Innovazioni e acquisizioni per le WSN del futuro

di Harry Forbes, ARC Advisor Group

La sensoristica wireless è stata la più importante fra le nuove tecnologie nel campo delle misurazioni di processo ad emergere negli ultimi decenni. Anche solo per questo motivo, ha attirato su di sé l’attenzione continua di ARC Advisory Group e altre organizzazioni che analizzano il settore. Sebbene la crescita del segmento dei sistemi di misurazione wireless per applicazioni industriali si sia rivelata più lenta delle previsioni, continua a essere più rapida rispetto al settore complessivo dell’automazione.

Dust Networks è da anni un leader nello sviluppo della tecnologia delle reti di sensori wireless (WSN) in ambito industriale. Ora, la standardizzazione migliorata mette in grado i produttori di WSN di mirare sia ai mercati industriali che a quelli IPv6 con la stessa linea di prodotti.

Valutando i cambiamenti che hanno avuto luogo nel settore delle WSN l’anno scorso, ARC è rimasta colpita soprattutto dalla maggiore maturità del settore stesso alla quale si sono accompagnate notevoli innovazioni tecniche. Riteniamo che entrambi questi fattori daranno impulso alla crescita del settore poiché consentono di rispondere alle esigenze di un gruppo molto più ampio di clienti. Gli eventi dei quali Dust Networks è stata protagonista l’anno scorso forniscono un esempio eccellente di come questi sviluppi abbiano modificato (e continueranno a modificare) il settore della sensoristica wireless.

Maturità commerciale

La maggiore maturità del settore delle WSN va attribuita a una serie costante di acquisizioni. Attualmente, quasi tutte le imprese pioniere nel settore delle reti di sensori sono state rilevate da aziende molto più grandi, la maggior parte delle quali sono produttori affermati di dispositivi a semiconduttore. Pressoché tutte le aziende produttrici di WSN che esternalizzano la fabbricazione di dispositivi a semiconduttore (fabless) sono state ormai rilevate. Dust Networks, divisione di Linear ora parte di Analog Devices, è un esempio di queste acquisizioni.

Le aziende che figurano nell’elenco Fortune 1000 devono gestire con attenzione le tecnologie che impiegano al fine di rispondere alle aspettative dei clienti. Una tecnologia il cui sviluppo è controllato da un gruppo di imprese fabless con prospettive di rischio ancora elevate rappresenta un notevole fattore di incertezza per la supply chain di multinazionali i cui clienti si aspettano assistenza per anni e anni. Oggi, il gruppo di produttori di WSN non costituisce più un rischio eccezionale per la supply chain di giganti globali come Emerson, GE, Honeywell e Siemens.

Da molti anni, un basso consumo di energia e trasferimento affidabile dei messaggi end-to-end sono gli obiettivi di progettazione principali di Dust Networks e ciò ne spiega la leadership conquistata nel settore delle WSN in ambito industriale.

Dalla prospettiva di Dust Networks, oltre al vantaggio di unirsi a un produttore di chip del valore di 1,5 miliardi di dollari e con una presenza globale, l’acquisizione le ha permesso di adottare un processo di test e commercializzazione maturo. Linear utilizza questi rigorosi criteri interni per assicurare l’elevata qualità che le consente di distinguersi. Circa il 40% dell’attività di Linear riguarda clienti industriali, per cui Linear ha familiarità con le loro richieste. Analogamente, fin dai suoi inizi Dust Networks ha deciso di concentrarsi su applicazioni industriali delle WSN. Attraverso il dialogo con clienti industriali, ha sviluppato, per caratterizzare i prodotti offerti, lo slogan “basso consumo di potenza e prestazioni affidabili”. Da anni questi due attributi sono alla base delle decisioni di Dust Networks in merito alla progettazione e l’aver perseguito con grande abilità entrambi gli obiettivi spiega la posizione di prestigio che l’azienda ormai occupa per quanto riguarda le applicazioni industriali delle WSN.

Dust Networks ha adottato i processi di Linear per l’introduzione del suo ultimo prodotto. L’acquisizione di Dust, quindi, non va identificata in un semplice piano di crescita del volume tramite una rete di distribuzione più vasta, ma crea anche valore aggiunto attraverso i miglioramenti apportati ai suoi processi di sviluppo interno e commercializzazione.

Crescita tecnica

Le WSN sono pure cresciute sotto l’aspetto tecnico l’anno scorso. Lo sviluppo più importante è il completamento della revisione “e” della norma IEEE 802.15.4. Sebbene la pubblicazione della 15.4 risalga a vari anni fa, nella maggior parte delle applicazioni WSN commerciali si sono utilizzate regole di accesso medio (MAC) non standard per ottimizzare le prestazioni delle reti. Le reti di sensori WirelessHART, ISA100.11a, ZigBee e IPv6 hanno tutte fatto assegnamento su un livello MAC personalizzato per conseguire un basso consumo di potenza e trasferimento affidabile dei messaggi end-to-end. Ciò limita il valore della norma IEEE, poiché le applicazioni avevano bisogno dei propri livelli MAC speciali.

La norma IEEE 802.15.4e apporta modifiche importanti al livello MAC definito: crea un livello MAC standard e del tutto definito, compatibile con un’ampia gamma di topologie di rete, che include reti IPv6 con compressione 6LoWPAN. Questo livello MAC supporta anche proprietà di reti TDMA sincronizzate impiegate in applicazioni industriali a basso consumo di potenza (per es., WirelessHART e ISA100.11a). Infine, la 15.4e accetta estensioni, così che queste reti diverse (nonché quelle future) possono estendere il livello MAC standard senza violare la norma stessa. Lo sviluppo delle WSN viene così disaccoppiato dal processo di sviluppo delle norme IEEE, che dura tre – quattro anni. La norma IEEE acquisirà pertanto valore superiore e la sua validità sarà molto più lunga; sarà possibile una maggiore interoperabilità fra gli stack di rete e i chip in silicio delle WSN, e le future tecnologie delle WSN potranno sfruttare uno livello MAC preesistente e completamente standardizzato.

Dust Networks e 15.4e

La nuova norma incorpora molti dei perfezionamenti tecnologici che Dust Networks ha scoperto e promosso sin dai suoi inizi, e ha continuato a usare fino ai prodotti più nuovi, SmartMesh WirelessHART e SmartMesh IP. Ma la nuova norma è stata sviluppata non solo a partire dalla tecnologia Dust ma anche con i rilevanti ed entusiastici contributi di molti produttori importanti, in particolare Siemens.

Dust ora utilizza il design più recente del suo chip (conforme alla 15.4e) sia nei prodotti WirelessHART che in quelli IPv6. L’utilizzo dell’ultimo chipset rappresenta un grande vantaggio per i clienti (industriali) che utilizzano WirelessHART, poiché Dust ha ridotto il consumo di potenza dei suoi chipset di circa il 50% a ogni nuova generazione. In dispositivi industriali alimentati a batteria, ciò assicura un “sovrappiù di energia” che ne prolunga la durata e/o ne consente l’impiego in applicazioni che prima consumavano una percentuale eccessiva della potenza della batteria.

La capacità di rispondere ai requisiti di applicazioni sia WirelessHART che IPv6 mediante lo stesso design del chip posiziona inoltre Dust per la crescita in entrambi i settori. Le applicazioni IPv6 possono utilizzare un ventaglio più ampio di architetture di sistema. In particolare, possono instradare pacchetti da sensori sul campo a sistemi di analisi e applicazioni che sono veramente indipendenti dalla posizione, comprese applicazioni cloud. Rimane da vedere quale impatto il cloud avrà sul settore della sensoristica wireless, ma la combinazione di elevata scalabilità e basso costo offerta dai servizi cloud potrebbe rendere possibili nuove applicazioni non attuabili se create impiegando gateway WSN tradizionali.

Dato questo livello più alto di standardizzazione, cosa distingue ora i prodotti Dust Networks? Dust Networks continua a focalizzare l’attenzione su prodotti all’avanguardia in termini di basso consumo energetico. Ciò prolunga la durata dei dispositivi in applicazioni industriali, il che è particolarmente prezioso sia per i produttori di apparecchiature originali (OEM) che per i loro clienti industriali.

Dust Networks inoltre si avvale della sua lunghissima esperienza per ottimizzare il network manager, che nella maggior parte delle applicazioni WSN è sia estremamente attivo che cruciale per conseguire i risultati prefissati. La gestione attiva di una rete di sensori consente di ottenere un servizio end-to-end affidabilissimo unitamente a un ridotto consumo energetico. Ciò è possibile solo in quanto il network manager prende continuamente decisioni che comportano la riconfigurazione automatica della rete affinché questa funzioni affidabilmente su collegamenti da punto a punto, intrinsecamente inaffidabili.

Un’altra area da seguire potrebbe essere quella dell’accumulazione di energia (energy harvesting). Sebbene l’energy harvesting rappresenti una sfida tecnica continua, è un’area di sviluppo caratterizzata da grande attività in Linear. I prodotti a basso consumo di potenza saranno i primi ad avvantaggiarsi di qualsiasi nuova soluzione di energy harvesting che emergerà.


Franco Canna

Giornalista professionista ed esperto in creazione e gestione di contenuti digitali e social media. Grande appassionato di tecnologia, collabora dal 2001 con diverse testate B2B nel settore industriale scrivendo di automazione, elettronica, strumentazione, meccanica, ma anche economia e food & beverage, oltre che con organizzatori di eventi, fiere e aziende. E’ segretario e membro del Consiglio Direttivo della sezione milanese di ANIPLA, l’Associazione Nazionale Italiana per l’Automazione.

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