza nell'elettronica moderna, gli spazi intelligenti del futuro saranno dominati da dispositivi in grado di collegarsi a Internet e la potenziale raccolta di dati privati (volti, dati biometrici, ecc.) spingerà l'esigenza di adottare dispositivi sicuri in tali spazi intelligenti. Pertanto, qualsiasi tecnologia di comunicazione wireless scelta dovrà essere protetta dagli attacchi.
Quali sono le principali tecnologie per gli spazi intelligenti?
Sebbene esistano diverse tecnologie wireless, le più comuni sono Wi-Fi, Bluetooth, cellulare e banda ultralarga (UWB). Ci sono altre tecnologie, come LoRaWAN e i satelliti, ma vengono utilizzate in applicazioni più specialistiche, per cui i sensori possono essere installati in aree estremamente remote.
Il Wi-Fi è una tecnologia eccellente per le applicazioni che necessitano di una buona portata e di rate dati elevati. Poiché il Wi-Fi è stato sviluppato pensando all'elettronica di consumo, è progettato per essere utilizzato con giochi, streaming video e condivisione di file, tutte applicazioni che possono risultare estremamente impegnative. Tuttavia, la bassa latenza, l'elevata ampiezza di banda e la notevole portata vanno a scapito del consumo energetico e ciò può rendere il Wi-Fi una pessima scelta per i dispositivi alimentati a batteria.
Il Bluetooth è una tecnologia wireless che opera sullo stesso spettro di frequenza del Wi-Fi (2,4 GHz), ma, a differenza di quest'ultimo, ha una portata di pochi metri e rate dati notevolmente inferiori. Ciò fa sì che il Bluetooth sia un'opzione a bassissimo consumo energetico (rispetto al Wi-Fi) e lo sviluppo della tecnologia Bluetooth Low Energy è un'aggiunta ancora migliore per le applicazioni che devono funzionare a batteria per lunghi periodi di tempo. Tuttavia, a causa della ridotta ampiezza di banda, per i sensori che trasmettono pacchetti dati di grandi dimensioni potrebbe essere più funzionale una tecnologia diversa.
Le comunicazioni cellulari (come 4G e 5G), utilizzano meno corrente rispetto al Wi-Fi e offrono portata e ampiezza di banda eccellenti. Questa tecnologia sfrutta anche il fatto che un'area con copertura mobile non ha bisogno dell'installazione di alcuna apparecchiatura speciale per connettere i sensori alla rete. Tuttavia, la copertura cellulare non è sempre ottimale e le aree remote possono risultare particolarmente svantaggiate nell'accesso alla rete.
L'UWB è una tecnologia di rete che ha recentemente iniziato a guadagnare apprezzamento grazie alla sua capacità di fornire comunicazione a lungo raggio con consumi nettamente inferiori rispetto a Wi-Fi e rete cellulare. Inoltre, l'uso di uno spettro ampio e di brevi impulsi di corrente consentono un posizionamento estremamente accurato dei dispositivi. Di conseguenza, la tecnologia UWB è particolarmente vantaggiosa nelle applicazioni che richiedono il rilevamento delle risorse in movimento.
Qual è la migliore opzione di connettività per gli spazi intelligenti?
Dopo aver esaminato le varie opzioni di connettività che gli ingegneri hanno a disposizione, la domanda rimane: qual è la migliore? La risposta è: nessuna di queste, poiché la scelta di quale tecnologia di connettività utilizzare dipende dai requisiti del progetto.
Gli spazi intelligenti all'aperto nelle aree urbane possono trarre grandi vantaggi dalle reti cellulari grazie all'ampia copertura fornita, alla possibilità di installare i dispositivi nella maggior parte dei luoghi mantenendo un segnale affidabile e alla capacità di funzionare con alimentazione a batteria. Inoltre, l'uso delle reti cellulari elimina la necessità di router, bridge o modem aggiuntivi tra i dispositivi e un ISP, riducendo significativamente la complessità dell'hardware.
Gli spazi intelligenti interni (come le case) possono trarre vantaggio dalla tecnologia Wi-Fi grazie alla sua buona portata, all'ampia disponibilità per i privati, alla capacità di fornire messaggi a bassa latenza e all'utilizzo diffuso nei dispositivi IoT preesistenti. Sebbene il Wi-Fi abbia consumi energetici rilevanti, i dispositivi installati in spazi interni avranno probabilmente accesso all'alimentazione di rete.
Gli spazi intelligenti che non dispongono di un'infrastruttura di alimentazione possono dipendere dalle batterie e, in questi casi, può essere più vantaggioso utilizzare il Bluetooth o l'UWB. Esistono già sul mercato alcuni dispositivi Bluetooth a basso consumo che si alimentano autonomamente attraverso la forza meccanica (come alcuni campanelli) e ciò indica la quantità minima di corrente necessaria per far funzionare i dispositivi Bluetooth.
Le applicazioni che coinvolgono sensori in movimento (come transpallet, persone o pacchi) possono sfruttare meglio l'UWB, che offre caratteristiche quali portata estesa, basso consumo energetico e tracciamento accurato. La tecnologia UWB è già utilizzata nei dispositivi di tracciamento delle risorse, come Apple AirTag, e viene integrata sempre più spesso nei progetti degli smartphone.
Che direzione prenderà il settore degli spazi intelligenti?
Di tutte le tecnologie di comunicazione attualmente in uso, quella cellulare sembra essere la soluzione più adatta per gli spazi intelligenti, innanzitutto perché gli spazi intelligenti del futuro saranno molto probabilmente limitati a città, siti industriali e ambienti domestici e tutti questi luoghi ricevono il segnale delle reti cellulari. Ciò significa che i dispositivi potranno essere aggiunti a uno spazio intelligente senza la necessità di installare nuove apparecchiature di rete e l'unico requisito per l'aggiunta sarà l'indirizzamento dei nuovi dispositivi al servizio cloud corretto.
Mentre il 5G è ancora in fase di distribuzione, si sta già sviluppando il 6G ed è stato persino affermato che questa sarebbe la prima rete unificata in cui la tecnologia 6G sarebbe l'unica rete wireless necessaria. Naturalmente, Bluetooth e Wi-Fi continuerebbero a svolgere un ruolo importante, ma una rete centralizzata potrebbe generare notevoli vantaggi, come una migliore copertura e un'installazione più semplice. Inoltre, è probabile che gli spazi intelligenti conterranno centinaia di sensori e le attuali reti Wi-Fi non sono progettate per gestire così tanti dispositivi connessi contemporaneamente (mentre le reti cellulari lo sono).
Esistono molte tecnologie di connessione e scegliere quella giusta per la propria applicazione è essenziale, poiché cercare di apportare modifiche a un progetto già in fase di sviluppo avanzato può essere estremamente costoso. Per scegliere la giusta tecnologia, è necessario individuare i requisiti fondamentali per il progetto, quindi si devono considerare le funzionalità che si potrebbe voler includere in futuro. Infine è indispensabile riflettere su quale direzione prenderà il settore, poiché rendere i dispositivi già compatibili con le soluzioni future potrebbe fornire un enorme vantaggio competitivo rispetto ai dispositivi che dovranno essere sostituiti.