La tecnologia ULPW

La tecnologia ULPW (Ultra Low Power Wireless) permette la comunicazione dati via radio tra due o più dispositivi elettronici con le seguenti peculiarità:

• la quantità di dati scambiati è minimale
• il consumo di corrente della radio e spesso di tutto il dispositivo elettronico è molto basso (la durata delle batterie – non ricaricabili - si misura in anni)
• le distanze raggiunte variano da alcune decine di metri per le radio non amplificate ad alcune centinaia di metri per quelle amplificate; la copertura può essere ampliata sfruttando alcune tecniche particolari di radio tecnica o di rimbalzo del pacchetto tra nodi intermedi

La tecnologia ULPW è particolarmente adatta per l’implementazione delle reti di sensori radio (Wireless Sensor Network), dove i nodi sensorizzati alimentati a batteria, grazie alle tecniche di minimizzazione del consumo di corrente, hanno una durata operativa molto lunga, a volte paragonabile alla vita del prodotto nell’applicazione specifica.

Nelle applicazioni più comuni, una serie eterogenea di nodi sensorizzati, piazzati nei luoghi più opportuni, acquisiscono l’informazione voluta è la trasmettono via radio al nodo raccoglitore che a seconda dell’applicazione può essere:

• una centralina fissa che elabora autonomamente le informazioni ricevute dai sensori
• una centralina fissa che opera da ponte e ritrasmette le informazioni ricevute dai sensori al sistema utilizzatore via rete LAN o rete geografica
• un terminale portatile col quale vengono raccolte, quando occorrono, le informazioni prodotte dai sensori

Esistono altre tipologie di applicazione dove sono i nodi sensorizzati ad essere mobili, mentre i nodi raccoglitori possono essere a loro volta mobili oppure fissi. In queste applicazioni, di solito, il consumo dei nodi sensorizzati mobili non è bassissimo e quindi si sfruttano delle batterie più capienti e di tipo ricaricabile.

Grazie alla presenza della batteria, i nodi sensorizzati possono operare in modalità datalogger e quindi acquisire e memorizzare i dati anche nei periodi in cui la rete radio è assente o non operativa.

In alcune applicazioni (controllo remoto e domotica), i nodi sono alimentati da rete elettrica e quindi possono fungere da nodi attuatori o sensori/attuatori.

 

Gli standard IEEE 802.15.4 e ZigBee

Nel panorama delle molteplici soluzioni ULPW per: circuiteria RF e antenne, frequenze radio utilizzate, tipologia di modulazione, protocolli di basso livello e di accesso al canale, protocolli di rete, politiche di aggancio alla rete, politiche di consumo; si distinguono due standard molto interessanti per le soluzioni adottate e per il fatto stesso di essere standard a livello internazionale.

IEEE 802.15.4 è uno standard dell’Institute of Electrical and Electronics Engineers che norma il livello fisico e i protocolli di basso livello per le radio digitali - a bassa potenza e basso baudrate - operanti nelle frequenze radio assegnate per scopi industriali, scientifici e medici (bande ISM): 868 MHz in Europa, 915 MHz negli Stati Uniti e 2,4 GHz nella maggior parte del mondo.

ZigBee è uno standard della Zigbee Alliance che comprende un insieme di protocolli di comunicazione ad alto livello per le radio digitali basate sullo standard IEEE 802.15.4, il suo scopo è quello di portare ai minimi livelli la complessità e il costo dei nodi di una WPAN (Wireless Personal Area Network).

Le applicazioni della tecnologia ULPW basate sugli standard IEEE 802.15.4 e ZigBee sono veramente numerose, a titolo di esempio citiamo (da esperienze e concept di TERTIUM Technology):

• il monitoraggio di fessurazioni o altri dissesti simili su edifici che presentano aree di crisi evidenti
• il controllo della presenza in porto di imbarcazioni turistiche e del loro corretto ormeggio durante il periodo di rimessaggio invernale
• il telecomando di sistemi anti-intrusioni negli appartamenti
• il riordino da parte degli avventori di cibi e bevande nei fast-food