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Backscatter per sensori IoT a basso consumo energetico

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Backscatter per sensori IoT a basso consumo energetico FASTWEB S.p.A.
Sensori IoT
Internet
Uno dei maggiori freni alla diffusione di dispositivi e sensori IoT è il consumo energetico. I laboratori di ricerca Disney potrebbero aver trovato la soluzione

Che l'Internet of Things sia la strada intrapresa dai maggiori produttori di dispositivi smart domestici e di macchinari per l'industria e la manifattura è ormai un dato di fatto. Il fatturato del settore cresce in maniera esponenziale e, secondo le proiezioni Gartner, entro la fine del 2017 si conteranno più di 8 miliardi di dispositivi connessi attivi e funzionanti. Un trend ormai consolidato, che potrebbe però avere nel consumo energetico il suo maggior limite: al crescere dei device cresce ovviamente anche la richiesta di energia elettrica per alimentarli.

Una possibile soluzione è stata proposta da alcuni tecnici dei laboratori di ricerca e sviluppo Disney (sì, la stessa di Topolino e dei film di animazione che riempiono le sale cinematografiche di tutto il mondo ogni Natale). Secondo gli studiosi statunitensi sarebbe possibile dare un taglio ai consumi "semplicemente" riducendo le emissioni di onde radio dei dispositivi connessi. Per trasmettere dati e informazioni, consentendo così ai dispositivi e sensori IoT di comunicare tra di loro, sarebbe sufficiente sfruttare il backscatter di onde radio già presenti nell'atmosfera (come quelle del segnale TV, tanto per fare un esempio).

"La promessa che l'ecosistema Internet of Things porta con sé è quella che i sensori IoT saranno ubiqui o quasi, consentendo così ai dispositivi di comunicare tra di loro e analizzare e studiare l'ambiente che li circonda – afferma Markus Gross, vice presidente del dipartimento Ricerca Disney - Ma al crescere del numero di dispositivi connessi appare sempre più improbabile che questi possano essere alimentati a batteria. È necessario trovare una soluzione alternativa che ci consenta di ridurre i consumi energetici e, allo stesso tempo, di sviluppare la rete IoT".

 

Rete Internet of Things

 

Che cos'è il backscatter

Il backscattering è una particolare tecnica di telecomunicazione che sfrutta il fenomeno fisico della riflessione diffusa. Grazie a essa, i dispositivi sono in grado di stabilire un ponte comunicativo tra due o più device – una rete senza fili, per l'appunto – con un consumo energetico praticamente nullo. Questo perché i nodi e sensori del network non emettono alcun segnale, ma si limitano a riflettere le onde di altri dispositivi e già presenti nell'atmosfera.

L'applicazione di questo principio fisico al mondo dell'high tech non sarebbe certamente una novità. Da tempo, ad esempio, si conducono degli esperimenti nel campo del Wi-Fi passivo, tecnologia pensata per ridurre (anche in questo caso) il consumo energetico di router e dispositivi che sfruttano i protocolli comunicativi IEEE 802.11x. Altri esempi di backscattering sono dati dai tag RFID passivi e ricerche sperimentali che impiegano le onde radio del segnale TV. In questi ultimi due casi, però, il raggio d'azione del backscattering è molto limitato e non potrebbe essere utilizzato per connettere dispositivi IoT distanti tra loro anche solo pochi metri.

Il sistema a banda ultralarga

Per porre rimedio a queste limitazioni, i ricercatori Disney hanno ideato un sistema di comunicazione a banda ultralarga basato sul backscatter ambientale ("ultra-wideband ambient backscatter system" nell'originale inglese). Si tratta, tutto sommato, di un sistema concettualmente semplice, ma piuttosto complesso da mettere in pratica. Tralasciando la componente hardware, sono i software di gestione e i protocolli di comunicazione ad aver creato qualche grattacapo agli sviluppatori e ingegneri della casa cinematografica statunitense.

 

Rete di sensori Internet of Things

 

Per amplificare il segnale, così da avere una banda di trasmissione e una copertura le più ampie possibili, il sistema UWB si compone di quattro antenne controllate via software. Una di queste capta (e riflette) il segnale radio FM, una è dedicata al segnale della rete cellulare e due al segnale TV. Ciò consente di sfruttare un'ampia gamma di bande di frequenza e fa sì che il sistema UWB sia sempre funzionante. Questa configurazione, infatti, rende possibile creare dei sensori IoT in qualunque area urbana ed extraurbana, garantendo una copertura estesa e un segnale forte.

Il firmware dei sensori e il loro software di gestione, in questo caso, svolge un ruolo di primaria importanza. I protocolli di comunicazione dell'ultra-wideband ambient backscatter system devono essere in grado di recepire il segnale in ingresso, analizzarlo e ripulirlo, così da poter ricavare il messaggio (o i messaggi) e "rimbalzarli" verso gli altri nodi e sensori IoT. Nei primi test "sul campo" il sistema sembra comunque essersi ben comportato, facendo ben sperare per le future applicazioni reali.

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