L’internet delle cose con il Wi-Fi

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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