Il paradigma IoT ha profondamente trasformato gli ambienti IT casalinghi e aziendali, e le reti industriali. La connettività IoT continua a evolversi, per aumentare l’interoperabilità dei dispositivi e fornire una copertura capace di superare i limiti delle reti terrestri. Le ultime novità illustrate al recente Publitek Connect di Monaco di Baviera
Nell’universo della Internet delle Cose le tecnologie di connettività adottano svariati sistemi di comunicazione, includendo infrastrutture di rete fissa, cablaggi in fibra ottica, reti radiomobili, reti wi-fi, sistemi satellitari, e anche reti wired e wireless aziendali e domestiche. Le reti casalinghe formano oggi il comparto, cosiddetto, ‘smart home’, o ‘casa intelligente’, che rappresenta l’evoluzione del più tradizionale concetto di domotica. In un sistema domotico è in genere necessario intervenire sull’impianto elettrico, connettendo i vari dispositivi a un’apposita centralina, mentre nella smart home i dispositivi vengono interconnessi attraverso internet, e sono controllabili utilizzando uno smartphone o un assistente vocale.
Dispositivi smart home IoT, le potenzialità dello standard Matter
Tra i più importanti fattori di sviluppo del mercato smart home, il paradigma Internet of Things (IoT), continua a stimolare l’aumento di sensori, device e oggetti interconnessi. Il comparto globale smart home, stando alle previsioni della società di ricerche di mercato e consulenza Fortune Business Insights, dai 101,07 miliardi di dollari del 2023, raggiungerà quest’anno 121,59 miliardi di dollari, e 633,20 miliardi di dollari entro il 2032, con un CAGR (tasso di crescita annuale composto) pari al 22,9% nel periodo della previsione (2019-2032). Anche in Italia, i risultati della ricerca sulla smart home realizzata dall’Osservatorio Internet of Things della School of Management del Politecnico di Milano nel 2023 registrano per il comparto un valore di 810 milioni di euro, con una crescita del 5% rispetto al 2022. Sul fronte dell’offerta di soluzioni, aumenta il numero di aziende che forniscono soluzioni IoT basate su intelligenza artificiale (AI) ed AI generativa.
Guardando ai trend chiave, attualmente, gli ambienti smart home stanno attraversando una rapida evoluzione, con la coesistenza di differenti dispositivi, protocolli ed ecosistemi tecnologici che pongono varie sfide di interoperabilità, standardizzazione, complessità, sicurezza, privacy. Nel tratteggiare questo scenario, Marc Pégulu, vice president e general manager della business unit Connectivity Systems di Qorvo, fornitore di soluzioni a semiconduttore nei mercati automotive, consumer, difesa e aerospazio, e altri ambiti industriali e aziendali, ha illustrato le potenzialità della tecnologia Matter, parlando al recente Publitek Connect di Monaco di Baviera. L’evento ha dato occasione anche ad altre società dell’industria elettronica di approfondire ulteriori aspetti della connettività, in ambiti come la IoT satellitare, o i transceiver ‘ruggedized’ per applicazioni aerospaziali, militari e industriali.
Più interoperabilità tra device
Sulla tecnologia Matter, l’elemento portante della strategia di Qorvo è la nozione di ‘smart living’. “Vogliamo costruire una tecnologia che ponga al centro l’utente, le persone nella propria abitazione” ha spiegato Pégulu. “Non si tratta di rendere la casa molto intelligente, ma di semplificare la vita delle persone a casa”. Insomma, la tecnologia non deve creare mal di testa, e, in questa prospettiva, Matter, lo standard progettato dalla Connectivity Standards Alliance (CSA), segna un punto di svolta, secondo il manager, perché, ad esempio, permette di indirizzare i problemi di interoperabilità dei dispositivi smart home.
Matter è un protocollo di connettività open-source IP-based che promette di unificare il frammentato mondo dei sistemi di casa intelligente. Da un lato, Matter ha l’obiettivo di aiutare gli sviluppatori a implementare ecosistemi IoT e smart home sicuri e affidabili. Dall’altro, punta ad assicurare ai consumatori che i dispositivi smart acquistati funzioneranno assieme, indipendentemente dalla marca, senza problemi di configurazione. Matter si propone dunque di creare interoperabilità in ambienti smart home dove solitamente proliferano differenti sistemi IoT, device e protocolli wired e wireless, tra cui si possono citare, ad esempio, Ethernet, ZigBee, Wi-Fi, Bluetooth Low Energy (BLE), Z-Wave, Thread.
Soluzione system-on-chip per semplificare la transizione verso Matter
Con Matter, i processi di setup sono semplificati, e vengono introdotte robuste misure di sicurezza e privacy. D’altra parte, per attuare la transizione verso Matter, gli sviluppatori si trovano ad affrontare anche diverse difficoltà e sfide di progettazione. Devono infatti fare in modo che i prodotti Matter forniscano una retrocompatibilità con i dispositivi preesistenti, ad esempio basati su ZigBee, ma anche una ‘compatibilità in avanti’, o compatibilità futura, con i device smart home di nuova introduzione. Garantire questi tipi di compatibilità, e determinate prestazioni dei prodotti Matter in differenti ecosistemi smart home, può però comportare anche ritardi nel lancio dei prodotti stessi sul mercato, e incrementare la complessità nelle fasi di progettazione e produzione, elevando i costi di sviluppo. Ed è qui che Qorvo mira a semplificare la vita degli sviluppatori, con l’introduzione, lo scorso settembre, di una nuova soluzione SoC (system-on-chip) dedicata al settore dei dispositivi smart home. Il SoC si chiama QPG6200L, e integra la tecnologia proprietaria di Qorvo ConcurrentConnect, combinando il supporto multirete per Matter, ZigBee e Bluetooth Low Energy con un’elevata efficienza energetica.
QPG6200L, dichiara Qorvo, garantisce interoperabilità e fluida comunicazione in ambienti smart home con molteplici standard wireless, e supporta contemporaneamente più protocolli su canali separati. Questa soluzione ha l’obiettivo di fornire prestazioni e affidabilità in un’ampia gamma di applicazioni IoT di largo consumo, come i sistemi di smart lighting, i sensori e gli hub per la casa intelligente. Dal punto di vista dell’efficienza energetica, QPG6200L punta anche a definire un nuovo paradigma nel settore dei SoC multi-standard, con una corrente di quiescenza (sleep current) inferiore a 1 µA (microampere), il 30% in meno rispetto alle soluzioni concorrenti, afferma Qorvo. Il basso consumo rende il SoC adatto per applicazioni low-power, che possono includere sensori a batteria e dispositivi di energy-harvesting. In aggiunta, QPG6200L è certificato PSA Livello 2, per soddisfare gli standard di sicurezza richiesti per la protezione dagli attacchi software. Con il SoC, Qorvo commercializza anche un kit di sviluppo IoT indirizzato ad accelerare lo sviluppo di prodotti che incorporino gli standard di connettività wireless Matter (over Thread), ZigBee e BLE.
IoT satellitare in ascesa
La Internet of Things ha certamente costituito un paradigma trasformativo, che ha permesso a oggetti, sensori, dispositivi, macchinari, prima stand-alone, di interconnettersi, di acquisire e scambiare dati. Lo sviluppo della IoT satellitare sta però consentendo di andare molto oltre le attuali applicazioni, smart home e aziendali, e di estendere la connettività IoT al di là delle reti terrestri e delle loro intrinseche limitazioni. La IoT satellitare espande la copertura IoT anche in aree isolate, remote, o difficilmente raggiungibili del pianeta, dove le infrastrutture di connettività terrestri sono limitate o addirittura assenti. Ciò risulta vitale, ad esempio, nell’acquisizione dati per il monitoraggio ambientale, nei sistemi di navigazione marittima, nell’agricoltura di precisione, nell’industria mineraria, nel monitoraggio e controllo remoto di infrastrutture critiche, come gasdotti, piattaforme e impianti petroliferi.
Il comparto globale delle comunicazioni IoT satellitari, secondo un nuovo rapporto della società di consulenza Berg Insight, sta crescendo a ritmo costante, e la base di utenti, dagli oltre 5,1 milioni di abbonati del 2023, raggiungerà 26,7 milioni di unità entro il 2028, registrando un CAGR (tasso di crescita annuale composto) pari al 39,2%.
Per questo mercato, a Publitek Connect, la società svizzera u-blox, fornitore globale di chip, moduli, tecnologie di posizionamento e servizi IoT, ha presentato SARA-S528NM10, il suo primo modulo in grado di integrare connettività per reti terrestri (TN – terrestrial network) e non terrestri (NTN – non-terrestrial network). Il modulo SARA-S528NM10, basato su standard, rappresenta, secondo la società, un punto di svolta per il mercato della IoT satellitare, in quanto supporta una copertura globale con un sistema di posizionamento a basso consumo, che è una caratteristica essenziale per i casi d’uso che richiedono un tracciamento e monitoraggio degli asset continuo o ciclico. Tra questi use case, si possono citare il monitoraggio e controllo industriale, i contatori intelligenti delle utility pubbliche, i sistemi di gestione delle flotte.
Alternativa alle soluzioni proprietarie IoT
Sabrina Bochen, direttore Product Planning e Marketing di u-blox, nel descrivere la struttura della soluzione SARA-S528NM10, interamente basata su tecnologia dell’azienda, ha anche fatto una panoramica sulla segmentazione del mercato per quanto riguarda la tecnologia di connettività IoT satellitare. Tale mercato include protocolli satellitari proprietari, lo standard 3GPP IoT-NTN, e la tecnologia Direct-to-Cell. La connettività satellitare dedicata è troppo costosa, ha spiegato Bochen, in quanto le soluzioni proprietarie richiedono hardware, chipset e protocolli custom, mentre lo standard 3GPP NTN, nella Release 17, definisce hardware e software standardizzato, e rende possibile la compatibilità di funzionamento con satelliti sia geostazionari (GEO – geostationary orbit) sia con orbita terrestre bassa (low earth orbit - LEO).
A differenza delle soluzioni proprietarie, il modulo SARA-S528NM10, chiarisce u-blox, è basato sugli standard globali 3GPP ed è conforme alle specifiche 3GPP Rel 17 NB-NTN. Il modulo è supportato dal chipset per sistemi cellulari e satellitari UBX-R52/S52, la cui seconda generazione è stata annunciata nell’agosto 2023, e non ha dipendenze da terze parti per i componenti chiave, come i chipset LTE (long term evolution) o GNSS (global navigation satellite system).
SARA-S528NM10 in effetti integra, accanto al chipset multi-mode UBX-S52, il chipset GNSS M10 dedicato alla connettività GNSS, in modo da fornire un funzionamento simultaneo su sistemi cellulari e GNSS, richiesto in particolare nelle applicazioni di tracciamento ciclico o continuo degli asset. In aggiunta, il modulo SARA-S528NM10, integrando già filtro SAW (surface acoustic wave) e LNA (low-noise amplifier), consente di risparmiare sia spazio sulla scheda, sia costi relativi ai componenti inclusi nella distinta materiali (bill of materials - BOM).
Transceiver ‘rugged’ per applicazioni aerospaziali e difesa
Al mondo delle soluzioni di connettività appartengono anche i prodotti di connettività ottica che devono garantire una comunicazione sicura e affidabile in casi d’uso in cui le condizioni ambientali sono particolarmente difficili, come nelle applicazioni in ambito aerospaziale, militare o industriale. È il caso, ad esempio, di un prodotto come H28-100G-SR4, un transceiver ottico ibrido ‘highly ruggedized’: questo ricetrasmettitore altamente rinforzato è stato lanciato sul mercato lo scorso giugno da Cinch Connectivity Solutions, una divisione di Bel Fuse.
Durante il Publitek Connect, Grover Brower, general manager di Cinch al design center di Melbourne, Florida, nel mostrare il dispositivo, ha ricordato gli specifici requisiti tecnologici a cui devono rispondere i device utilizzati nel settore spaziale e nei satelliti: tra questi requisiti, è fondamentale la ruggedization del prodotto, per renderlo resistente alle radiazioni dello spazio, assieme alla capacità di fornire elevata velocità di trasmissione dati, e a uno spazio PCB ad altissima densità. Nel transceiver H28-100G-SR4, i quattro canali TX e i quattro canali RX utilizzano un nastro in fibra con percorso personalizzato che mantiene prestazioni elevate a temperature estreme, comprese tra -40 °C e 85 °C, il tutto a una velocità di trasmissione dati di 25,78 Gbps (gigabit per second) per canale, fino a un totale di 100 Gbps.
H28-100G-SR4, sottolinea Cinch, porta il marchio Stratos, una garanzia di connettività ottica riconosciuta a livello globale per l’elevata affidabilità, e indicata per gli ambienti difficili.
Figura 1 – Il kit di sviluppo IoT per il SoC QPG6200L di Qorvo (fonte: Qorvo)
Figura 2 – L’architettura del modulo u-blox SARA-S528NM10 (fonte: u-blox)
Figura 3 – Il transceiver ottico ibrido H28-100G-SR4, sviluppato da Cinch Connectivity Solutions (fonte: Cinch Connectivity Solutions)
