Con la tecnologia connessa che diventa più avanzata e più affidabile consumando meno potenza, stanno diventando possibili ulteriori opportunità per l’adozione dell’IoT e stanno emergendo in mercati come quello industriale e della sanità. Sebbene questi settori appaiono molto diversi, essi condividono al loro interno aspetti chiave e requisiti di progetto comuni. Usando sensori o oggetti per inviare dati a un server Cloud, le società o le persone sono in grado di analizzare i dati forniti e di ricavare le informazioni sugli schemi d’uso o sui comportamenti che i sensori e gli oggetti monitorano o influenzano. Queste informazioni possono essere successivamente utilizzate per implementare qualche sorta di miglioramento ai processi o alle operazioni. Nel settore della salute e del benessere stanno emergendo nuovi approcci che consentono ai medici o agli operatori sanitari di monitorare da remoto l’aderenza ad un piano di trattamenti. Aggiungendo dei sensori a un dispositivo medicale che è in grado di rilevare quando è usato dal paziente, e quindi di trasmettere questa informazione all’operatore sanitario o al paziente stesso, è possibile seguire o inviare avvisi se il trattamento prescritto è stato o meno seguito. Questo fornisce al medico di famiglia la possibilità di regolare la prescrizione e di migliorare le condizioni del paziente, e tutto ciò può essere fatto da remoto. In campo industriale la tecnologia connessa può essere usata per aiutare i fabbricanti, consentendo loro di raccogliere dati da apparecchi o da altri dispositivi.
Ad esempio, il settore industriale sta attualmente usando le soluzioni IoT laddove i sensori monitorano gli attributi critici degli apparecchi manifatturieri durante il normale ciclo operativo. In questo caso, i sensori possono fornire dati o avvisi sullo stato operativo dell’apparecchio, in base a caratteristiche quali, ad esempio, la temperatura e la pressione. Questo consente al fabbricante di ottimizzare la produzione, di ridurre i costi operativi, e anche di supportare la manutenzione predittiva per ridurre i fermi macchina e i costi ad essi associati. Indipendentemente dal settore o dall’applicazione specifica, la topologia generale di gran parte dei sistemi Internet of Things è la stessa (Fig. 1). Usando l’esempio in campo sanitario, il dispositivo connesso potrebbe essere un’applicazione come un misuratore di glucosio, e l’utilizzatore locale sarebbe tipicamente lo smartphone del paziente. Il cellulare fornisce i dati alla rete Internet, dove un sistema di analisi interpreta di dati in base a un algoritmo predefinito. In ogni momento, un utente remoto può accedere ai dati presentati dal sistema di analisi usando un browser web standard oppure un’applicazione su smartphone.
L’importanza del retrofit per la diffusione dell’IoT
Da un punto di vista dell’implementazione, uno sviluppatore di applicazioni si trova spesso di fronte alle sfide di dover aggiungere la tecnologia IoT in un’infrastruttura esistente. Tale scenario rappresenta una fetta molto grande del mercato potenziale dell’IoT. Si consideri un’azienda che desidera connettere il proprio macchinario a Internet per sfruttare la raccolta e l’analisi dei dati al fine di ottimizzare la produzione. A causa dei costi aggiuntivi e del rischio di fermo macchina, è improbabile che la società acquisti un nuovo macchinario IoT; piuttosto è più semplice, meno scomodo, e molto meno dispendioso per quest’ultima di intervenire sul macchinario esistente con l’aggiunta di hardware IoT, di funzionalità di comunicazione wireless e di software. Prima dell’implementazione della soluzione IoT, il macchinario possiede probabilmente dei dati memorizzati al suo interno durante il suo normale ciclo operativo. Occasionalmente, un operatore potrebbe aver connesso al macchinario un dispositivo per scaricare i dati via cavo, per copiare questi ultimi su un Pc o su un’unità portatile dedicata. Dopo il download, l’operatore tipicamente collegherà il dispositivo a un Pc connesso a Internet o a un altro sistema di archiviazione dati e ri-caricherà i dati. In questi casi, la cosa più semplice per uno sviluppatore di applicazioni IoT è di ricorrere ai protocolli esistenti per scaricare i dati o per effettuare la comunicazione fra le macchine (o il sistema di archiviazione dei dati) e un dispositivo pre-esistente per il download dei dati.
Considerazioni di progetto per l’IoT
Sebbene le soluzioni su semiconduttore per applicazioni IoT presenti sul mercato non scarseggino, i progettisti devono tuttavia prendere decisioni cruciali relative alle proprie esigenze di progettazione a livello di sistema. Considerazioni quali le fonti di alimentazione e il consumo di potenza, il tempo di vita del dispositivo, il raggio di comunicazione, la velocità di trasmissione dati, le dimensioni fisiche dell’applicazione, le esigenze di manutenzione dell’applicazione sul campo, e l’infrastruttura esistente per le comunicazioni, rivestono tutte ruoli importanti per il modo in cui le scelte sui dispositivi e le decisioni di progetto vengono effettuate. Considerazioni ingegneristiche più pratiche, come la semplicità di sviluppo e di implementazione dei progetti, oltre alla flessibilità di realizzazione di nuove generazioni dell’applicazione, costituiscono ulteriori criteri per la scelta. In molti casi, il dispositivo connesso è di piccole dimensioni ed è alimentato a batterie; ciò può rendere il consumo di potenza/la durata delle batterie la principale criticità nel progetto. Gli ingegneri in molti casi devono assicurare un certo numero di ore di durata attiva del dispositivo prima che la batteria si esaurisca il che, a sua volta, si ripercuote sulle scelte progettuali a livello di sistema, sulla gestione dell’alimentazione e sulla tecnologia wireless. Analogamente, per questo tipo di dispositivo connesso, la comunicazione verso un utente locale avviene spesso attraverso la tecnologia Bluetooth a bassa energia, essendo questo il protocollo di comunicazione wireless standard integrato nella maggior parte degli smartphone.
Una tecnologia abilitante per l’IoT
Il segmento mercato dell’IoT per la connettività wireless basata su Bluetooth a bassa energia è in rapida crescita ed evoluzione e si basa pesantemente sulle tecnologie abilitanti a semiconduttore, con numerose caratteristiche chiave ad alto livello che sono in linea con le considerazioni di progetto discusse nel paragrafo precedente. Un’elevata velocità di trasmissione dati, il funzionamento con consumi ultra-bassi, e un fattore di forma piccolo e altamente integrato per far fronte alla disponibilità di spazi sempre più ridotti per l’alloggiamento, aspetto questo comune soprattutto nel settore dei dispositivi indossabili, dovrebbero essere le caratteristiche distintive di una soluzione su semiconduttore per IoT. Il componente RSL10 di ON Semiconductor è un esempio di un dispositivo ottimizzato per applicazioni di tipo Bluetooth a bassa energia per l’IoT. Questo SoC lanciato recentemente offre velocità di comunicazione due volte superiori rispetto alle generazioni precedenti e un ingombro di 6mm2, riuscendo a integrare una radio Bluetooth a bassa energia, un Dsp e le funzionalità ad esso associate, il tutto intorno a un potente processore Arm Cortex-M3. Questo facilita l’elaborazione locale dei dati provenienti dai dispositivi connessi, prima di inviarli al Cloud. Con un numero così grande di opportunità per l’IoT che sono alimentate a batterie - tipicamente caratterizzate da piccole dimensioni e da una tensione da 1 a 3 Volt - l’uso parsimonioso dell’alimentazione è l’obiettivo principale per i dispositivi, inclusi i semiconduttori usati per implementare una soluzione IoT. Nel caso del componente RSL10 la conversione Dc/Dc su chip, oltre alla regolazione, assicura l’ottimizzazione del consumo di potenza e in più offre l’opportunità di alimentare altri componenti del sistema con le tensioni opportune. I SoC radio Bluetooth a bassa energia, come il componente RSL10 di ON Semiconductor, sono pronti a trasmettere e a ricevere dati solo per brevi intervalli; il resto del tempo essi rimangono in modalità sleep. Minimizzare il consumo di potenza senza ostacolare le prestazioni in questi tre stati, specialmente in modalità sleep, in cui il dispositivo passa la maggior parte del tempo, risulta determinante per assicurare la durata delle batterie.
