Il mondo dell’IoT (Internet of Things) è vastissimo e tocca tutti gli ambiti, da quello civile e quindi la vita di tutti i giorni, a quello industriale (dove prende il nome di IIoT, ossia Industrial Internet of Things). Le tecnologie utilizzate per connettere i dispositivi sono le più svariate e ognuna è adatta ad eseguire compiti specifici, perché non c’è una sola tecnologia che possa coprire tutte le esigenze.
La parte del leone in ambito domotico la fanno il Wi-Fi e i protocolli custom dei vari costruttori: Alexa è il classico esempio di applicazione IoT in ambito domotico.
Ma la vera Internet of Things è quella che per la connessione tra dispositivi si appoggia alle cosiddette LPWAN (Low Power Wide Area Network) cioè bande di frequenza adatte per coprire lunghe distanze, essere robuste ai disturbi e adatte per realizzare prodotti alimentati a batteria.
All’interno del mondo LPWAN (o LPWA – Low Power Wide Area, se preferite…) spiccano quelle supportate dalle bande licenziate e gestite da vari player telefonici e nello specifico la tecnologia NB-IoT (Narrow Band IoT) e il CAT-M, ovvero in senso generale l’LTE. La tecnologia Narrow Band (NB-IoT) è già da tempo utilizzata per connettere contatori del gas e dell’acqua o sensori di allarme di qualsiasi natura. Caratterizzata da un consumo energetico molto basso, permette di realizzare dispositivi con durata di vita con batteria superiori ai 10 anni con una comunicazione giornaliera. La frequenza utilizzata di 800 MHz le consente di arrivare in posti dove il cellulare comune non funziona più, ad esempio, negli scantinati, nel sottosuolo e in alta montagna. Sfruttando la copertura del 4G, è pressoché presente su tutto il territorio, non solo Italiano ma anche europeo e mondiale.
Utilizzando SIM degli operatori internazionali si può coprire tutta l’Europa con la stessa tariffa, peraltro molto contenuta.
I limiti di questa tecnologia sono legati principalmente al fatto che non si può comunicare in continuo, ma il dispositivo deve inviare pacchetti di dati e non deve veicolare filmati o altro di “pesante”, per questo motivo è sufficiente l’utilizzo di bande limitate per traffico orario di dati.
La tecnologia Cat-M utilizza la rete cellulare 4G che, rispetto al Narrow Band IoT, si caratterizza per un’ampia copertura, performance stabili anche in mobilità e una capacità di trasmissione dati elevata che insieme ne fanno la tecnologia ideale per soluzioni IoT in mobilità.
Sfruttando l’NB-IoT, un’azienda italiana ha realizzato il sistema IoTicontrollo, coniando questo termine a connotare l’idea: un sistema IoT integrato ed appoggiato ad un Cloud proprietario, che consente di controllare nel senso più ampio del termine delle unità remote e acquisire parametri e impostare dispositivi locali, tramite una comoda App per smartphone; insomma, un’interpretazione particolare dell’IoT che è mirata al controllo remoto semplice e sicuro, senza i limiti che le tecnologie LoRa o SigFox o altre proprietarie imporrebbero, giacché qui ci si appoggia alla rete radiomobile 4G sfruttando la tecnologia Narrow Band IoT e più in generale l’LTE.
IoT e tecnologia LPWAN
Attraverso chip e sensori inseriti al loro interno, gli oggetti connessi sono in grado di interagire tra loro e con la realtà circostante, permettendo in questo modo al mondo fisico di essere progressivamente digitalizzato e monitorato.
L’utilizzo delle reti a bassa potenza ed ampio raggio, ossia LPWAN, permette la connessione tra questi oggetti con basse velocità di comunicazione e scambio di poche decine o centinaia di bit nel complesso. Ricordiamo che l’accesso a queste reti, come anche a quelle implementate con i protocolli LoRa e SigFox, consente di coprire grandi distanze a patto di impiegare una banda minima, ed è per questo che a tali sistemi di comunicazione vengono appoggiati dispositivi che richiedono la trasmissione periodica di modeste quantità di dati.
L’impegno orario o giornaliero delle bande assegnate non deve superare una certa percentuale (duty-cycle dei dati) e la comunicazione avviene tipicamente impiegando protocolli come l’MQTT (Message Queue Telemetry Transport) ossia un protocollo di messaggistica ISO basato su standard, o un insieme di regole, utilizzato per la comunicazione tra macchine e collocato in cima allo stack TCP/IP; per quanto riguarda il sistema IoTicontrollo, invece, viene adottato un protocollo proprietario UDP per minimizzare il numero di byte trasmessi.
I vantaggi offerti dall’utilizzo della tecnologia LPWAN NB-IoT sono:
- efficienza energetica e quindi lunga autonomia nell’alimentazione a batterie (fino a 10 anni);
- facilità di sviluppo e supporto perché basata sull’infrastruttura cellulare;
- copertura outdoor e indoor (quindi permette di accedere a dispositivi collocati in cantine e tombini, come i contatori per smart metering);
- connessione sicura e protetta, grazie alla cifratura della rete 4G;
- capacità di connessione di 100.000 dispositivi per singola cella della rete radiomobile;
- bassi costi dei componenti;
- nessuna limitazione del duty-cycle della comunicazione;
- frequenza di libero utilizzo;
- copertura praticamente mondiale.
Nel caso dei dispositivi IoTicontrollo, la tecnologia LPWAN impiegata è quella che si appoggia all’NB-IoT e quindi alla rete radiomobile 4G in banda 800 MHz. Questa tecnologia si accontenta di una banda larga appena 200 kHz per la comunicazione dati, che può essere ricavata nella parte laterale delle bande di frequenza impiegate dalle reti cellulari già esistenti, senza creare interferenze; una banda così ristretta (non a caso è chiamata narrow band) consente comunque, l’invio di pacchetti dati da 200 kbit, più che sufficienti per le esigenze del mondo IoT.
L’ambiente IoTicontrollo
L’ecosistema IoTicontrollo è composto sostanzialmente da tre attori: gli end-device, che vengono collocati dove serve controllare processi o acquisire dati, il Cloud dedicato e proprietario di IoTicontrollo, che gestisce l’intero progetto ed è interfacciato tramite rete cellulare e protocollo NB-IoT, ed infine l’App installata su smartphone, la quale si abbina ad uno o più end-device e interagisce attraverso il Cloud.
Il bello del sistema è che i dispositivi IoT si connettono sfruttando una SIM virtuale (vale a dire una SIM on chip dei gestori 1ONCE e Vodafone) fornita da IoTcontrollo insieme ad essi, che offre connettività illimitata (per l’IoT) e che non bisogna preoccuparsi di ricaricare.
Al momento l’offerta dell’azienda (ioticontrollo.it) conta di alcuni prodotti, ossia altrettanti end-device IoT, ciascuno rivolto a un proprio campo applicativo: Security IoT Box, Power Control Box e Smoke Detector.
Tutti sono autoalimentati, a batteria ricaricabile o pila di lunga durata, a seconda della configurazione. Tutti dispongono di una connettività dati che supporta la connessione permanente e l’utilizzo del canale dati per un massimo di 24 trasmissioni al giorno e, considerata la modesta quantità di dati scambiati, il traffico è illimitato.
I device, infatti, dispongono di connettività garantita ad un costo fisso che non grava sull’utente, per un totale di 500 MB, che per un dispositivo IoT bastano e avanzano.
Facciamo dunque una carrellata sui dispositivi di IoTicontrollo.
Security IoT Box
Questo dispositivo viene incontro alle esigenze di sicurezza e si può installare abbinato a porte, cancelli e varchi in generale, oppure macchinari; rileva semplicemente il movimento grazie ad un accelerometro incorporato, che invia le informazioni sulle accelerazioni rilevate lungo più assi e quando la soglia di spostamento viene superata trasmette un messaggio di allarme al Cloud e da esso all’App, che vi è connessa.
Il dispositivo è alimentato attraverso una batteria che gli consente un’autonomia di 18 mesi (alla temperatura operativa di 20°C, trasmettendo 1 evento al giorno, con copertura cellulare ottimale. Ha una temperatura di esercizio compresa fra -10 e +50°C, quindi funziona in ogni ambiente, ed è impermeabile con grado di protezione IP65, tanto da poter funzionare all’aperto.
Misura 146 x 86 x 19,5 mm e pesa intorno ai 100 grammi. È possibile, sempre tramite App, impostare un tempo di attivazione, vale a dire un intervallo trascorso il quale il dispositivo deve osservare lo stato dell’accelerometro e inviare l’allarme; dall’App è possibile fare una programmazione settimanale di quando debba essere attivo l’accelerometro, così da rilevare solo nei periodi in cui occorre farlo, ignorando quelli restanti (per esempio, ignorare spostamenti e vibrazioni quando rientrano nella normale attività).
All’accensione del dispositivo è previsto un intervallo di quiescenza (un tempo di attivazione) pari a un massimo 5 minuti, che serve a dare il tempo al dispositivo stesso di connettersi alla rete LPWA e ad essere associato all’App. Questo modo di funzionamento vale per tutti i dispositivi descritti.
Il dispositivo non richiede SIM tradizionale perché ha una SIM on chip di un operatore virtuale il cui utilizzo non richiede alcuna operazione da parte dell’utente, giacché l’abbonamento corrispondente è associato da IoTicontrollo al dispositivo stesso.
Power Control Box
Questo dispositivo di IoTicontrollo nasce per svolgere principalmente il monitoraggio della presenza della tensione di rete a 230 Vca su una linea elettrica e la commutazione di un carico o di un ingresso di allarme o d’altro genere; allo scopo dispone di quattro morsetti a vite, due dei quali siglati FN ~ destinati a connettere la linea da monitorare e i due restanti che riportano il contatto pulito di un relé che permette di gestire un utilizzatore alimentato dalla rete elettrica di distribuzione a 230 Vca o altro. I contatti disponibili sono C e NA (sono resi accessibili dall’esterno tramite i morsetti con il simbolo del contatto) ed il relé può essere comandato a stato stabile tramite l’App da smartphone.
Quando viene a mancare la linea elettrica su F e N viene generato un avviso diretto all’App dello smartphone associato; il messaggio può essere inviato perché il dispositivo ha una batteria al litio di backup da 300 mAh. Il Power Control Box si rivela, quindi, utile per avvisare se salta la corrente in casa o in altro luogo servito dalla rete elettrica a 230Vca, ad esempio, per intervenire con tempestività se vi sono utilizzatori critici (per esempio, elettromedicali) che funzionano con la rete.
Il contatto consente di commutare l’alimentazione di linee elettriche funzionanti a tensione di 230 Vca e potenza fino a 300 VA su carichi sia resistivi che misti; in assenza della tensione di rete il relé ricade e comunque non è più controllabile da remoto.
Le dimensioni del dispositivo sono contenute (appena 50 x 80 x 30 mm) e tali da consentirne l’introduzione in una scatola da incasso per impianti elettrici in formato 503 e semplificarne il cablaggio; il peso è ridotto ad appena 80 grammi. Non richiede SIM tradizionale perché ha una SIM on-chip.
Smoke Detector
Questo dispositivo NB-IoT è sostanzialmente un sensore di fumo per ambienti civili e industriali, da collocare a soffitto per rilevare la presenza di fumo di vario genere e quindi l’insorgere di incendi o l’invasione di un locale da parte di fumi tossici.
È alimentato da una batteria interna al litio da 3 volt, tipo CR17450 che garantisce un’autonomia operativa di 18 mesi a 20 °C di temperatura ambiente e con una trasmissione al giorno; le sue dimensioni sono di 92 mm di diametro (infatti è tondo) x 35 mm. Il peso di è 100 grammi.
La SIM
I prodotti di IoTicontrollo sono tipicamente forniti di apposita SIM, in versione plastica oppure on-chip, in base alla tipologia di impiego, condizioni ed esigenze operative. La gran parte dei dispositivi integra una SIM on-chip, vale a dire che ha memorizzati i dati che si troverebbero nella tradizionale SIM telefonica (che tecnicamente parlando è una Smart Card) inseriti in fabbrica, durante la registrazione del singolo dispositivo. La SIM virtuale o SIM On Chip è una tecnologia che permette di registrare alla rete telefonica dell’operatore di riferimento un determinato apparato GSM/UMTS/4G senza dover necessariamente avere e far leggere una SIM-Card; ha il grande pregio di poter supportare più abbonamenti su un unico apparato senza dover commutare alcuna SIM. Nel caso di IoTicontrollo l’operatore è fisso.
La connessione radiomobile dei dispositivi IoTicontrollo è teoricamente a traffico illimitato, nel senso che non bisogna curarsi di ricaricarla né di sottoscrivere alcun abbonamento, giacché viene gestita dall’azienda IoTicontrollo; del resto il traffico dati nei dispositivi IoT è irrisorio, se paragonato ai piani dati minimi che qualsiasi operatore offrirebbe.
Attualmente l’operatore cui IoTicontrollo si appoggia è 1NCE (o Vodafone), specializzato in connessioni dati dedicate all’IoT. La IoT SIM Chip Industrial viene fornita da 1NCE e integrata nei dispositivi di IoTicontrollo (è associata all’offerta Flat Rate 1NCE IoT). La SIM è di tipo dati e non ha associato un numero telefonico che è possibile chiamare.
Il piano dati IoT Flat Rate offre connettività in oltre 100 paesi del mondo per un traffico complessivo di 500 Mbyte.
La App per smartphone
La App fornita a corredo si chiama IOTICONTROLLO, è disponibile su PlayStore di Android o App Store di Apple ed è compatibile con i sistemi operativi Android dal 5.1.1 in poi e iOS versione 9 o superiore. Una volta installata, l’App propone una schermata base alla quale verranno aggiunte tante sezioni quanti saranno i dispositivi abbinati (la figura propone un esempio con installati il Motion IoT Sensor e il Security Box).
Periodicamente il dispositivo invierà una trasmissione di sicurezza per far capire che è operativo (sullo schermo, nella relativa sezione, apparirà l’icona con la spunta): questa non determinerà alcun evento locale o segnalazione, ma verrà gestita in modo trasparente all’utente. In caso di assenza prolungata di trasmissioni, l’utente riceverà una notifica che segnala l’anomalia.
