Tecnologie di trasmissione in modalità wireless

I principali vantaggi di un sistema wireless rispetto alla soluzione cablata sono:

mezzo trasmissivo che non si guasta, riduzione del cablaggio, assenza di modifiche strutturali, semplicità di installazione, maggiore libertà nel posizionamento dei nodi della rete, mobilità e scalabilità. I principali svantaggi sono invece: possibile indisponibilità del canale radio, alimentazione dei nodi di comando, problemi di interferenze e di sicurezza.

Esistono due famiglie di connessioni wireless: infrarosso (IR) e radiofrequenza (RF). In ambito domotico sono più utilizzate le RF in quanto in grado di propagarsi anche attraverso gli ostacoli. Grazie alle tecnologie wireless, oggi il nuovo orizzonte delle reti domotiche è rappresentato dalle WLAN (Wireless Local Area Network) che possono essere considerate una valida alternativa alle reti cablate; in una WLAN ogni nodo può trasmettere e ricevere informazioni e può anche comportarsi da “ponte” consentendo così di raggiungere i nodi remoti del sistema, aumentandone l‟affidabilità (Wireless Mesh Network).

Le principali e moderne tecnologie RF oggi disponibili che si stanno rivelando le più adatte per le applicazioni domotiche sono:

 HomeRF SWAP (Shared Wireless Access Protocol)

 Wi-Fi (Wireless Fidelity, Standard IEEE 802.11b)

 Bluetooth (Standard IEEE 802.15.1)

 ZigBee (Standard IEEE 802.15.4)

1. Infrarosso

Questa soluzione è confinata all‟utilizzo all‟interno di una singola camera, in prossimità del ricevitore. Un tipo di modulazione utilizzabile è la pulse modulation, utilizzato per i telecomandi TV: impulsi di alta intensità e breve durata che comportano un basso assorbimento di potenza, resistenza al rumore e facilità di ricezione; i problemi principali sono i generatori di rumore, come le lampade fluorescenti. La standardizzazione nel campo dell‟infrarosso è particolarmente importante perché ci potrebbero essere nella stessa stanza più periferiche che utilizzano questo metodo di comunicazione e occorre evitare le mutue interferenze; inoltre la trasmissione ad infrarosso può essere utilizzata insieme a quella ad onde convogliate (riservando a quest‟ultima il compito della comunicazione tra le varie stanze)347.

2. Radiofrequenza

È la tecnologia che attualmente è in fase di maggior sviluppo, sia per la trasmissione dati che per la trasmissione della voce. Spesso consente di creare soluzioni convenienti ed economiche per la costruzione di una rete domestica. Questo mezzo copre facilmente l‟intera casa senza bisogno di ripetitori, ma occorre evitare di trasmettere segnali indesiderati alle case adiacenti. I problemi sono gli stessi delle onde convogliate, ma in questo caso l‟adozione di un “filtro” non è attuabile; dunque si alza il più possibile la frequenza di trasmissione (in questo caso diviene problematico il posizionamento delle periferiche). Inoltre, un problema nella standardizzazione risiede nel fatto che le bande consentite di frequenza variano da paese a paese.

347 _{In questo caso, in ogni camera dove si intende utilizzare l‟infrarosso deve essere presente un convertitore il} quale trasforma il segnale in una grandezza compatibile con le onde convogliate.

IEEE 802

Grazie allo standard IEEE oggi è possibile collegare in modalità wireless qualsiasi nodo di una rete informatica, garantendo all‟utenza un accesso continuo ad alta velocità; il Wi-Fi (standard

802.11b) garantisce la compatibilità tra dispositivi di diverse case produttrici: ciò consente una

comunicazione senza interruzioni con PC wireless e apparati di rete fissa; per collegare i dispostivi wireless a una rete Ethernet cablata è necessario impiegare un access point, apparecchio in grado di ricevere segnali radio trasmessi dagli stessi PC e inoltrarli ai relativi dispositivi di rete (hub/switch o router) per effettuare il collegamento con postazioni collegate alla rete fissa.

HomeRF

La missione dell‟HomeRF Working Group è di permettere l‟esistenza di un ampio numero di dispositivi consumer interoperabili, mediante la definizione di uno standard aperto per connettere in radiofrequenza tutti i dispositivi elettronici presenti nell‟abitazione; questi potranno così scambiarsi informazioni all‟interno o nelle immediate vicinanze di una casa in modo trasparente agli utilizzatori che non dovranno preoccuparsi della realizzazione della rete; all‟associazione partecipano i nomi più noti nei settori di hardware, software, elettronica e telecomunicazioni.

Bluetooth

È una delle tecnologie che stanno dando grande impulso alla domotica; si tratta di uno standard a trasmissione RF di basso costo nata allo scopo di eliminare i cablaggi necessari per molti prodotti (cellulari, stampanti, cuffie audio, …). È uno standard di comunicazione tra dispositivi eterogenei situati a breve distanza tra loro ideato nel 1994 dalla Ericsson; nel 1998 grazie al consorzio SIG (Special Interest Group) formato da Ericsson, IBM, Intel, Nokia e Toshiba sono state sviluppate specifiche open-source indipendenti dalle grandi case costruttrici; diverse società si sono unite (i maggiori produttori di apparecchiature di telefonia, elettronica ed informatica) per lo sviluppo di nuove applicazioni; inizialmente è stato utilizzato come sostitutivo delle comunicazioni via cavo e a infrarosso; questo standard offre molti servizi tra cui il controllo dell‟accesso agli edifici basato sul riconoscimento degli utenti provvisti di dispositivi Bluetooth. Le principali caratteristiche che rendono interessante il suo sviluppo sono: i dispositivi costano e consumano poco, è senza fili, il segnale è omnidirezionale e può passare attraverso i muri, permette la trasmissione di voce e dati contemporaneamente, è possibile riunire in un unico telecomando tutti i dispositivi di accesso, opera in modo automatico (facilità di installazione/utilizzo: grazie alla capacità di riconoscimento, i dispositivi iniziano a comunicare tra loro appena sono abbastanza vicini); aspetti negativi sono la sua velocità ridotta e le interferenze con le WLAN basate sullo standard IEEE 802.11b (Wi-Fi).

ZigBee

Lo standard IEEE802.15.4 definisce il protocollo di trasmissione in RF a basso livello di data-rate tra diversi dispositivi fissi o mobili che necessitano di un basso consumo di potenza nell‟ambito di una WPAN (Wireless Personal Area Network) utilizzata per distribuire informazione su distanze relativamente brevi e senza cavi di collegamento; le connessioni effettuate attraverso le WPAN riguardano dunque piccoli ambienti, il che favorisce lo sviluppo di soluzioni poco costose ed energeticamente efficienti per un‟ampia gamma di applicazioni. Le topologie impiegate sono: a stella (presenza di un coordinatore) o peer-to-peer (una rete paritaria, non gerarchizzata in cui ogni nodo si comporta da client/server); un esempio di rete fondata sul peer-to-peer è il cluster-

tree: attraverso diversi nodi coordinatori risultano configurabili delle reti a struttura multi-cluster

il cui vantaggio è legato alla maggiore estensione dell‟area coperta e quindi al maggior numero di nodi interagenti. Le caratteristiche di auto-configurabilità e di interoperabilità consentono alla rete di modificarsi al variare delle condizioni operative, scegliendo dinamicamente i nodi e gestendone la connettività, a seconda dell‟ambiente applicativo. L‟utilizzo di tecnologie “magliate” consente di massimizzare l‟affidabilità della rete, garantendo la possibilità di instradare l‟informazione su percorsi diversi. Uno dei principali vantaggi di ZigBee rispetto ad altre tecnologie wireless di prossimità, è l‟elevato livello di sicurezza della rete e degli applicativi.

La ZigBee Alliance è un consorzio di oltre 80 società (sempre in aumento) il cui obiettivo è quello di assicurare nel breve periodo, la diffusione di ZigBee in un ampio settore del mercato wireless; la speranza dei promotori è di realizzare chip sempre più integrati e più economici, che siano in grado di implementare l‟intero protocollo. La sfida non è semplice poiché si tratta di penetrare un mercato in gran parte saturato da tecnologie come Wi-Fi e Bluetooth.

RFID (Radio Frequency IDentification)

Questa tecnologia rappresenta una valida soluzione nel campo dell‟automazione dei processi, dell‟acquisto di prodotti e del riconoscimento a distanza di oggetti e persone, consentendo il trasferimento di energia e di dati a distanza attraverso le onde elettromagnetiche; la tecnologia impiegata è diversa a seconda delle esigenze: possono essere impiegati dispositivi passivi o attivi, con ampia memoria o in grado di possedere una memoria ad un solo bit e a diverse frequenze a seconda del range operativo scelto. I componenti di un sistema RFID sono: trasponder (tag), formato da un chip, che contiene i dati, e da un‟antenna per la comunicazione; reader, un dispositivo in grado di leggere i dati dal tag e, in caso che il tag sia di tipo passivo, di alimentarlo per la comunicazione; controller, in grado di interpretare e gestire i risultati forniti dal reader, per poi spedirli, attraverso una rete, ad un‟applicazione. La tecnologia RFID è regolamentata da diversi standard ISO creando bande di utilizzo simili ma non del tutto uguali per l‟intero pianeta e che quindi ne rende difficile la diffusione. I punti di forza di questa tecnologia sono: possibilità di scegliere la modalità di alimentazione dell‟integrato (batteria o esterna), possibilità di aggiustare la frequenza (dopo il dimensionamento del sistema) con un apposito circuito di tuning, presenza della modalità stand-by (bassi consumi), possibilità di collegamento ad un‟automobile, creando così un sistema di antifurto semplice e compatto (con tag opportuno). La tecnologia RFID unita alla tecnologia ZigBee è al centro delle nuove frontiere della domotica e delle case intelligenti, soprattutto per quanto riguarda le tecnologie assistive per utenti disabili ed anziani attraverso tecnologie ed applicazioni M2M (Machine-to-machine) e M2H (Machine-to-Human).