Come il Wi-Fi HaLow estende la portata e l'affidabilità per gli stream di dati IoT

In un ambiente in rapida evoluzione e altamente competitivo, gli sviluppatori di Internet delle cose (IoT) devono rispondere ad alcune domande importanti: quanti dati dovrà inviare e ricevere il dispositivo? Quanto dovrebbe durare la batteria? A che distanza da un gateway può trovarsi? Quanti dispositivi posso collegare a una singola rete? Quanto è facile da configurare e proteggere?

Dalle risposte a queste domande dipende la scelta del protocollo di connettività; nei casi in cui sono importanti la portata e un throughput dati moderato, la tecnologia Wi-Fi HaLow offre una soluzione equilibrata.

Le esigenze in continua evoluzione delle reti IoT

Che si tratti di tracciamento delle risorse o di qualsiasi altra applicazione "intelligente", come il rilevamento in agricoltura, l'illuminazione o la misurazione, i carichi di lavoro IoT wireless hanno una cosa in comune: i singoli nodi finali inviano piccole quantità di dati grezzi in modo continuo alle piattaforme cloud per l'analisi e il controllo. Sebbene utili per la raccolta di informazioni su reti di grandi dimensioni, i dispositivi stessi sono spesso relativamente semplici. Con risorse su scheda limitate, è il cloud a svolgere la maggior parte del lavoro di elaborazione in queste applicazioni.

Confrontiamo ora questa situazione con le emergenti applicazioni edge wireless che offrono analisi dei dati in locale e processi decisionali direttamente sul dispositivo. La manutenzione predittiva industriale è un buon esempio. In questo contesto, un nodo sensore rileva una variazione nelle caratteristiche o nelle prestazioni della macchina al di fuori di un intervallo predefinito e invia una notifica al cloud, anziché trasmettere continuamente i dati per l'analisi nel cloud. È evidente che questo approccio permette di risparmiare la limitata larghezza di banda della rete, che può essere utilizzata per analisi più importanti.

Tuttavia, a volte è preferibile lo streaming in tempo reale dei dati grezzi o compressi, come nel caso di reti di telecamere di sicurezza a bassa velocità bit o di infrastrutture per edifici intelligenti, dove il controllo è importante tanto quanto la segnalazione. In questo contesto, i protocolli di rete WAN a basso consumo (LPWAN) potrebbero non essere adatti, poiché sono stati progettati principalmente per pacchetti di dati di piccole dimensioni e per trasmissioni sporadiche. Sebbene il Wi-Fi standard offra alte velocità di dati, la portata e i requisiti energetici di questo protocollo possono limitare le opzioni di implementazione per i dispositivi alimentati a batteria. Gli sviluppatori, pertanto, traggono vantaggio da protocolli wireless che offrono un compromesso tra queste due tecnologie. È qui che entra in gioco il Wi-Fi HaLow.

Come il Wi-Fi HaLow supporta flussi di dati affidabili a lungo raggio

Lo standard aperto IEEE 802.11ah alla base del Wi-Fi HaLow offre velocità di trasmissione dati superiori rispetto alle tecnologie LPWAN e una portata maggiore rispetto al Wi-Fi standard. Ciò consente agli sviluppatori di implementare carichi di lavoro wireless più impegnativi come lo streaming video compresso o i burst di dati ad alta frequenza nei dispositivi di prossima generazione.

Ecco una panoramica dello standard, che mostra come alcune delle principali specifiche tecniche si traducano direttamente in vantaggi operativi per le implementazioni IoT:

• Portante sub-1 GHz (Figura 1): offrendo una buona penetrazione attraverso le pareti e supportando comunicazioni affidabili negli edifici, lo standard consente anche una portata di circa 1 km all'aperto, a seconda delle condizioni di implementazione.
• Canali OFDM a banda stretta: progettato per implementazioni su larga scala come le città intelligenti, lo standard definisce una capacità teorica di oltre 8.000 dispositivi per punto di accesso. Anche in questo caso, dipende dalle condizioni reali.
• Supporto IP nativo: sebbene richieda punti di accesso dedicati, il Wi-Fi HaLow supporta un'interfaccia diretta con la tecnologia LAN. A differenza di molti standard wireless, questo in genere non richiede livelli middleware proprietari, semplificando l'implementazione.

Figura 1: il Wi-Fi HaLow opera nella banda sub-1 GHz, risultando utile per le applicazioni che richiedono lunga portata e alta penetrazione. (Immagine per gentile concessione di Quectel)

Il Wi-Fi HaLow è inoltre compatibile con le modalità di risparmio energetico e con la modalità tempo di riattivazione target (TWT), consentendo ai dispositivi a basso ciclo di lavoro di prolungare la durata della batteria a mesi o anni. Ciò riduce le esigenze di manutenzione per le implementazioni IoT tradizionali, consentendo al contempo comunicazioni su richiesta a throughput medio.

È comprensibile che gli sviluppatori possano essere riluttanti ad adottare nuovi protocolli wireless per le loro reti IoT, ma l'adozione non deve necessariamente essere difficile. Esistono soluzioni per l'integrazione compatta del Wi-Fi HaLow con una complessità di progettazione RF ridotta.

Moduli Wi-Fi HaLow compatti per la connettività su larga scala

Il modulo Wi-Fi HaLow FGH100M (Figura 2) di Quectel è un ottimo esempio di quanto possa essere semplice adottare questa tecnologia. Il modulo offre funzionalità Wi-Fi HaLow in un formato compatto di 13 × 13 × 2,2 mm e 0,72 g, risultando quindi adatto a dispositivi IoT leggeri e con spazio limitato.

Figura 2: FGH100M offre funzionalità Wi-Fi HaLow in un modulo compatto, ideale per nodi finali alimentati a batteria. (Immagine per gentile concessione di Quectel)

Sono disponibili opzioni di alimentazione da 3,0 a 3,6 V per il funzionamento diretto a batterie o da 1,8 a 3,6 V tramite gli I/O del dispositivo, il che semplifica l'integrazione del modulo FGH100M in progetti esistenti. L'integrazione tramite singole interfacce SDIO, SPI e antenna semplifica ulteriormente lo sviluppo. Inoltre, Quectel offre la pre-certificazione per Europa, America, Canada, Australia e Nuova Zelanda, semplificando la conformità e accelerando il time-to-market.

La serie FGH100M comprende due modelli adatti ad applicazioni differenti, con velocità di trasmissione dati massime dello strato fisico (PHY) alta e bassa, sebbene le prestazioni reali dipenderanno dalle condizioni di installazione. FGH100MAAMD offre comunicazioni fino a 3,3 Mbit/s, supportando applicazioni a basso e medio throughput come serrature intelligenti e assistenti vocali. Per casi d'uso con throughput più elevato, come i sistemi intercom a video compresso, che potrebbero richiedere aggiornamenti firmware più grandi o streaming di dati con larghezza di banda limitata, FGH100MABMD supporta velocità fino a 32,5 Mbit/s, a seconda della configurazione del canale.

Conclusione

Dato che l'IoT è in continua evoluzione, è chiaro che gli sviluppatori hanno sempre più bisogno di protocolli a lungo raggio in grado di offrire un throughput dati moderato su larga scala. Il Wi-Fi HaLow si adatta perfettamente a questa nicchia, offrendo inoltre i vantaggi di una buona penetrazione attraverso le pareti e del supporto IP nativo. Grazie a un design di facile integrazione e alla pre-certificazione, i moduli FGH100M di Quectel rappresentano una soluzione rapida per implementare il Wi-Fi HaLow in diverse applicazioni.