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NOVEMBRE 2019 FIELDBUS & NETWORKS 48 Fieldbus & Networks del wi-fi), mentre le antenne direttive permettono di coprire aree più estese, come aeroporti, centri commerciali ecc. Con il wi-fi è anche possibile coprire grandi distanze in termini chilometrici, veicolando la banda larga nei territori scoperti dalla rete cablata. Un dispositivo, anche se conforme alle specifiche dello standard, non può utilizzare il logo ufficiale wi-fi se non ha superato le pro- cedure di certificazione stabilite dal consorzio Wi-Fi Alliance, che testa e certifica la compatibilità dei componenti wireless con gli standard 802.11x (della famiglia 802.11). A causa dei consumi ele- vati richiesti per raggiungere capacità significative e una buona co- pertura all’interno di edifici, inoltre, il wi-fi non si presta all’utilizzo con dispositivi alimentati a batteria. Il problema si può risolvere attivando la sezione radio solo per brevi periodi, separati da lunghi intervalli di inattività, sicuramente però per ora non è un protocollo estremamente diffuso in certi ambiti, come quello dei prodotti in- dossabili. Passando a Bluetooth, che è giunto ormai alla versione 5, si tratta di uno standard concepito in casa Ericsson nel 1994 per la comuni- cazione wireless fra telefoni e PC. Il nome è ispirato a Re Aroldo I di Danimarca (Harald Blåtand, Harold Bluetooth in inglese), che unì gli scandinavi introducendo nella regione il cristianesimo. Da qui il nome di un protocollo ritenuto capace di mettere in comunicazione dispositivi estremamente diversi. Il logo altro non è che la riela- borazione grafica delle antiche lettere runiche corrispondenti alle moderne H e B. Bluetooth è uno standard per reti personali senza fili Wpan, con scambio di dati su una frequenza radio sicura e a corto raggio: fino a 100 m di copertura per un dispositivo di Classe 1 e fino a 1 m per dispositivi di Classe 3, con capacità di trasmissione dati fino a 3 Mbps. Esso opera cercando i dispositivi coperti dal segnale radio entro il raggio di lavoro e mettendoli in comunicazione tra loro. Il protocollo Bluetooth opera nel campo di frequenze assegnato intorno ai 2,45 GHz. Per ridurre le interferenze il protocollo divide la banda in 79 canali e provvede a commutare tra i vari canali 1.600 volte al secondo. I collegamenti Bluetooth sono di due tipi: Connection Oriented e Connectionless. Il primo tipo richiede una connessione tra i dispositivi prima di inviare i dati, mentre con il secondo tipo il trasmettitore può iniziare a inviare i dati in qualsi- asi momento purché conosca l’indirizzo del destinata- rio. Due o più dispositivi collegati in Bluetooth formano una Piconet, lasciando al master il compito di sincronizzare gli slave e la sequenza di hopping; le specifiche Bluetooth preve- dono tre tipi di topologie di rete: punto-punto, punto-multipunto e Scatternet, dove si possono collegare tra loro diverse Piconet. Un dispositivo Bluetooth si può trovare essenzialmente in due stati, ovvero in connessione o in stand by; quest’ultimo stato permette di risparmiare energia, limitandosi a ‘mettersi in ascolto’ di even- tuali messaggi dal master ogni 1,28 secondi. Per le applicazioni IoT è stato introdotto Bluetooth Low Energy, co- munemente noto come ‘Bluetooth Smart’; si tratta di una tecnologia introdotta con il nome Wibree da Nokia nel 2006, concepita per volumi di dati inferiori; è una soluzione ideale per i dispositivi ali- mentati a batteria che hanno esigenze di comunicazione sporadica, come per esempio i contatori dell’acqua o del gas. Questi dispositivi Bluetooth possono così funzionare per molti anni con una piccola batteria. Tecnologie Lpwan In talune applicazioni IoT e machine-to-machine (m2m) a livello edge, le ridotte dimensioni dei pacchetti scambiati e la loro sporadicità rendono le tecnologie di messaggistica cellulare ad alta potenza so- vradimensionate. A tale proposito, esistono opzioni di connettività al- ternative a bassa potenza e banda limitata, quali le tecnologie Lpwan o LPN. Oltre a contenere costi e consumi queste tecnologie Lpwan consentono di supportare reti potenzialmente basate su milioni di di- spositivi edge alimentati in modo autonomo. È il caso di due soluzioni Lpwan che vanno per la maggiore: LoRa e SigFox. LoRa Il protocollo LoRa, promosso dalla LoRa Alliance, è una tecnologia sviluppata da Semtech, azienda produttrice di semiconduttori, de- stinata agli oggetti wireless alimentati a batteria operanti su scala regionale, nazionale o anche globale. LoRa (abbreviazione di Long Range) opera in bande di frequenza sub-GHz libere da 868 a 915 MHz, utilizzando una tecnica CSS (Chirp Spread Spectrum), e offre uno schema di comunicazione protetto bidirezionale e mobile sup- portato da servizi di localizzazione. Le specifiche stabiliscono dei re- quisiti di interoperabilità che non implicano complesse installazioni, offrendo a utenti, sviluppatori e gestori l’opportunità di rendere i propri oggetti compatibili con l’IoT. L’architettura di rete LoRa è tipicamente basata su una topologia ‘star- of-stars’, in cui i gateway sono dei bridge trasparenti che trasmettono i messaggi tra dispositivi terminali e il server di rete centralizzato in backend. I gateway sono connessi al server di rete attraverso col- legamenti IP standard, mentre i dispositivi terminali utilizzano una comunicazione wireless single-hop verso uno o più gateway. Tutte le comunicazioni sono bidirezionali, ma supportano anche la modalità multicast consentendo l’invio di aggiornamenti software/firmware ‘over the air’, o altre distribuzioni di massa per ridurre il tempo di trasmissione attiva. Le velocità di LoRa vanno da 0,3 kbps a 50 kbps; per massimizzare la durata delle batterie e la capacità globale della rete, il server LoRa gestisce l’uscita RF e la velocità di ogni singolo dispositivo terminale attraverso uno schema adattativo. Le reti nazionali orientate all’IoT, per esempio le infrastrutture cri- tiche, che trattano dati personali riservati o funzioni fondamentali per la società, richiedono comunicazioni sicure. Questa esigenza è stata soddisfatta da LoRa grazie a vari livelli di criptaggio, basati Tabella riassuntiva dei diversi protocolli