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MAGGIO 2017 FIELDBUS & NETWORKS 90
di Emiliano Sisinni
Il machine-to-machine (m2m) e i servizi offerti dall’Internet of Things
industriale (IIoT) sono sicuramente i due approcci fondamentali alla
base dei nuovi paradigmi della Digital Factory e di Industry 4.0.
Come risulta dagli investimenti che si prevedono nell’immediato fu-
turo nel campo dell’IIoT, l’avvento di dispositivi (low cost) costante-
mente interconnessi apre nuove ed eccitanti opportunità che coinvolgono
i soggetti più disparati, in una vasta gamma di settori. Giusto per fare un
esempio, il deployment di reti m2m ben organizzate e facilmente acces-
sibili permette un controllo preciso della produzione o dello stato dell’im-
pianto produttivo stesso, che a sua volta si può tradurre in un risparmio
sulla logistica e la manutenzione. Non a caso, nuovi servizi come l’elabo-
razione di eventi in tempo reale 24/7 sono sempre più spesso introdotti
nella supply chain. Avere un sistema di monitoraggio che segua tutta la
catena, estendendosi dalla produzione alla fornitura, permette di ridurre
al minimo l’impatto di eventuali imprevisti e, di conseguenza, di migliorare
i processi aziendali e lo scambio di informazioni tra le parti interessate,
quello che viene chiamato il business-to-business (B2B). Esempi sempre
più diffusi di reti abilitanti servizi B2B/m2m sono lo smart metering, o
l’agricoltura intelligente.
Le nuove necessità dell’IIoT
Le reti m2mpossono, almeno a prima vista, essere considerate un diverso
settore applicativo delle (Industrial) Wireless Sensor Network ((I)WSN)
e si potrebbe pertanto essere propensi a credere che la maggior parte
delle applicazioni m2m possano essere soddisfatte con questo tipo di
tecnologia, ormai consolidata. Tuttavia, il problema fondamentale che le
reti m2m si trovano a dover gestire è l’enorme numero di dispositivi che
le compongono e la copertura d’area richiesta per raggiungerli. Si stima
infatti che il numero di dispositivi che saranno connessi in rete entro il
2020 debba raggiungere la stratosferica quota di 28 miliardi. Gestire una
tale mole di dispositivi richiede: un basso costo del singolo nodo; l’otti-
mizzazione dei consumi energetici dei nodi (supponendo un’alimentazione
autonoma); un’elevata scalabilità della rete stessa; la copertura geogra-
fica. Le tecnologie (I)WSN tradizionali non riescono a soddisfare tutti que-
sti requisiti, pertanto è necessario ricorrere a
nuove tecnologie e soluzioni.
Le necessità di una copertura geografica
sono state soddisfatte in passato ricorrendo
a soluzioni mobile (2/3/4G), se non addirit-
tura attraverso connettività via satellite, ma
i costi elevati e i consumi richiesti da questi
sistemi rendono inadatte queste alternative. Tali soluzioni si basano su
infrastrutture pubbliche (si considerino per esempio le problematiche
relative alla gestione delle schede SIM) e operano in bande licenziate.
Inoltre, i protocolli impiegati mirano a soddisfare requisiti ben diversi ri-
spetto a quanto richiesto dall’IIoT. Infatti, se nelle reti mobili la tendenza
è verso una disponibilità di banda sempre maggiore, da conciliare con la
crescente domanda di traffico multimediale, nel settore dei servizi IIoT è
più importante ottimizzare l’impiego della banda e ridurre costi e consumi.
Le soluzioni derivate dal mobile sono pertanto inefficienti in termini di
scalabilità e consumi energetici. Relativamente al primo problema, l’im-
piego di femto o picocelle è comunque generalmente troppo costoso; per
quanto riguarda l’efficienza energetica, l’overhead relativo alla gestione
della comunicazione richiede uno scambio quasi continuativo di dati, che
è particolarmente penalizzante per la durata delle batterie.
Proprio per risolvere queste esigenze è nato un nuovo paradigma di co-
municazione wireless, chiamato Low Power Wide Area Networking (LP-
WAN). Esso si basa su un’organizzazione della rete di tipo cellulare, la cui
scalabilità è generalmente ottenuta integrando dispositivi ‘edge’ (ovvero
l’equivalente delle stazioni base delle comunicazioni mobili), che sono
relativamente semplici, a basso costo e con bassi consumi. Dalle rete
di backhaul si passa quindi alla connettività verso il cloud, all’interno del
quale i dati dal campo vengono memorizzati ed elaborati.
Fieldbus & Networks
Building
blocks
COMUNICAZIONI AL
SERVIZIO DELL’IIOT
L’AVVENTO DELLE SOLUZIONI LP-WAN PER
L’INDUSTRIAL IOT APRE LA STRADA A NUOVI SERVIZI,
COME L’ELABORAZIONE DI EVENTI IN TEMPO REALE O
LA GESTIONE OTTIMIZZATA DI PROCESSI, PRODUZIONE,
MANUTENZIONE
L’architettura di una rete LP-WAN per l’IIoT
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