Oggi vengono utilizzate tecnologie diverse per il trasferimento dei dati, tecnologie e protocolli che si intrecciano nell’etere creando una tela sottile ma allo stesso tempo colma di informazioni. Ogni protocollo o tecnologia utilizzata per trasmettere questi dati, ha i suoi punti di forza e di debolezza e ogni singolo progetto o scenario determina quale potrà essere utilizzata. A partire dal 2016, si è aggiunto un nuovo protocollo di trasmissione dei dati, attualmente utilizzato nel mondo dell’IoT (Internet of Things) e che probabilmente, negli anni a venire, sarà quello maggiormente utilizzato, si tratta del NB-IoT (Narrowband Internet of Things).
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Lo scenario della connettività wireless nelle reti IoT
Le aspettative nei confronti del 5G sono davvero alte: quando la sua copertura sarà diffusa, rivoluzionerà completamente l’universo della comunicazione dati e diventerà lo standard di elezione per lo sviluppo delle reti IoT. Ma le applicazioni smart necessitano di una connettività adeguata per sensori e oggetti connessi già oggi. Gartner ipotizza che i device smart saranno quasi 6 miliardi e mezzo già il prossimo anno, mentre un altro analista, IHS Markit, guarda oltre e stima che saranno ben 75 miliardi nel 2025. Un volume così elevato di oggetti connessi necessita di reti wireless all’altezza. Oggi esistono diverse opzioni per implementare la IoT connectivity, ovvero la connettività all’interno delle reti di sensori. Le reti wireless in bande non licenziate a 2.4 e 5 GHz sono basate su tecnologie Hiperlan/802.11 e 802.16 Wimax e vengono utilizzate soprattutto per la costruzione di reti proprietarie a sostegno di applicazioni di videosorveglianza e per la costruzione di network per i servizi della PA. La connettività Low Power WAN (LPWAN) è quella che “va per la maggiore”. È efficace su un raggio di diverse decine di chilometri, sfrutta le bande licenziate e si rivela particolarmente adatta per garantire connettività M2M e IoT sulle applicazioni che non prevedono la trasmissione o ricezione continua.
Gli analisti di ON World prevedono una rapida espansione per questo tipo di connessioni, che saliranno dalle 35 milioni di unità vendute nel 2016 a mezzo miliardo nel 2025. Le reti mobile cellulari – all’inizio il GPRS e, più di recente il 3 G, il 4 G e il 4.5 G – assicurano un’ampiezza di banda elevata (fino a 10 Mbps) e una copertura estesa per svariati chilometri a fronte di alti costi di connessione e consumi energetici elevati. Proprio per ovviare in parte a queste limitazioni nell’attesa della definitiva consacrazione del 5G, molte aziende negli ultimi mesi hanno optato per Narrowband IoT (NB-IoT) come tecnologia di connettività IoT e M2M. Il NB IoT è una tecnologia versatile e molto economica che permette alle aziende di creare applicazioni IoT negli ambiti più svariati: smart metering (contatori intelligenti per gas, acqua ed elettricità), logistica integrata, sanità digitale, agricoltura di precisione e Industria 4 Industria 4.0, giusto per citarne alcuni.
Che cosa è NB-IoT
NB-IoT è una tecnologia che consente a un gran numero di dispositivi di inviare dati dove non esiste una vera e propria copertura di rete mobile standard. Tale tecnologia utilizza uno spettro di frequenza concesso in licenza e libero da interferenze con altri dispositivi e garantisce un trasferimento dei dati più lento ma con una affidabilità più alta.
Le suddette caratteristiche fanno sì che NB-IoT possa rientrare nella categoria degli standard e dei protocolli di rete LPWA (LPWAN).
La sigla LPWA viene utilizzata per indicare molti tipi di standard di comunicazione wireless IoT che consentono di impiegare dispositivi con batterie e che, inviando piccoli volumi di dati, trasmettono su una vasta area (Wide Area Network) con una potenza relativamente bassa (quindi il ‘LP’).
Ma cosa è, in concreto, il NB-IoT? Si tratta di uno standard di comunicazione dati che sfrutta le reti cellulari e opera sulla banda licenziata a 800 MHz. È una tecnologia che fa parte del ventaglio delle connessioni LPWAN (Low Power Wide Area Network), sviluppata per superare il gap esistente tra le tecnologie di comunicazione cellulare a lungo raggio, come 3G e 4G LTE e 4.5 G e le reti wireless a breve distanza (come Bluetooth, Wi-Fi o NFC – Near Field Communication). Lo standard NB-IoT rappresenta un’evoluzione delle reti LTE (Long Term Evolution), che assicura una comunicazione dati bidirezionale e Machine to Machine anche nelle condizioni più “ardue”, come in ambienti industriali particolarmente caldi, molto freddi o umidi, all’interno di tombini, scantinati e box. Questa tecnologia necessita di una banda di ampiezza ridotta (appena 200 kHz) e può, quindi, essere utilizzata in affiancamento alle reti cellulari già in uso senza che ci siano interferenze. La banda ridotta permette comunque di inviare pacchetti dati da 200 kilobit che sono più che sufficienti per soddisfare le esigenze di telecontrollo e monitoraggio remoto.
E proprio il remote monitoring sanitario, per garantire la continuità di cura ai pazienti cronici o a quelli in decorso post operatorio, è uno degli ambiti applicativi più validi per il NB-IoT, accanto alla gestione delle flotte e delle vending machine. Lo stesso standard permette di creare in modo rapido servizi di nuova generazione per le smart city: smart metering per efficientare i sistemi idrici, cassonetti intelligenti che quando sono pieni comunicano con gli addetti alla raccolta la necessità di essere svuotati e sensori interrati nel manto stradale dei parcheggi pubblici per segnalare che un posto è libero. Particolarmente apprezzate sono l’economicità di questa tecnologia, con il costo di un modulo di comunicazione che continua a scendere, e la vita utile della batteria, che arriva fino a 10 anni senza necessitare di interventi di sostituzione. La possibilità di connettere oggetti e sensori posizionati anche all’interno di siti difficilmente raggiungibili da connettività cellulare e alimentazione elettrica, rende il NB-IoT la scelta ideale per i servizi di monitoraggio strutturale di ponti, dighe e viadotti e un ottimo alleato per le applicazioni di agricoltura di precisione.
NB-IoT, come funziona
L’IoT a banda stretta è stato progettato per funzionare utilizzando bande a spettro ristretto (180 kHz o 200 kHz). Tra i punti di forza di questa tecnologia non c’è la velocità di connessione elevata (caratteristica non essenziale per le finalità di progetto), bensì la stabilità della connessione: lo standard NB-IoT consente infatti trasferimenti fino a 250 kbit/s con una latenza da 1,6 a 10 secondi. NB-IoT è una tecnologia cellulare e, per garantire il funzionamento della comunicazione, può funzionare in ben tre modi diversi:
- utilizzando la banda GSM (stand alone);
- utilizzando e condividendo la banda LTE (in-band);
- utilizzando la spaziatura tra la banda LTE massimizzando così lo spettro di comunicazione (guard-band).
I principali vantaggi
Il NB-IoT, spesso indicato come LTE M2, offre indiscutibili vantaggi alle aziende che abbracciano i percorsi strategici legati all’Internet of Things. Ecco i principali:
- Efficienza energetica: tecnologie come il NB-IoT, con uno spettro di comunicazione ridotto, si caratterizzano per i consumi energetici particolarmente contenuti. La durata nel tempo dei moduli di comunicazione IoT, senza penalizzazioni per la bontà del segnale, è un aspetto fondamentale dei moduli di comunicazione Narrowband IoT, con una durata stimata delle batterie che si allunga fino a 10 anni.
- Basso costo: la tecnologia dei moduli di comunicazione è semplificata al massimo, con un costo che ormai si attesta al di sotto dei 5 dollari.
- Ampia copertura: il segnale NB-IoT si propaga anche in luoghi remoti, in ambienti industriali o interrati in cui gli altri segnali non sono regolari.
- Bassa latenza di trasmissione
- Ampio numero di connessioni supportate: è possibile collegare diverse decine di migliaia di oggetti (fino a 150mila per ciascuna cella).
- Comunicazione bidirezionale robusta: la possibilità di sfruttare le frequenze licenziate migliora l’affidabilità e la sicurezza delle comunicazioni e assicura la corretta allocazione delle risorse utili per gestire al meglio la Quality of Service (QoS). Il bit rate a bordo cella è nell’ordine di 1 kbps, con la possibilità di arrivare fino a 250 kbps in zone a buona copertura.
- Deployment facilitato: a differenza dell’LTE-M1, il NB-IoT non necessita di un gateway per fornire funzionalità di connettività.
- Versatilità: le funzionalità dei moduli NB-IoT sono facilmente estensibili al roaming, nazionale e globale e alla localizzazione, altrimenti impossibili utilizzando soluzioni radio basate su frequenze libere.
Dove può essere utilizzato
NB-IoT verrà utilizzato maggiormente in applicazioni simili a quelle già implementate con soluzioni e standard non cellulari. Gli esempi includono l’agricoltura 4.0, diverse applicazioni per città intelligenti (ad es. parcheggi intelligenti, illuminazione stradale intelligente, gestione dei rifiuti), alcune applicazioni per smart home, contatori di luce e/o gas intelligenti, automazione della produzione, rilevatori di fumo, Industria 4.0 con, ad esempio, monitoraggio delle condizioni ambientali e persino manutenzione predittiva.
La seguente immagine può essere una sintesi della vasta gamma di applicazioni di NB-IoT.
Inizialmente è stato sviluppato in Europa e in Asia, ma al momento le applicazioni maggiori sono presenti in China:
- A Zhengzhou, China Mobile sta utilizzando la tecnologia NB-IoT per collegare tre milioni di biciclette elettriche a una piattaforma gestionale pensata per ridurre furti e incidenti.
- China Telecom sta progettando di utilizzare NB-IoT per collegare circa 1,2 milioni di elettrodomestici, come condizionatori d’aria, lavatrici e depuratori d’acqua in scuole e appartamenti a Pechino, Shanghai, Guangzhou, Shenzhen e Chengdu.
- China Unicom prevede di distribuire 170mila sensori di fumo con tecnologia NB-IoT nelle case in affitto nel distretto Yuhang di Hangzhou in Cina.
In conclusione, secondo stime Ericsson sul mondo IoT, entro la fine del 2025 NB-IoT e Cat-M/LTE-M rappresenteranno il 52% delle connessioni IoT cellulari, come mostrato in figura.
Video: NB-IoT (in inglese)
NB-IoT per proteggere gli investimenti in attesa del 5G
Con le soluzioni NB-IoT è possibile realizzare nuovi servizi digitali a favore dei cittadini e permettere alle aziende di garantire soluzioni altamente innovative e maggior efficienza ai propri processi. Quasi tutti i device NB-IoT in commercio oggi sono aggiornabili a livello di firmware per supportare le funzionalità 5G e questo rende il Narrowband IoT la scelta ideale per le aziende che vogliono proteggere i propri investimenti in tecnologie smart. A queste aziende Olivetti e TIM si rivolgono con un’offerta di connettività per gli ambienti smart basata proprio su tecnologia NB-IoT. Olivetti-TIM M2MSMART è una soluzione integrata di SIM M2M, connettività gestita e SIM management fruibile in cloud attraverso la consolle di gestione Cisco Jasper. Si tratta di una soluzione “chiavi in mano” ma ampiamente personalizzabile che permette di gestire l’attivazione massiva delle SIM, monitorare i consumi e definire regole per la generazione automatica di allarmi e trigger. Il modulo aggiuntivo PRIME SUITE estende le funzionalità supportate alle data analytics e alla sicurezza avanzata.
(aggiornamento della prima versione 14 settembre 2019)
