Alla base della tecnologia di rete di “Internet delle cose” vi è una rete wireless a basso consumo denominata Ieee 802.15.4. ZigBee, Iec 62591 (WirelessHart), Isa100 e altri standard relativi alle reti di sensori condividono questa tecnologia. Nella visione originale la “15.4” doveva fungere da rete wireless per sensori a basso consumo e basse velocità di trasmissione dati, in grado di operare solo con una piccola batteria. Secondo un altro aspetto di tale visione, questi dispositivi erano ritenuti troppo “deboli” per supportare i protocolli Tcp/IP che definiscono Internet. Da allora questi due aspetti della visione originale sono cambiati. Oggi molte applicazioni che utilizzano la 15.4 hanno accesso a grandi quantità di energia elettrica, come ad esempio gli smart meter. Inoltre ora è possibile usare la suite di protocolli Internet (IPv6) direttamente sulle reti 15.4. Ma, nelle applicazioni in cui la richiesta di energia è importante, la durata delle batterie rimane un grosso problema. A questo proposito lo standard wireless 15.4 prevede una tecnologia denominata Tsmp (Time synchronized mesh protocol) che consente ai dispositivi di risparmiare le batterie sincronizzando i cicli wake/sleep e di rimanere “attivi”, consumando energia solo quando la comunicazione è in corso.
Networking industriale a basso consumo
Il Tsmp è stato sviluppato da Dust Networks nella fase iniziale della ricerca sulle reti di sensori wireless o Wsn (Wireless sensor network), ancor prima che esistessero i relativi standard. Dust Networks è stata acquisita da Linear Technology nel 2011. L'obiettivo dell'azienda consisteva nel creare una rete di sensori in grado di combinare il basso consumo con una “affidabilità di trasmissione elevata”. A differenza delle reti IT tradizionali, in una rete di sensori l'affidabilità di ogni connessione punto-punto è piuttosto bassa. Per trasmettere end-to-end le informazioni in modo affidabile, la rete nel suo complesso deve compensare l'inevitabile perdita periodica di connettività punto-punto. Dust Networks credeva che un network manager di grande intelligenza fosse il modo migliore per aggiungere intelligenza all'intera rete di sensori. L'architettura dell'azienda concentrava la complessità di un network manager attivo nel gateway della rete, l'home node della rete di sensori. Il gateway conteneva un potente computer e un alimentatore cablato per gestire “l'elevato carico” computazionale, con conseguente semplificazione dei nodi sensori (e riduzione del consumo).
Dust Networks ha usato questa combinazione di lunga durata delle batterie e alta affidabilità di trasmissione per differenziare i suoi primi prodotti; caratteristiche che derivavano dal Tsmp e da un eccellente gestione della rete. I principali Oem industriali hanno confrontato i prodotti Dust con altre tecnologie per reti di sensori. Col tempo Dust si è guadagnata un posto di preminenza nel settore industriale, instaurando rapporti con i più importanti Oem, tra cui Emerson e GE. I prodotti Dust, a differenza di quelli di molti suoi concorrenti, sono molto apprezzati dagli Oem industriali. Alla fine la tecnologia Tsmp è diventata parte integrante degli standard relativi alle reti di sensori. Dust ha continuato a migliorare le sue risorse di network management e si è impegnata per ridurre l'energia consumata dai suoi prodotti a livello di chip. Dust non si è mai considerata solo una software company. Ciò che la contraddistingue è la sua capacità di sviluppare e gestire la progettazione a livello di chip. In effetti assomiglia più a un'azienda fabless e, in quanto tale, ha creato una seconda generazione di prodotti che prevedono l'ottimizzazione dell'alimentazione a livello di chip. Questa seconda generazione di prodotti, presentata nel 2007, aveva livelli energetici inferiori del 50% circa rispetto ai prodotti precedenti, il che ha comportato un'estensione della durata delle batterie per le applicazioni industriali e un consolidamento della posizione di Dust nel settore industriale.
Le reti oltre le applicazioni industriali
La combinazione tra IPv6 e reti di sensori è stata utilizzata nello sviluppo di bacini idrografici, offrendo nuove opportunità. Si è sempre pensato che le reti di sensori operassero senza la suite di protocolli Tcp/IP, aspetto che si è rivelato un grande svantaggio. Ad esempio, gran parte delle risorse spese nell'iniziativa ZigBee ha finito per reinventare servizi per le reti 15.4 che avevano equivalenti maturi e standardizzati nel regno del Tcp/IP. Quando l'IPV6 è diventato fattibile per le reti di sensori (la combinazione denominata “6LoWpan”), l'onnipresente suite Tcp/IP è diventata parte della tecnologia disponibile per le reti di sensori. Questo punto di svolta ha riportato l'intera community che si occupa di reti di sensori al tavolo da disegno. Dust Networks ha immediatamente riconosciuto l'importanza di questo sviluppo. Nel 2011 dal gruppo di ricerca e sviluppo dell'azienda nacque una nuova linea di prodotti di terza generazione, creati per sfruttare la nuova funzionalità dell'IP e, allo stesso tempo, mantenere i vantaggi dei prodotti Dust precedenti. Dust considera questa nuova linea, denominata SmartMesh IP, una piattaforma in grado di offrire ai mercati commerciali gli stessi vantaggi che Dust ha perfezionato per dominare il settore dei sensori wireless industriali. La società ha radicalmente cambiato questa nuova linea di prodotti, pur mantenendo numerosi aspetti. La linea comprende un nuovo prodotto system-on-chip Eterna 802.15.4e. La differenza principale è che il prodotto nuovo comprende un potente processore Arm Cortex-M3 a basso consumo. I prodotti Dust precedenti avevano una potenza di elaborazione on-board nettamente inferiore, ma che era adatta al loro campo d'impiego specifico. Le reti di sensori basate su IP, invece, hanno bisogno del supporto di più protocolli e applicazioni nello stesso nodo sensore. Una grande differenza è che, mentre il prodotto è progettato per qualsiasi tipo di rete, il primo network stack supportato è 6LowPan piuttosto che un protocollo industriale.
Proprietà dell'IP SmartMesh
Quali funzioni sono state rimandate? Il consumo bassissimo rimane, per esempio. Dust ha utilizzato ancora le sue risorse interne per sviluppare un prodotto in grado di superare i chipset a basso costo. L'Intelligent Network Management di Dust è un altro filo conduttore che si unisce ai suoi precedenti successi. Infine i nuovi prodotti prevedono ancora il Tsmp; quello nuovo però è conforme a quello definito nell'ultimo standard Ieee 802 (15.4e).
Il futuro delle Wsn
Secondo Arc il settore del rilevamento wireless industriale registrerà una rapida crescita media a due cifre. I prodotti maturi che prevedono standard internazionali come l'Iec 62591 e sono supportati da importanti fornitori guideranno la diffusione delle Wsn nelle applicazioni industriali. Arc ritiene che i dispositivi Iec 62591 stiano dominando questo settore e che probabilmente sarà Dust a fornire la tecnologia migliore. A parte le applicazioni industriali, il settore delle Wsn si indirizzerà verso l'IP, o 6LoWpan, guidato dall'enorme vantaggio derivante dall'adozione del Tcp/IP. Tuttavia il funzionamento a bassissimo consumo rimarrà un aspetto importante nella creazione di applicazioni di alto valore e lunga durata che richiedono il funzionamento automatico per soddisfare i requisiti in materia di Total Cost of Ownership. Grazie a questi nuovi prodotti IP SmartMesh, Dust Networks è diventato il primo fornitore di tecnologia Wsn per tutti i segmenti del mercato. Dust Networks ha adottato una strategia fondamentale servendo applicazioni che richiedono prestazioni elevate ottenibili con un prodotto Wsn economico. Arc prevede che gli Oem commerciali “prendano” questa value proposition nello stesso modo in cui gli Oem industriali hanno adottato la precedente tecnologia di Dust.
