Marc Pegulu, vice president of IoT product marketing and strategy di Semtech Wireless and Sensing Products Group ci parla delle tecnologie wireless LPWAN.
Il termine smart city non riguarda solo la tecnologia, le reti di sensori o l’intelligenza artificiale. Gli Smart building devono rendere la vita più facile alle persone che li utilizzano e in modo sostenibile. Questo è molto diverso da un approccio puramente aziendale IT basato su bit e byte e le esigenze delle persone sono ancora più importanti da affrontare.
Una delle tecnologie chiave per le smart city è il wireless LPWAN, o low power wide area networks. Questa è una tecnologia chiave per l’Internet of Things che consente di implementare rapidamente e facilmente sensori a bassissimo consumo in edifici intelligenti in cui sia necessario raccogliere dati che siano di aiuto alle persone.
IoT e monitoraggio
Questo può significare il monitoraggio di quante persone ci sono in una stanza, o quante sono in movimento attraverso un edificio, la temperatura di stanze, corridoi, o dell’intero edificio, i livelli di anidride carbonica o qualsiasi altro tipo di dati necessari per aiutare le persone a sentirsi più a loro agio. Questi dati vanno raccolti e confrontati ma soprattutto occorre utilizzarli per agire al fine di migliorare la qualità della vita delle persone nella smart city. Ciò richiede una combinazione tra il sensore giusto, la tecnologia di rete wireless e gli strumenti di gestione dei dati raccolti.
I protocolli wireless LPWAN come LoRaWAN abilitano sensori a bassissimo consumo che possono funzionare per anni o addirittura decenni alimentati solo da una batteria a bottone, evitando costosi cicli di sostituzione della batteria. L’utilizzo di un sistema wireless alimentato a batteria consente di posizionare i sensori esattamente dove sono necessari e di scalare l’implementazione su edifici di grandi dimensioni o in tutta la città.
La tecnologia LoRa
La tecnologia LoRa di Semtech che sta dietro lo standard LoRaWAN fornisce collegamenti wireless affidabili in bande di frequenza senza licenza inferiori a 1 GHz. Queste bande sub-Ghz consentono lunghe distanze di copertura e bassissimo consumo, mentre il protocollo fornisce un collegamento robusto e affidabile. Questa combinazione si traduce nel fatto che i sensori wireless possono essere alimentati da una singola cella a bottone per molti anni. I sensori si collegano a un gateway che raccoglie i dati e li consegna alla rete più ampia, l’Internet of Things. Questi gateway sono alimentati da rete o tramite Power over Ethernet e si ricollegano al software di un operatore, in sede o nel cloud.
Smart building e smart city
La proliferazione di sensori e la connessione IoT possono anche aiutare la sostenibilità degli smart building e delle più ampie smart city. I sensori che monitorano le perdite d’acqua possono ridurne lo spreco e segnalare i problemi prima che diventino un grosso problema, mentre i sensori nella rete elettrica locale possono allo stesso modo identificare i problemi prima che possano causare una interruzione.
L’integrazione di questi sensori a basso costo nei sistemi logistici fornisce informazioni, praticità e sostenibilità in tutta la smart city. Attrezzature di ogni tipo possono essere etichettate e tracciate, assicurandosi che siano nel posto giusto al momento giusto, sfruttando al meglio le risorse. Le merci possono essere spedite attraverso i percorsi ottimali a seconda dei tempi di consegna, riducendo l’impronta di CO2 e l’inquinamento. I clienti possono tracciare gli oggetti spediti per eliminare viaggi non necessari o a vuoto.
Ciò è reso possibile dal basso consumo di energia da parte del collegamento di comunicazione. L’implementazione di migliaia di nodi di sensori intorno ad un edificio richiederebbe una routine regolare di sostituzione delle batterie che porterebbe a costi considerevoli. L’estensione della durata della batteria, misurabile in anni o addirittura in un decennio, allinea la durata della batteria alla durata del sensore stesso, ed entrambi verrebbero sostituiti contemporaneamente.
Energy harvesting
Il bassissimo consumo apre alla possibilità di energy harvesting. Con LoRaWAN, i sensori possono essere alimentati da un piccolo pannello solare, energia termica o anche energia radio recuperata dai telefoni cellulari. Ciò estende la vita del sensore a più decenni, qualcosa da tenere in considerazione per le infrastrutture idriche ed elettriche.
Questi non sono solo concetti astratti, ma sistemi veri e propri che vengono già attualmente implementati nelle città di tutto il mondo.
Ad esempio, la società di consulenza globale Capgemini ha utilizzato lo standard LoRaWAN nei suoi servizi Corporate Real Estate (CRE). Utilizzando una gamma di sensori, Capgemini può monitorare l’occupazione di stanze e scrivanie per garantirne l’uso ottimale e assicurarsi che gli edifici siano delle dimensioni giuste per il numero di persone che li utilizzano.
Diffusione del segnale
Con una portata di oltre 50 m all’interno di un edificio, per i sensori che utilizzano LoRaWAN, Capgemini ha scoperto che un gateway può coprire 10.000 metri quadrati e migliaia di sensori, rendendo la tecnologia molto economica e scalabile, in edifici di grandi dimensioni.
Le frequenze sub-GigaHertz e i protocolli robusti utilizzati da LoRaWAN forniscono un’eccellente propagazione attraverso tutto l’edificio, raggiungendo punti dello stesso che altre tecnologie wireless, come Wi-Fi e Bluetooth, non possono senza incappare in interferenze o perdite, anche in aree urbane dense.
Il sistema “SmartOffice” di Capgemini è stato sviluppato specificamente per la gestione degli edifici e può ridurre i costi di gestione degli immobili tra il 10 e il 15 percento. I dati sono disponibili tramite una semplice interfaccia web in modo che i responsabili dell’edificio possano vedere rapidamente e facilmente cosa sta succedendo, ma i dati possono anche essere inseriti in un software di analisi per ulteriori valutazioni.
La portata dei sensori
Per le applicazioni nelle smart city più grandi, i sensori hanno una portata ancora più ampia, fino a 30 km, e possono essere rilevati in modi nuovi.
Il progetto Sidewalk di Amazon è una rete wireless di crowdsourcing che può semplificare la configurazione del dispositivo, ed estendere la portata delle applicazioni LoRa in tutta la smart city. Il protocollo LPWAN è già implementato in dispositivi come il citofono intelligente Ring, e Sidewalk lo estende all’esterno della casa.
Ciò significa che ora è possibile accedere ai vari sensori che si muovono nella smart city, ovunque essi si trovino, quali localizzatori di animali domestici, sensori per l’acqua, sensori per asset tracking ed una moltitudine di dispositivi aggiuntivi a basso costo, distribuiti in tutta la smart house, allo scopo di fornire comodità e supporto ai residenti.
Tutti questi dati vengono inseriti in modo sicuro nel cloud di Amazon per il monitoraggio degli smart buildings e smart city più in generale. Questo è un ulteriore modo per essere in grado di valutare e analizzare i dati attraverso l’IoT.
Uno dei primi sviluppi per Sidewalk è stato con la Croce Rossa americana, per esplorare la possibilità di supportare il monitoraggio del sangue raccolto tra i centri di distribuzione e i siti di prelievo per aggiungere nuove efficienze alla supply chain delle donazione di sangue.
La gestione dei dati
In qualità di fornitore leader dei chip wireless LoRa per lo standard LoRaWAN, Semtech sta anche lavorando con SAS, uno sviluppatore che si occupa di massively parallel analytics e intelligenza artificiale, su nuovi modi per gestire il diluvio di dati in arrivo da tutti quei sensori sparsi in tutte le smart city.
Gli strumenti di analisi SAS IoT, basati sul cloud di Microsoft Azure, utilizzano l’apprendimento automatico per monitorare i dati in tempo reale e fornire approfondimenti sulle attività. Ha diverse impostazioni per situazioni di monitoraggio, dagli hotel alla prevenzione delle inondazioni al monitoraggio dei contatori intelligenti.
Entro il 2026, quasi il 20% dei contatori intelligenti distribuiti dalle aziende di servizi energetici ed idrici in tutto il mondo sarà connesso utilizzando queste reti LPWAN. Inoltre, l’ottimizzazione energetica intelligente e i sistemi di sicurezza del gas all’interno delle città possono essere monitorati dai sensori LoRaWAN. SAS ha combinato i propri dati con questa tecnologia dei sensori e ciò può aiutare a massimizzare l’efficienza della rete e prevedere e mitigare i rischi, mantenendo i cittadini al sicuro.
Sensori LoRaWAN
Ciò evidenzia come la rete di sensori LoRaWAN può essere agnostica rispetto all’infrastruttura e agli strumenti dei dati. Questo è di vitale importanza per gli operatori e i gestori di smart building oltre che in tutta la smart city che utilizzeranno una serie di diversi strumenti di gestione dei dati per assistere i cittadini locali.
Le reti di sensori wireless a basso consumo energetico sono un elemento chiave degli edifici intelligenti e dell’espansione dell’IoT, e tali da consentire la democratizzazione dei dati. Raccogliere quei dati da migliaia di luoghi diversi e renderli facilmente disponibili attraverso l’IoT può migliorare la vita delle persone, in tutta la città intelligente.
Semtech, il logo Semtech e LoRa sono marchi registrati o marchi di servizio di Semtech Corporation o di sue affiliate. LoRaWAN è un marchio concesso in licenza.
