Bilanciare lo SWaP-C per la tua soluzione di rete IoT

Tutte le innovazioni IoT, dai dispositivi medici alle apparecchiature industriali ai prodotti di consumo, necessitano di un approccio integrato per ottimizzare le applicazioni della tecnologia wireless. Aggiungere una connessione wireless a caso sarebbe una spesa inutile in termini di potenza e di costi. I dispositivi finali avranno forme e dimensioni quasi illimitate, ma probabilmente avranno molti punti in comune: il costo, seguito da vicino dalle dimensioni e dal peso. Ma tutte queste richieste potrebbero essere messe facilmente in secondo piano dalla necessità fondamentale di avere un basso consumo energetico e, indipendentemente dalle specifiche tecniche, è necessario effettuare compromessi strategici per risolvere con successo l'equazione SWaP-C (dimensioni, peso, potenza e costi) durante lo sviluppo.

Il bilanciamento dell'equazione SWaP-C è ben noto nell’industria militare e aerospaziale ed è altrettanto applicabile nell’IoT. Molti dispositivi finali dell’IoT sono destinati a funzionare per molti anni con poca o nessuna manutenzione, compresa la sostituzione delle batterie. Poiché molto probabilmente utilizzeranno una qualche forma di connettività wireless, la scelta della tecnologia wireless sarà una parte importante dei calcoli SWaP-C. Indipendentemente dalle specifiche del prodotto IoT che la tua azienda sta immettendo sul mercato, dovrai fare dei compromessi strategici per risolvere con successo l’equazione SWaP-C. Gran parte di questo dipende dalla comprensione delle differenze tra le tecnologie wireless e di quale sia quella giusta per il tuo prodotto.

Figura 1: Tecnologia IoT di connettività wireless

Una pletora di soluzioni di connettività wireless

La scelta della giusta tecnologia wireless per i prodotti più complessi è raramente un semplice affare one-to-one. In altre parole, spesso è necessaria una combinazione di tecnologie Wi-Fi, Bluetooth, LPWAN e cellulari configurate in modo vario. Dal punto di vista di un singolo nodo, l’energia necessaria per far arrivare un messaggio al server della rete è distribuita effettivamente tra tutti i nodi che partecipano attivamente alla rete.

Per una rete a maglie, ad esempio, che funziona in modo autorigenerante, un messaggio potrebbe essere raccolto e trasmesso da più nodi, consumando in alcuni casi energia inutilmente. Questa è una caratteristica delle tecnologie di rete wireless che occupano lo spazio PAN (Personal Area Network) e LAN (Local Area Network) e adottano una topologia a maglia, come Bluetooth e ZigBee. Sappiamo bene di cosa si tratta, ma la portata delle reti Wi-Fi spesso è troppo limitata dalla frequenza, dalla potenza di trasmissione, dal tipo di antenna, dalla posizione e dall'ambiente. Mentre il Wi-Fi è ben consolidato, il Wi-Fi 6 è la nuova generazione di questa tecnologia e offre possibilità rivoluzionarie per lo sviluppo di nuovi prodotti. Per saperne di più su questo argomento, consultare il mio articolo precedente su SCMR.

È meno caratteristico delle tecnologie wireless WAN come quelle cellulari e Low Power Wide Area (LPWA), progettate per trasmettere su chilometri invece che su pochi metri per PAN e LAN. Questo include tecnologie sviluppate per lo spettro con licenza, come LTE-M e NB-IoT, e LPWA che operano nello spettro senza licenza, come Sigfox e LoRaWAN.

La creazione e la gestione di una rete cellulare nello spettro con licenza è costosa, quindi lo sviluppo di soluzioni come LTE-M e NB-IoT potrebbe essere precluso in base ai costi, almeno nelle prime fasi di implementazione. Allo stesso modo, anche le reti basate su molti nodi locali per garantire la connettività ed estendere il raggio d’azione (Bluetooth, ZigBee) potrebbero far lievitare il costo totale di proprietà (TCO), soprattutto quando si tratta di aree estese e/o lunghe distanze.

Le soluzioni presentate da Sigfox e LoRaWAN cercano di superare queste limitazioni offrendo connettività a lungo raggio (decine di chilometri) per messaggi a bassa larghezza di banda (decine di byte) a bassissima potenza (anni di servizio con una sola batteria), senza la responsabilità di diventare un operatore di rete. Pur non potendo essere considerate reti cellulari nel senso convenzionale del termine, le LPWAN, che operano nello spettro senza licenza, richiedono stazioni di base per fornire copertura.

Sappiamo che tali tecnologie possono intersecarsi, ma le tecnologie appropriate e la configurazione adatta per ciascuna di esse per ottimizzare le prestazioni e i compromessi SWaP-C varieranno secondo i requisiti dei casi d’utilizzo e del valore che una particolare funzionalità può offrire al tuo mercato di riferimento. La domanda quali tecnologie wireless e quali combinazioni sono solo un pezzo di un puzzle più ampio. Vale la pena ricordare che ogni soluzione di connettività ha i suoi punti di forza e di debolezza e, ovviamente, non esiste un approccio ‘unico’. Piuttosto, è importante comprendere la varietà di opzioni disponibili e gli altri fattori che influenzano la decisione, come la velocità di trasmissione dei dati, la latenza, la mobilità, la portata, la copertura, la sicurezza e molti altri. Inoltre, è probabile che i requisiti per i casi d’utilizzo sottostanti un’applicazione IoT cambino durante il suo ciclo di vita, in quanto i volumi o la selezione dei dati raccolti dalle macchine ecc. potrebbero dover essere modificati dopo aver analizzato i modelli.

Per una comprensione approfondita delle soluzioni di connettività wireless e dei loro casi d'uso, leggere il nostro documento informativo su “Soluzioni di connettività wireless per l’IoT”