Come si sceglie una tecnologia di connettività IoT?

Scegliere come si connette un dispositivo è la decisione che vincola tutto il resto: quanto dura la batteria, quanti dati può inviare, quanto può stare lontano dall’infrastruttura, quanto costa l’hardware e quanto pesa il canone mensile. Non esiste la radio migliore, solo quella più adatta a una particolare combinazione di portata, consumo, volume di dati e ambiente. Le tecnologie che contano per l’IoT occupano ciascuna una regione distinta di quello spazio.

Questa guida confronta le opzioni principali sugli assi che guidano la decisione, le raggruppa per il tipo di installazione a cui si adattano e chiude con un metodo per restringere la scelta. Le guide dedicate ai singoli protocolli approfondiscono ciascuno di essi.

Quali assi contano?

Portata. Da pochi metri (Bluetooth, UWB) a un edificio (Wi-Fi, Zigbee, Thread), fino a chilometri (LoRaWAN, cellulare) e a qualsiasi punto della Terra (IoT satellitare). La portata dipende dalla frequenza, dalla potenza di trasmissione e dal link budget del sistema; le radio sub-GHz attraversano i muri e arrivano più lontano di quelle a 2,4 GHz a parità di potenza.

Consumo. Se un dispositivo può funzionare per anni con una batteria a bottone, per mesi con una batteria, o se ha bisogno della rete elettrica. Il fattore determinante è quanta energia costa ogni trasmissione e se la radio può andare in sleep tra una trasmissione e l’altra.

Banda. Da pochi byte poche volte al giorno (LoRaWAN, Sigfox) ai flussi video (Wi-Fi, 5G). Banda elevata e basso consumo non coesistono.

Latenza. Se un comando raggiunge il dispositivo in millisecondi, in secondi o al suo prossimo risveglio. Conta per gli attuatori e il controllo in tempo reale, non per un sensore nel terreno.

Topologia. Topologia a stella, dove ogni dispositivo parla con un punto centrale, contro rete mesh, dove i dispositivi fanno da ripetitori l’uno per l’altro. La mesh estende la copertura negli interni al prezzo di maggiore complessità e, per i nodi che ritrasmettono, di maggior consumo.

Infrastruttura e costo. Se devi installare gateway, appoggiarti a una rete pubblica a pagamento o usare il Wi-Fi che c’è già. E poi il costo del modulo radio e lo sforzo di certificazione.

Cosa offrono Bluetooth e UWB a corto raggio?

Bluetooth Low Energy è la scelta predefinita per i dispositivi che si associano a uno smartphone: wearable, beacon, sensori medicali, serrature. È economico, supportato da tutti i telefoni e consuma pochissimo. I suoi limiti sono la portata (decine di metri) e la necessità di un telefono o di un hub per raggiungere internet. Bluetooth mesh lo estende alle reti di illuminazione e degli edifici. La guida al BLE entra nei dettagli.

UWB è un’opzione specialistica per il posizionamento preciso negli interni, con misure di distanza al centimetro, usata per la localizzazione degli asset e per l’accesso sicuro senza chiave.

Cosa offrono Wi-Fi, Zigbee, Thread e Z-Wave dentro un edificio?

Il Wi-Fi è ovunque, non richiede hub aggiuntivi e trasporta molti dati, il che lo rende la scelta facile per i dispositivi consumer alimentati dalla rete elettrica e per le telecamere. Va male a batteria, perché mantenere viva un’associazione costa molta energia, e si comporta male quando centinaia di dispositivi condividono un solo access point. Wi-Fi HaLow è una variante sub-GHz progettata per risolvere entrambi i problemi nell’IoT, con portata maggiore e consumo inferiore, al prezzo di richiedere access point dedicati.

Zigbee e Thread si basano entrambi sulla radio a basso consumo IEEE 802.15.4 (l’edizione corrente è IEEE Std 802.15.4-2024) e formano reti mesh autoriparanti in cui i dispositivi alimentati dalla rete elettrica instradano il traffico per quelli a batteria. Zigbee ha una lunga storia nella smart home e nell’illuminazione e profili applicativi propri; Thread è più recente, trasporta IPv6 nativo tramite 6LoWPAN ed è il trasporto a basso consumo sotto Matter. Entrambi hanno bisogno di un hub o di un border router per raggiungere internet. La guida a Zigbee e la guida a Thread li confrontano in profondità.

Z-Wave è una mesh sub-GHz usata soprattutto nella sicurezza e nell’automazione domestica, con una forte interoperabilità all’interno del proprio ecosistema.

Cosa offrono LoRaWAN, NB-IoT, LTE-M e Sigfox su grandi aree?

Le tecnologie LPWAN sacrificano la banda in cambio di portata e autonomia: chilometri di raggio, anni con una batteria, payload di poche decine di byte.

LoRaWAN usa spettro non licenziato nella banda ISM e la modulazione LoRa, che tramite lo spreading factor permette di scambiare velocità di trasmissione con portata. Puoi gestire gateway e network server in proprio oppure usare un operatore pubblico, il che lo rende interessante per campus, aziende agricole e città dove una sola organizzazione possiede l’infrastruttura. La capacità in downlink è limitata e si applicano i limiti normativi sul duty cycle. Vedi la guida a LoRaWAN.

NB-IoT e LTE-M sono standard di IoT cellulare del 3GPP, completati nella Release 13 del 2016, che funzionano sulle reti degli operatori in spettro licenziato. Nessun gateway da installare, copertura ovunque l’operatore la fornisca, e una SIM o eSIM per dispositivo con un piano dati. NB-IoT è quello a consumo più basso e con la penetrazione più profonda; LTE-M offre più banda, mobilità e voce. La guida a NB-IoT e LTE-M spiega i compromessi.

Sigfox è una rete a banda ultra stretta gestita da un operatore, con messaggi molto piccoli; mioty e Wi-SUN sono ulteriori opzioni per le reti industriali e delle utility.

Cosa offrono cellulare e satellite per banda e mobilità?

LTE standard e 5G si adattano a veicoli, telecamere, gateway e a tutto ciò che si muove o trasmette flussi. 5G RedCap è un profilo 5G a capacità ridotta pensato per i dispositivi IoT di fascia media che hanno bisogno di più di LTE-M ma di meno di uno smartphone. Le reti 5G private danno a fabbriche e porti una copertura dedicata con le garanzie dello spettro licenziato, con il network slicing per isolare il traffico.

L’IoT satellitare copre oceani, deserti e infrastrutture remote dove nient’altro arriva, con messaggi piccoli, costi più alti e una latenza che dipende dalla costellazione.

Quando è meglio un’opzione cablata?

Non tutto ha bisogno di una radio. Ethernet con Power over Ethernet porta dati e alimentazione su un solo cavo ed è la scelta più affidabile per i dispositivi fissi come telecamere, access point e controller degli edifici. I bus di campo industriali (Modbus, PROFINET, EtherCAT) collegano le macchine ai controller e vengono raccordati all’IP in un gateway.

Come si sceglie?

Parti dai due vincoli più difficili da cambiare: la fonte di alimentazione e la posizione.

Se il dispositivo è alimentato dalla rete elettrica e sta dentro un edificio con il Wi-Fi, usa il Wi-Fi, a meno che non siano previsti molti dispositivi per access point: in quel caso usa Thread o Zigbee tramite un hub. Se deve funzionare a batteria dentro un edificio, usa BLE se c’è sempre un telefono nelle vicinanze, altrimenti Thread o Zigbee. Se funziona a batteria all’aperto o su un sito esteso, usa LoRaWAN dove puoi installare gateway e NB-IoT o LTE-M dove non puoi. Se si muove o trasmette flussi, usa LTE, 5G o LTE-M a seconda delle esigenze di dati. Se è fuori da qualsiasi copertura terrestre, usa il satellite.

Poi controlla gli altri assi. Il dispositivo deve ricevere i comandi tempestivamente? Questo esclude le modalità LPWAN a deep sleep. C’è un canone mensile che puoi ribaltare sul cliente? Il cellulare costa per dispositivo al mese; LoRaWAN e mesh no. Il prodotto deve funzionare in molti paesi? Le regole regionali sullo spettro delle bande ISM e la copertura degli operatori per NB-IoT variano.

Infine, considera a parte il livello applicativo. La radio determina come si spostano i byte; MQTT, CoAP o un network server LoRaWAN determinano cosa significano quei byte per la piattaforma. Le guide a MQTT e CoAP ripartono da qui.

Per continuare

• LoRaWAN spiegato per la LPWAN privata più diffusa.
• Zigbee spiegato e Thread spiegato per le mesh negli edifici.
• NB-IoT e LTE-M spiegati per l’IoT cellulare.
• Bluetooth Low Energy per l’IoT per i dispositivi associati a uno smartphone.

Argomenti: connettività, wireless, LPWAN, cellulare, protocolli