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che rendono fisicamente molto più difficile la penetrazione del segnale
attraverso i muri. Ora che il mercato IIoT è diventato appetibile, gli orga-
nismi che definiscono gli standard delle reti radiomobili cellulari stanno
facendo ‘marcia indietro’ e hanno adottato una politica divergente: da un
lato, continua l’evoluzione delle reti per garantire velocità più elevate per
il mercato consumer, dall’altro vengono sviluppati nuovi standard a bassa
velocità e a bassa frequenza operativa, per garantire i bassi consumi e
l’elevata copertura all’interno degli edifici richiesta dalle applicazioni IIoT.
L’evoluzione degli standard 3GPP
Nell’ambito dell’organizzazione 3GPP, che definisce i principali standard
poi utilizzati nelle reti cellulari pubbliche, nella Release 13 sono state
specificate tre tecnologie abilitanti fondamentali per favorire lo sviluppo
delle applicazioni IIoT basate sulle reti cellulari, diversificate a seconda
dei requisiti da soddisfare e dei mercati a cui si rivolgono.
•
NB-IoT
(Narrowband Internet of Things) rappresenta una soluzione
basata su una nuova interfaccia radio, che può essere utilizzata sia in una
porzione della banda del segnale LTE (o nella sua banda di guardia), o
ancora inmodo autonomo in porzioni di spettro rese disponibili dal rilascio
di frequenze (per esempio nel caso del refarming di una banda GSM).
•
LTE-M
(Long TermEvolution -Machine-Type Communications) rappre-
senta un’evoluzione di quanto si è iniziato a definire nell’ambito della Re-
lease 12 del 3GPP, in termini di MTC (Machine-Type Communications) in
una rete LTE, con l’introduzione di una categoria specifica per i terminali,
denominata Cat-0. LTE-M è pertanto noto anche con l’acronimo eMTC
(enhanced-MTC) e per i terminali è stata introdotta una nuova categoria,
denominata Cat-M1.
•
EC-GSM-IoT
(Extended Coverage GSM IoT) rappresenta la soluzione
compatibile con una rete GSM/Edge, di cui riutilizza una porzione della
banda e che richiede la disponibilità dell’Egprs in rete (ossia della compo-
nente a pacchetto di Edge).
Le prospettive delle reti NB-IoT
Molti operatori di rete, tra cui quelli attivi in Italia, hanno dichiarato il loro
grande interesse a sviluppare la tecnologia NB-IoT. Rispetto alle tecnolo-
gie 2G e 3G, lo tecnologia NB-IoT, basata su LTE, garantisce all’operatore
maggiore possibilità di copertura a parità di potenza trasmessa, minore
consumo delle batterie dei dispositivi grazie a una semplificazione delle
procedure di segnalazione, migliore impiego dello spettro e, nel con-
tempo, garantisce prestazioni interessanti per i dispositivi industriali,
dell’ordine di svariate centinaia di kbps. Inoltre, ulteriori evoluzioni sono
già previste all’interno delle future specifiche 5G, costruite per supportare
scenari di comunicazione a bassissima latenza (uLLC) e massiva (massive
MTC), anche tramite una nuova interfaccia radio e nuove risorse spettrali.
I campi di applicazione di NB-IoT includono quelli per i quali i dispositivi
sono collocati in luoghi tali per cui è necessario garantire una consistente
estensione della copertura radioelettrica e la durata della batteria è un
fattore estremamente importante, in quanto non risulta agevole, e ne-
anche economicamente conveniente, intervenire sugli stessi dispositivi
per sostituirne la batteria; in questi casi il ciclo di vita dei dispositivi cor-
risponde di fatto alla durata stessa della loro batteria. Al contempo, la
mole di dati da trasferire e da ricevere da parte di tali dispositivi è molto
contenuta, nell’ordine di alcune decine di byte al giorno, come media,
per cui la rete NB-IoT risulta una soluzione ottimizzata per applicazioni
quali lo smart metering. NB-IoT nasce come una nuova tecnologia radio,
tuttavia utilizzabile in una rete LTE nella sua banda utile di dispiegamento,
il cosiddetto ‘in-band deployment’, mediante l’utilizzo di una o più porzioni
di spettro da 180 kHz, dette PRB, allocate nella banda utile di LTE, oppure
nella sua banda di guardia, ‘guard-band deployment’, mediante l’utilizzo
di uno o più porzioni di spettro di 180 kHz allocati nella banda di guardia di
LTE, o ancora in porzioni di spettro rese comunque disponibili, per esem-
pio una o più portanti GSM di una rete GSM ancora dispiegata in campo
(‘stand alone deployment’) mediante l’utilizzo di uno o più canali di 200
kHz nominali, 180 kHz effettivi (si veda Figura 1).
I principali requisiti soddisfatti da NB-IoT sono così riassumibili:
• dispiegamento in una banda estremamente ridotta (180 kHz) e facil-
mente scalabile al crescere del traffico IoT, con allocazioni multiple di
canali da 180 kHz;
• consistente estensione della copertura radioelettrica rispetto a quella
fornita da una rete tradizione Gprs, per coprire gli scenari in cui i dispo-
sitivi sono collocati in luoghi non agevolmente accessibili, per esempio
negli scantinati, e/o sono protetti in contenitori metallici;
• potenza di trasmissione del terminale impostata a 23 dBm, oppure
a 20 dBm, valori tali da consentire l’integrazione dell’amplificatore di
potenza nel SoC (System-on-Chip). A titolo comparativo, un terminale
Gprs trasmette a 33 dBm, ossia a un valore di almeno 10 dB superiore,
pur raggiungendo una copertura radioelettrica di 20 dB inferiore rispetto
a NB-IoT;
• durata della batteria del terminale superiore ai 10 anni, nel caso di un
modello di traffico che contempli l’invio, da parte del terminale stesso,
di una quantità di dati sino a 200 byte al giorno.
Avviato il servizio commerciale NB-IoT
TIM ha dichiarato che sono già 5.000 i Comuni dove si possono utilizzare
i suoi servizi di nuova generazione per Internet of Things. La disponibilità
del servizio NB-IoT su tutto il territorio nazionale, resa possibile dall’acce-
lerazione tecnologica di TIM, abiliterà lo sviluppo commerciale dei servizi
a partire dai contatori intelligenti, che consentiranno non solo il monito-
raggio in tempo reale dei consumi e la telegestione delle reti di trasporto
e distribuzione di gas, acqua, energia elettrica, ma anche il tele-riscalda-
mento e la gestione ambientale. Anticipando alcune delle capacità con-
sentite dalle future reti 5G, la tecnologia NB-IoT permette, attraverso uno
standard specificato per funzionalità d’uso proprie dell’Internet of Things,
un significativo risparmio dei consumi con una durata delle batterie degli
oggetti connessi di oltre 10 anni e importanti incrementi delle coperture
radio fino a sette volte maggiore rispetto al GSM. Grazie a quest’ultima
caratteristica, l’aggiornamento NB-IoT su tutta la rete LTE di TIM, che
già copre oltre il 97% della popolazione italiana, renderà entro i 2018 il
servizio disponibile su tutto il territorio nazionale, anche in aree dove la
copertura non sempre è ottimale come sottoscala, tombini, locali interrati,
cantine o box. Inoltre, la tecnologia NB-IoT consente di ottimizzare i costi
degli oggetti connessi e garantisce sicurezza e affidabilità tipiche delle reti
mobili su spettro licenziato.
Dal canto suo, Vodafone Italia ha annunciato un piano di investimenti
da oltre 10 milioni di euro per portare la tecnologia di rete ‘Narrowband
Internet of Things’ in tutta Italia. La copertura Narrowband-IoT, che rap-
presenta un ulteriore passo verso l’introduzione delle reti di quinta gene-
razione, è partita a ottobre 2017 con i principali Comuni del Centro-Sud e,
da gennaio 2018, proseguirà con i principali comuni del Nord Italia, con
l’obiettivo di coprire tutto il territorio nazionale entro marzo 2019.
FEBBRAIO 2018
FIELDBUS & NETWORKS
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Figura 1 - Lo standard NB-IoT prevede tre possibilità per realizzare la
rete: riciclando la canalizzazione delle vecchie reti GSM, sfruttando la
banda di guardia delle reti LTE, oppure la canalizzazione delle reti LTE
Fonte Ericcson