L’internet delle cose con il Wi-Fi

COMUNICAZIONI MOBILI –

La tecnologia Wi-Fi è diventata il riferimento nella connettività basata su IP, ed è indicata in applicazioni differenziate: dai telefoni cellulari alle apparecchiature mediche, dai condizionatori d’aria per uso domestico alle videocamere delle autovetture.

La connettività tra dispositivi sta diventando una delle maggiori necessità per la maggior parte dei sistemi embedded. La necessità di collegare in modo rapido e conveniente i dispositivi, qualunque sia il settore, automobilistico, medicale, industriale o di consumo, è resa possibile dal wireless. Wlan (o comunemente Wi-Fi), è la tecnologia che ha reso possibile l'interconnessione tra i dispositivi e anche a Internet, mentre le tecnologie come ZigBee, Bluetooth sono state utilizzate tipicamente per varie applicazioni semplicemente come non cablaggio. Lo 802.11n è il più recente standard Wlan che sta rapidamente sostituendo il Wlan legacy (802.11b/g) e persino ZigBee e Bluetooth.

Perché Wi-Fi e perché 802.11n
Wi-Fi è diventata, di fatto, la tecnologia per consentire la connettività, basata su standard IP, ai dispositivi nei campi più disparati, a partire dai telefoni cellulari alle apparecchiature mediche al condizionatore d'aria per uso domestico. Un singolo protocollo Wlan accettato a livello internazionale garantisce che migliaia di dispositivi, realizzati da produttori in tutto il mondo, possano lavorare senza problemi con un altro. In cascata i numerosi benefici della tecnologia wireless, come la facilità di installazione della infrastruttura, i costi ridotti di manodopera, posa cavi e relative manutenzioni, hanno fatto della tecnologia Wlan una scelta ancora più conveniente. 802.11n è l'ultimo protocollo Wlan che ha preso una posizione predominante nel mondo wireless, mettendo fuori scena con una graduale obsolescenza le tecnologie precedenti, come 802.11b/g. La 802.11n supporta velocità di dati superiori, migliori prestazioni e consumi. Questo è ovviamente vantaggiosa per le applicazioni in cui sono richiesti alti throughput, ma è significativo anche per i sistemi di lavorazione a basso throughput (tali dispositivi possono rapidamente trasmettere dati e tornare una fase di “sleeping” , spegnere la RF che è la fonte di maggior consumo , più velocemente di quanto sia possibile con la 802.11 b/g). Al di là dell’alto data rate, la 802.11n ha un più efficiente meccanismo di correzione degli errori, si avvale di un frame di aggregazione per condividere l’intestazione invece di ripetere l'overhead per frame e può anche usare "channel bonding" per creare una maggiore larghezza di banda (40 Mhz) mediante la combinazione di canali adiacenti a 20Mhz, raggiungendo larghezze di banda fino a 300Mbps con una configurazione a singola antenna.
Fornitori di apparecchiature di rete si stanno muovendo in massa verso la tecnologia 802.11n, un passo significativo per ogni produttore che fabbrica un dispositivo per connettersi a una rete Wlan. La 802.11b / g abbatte la capacità complessiva di una rete 802.11n, per garantire che i dispositivi che si collegano alla moderne installazioni Wlan non impattano le prestazioni della rete, devono essere 802.11n. In altre parole, 802.11b / g non è a prova di futuro, mentre è 802.11n lo é.

Wi-Fi oltre le tradizionali applicazioni di rete
Sono passati i tempi in cui la connessione Wi-Fi era considerata la tecnologia per connettersi senza fili al computer in ufficio. Oggi il Wi-Fi è penetrato in nuovi mercati tra cui consumer, industriale, medicale e automotive. Inoltre la riduzione dei costi e le caratteristiche di ultra low power rendono possibili applicazioni impensabili fino a poco tempo fa.

• Wi-Fi nel mercato automotive
L'automobile è diventata più che un semplice mezzo di trasporto. I passeggeri dei veicoli possono ora connettersi ai media, ascoltare canzoni, controllare Internet e guardare i film con i loro dispositivi che dispongono di tecnologia Wi-Fi come Tablet Pc o laptop, mentre un “media-farm” all'interno del veicolo può agire come server. Sensori in auto di fascia alta, come video camere posteriori, tachimetri, sensori di cintura di sicurezza, sensori di accelerazione e frenata brusca possono essere ora collegati con facilità. E ancora di più , tutti questi dati possono essere consultati e monitorati da un sistema di gestione della flotta attraverso internet. Convertitori 3G vs Wi-Fi hanno permesso a più utenti di condividere una connessione 3G all'interno del veicolo utilizzando i loro dispositivi Wi-Fi.

• Wi-Fi nel mercato medicale
Gli ospedali di oggi sono sempre più spesso mobili. Attrezzature costose sono condivise e spostate da un luogo all'altro. Apparecchiature con Wi-Fi a bordo registrano i dati del paziente, come pressione arteriosa, frequenza cardiaca, temperatura corporea e mandano questo flusso di dati attraverso l’infrastruttura wireless dell’ospedale ad un medico, che può monitorare questi segnali in tempo reale utilizzando un Tablet Pc o un dispositivo portatile. Pazienti critici o anziani sono monitorati 24x7 anche al di fuori dell'ospedale utilizzando una rete sicura IP e possono essere generati allarmi appropriati. Pazienti suscettibili a cadute possono essere situati all'interno dell'ospedale utilizzando localizzatori Wi-Fi, poiché la tradizionale tecnologia Gps fallisce in ambienti interni. Inoltre poiché Wi-Fi può essere progettato per consumare molto poco, tali dispositivi sono di solito a batteria ed possono quindi avere una lunga vita.

• Wi-Fi per le applicazioni consumer
Wi-Fi è il giusto approccio per la connettività di elettrodomestici. Si vuole accendere l’aria condizionata inviando un comando dallo smart-phone tramite internet prima di arrivare a casa? Si vuole effettuare lo streaming di un film dal tablet Pc o dal telefono alla Tv a schermo largo? Wi-Fi è la soluzione ideale per queste applicazioni. Il throughput elevato, e senza configurazione, una connettività con un click rende le operazioni dell’utente libero da problemi. L'ultima forma di Wi-Fi peer-to-peer chiamata Wi-Fi Direct consente di collegare due dispositivi insieme, senza alcun Access Point o router in mezzo. Utilizzando tale tecnologia, una macchina fotografica digitale senza fili è in grado di visualizzare foto sul televisore o su una cornice digitale, mentre un set di altoparlanti wireless è in grado di riprodurre musica dal tuo telefono, proprio come fa Bluetooth, che lo fa a velocità molto più bassa e con copertura e distanza inferiore.

• Wi-Fi per la Smart Energy
Wi-Fi sta guadagnando significativi consensi in applicazioni di energia intelligente. Il vantaggio del Wi-Fi rispetto alle altre tecnologie wireless in questo campo (come ZigBee) è l'accessibilità dei dati in tempo reale dell’energia dal luogo in cui viene consumata, da qualsiasi dispositivo sicuro connesso a Internet. Tale connettività IP non è mai stata offerta dalle tradizionali installazioni ZigBee. Wi-Fi ha aperto le porte a livelli senza precedenti di controllo, adattandosi alle condizioni di carico massimo e alla regolazione automatica dei consumi. I dati provenienti da molteplici punti geografici possono essere aggregati a un server centrale, che porta alla realizzazione di una vera rete intelligente, dove decisioni per il bilanciamento del carico e misure di efficienza del consumo vengono prese su dati olistici, aggregati e d’insieme.

Architettura di sistema per dispositivi Wi-Fi
I moduli Wi-Fi sono in grado di connettersi a Internet utilizzando le normali apparecchiature Wlan. I dati provenienti da sensori e periferiche possono essere accessibili attraverso la rete IP a scopo di monitoraggio, mentre l’Host Wi-Fi può essere controllato da remoto utilizzando un dispositivo mobile. Moduli Wi-Fi o chipset sono dotati di interfacce standard come Spi, Sdio, Uart o Usb. Differenti Interfacce forniscono diversi throughput. Ad esempio, un’interfaccia Sdio é in grado di fornire throughput dell'ordine di 40 Mbps utilizzando canali a 20 MHz 802.11n, mentre Spi e Uart sono in grado di fornire 10 Mbps e 3 Mbps di throughput rispettivamente. Questi sono dati illustrativi, le prestazioni effettive possono variare tra i sistemi a seconda della frequenza di clock utilizzata per il trasferimento dati, capacità di controllo per elaborare i dati, ecc. In termini di integrazione di software, i produttori forniscono soluzioni completamente integrate in modo che il controller principale deve solo scrivere le applicazioni di livello superiore senza doversi preoccupare dell’implementazione della connessione Wi-Fi. Vi è anche la flessibilità di utilizzare uno stack Tcp/Ip fornito da terze parti.

Scelte progettuali
Prestazioni più elevate richiedono controllori Host più robusti. Moduli Wi-Fi con interfaccia Sdio sono solitamente controllati da processori a 32 bit con un sistema operativo, e forniscono un più alto throughput di 40 Mbps o più. Tali prestazioni sono richieste per applicazioni media streaming ad alta qualità. Moduli basati su Spi richiedono processori a 16 o 32 bit, mentre non é indispensabile un sistama operativo. Moduli basati su Uart di solito sono molto facili da integrare ed è persino sufficiente un microcontrollore ad8 bit. Tali sistemi possono essere utilizzati per applicazioni industriali a bassa capacità, come sensori wireless. L’obiettivo di costo del sistema finale, la complessità della applicazione finale, i requisiti di consumo energetico sono altri fattori determinanti e importanti per la scelta del controller host e il modulo Wi-Fi o chipset.

Soluzioni 802.11n per sistemi embedded
Wi-Fi sta diventando la soluzione di connettività pervasiva a tutto campo, diventando di fatto l’unico standard che permette a qualsiasi dispositivo di interoperare e connettersi a qualsiasi altro dispositivo attraverso la rete IP. In teoria, ogni singolo dispositivo a casa o in azienda può avere un proprio indirizzo IP e diventare parte integrante del Web. Redpine Signals si trova ad affrontare questa entusiasmante tecnologia. Una delle prime aziende a lanciare chipset 802.11n e moduli nel mercato della connettività, Redpine Signals fornisce soluzioni per tutte le applicazioni (come media streaming, sensori, monitoraggio) e in tutti i segmenti di mercato come medicale, industriale e di consumo con il suo ampio portafoglio di chipset e moduli 802.11. La famiglia di moduli Wi-Fi Connect-io-n, linea di moduli di connessione può essere utilizzata con una vasta gamma di controllori Host da 8-bit a 32-bit. Essi forniscono un elevato livello di integrazione hardware e software con antenna incorporata, RF/PA (Power Amplifier) e stack TCP / IP a bordo e consente ai progettisti di sviluppare le applicazioni direttamente su Host senza preoccuparsi di implementare il Wi-Fi. Moduli della Redpine Signals della famiglia nLink che coprono la fascia Wi-Fi ad alte prestazioni forniscono un throughput fino a 40 Mbps per applicazioni multimediali.

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