Le installazioni di telecontrollo punto-punto, soprattutto per l’illuminazione pubblica, stanno crescendo in maniera significativa e ricoprono un ruolo di primo piano all’interno del mondo Smart City. Si tratta di installazioni destinate a durare nel tempo: tipicamente la vita dell’impianto va da un minimo di 9 fino e oltre i 20 anni. Per questo è fondamentale che le scelte tecnologiche iniziali siano consapevoli.

Ogni topologia di rete, di frequenza di trasmissione e di protocollo di comunicazione presenta vantaggi e svantaggi. Una soluzione flessibile, che permetta di sfruttarne i punti di forza e garantire la possibilità di adattarsi alle evoluzioni tecnologiche e normative future è la scelta più valida.

Considerati i vantaggi in termini di gestione, di risparmio energetico e di impatto luminoso, il telecontrollo punto-punto dell’illuminazione pubblica (e privata) è ormai uno standard per qualsiasi impianto.

Per realizzare un sistema di telecontrollo punto-punto moderno e in ottica Smart City, è ormai consolidato l’utilizzo delle tecnologie IoT con comunicazioni radio che offrono ai progettisti una varietà di soluzioni e architetture di comunicazione.

Le valutazioni meramente commerciali o tecnicamente superficiali, in questo contesto portano a scelte poco efficaci. Un approfondimento tecnologico in fase di progettazione permette di valutare tutti i vantaggi attuali e i potenziali sviluppi futuri.

Gli impianti di illuminazione pubblica, infatti, rappresentano ormai una componente fondamentale del sistema Smart City, nel quale i pali della luce diventano smart light pole grazie nodi e sensori.

I principali sistemi di comunicazione radio

grafico della distribuzione delle frequenze radio e applicazioni principali

Le frequenze più comuni utilizzate per i sistemi di telecontrollo punto – punto sono 868 MHz e 2,4 GHz: due tra le poche bande disponibili per uso libero stabilite dall’ITU-R (International Telecommunication Union – Radiocommunication Sector).

Ai sistemi funzionanti su queste due bande si aggiungono i servizi M2M offerti dai gestori telefonici, che utilizzano bande radio dedicate ai servizi di telefonia mobile per l’uso delle quali si pagano le concessioni di utilizzo.

Prendendo in considerazione le bande a uso libero che possono quindi essere autogestite, occorre decidere tra l’adozione di un sistema che funzioni sulla banda degli 868 MHz (detta anche subgiga) e un sistema che usi la frequenza dei 2,4 GHz.

Prima, però, è necessaria una breve premessa.

La scelta della topologia di rete

Prima di compiere la scelta tra le frequenze, è essenziale valutare l’architettura della rete che si vuole installare.

Nel caso di rete mesh tutti i nodi della rete parlano tra loro e collaborano al fine di far giungere le informazioni in un qualsiasi punto della rete compiendo percorsi diversi, compensando la portata radio che tipicamente è ridotta (intorno ai 100/200 metri max con visibilità diretta). In questo caso, più piccole sono le “celle” (maglie) della rete, meglio funziona la comunicazione, poiché la rete è in grado di veicolare contemporaneamente molte più informazioni (pacchetti dati) senza che gli uni disturbino gli altri. Questa topologia di rete è più indicata per coperture omogeneamente distribuite. Le reti mesh supportano in modo naturale le comunicazioni peer to peer, cioè quelle comunicazioni che si sviluppano tra i nodi della rete.

Nel caso di rete star ogni nodo della rete parla con un punto centrale con un collegamento radio diretto, senza cioè fare dei salti per rigenerarsi. Per implementare questo tipo di rete è indispensabile utilizzare frequenze basse (868 MHz) e potenze di trasmissione più elevate. In questo caso diventa determinante la scelta del posizionamento dei “centro stella” (possibilmente, ogni nodo deve essere in contatto con più di un “centro stella” per ragioni di ridondanza in caso un gateway venisse a mancare): i “centro stella”, quindi, devono essere preferibilmente localizzati in posizioni alte, spesso fuori dall’ambito di installazione del sistema. In questa topologia di rete, due nodi, benché vicini, non comunicano direttamente l’uno con l’altro, la modalità peer to peer non è supportata. Questa topologia è indicata quando i nodi non sono frequenti e sono distanti dal centro. Ciò permette di avere una rete più estesa, ma la distanza tra i nodi e il centro stella è più soggetta a interferenze e, in caso di problemi di connessione, il nodo rischia molto più facilmente di rimane isolato.

È chiaro, allora, che le topologie devono essere valutate nello specifico contesto applicativo: la rete mesh è generalmente più adatta a situazioni con alto numero di nodi vicini tra loro e distribuiti in maniera abbastanza uniforme (es. i lampioni cittadini) mentre la topologia star è preferibile dove ci sono distanze maggiori da coprire.

La scelta della frequenza radio

Va detto che non esiste una vera superiorità tecnica che possa orientare in modo automatico sull’adozione di una o l’altra banda di funzionamento del sistema radio. E non basta limitarsi a effettuare una scelta teorica a tavolino, ma bisogna fare i conti con l’ambiente in cui si opera, senza dimenticare che le bande libere che si adottano vanno condivise con migliaia di altri dispositivi e servizi. La norma prevede che ciascun utilizzatore della banda rispetti il cosiddetto duty cycle, cioè il tempo massimo di utilizzo del canale, che sugli 868 MHz è particolarmente limitato (il 2,8% del tempo) per consentire la coesistenza di tante comunicazioni in banda libera. Questa limitazione non esiste sulla banda a 2,4GHz.

La banda degli 868 MHz, avendo minor attenuazione dei segnali radio in spazio libero, consente comunicazioni a lunga distanza, dove spesso vengono utilizzate potenze di trasmissione da 10 a 100 volte maggiori rispetto a quanto richiesto in una rete mesh a 2,4 GHz, “amplificate” nello spazio (propagazione) per via della minor attenuazione in spazio libero (9 dB di meno). Di contro, però, è molto più facile ricevere interferenze sulla banda degli 868 MHz che su quella dei 2,4 GHz, dove le modulazioni (spread spectrum) dei servizi concorrenti sono molto più tolleranti (o addirittura progettate per coesistere) con altri sistemi di comunicazione.

Un esempio pratico. Se una comunicazione di 2,5 mW (millesimi di W) sulla frequenza dei 2,4 GHz impegna uno spazio (circolare) di circa 120 metri di raggio e deve quindi coesistere con altri dispositivi presenti in questa area molto ridotta, una a 868 MHz con 40 mW di potenza in antenna (ERP) impegna uno spazio (circolare) di 5,5 Km condividendo lo spazio “radio” con un numero molto più elevato di potenziali concorrenti (anche appartenenti alla stessa applicazione se nel caso di una rete mesh).

Un nodo conforme allo standard IEEE 802.15.4, ad esempio, sulla frequenza degli 868 MHz può utilizzare solo un canale radio a 868,3 MHz, mentre sui 2,4 GHz i canali a disposizione sono 16: se dunque questo canale fosse interferito e/o eccessivamente affollato il sistema potrebbe non funzionare mai.

Anche sulla frequenza dei 2,4 GHz ci possono essere interferenze per la presenza di segnali forti. In ogni caso i 16 canali disponibili permettono di trovarne uno che sia esente da interferenze. Meno o per nulla impattanti sono invece i segnali WiFi o Bluetooth che possono coesistere con IEEE 802.15.4 salvo situazioni di prossimità o segnali di potenza elevata.

Algorab ha risolto il problema

Alograb è la prima azienda italiana a proporre al mercato una soluzione altamente innovativa che permette di implementare con efficacia ed efficienza un’infrastruttura di comunicazione a vantaggio della Smart Lighting e della Smart City.

I nodi DualBand sono stati sviluppati con l’obiettivo di sfruttare i benefici di ognuna delle due frequenze per offrire un prodotto capace di avere performance eccellenti in tutte le condizioni di utilizzo. L’esclusiva tecnologia DualBand di Algorab si posiziona ai vertici della gamma in termini di affidabilità, flessibilità e compatibilità.

Questa innovazione si innesta nella filosofia Algorab di proporre sistemi flessibili e aperti, in modo che gli investimenti fatti oggi, anche grazie alla possibilità di aggiornamento OTA (Over The Air), possano essere performanti durante tutta la vita degli impianti.

La connettività è l’elemento chiave per rendere reale la Smart City e il nodo DualBand permette di estendere in maniera significativa le capacità di creare una città connessa.

  • Possibilità di utilizzare diversi standard e protocolli sia sulla frequenza 2,4 GHz (IEEE 802.15.4 e Bluetooth 5.0) sia sulla frequenza 868 MHz (IEEE 802.15.4 e LoRaWAN)

  • Flessibilità nella coesistenza di topologia mesh e star in maniera parallela, per assecondare le necessità e le esigenze del momento

  • Eliminazione del rischio di interferenze esterne, potendo scegliere all’occorrenza di instradare la comunicazione sulla banda libera

  • Ottimizzazione delle prestazioni complessive del sistema

  • Capacità di interfacciarsi e lavorare in sinergia con reti LoRaWAN esistenti

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