Un connubio tra sicurezza ed efficienza dei costi

L’espressione “Internet of Things” fu coniata da Kevin Ashton, un ingegnere britannico dell'Auto-ID Center, con sede al Mit, di Boston, Stati Uniti. Probabilmente le sue origini risalgono al 1999 ma solo negli ultimi due o tre anni l’industria elettronica ha preso in esame le varie possibilità che emergono dall’IoT. Non è difficile capire il perché. Internet ha iniziato a prendere piede nel vero senso della parola solo pochi anni fa, circa un miliardo di aziende e 5 miliardi di persone usufruiscono della connessione. Secondo gli esperti entro il 2020 circa 50 miliardi di “oggetti” saranno collegati a Internet, molti dei quali invieranno dati ad ampi Cloud Server che li utilizzeranno per il monitoraggio, il controllo e l'analisi. Ma quali sono questi “oggetti”? Automobili, elettrodomestici, macchine industriali, Tv, decodificatori e probabilmente persino lampade Led che sarà possibile accendere e spegnere ovunque ci troviamo, sfruttando semplicemente una connessione Internet. Quello che rende più interessante il mercato dell’IoT è l’idea di dispositivi portatili connessi a Internet, compresi prodotti indossabili. I prodotti “indossabili” comprendono dispositivi medici e gadget dedicati al fitness e alla salute, oggetti in grado di misurare il polso, la pressione arteriosa e altro per poi inviare dati via Internet laddove possono essere utilizzati. Questo mi porta a una delle più grandi sfide imposte dalla rivoluzione dell’IoT: la sicurezza. Se il vostro “oggetto” IoT trasmette dati medici, sicuramente vorrete limitare la condivisione delle informazioni. Se il dispositivo è utilizzato per effettuare un pagamento sicuro da un conto corrente, sarete altrettanto interessati a limitare la visibilità delle vostre credenziali per accedere.

Collegare gli oggetti a Internet

La definizione di “oggetti” ma anche le modalità di connessione a Internet sono molto varie. Attualmente, le connessioni fisse sono effettuate tramite cavi di rame e fibre ottiche o una combinazione di entrambi. Se l’onnipresente smartphone è utilizzato come hub per gli ‘oggetti’, è necessario un collegamento wireless per permettere ai dispositivi di comunicare tra loro. Per alcune applicazioni, il collegamento wireless utilizza tecnologie oggi già integrate in quasi tutti gli smartphone, Wi-Fi o Bluetooth. Ma entrambi hanno limiti. Il Wi-Fi ha un elevato consumo energetico, pertanto la durata della batteria nei prodotti elettronici portatili è limitata. Il Wi-Fi genera un segnale a radiofrequenza di 2.4 GHz o 5 GHz senza tener conto dei numerosi hacker in grado di intercettare le trasmissioni effettuate via Wi-Fi per poi estrarre i dati integrati, come è già stato segnalato numerose volte. Il Bluetooth è una tecnologia che utilizza una radiofrequenza di 2.4GHz ma consente solo la realizzazione di comunicazioni wireless a corto raggio e a una velocità di trasmissione dati ridotta. Il Bluetooth Smart, recente versione a basso consumo di questa tecnologia, ha ridotto il consumo energetico del Classico Bluetooth da circa 1W a 0.01 W. La potenza massima di trasmissione è 10mW e la velocità di trasmissione in bit è pari a 1Mbit/s. Anche il periodo di latenza e il tempo di trasferimento dati sono stati ridotti di oltre 10 volte rispetto al precedente standard, prolungare prolungando in questo modo la durata della batteria nei dispositivi portatili. Inoltre secondo il Gruppo d’Interesse Speciale Bluetooth, entro il 2018 oltre il 90% degli smartphone abilitati all’uso del Bluetooth supporteranno la tecnologia di comunicazione Bluetooth Smart; a prima vista sembra quindi essere il candidato più evidente per collegare un “oggetto” al proprio telefono, laddove la rete di telecomunicazione cellulare renda disponibile una connessione Internet. Tuttavia, un altro tipo di tecnologia wireless sta cominciando a decollare dopo aver impiegato anni per mettere in pratica i vantaggi ad essa correlati. La tecnologia presa in esame è l’Nfc acronimo di Near Field Communications. Questo tipo di tecnologia si differenzia molto sotto diversi aspetti dalla tecnologia di tipo Wi-Fi o Bluetooth, aspetti che potrebbero renderla allettante per molte applicazioni di tipo IoT. Inoltre, questo tipo di tecnologia è già incorporato in oltre 500.000,000 smartphone e tablet e si prevede un aumento fino a raggiungere 1,5 miliardi entro il 2017, secondo ABI Research, l’analista di mercato. La tecnologia Nfc è differente. Si tratta di una tecnologia di comunicazione a corto raggio, molto privata, sicura, a basso consumo ed economica se paragonata alle altre alternative. Uno scambio di dati bidirezionale tra dispositivi accostati a una distanza di circa soli 10 cm, in cui è difficile intercettare il segnale. I dispositivi Nfc non trasmettono sono in grado di operare se non opportunamente attivati. È necessario applicare un dispositivo Nfc a un oggetto abilitato all’uso della tecnologia Nfc per leggere la sua memoria. Inoltre ci sono anche caratteristiche del protocollo che garantiscono una comunicazione sicura. Altra caratteristica dominante risiede nel fatto che un transponder a interfaccia Nfc, o tag, usa l’energia della radiofrequenza emessa dal lettore con tecnologia Nfc presente nelle vicinanze. Il Tag pertanto non ha bisogno di una batteria o di alimentazione e riesce così a mantenere la complessità, i costi e le dimensioni ben al di sotto di quelli del Wi-Fi o del Bluetooth.

Modalità di comunicazione Nfc

Le modalità di comunicazione Nfc comprendono: la modalità Read/Write, la modalità Peer-to-Peer e la modalità Card Emulation. Nella modalità Read/Write, il lettore/scrittore Nfc o gli smartphone abilitati all’uso della tecnologia Nfc e configurati come lettore/scrittore contactless, leggono i dati dagli oggetti abilitati alla tecnologia Nfc che poi rispondono in qualche modo alle informazioni richieste. Per esempio, è possibile connettersi automaticamente ai siti web usando un URL recuperato, inviare sms senza digitare o ottenere coupon per sconti, semplicemente tramite il collegamento del vostro telefono a un oggetto con tecnologia Nfc. Usando la modalità Peer-to-Peer, uno dei lettori/scrittori si comporta come un tag e crea un canale di comunicazione. Due dispositivi Nfc, ad esempio due smartphone, possono comunicare tra loro. Nella modalità Card Emulation, i dispositivi Nfc possono emulare una card contactless. Questo significa che i dispositivi abilitati all’uso della tecnologia Nfc possono essere utilizzati all’interno di infrastrutture contactless card già esistenti. Servizi di biglietteria, controllo accessi, transito, caselli autostradali e sistemi di pagamento contactless sono solo alcune delle applicazioni attuali e future.

Iniziare a sviluppare con la tecnologia Nfc

Negli ultimi anni la NXP Semiconductor è stata una dei maggiori sostenitori della tecnologia Nfc. Silica ha collaborato con l’azienda per creare e sviluppare una piattaforma che aiuterà gli ingegneri a incrementare i sistemi integrati abilitati all’utilizzo della tecnologia Nfc che non hanno bisogno di alimentazioni esterne. L’energia necessaria è ottenuta dalla tecnologia Nfc o dai campi magnetici dell’Rfid. ArchiTech Louvre è una scheda dimostrativa e di sviluppo che combina l’uso di un NTAG I2C tag IC di Nxp con LPC11U37 Arm Cortex M0 un microcontrollore di Nxp, e un display e-ink da 2,7 pollici. La scheda è completa di firmware e applicazioni Android. Il software è disponibile con Gpl. NTAG I2C è un chip che funge da memoria a doppia porta. Si accede a una porta wireless attraverso un’interfaccia Nfc e all’altra porta attraverso il sistema via I2C. Il lettore attivo, uno smartphone, comunica con il tag passivo anche quando il sistema incorporato è spento. L'accoppiamento tra l’NTAG I2C e il NXP Mcu a bassa potenza permette ai progettisti di collegare la scheda ArchiTech Louvre a uno smartphone e di aggiornare il firmware, leggere i sensori (senza consumare l’alimentazione) e scambiare dati con l’Mcu. Una soluzione efficiente per le applicazioni Rfid a basso consumo, con LPC11U37 Arm Cortex M0 Mcu che consuma solo 85 µW/MHz. Il display di tipo e-ink non consuma energia, eccetto quando effettua l’aggiornamento. La scheda dispone anche di un’interfaccia con Arduino. È quindi possibile accedere da una piattaforma esterna; in questo modo sono facilmente disponibili decine di migliaia di applicazioni. L’IoT comprenderà una vasta gamma di applicazioni; di conseguenza non sarà sufficiente una sola dimensione quando si tratta di comunicazione wireless. Tuttavia, se i prerequisiti sono piccole dimensioni, basso consumo e a buon mercato, combinati ad alti livelli di sicurezza dati, molte di queste applicazioni saranno meglio realizzate utilizzando la tecnologia Nfc. Abbiamo impiegato un po’ di tempo, ma eccola qui ora, pronta a entrare in azione e a rimanere in commercio nel prossimo futuro.

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