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Senza fili, senza problemi

17/08/2011

di Elvy Pianca

I sistemi wireless sono ormai diventati sempre più sicuri e affidabili, grazie alla loro standardizzazione. Due sono i "colossi" per building e home automation: ZigBee e Z-Wave. Ma oggi si sta diffondendo una terza tecnologia: EnOcean, che offre in più le batterie autoalimentate, presentandosi come un'alternativa più che valida, forse vincente. Non a caso inizia ad essere sempre più diffusa nel mondo dell'automazione, per applicazioni grandi e piccole. Ecco le caratteristiche e le prerogative delle tre diverse piattaforme, per conoscere più da vicino lo stato dell'arte della tecnologia a radiofrequenza e il suo legame con le più moderne soluzioni per case ed edifici.

I sistemi di automazione per casa e per edificio possono oggi tranquillamente circolare senza fili. Il wireless è infatti una realtà diffusa e consolidata per motivi che sembra perfino inutile ripetere: non essere costretti a "inciampare" nei fili è senza alcun dubbio una comodità e un risparmio notevole di tempo e di soldi, sia per quanto riguarda le piccole installazioni come le domestiche, sia per le installazioni più grandi (edifici storici, hotel, palazzi uffici o centri commerciali). Prendiamo il caso dei lavori pubblici: l'aspetto procedurale esige il passaggio dei cavidotti nei muri, il che inevitabilmente implica opere murarie, lavori, appalti da assegnare, gare e via dicendo…Tutti "impicci" e ritardi nell'esecuzione, che vengono risparmiati dai dispositivi wireless. Inoltre, i problemi dell'affidabilità e delle eventuali interferenze che costituivano le remore principali - anche mentali - all'utilizzo di tali sistemi, sembrano essere risolte grazie alla standardizzazione dei principali protocolli utilizzati su frequenze più sicure e alle loro ormai infinite realizzazioni pratiche. Sul mercato europeo, ZigBee e Z-Wave sono le due tecnologie principali che si litigano il mercato dell'automazione, mentre una terza, EnOcean, sta prendendo sempre più piede e si può prevedere che, tra i due proverbiali litiganti, sia poi davvero quest'ultima a "godere". Vediamo il perché, iniziando proprio dalle caratteristiche di base delle tre diverse tecnologie, che - vale la pena ricordarlo - sono tutti standard ormai diffusi e consolidati, quindi sicuri e affidabili. Partiamo da ZigBee perché è la prima nata in ordine di tempo.

ZigBee

Senza entrare nei dettagli tecnici, vale la pena notare che questa tecnologia è maggiormente diffusa nei settori di automazione industriale o per trasferimento dati, anche se è comunque utilizzata nei principali sistemi di automazione e di controllo, quali, per fare solo due esempi, l'HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning, ossia riscaldamento, ventilazione e condizionamento d'aria) e l'illuminazione, perché consente di realizzare reti ampie, con molti nodi attivi, mantenendo però quello che è sempre stato un vero e proprio caposaldo dei sistemi senza fili: il risparmio nell'alimentazione. E' stato valutato che un comune sensore ZigBee può lavorare fino a cinque anni senza cambio di batterie. La frequenza della banda di trasmissione adottata è quella di 2,4 GHz, con la possibilità di utilizzare in Europa anche 868 MHz e 915 MHz in America; la velocità di trasmissione dei dati raggiunge i 250 kbps. Il canale di accesso utilizzato è quello CSMA-CA, che consente di verificare la disponibilità della frequenza ancora prima dell'inizio della trasmissione, al fine di evitare interferenze e disturbi di linea garantendo, nel contempo, il basso consumo delle batterie, una delle prerogative indispensabili per la diffusione dei sistemi wireless, dato che gli apparecchi, per la maggior parte del tempo, restano in stand-by e quindi l'alimentazione, se non è previsto diversamente, rischia di consumarsi a vuoto. La piattaforma consente il controllo wireless della maggior parte dei dispositivi utilizzati nell'automazione, come i già citati sensori, ma anche i dimmer o i termostati e, logicamente, è possibile la gestione completa anche da remoto. ZigBee ha una lunghezza di banda relativamente ampia e, per questo motivo, riesce a gestire anche le informazioni più pesanti, come, nell'home automation, tutte quelle librerie che servono per l'entertainment (es. musica e film).

Z-Wave

Z-Wave, la piattaforma RF sviluppata da Zensys, è nata specificamente per le applicazioni "domestiche". Anch'essa, nel corso degli anni, è diventata standard e i prodotti, certificati, tra l'altro, dalla Z-Wave Alliance, sono completamente interoperabili e interscambiabili, indipendentemente dal produttore. Il protocollo Z-Wave risiede nel chip ed è disponibile anche una memoria Flash per i software applicativi. Il chip presente in ogni adattatore può agire come un relay per estendere la gamma della rete. La rete comunica via radio a 908.4 MHz negli Stati Uniti e a 868 MHz in Europa, la massima velocità di trasmissione di banda è di 9,6Kbps. Sono presenti due modi di comunicazione: feedback e status report. La presenza del routing dinamico evita le possibili interferenze e presenta il miglior canale di trasmissione, avendo già memorizzato una catena alternativa di ripetitori. Il protocollo del software è ottimizzato per il mezzo trasmissivo RF e la rete è innovativa: le sue caratteristiche sono infatti i due modi di trasmissione, i frame compressi, il repeating embedded, il routing e il random back-off. Il chip non necessita di molte componenti esterne e il livello di consumi energetici è estremamente contenuto. Da sempre, e anche oggi, Zensys lavora molto con la Z-Wave Alliance alla certificazione e standardizzazione delle librerie applicative.

EnOcean

C'è però anche una tecnologia, appunto EnOcean, che consente, addirittura, di non consumare nulla, a livello di batterie, e, questo rappresenta, senza alcun dubbio, uno dei suoi punti di maggiore forza. EnOcean, infatti, è, allo stato attuale, l'unica tecnologia RF in grado di offrire sensori radio senza batterie, che attingono la propria energia dall'ambiente che li circonda, grazie alla luce, ma anche a minime variazioni di movimento, pressione, temperatura o vibrazioni. Sono, quindi, dispositivi realmente "green", che non prevedono nemmeno la sostituzione delle batterie e, quindi, il problema, da non sottovalutare, del loro smaltimento. Il protocollo trasmissivo utilizza un frame standard stabilito da EnOcean, in modo da creare un telegramma dinamico che si può adattare a ogni singola applicazione e la modalità con cui si gestiscono le trasmissioni di pacchetto può essere scelta tra quella a evento e quella periodica. Come processo di modulazione, EnOcean impiega la modulazione di ampiezza (ASK). Questo tipo di modulazione consente l'implementazione di trasmettitori molto efficienti e a risparmio energetico, perché solo i bit alti vengono trasferiti. I trasmettitori, i ricevitori e i transceiver EnOcean formano delle reti mesh garantendo la comunicazione punto-punto. Un sistema particolarmente utile quanto c'è bisogno di creare una rete in un ambiente ad hoc, anche particolarmente inaccessibile come nel caso delle installazioni militari oppure nel settore agricolo. Inoltre, questa tecnologia, anch'essa completamente standard, offre interfacce di comunicazione con le principali soluzioni di automazione - come, per limitarsi a pochi esempi, LON, KNX, BACNet - quindi, gli ambiti di utilizzo sono praticamente infiniti, sia per l'automazione di edifici come di case. L'altro punto di forza di tale tecnologia è il presentare moduli base già sviluppati e librerie software molto semplici e disponibili, il che rende estremamente facile implementare e inserire i dispositivi praticamente in tutte le applicazioni esistenti, comprese le più complicate. Non è un caso se EnOcean sta prendendo sempre più piede sul mercato del "senza fili" e, più in generale, in quello dell'automazione: stando ai dati più recenti, gli oltre 250 prodotti completamente interoperabili sono già stati installati in migliaia di edifici in tutto il mondo e, anzi, questa è diventata la tecnologia RF più usata proprio nella building automation. Ultimamente, poi, EnOcean ha iniziato a presentare una serie di prodotti di fascia bassa che gli sta aprendo le porte anche del mercato dell'home automation e, quindi, la tecnologia, arrivata per ultima nel panorama del wireless, sta diventando la soluzione più "gettonata", un vero e proprio "terzo incomodo" per le altre "concorrenti". Il discorso del prezzo, infatti, non è trascurabile, in particolare per l'home automation o, comunque, per le piccole installazioni. Fino a ora, la tecnologia più "economica" era considerata Z-Wave, ma questo perché i "partner" tradizionali di ZigBee sono tutti di fascia alta, come Crestron o AMX e, per giunta, i dispositivi ZigBee, di solito, richiedono anche un microcontrollore per gestire l'applicativo, il che provoca un aumento nel prezzo finale. Come andrà a finire la grande sfida del wireless nel panorama dell'automazione è difficile da prevedere, ma di sicuro il futuro è sempre di più senza fili.


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