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55 - ELETTRONICA OGGI 474 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2018 potenza per bit per chilometro, soprattutto nel caso in cui la rete deve operare come una rete WSN (Wireless Sen- sor Network - rete di sensori wireless) a basso consumo, uno dei casi d’uso più tipici di IoT. D’altro canto le reti ge- grafiche (WAN – Wide Area Network) sono architettate in modo da coprire grandi distanze con un singolo salto. Invece di una rete mesh esse utilizzano una topologia di rete a stella. Si tratta essenzialmente di link diretti tra un endpoint e un gateway (anche se è bene tener presente che alcuni endpoint possono agire alla stregua di gate- way). Le reti WAN progettate per applicazioni IoT sono ora generalmente note con l’acronimo LPWAN (Low Power WAN) e possono coprire distanze dell’ordine di decine di chilometri con una singola connessione. Esse sono sempre più utilizzate per collegare aree urbane di grandi dimensioni, come ad esempio le smart cities. At- tualmente, le più diffuse reti LPWAN sono LoRa, Sigfox, Ingenu RPMA e Weightless: le caratteristiche principali di queste quattro reti sono riportate nella tabella 2. Le reti cellulari attualmente supportano un caso d’uso delle reti LPWAN, previsto dalla release 13 delle specifiche 3GPP. Nell’ambito di questa release sono state specificate le tecnologie LTE Cat-M1 e NB-IoT (anche nota come Cat- M2). A differenza di altre reti LPWAN, la rete è gestita dai fornitori di servizi di telefonia cellulare e il suo utilizzo è soggetto al pagamento di un canone. Le tariffe possono essere anche applicate per l’uso di altre reti LPWAN, ma l’infrastruttura può essere anche di proprietà e gestita dall’utente. Ottimizzazione per reti WSN Le potenziali soluzioni single chip per le reti WSN sono ora relativamente comuni e la maggior parte dei prin- cipali produttori di semiconduttori, oltre a piccole re- altà specializzate, offrono dispositivi a elevato livello di integrazione che abbinano transceiver RF con mi- crocontrollori, integrati per la gestione della potenza, periferiche analogiche e digitali, memoria e altre inter- facce. Lo sviluppo di un endpoint per reti WSN basato su quasi tutti gli standard wireless per reti PAN, LAN o WAN può essere effettuato utilizzando un singolo di- spositivo o una soluzione a due chip. Il fatto che un numero così elevato di produttori stanno proponendo SoC molto simili tra loro significa che esi- stono piccole differenze tra le diverse offerte: si tratta di compromessi che ciasun produttore di semiconduttori ha ritenuto necessari per soddisfare le esigenze delle applicazioni di riferimento. Una soluzione non è adat- ta per tutte le applicazioni. Alcun costruttori possono anche voler implementare più protocolli, abbinando ad esempio una rete PAN con una rete LPWAN. In questo modo è possibile sfruttare i vantaggi di entrambe le to- pologie, come l’elevata velocità di trasferimento dati per le comunicazioni su corta distanza abbinata alla bassa velocità di trasferimento dati per distanze più lunghe. Poichè ogni applicazione è differente, potrebbe non es- sere possibile reperire il SoC “perfetto” per cui esistono valide ragioni per optare per una soluzione custom. La piattaforma SmartEdge di S3 Semiconductors integra un’ampia libreria di IP collaudati che comprende fun- zioni RF, digitali, analogiche e di potenza che possono essere ottimizzate per una particolare applicazione, in modo da soddisfare le esigenze di tutti i collegamen- ti in rete wireless. Il valore di una soluzione ASIC può essere misurato in molti modi ma, in ultima analisi, si tratta di un approccio che praticamente non richiede alcun compromesso. Tra i miliardi di dispostivi che in un futuro prossimo formeranno la rete IoT, molti di que- sti saranno endpoint di reti di sensori wireless. L’utilizzo di un SoC per lo svilippo di un endpoint può comporta- re molti vantaggi, anche se l’individuazione della solu- zione ottimale non è un compito semplice. La scelta di un ASIC custom fornisce ai costruttori la possibilità di ottimizzare la soluzione in base ai loro requisiti, fornen- do loro un vantaggio competitivo rispetto a un’imple- mentazione basata su prodotti standard. Una soluzione come la piattaforma SmartEdge di S3 Semiconductors è in grado di assicurare tutti questi vantaggi. Tabella 2 – Confronto delle caratteristiche chiave delle reti LPWAN attualmente più diffuse Protocollo Frequenza Radio Banda licenziata Data Rate Range approssimativo Consumo di potenza relativo LoRa 868/915 MHz N (bande regionali ISM) da 300 bps a 50 kbps Fino a 15 km Molto basso Sigfox 868/915 MHz N(bande regionali ISM) 100 bps Fino a 50 km Molto basso Ingenu RPMA 2,4 GHz N (banda globale ISM) Uplink: fino a 624 kbps Downlink: fino a 156 kbps Fino a 20 km Basso Weightless-P 169 – 915 MHz N (bande regionali ISM/SRD) da 200 bps a 100 kbps Da 5 a 10 km Molto basso COMM WIRELESS SOCS