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Soluzioni collaudate per la comunicazione wireless del marchio IQRF Tech

2020-12-10

IQRF

La situazione pandemica ha introdotto molte restrizioni alla vita lavorativa e sociale. Ciò ha evidenziato i vantaggi che scaturiscono dal controllo remoto dei prodotti, dei processi di produzione e di controllo. Tuttavia la comunicazione wireless deve essere realizzata con l'impiego dei più elevati standard di sicurezza. Ciò risulta particolarmente importante nelle applicazioni industriali. Nell'offerta dell'azienda TME è presente una vasta gamma di moduli dell'azienda IQRF Tech s.r.o., che offre la tecnologia di comunicazione wireless IQRF. Nell'articolo forniremo le risposte alle domande:

  • Che cos'è la tecnologia IQRF?
  • Quali sono le caratteristiche distintive della tecnologia IQRF?
  • Quali sono i vantaggi che scaturiscono dall'utilizzo della tecnologia IQRF?
  • In che modo il produttore supporta i clienti nel processo di sviluppo?
  • Dove vengono applicati i prodotti dell'azienda IQRF?

Che cos'è la tecnologia IQRF?

IQRF® è una tecnologia di comunicazione wireless sviluppata a partire dal 2004. Opera nella banda radio Sub-GHz (433 / 868 / 916MHz). Consente la trasmissione di piccole quantità di dati con un consumo energetico minimo. A seconda dell'opzione scelta, il consumo di corrente è a livello di diverse centinaia di mA in modalità operativa standard o di circa 250uA in modalità low power. Per via del consumo energetico così basso, la tecnologia è ideale per le applicazioni con alimentazione a batteria e altre applicazioni che richiedono un elevato risparmio energetico.

IQRF

Fig. 1. Presentazione grafica del consumo di corrente del modulo TR 76D in funzione della modalità operativa selezionata.

I moduli, a seconda del tipo di applicazione, possono operare in topologia POINT – POINT, STAR, PEER to PEER e MESH. Nell'ambito di una rete possono operare fino a 240 dispositivi in una struttura MESH, garantendo un funzionamento sicuro e affidabile, pur mantenendo un elevato comfort di gestione della rete.

Caratteristiche più importanti della tecnologia IQRF

Sul mercato è disponibile una vasta gamma di moduli che consentono la comunicazione wireless tra i dispositivi. Tuttavia, vale la pena notare i vantaggi che scaturiscono dell'implementazione della tecnologia IQRF:

a) Affidabilità della trasmissione dati

L'affidabilità della trasmissione scaturisce direttamente dall'utilizzo del protocollo IQMESH, unico nel suo genere e brevettato. Durante la fase di costruzione della rete, il protocollo sfrutta la comunicazione asincrona per inviare il più rapidamente i pacchetti che informano del processo di creazione della rete. Dopo la creazione di quest'ultima, il protocollo sfrutta la comunicazione sincrona. Il coordinatore supervisiona il processo di trasferimento dei dati nella rete. Se la rete presenta una struttura MESH, ciascun modulo presente nella rete avrà la possibilità di ripetere i pacchetti di dati, a intervalli di tempo specificati in modo preciso, a tutti i dispositivi adiacenti. Questa soluzione consente di evitare la collisione di pacchetti, proteggendo allo stesso tempo l'utente contro interruzione della comunicazione in caso di presenza di un ostacolo temporaneo.

b) Fast Response Command (FRC)

L'utilizzo del protocollo Fast Response Command, noto con l'acronimo FRC, consente all'utente di scaricare molto più velocemente le informazioni dalla rete. Il protocollo FRC è preconfigurabile, ciò significa che prima del suo utilizzo effettivo è necessario condurre le configurazioni a livello di coordinatore. In questo modo viene determinato il tipo di feedback. Il funzionamento pratico del protocollo è estremamente semplice. Una volta configurato correttamente, il coordinatore di rete invia il rollup e i nodi di rete posizionano nel rollup le informazioni desiderate in una posizione specifica. Di conseguenza in pochi o alcune decine di secondi, a seconda delle dimensioni della rete, l'utente riceverà informazioni sullo stato del parametro cui si riferiva la query. Può trattarsi ad es. dello stato dell'apparecchio di illuminazione (acceso/spento), della temperatura o del valore di tensione o corrente su determinati componenti. Il protocollo FRC è ideale per il monitoraggio di parametri critici definiti all'interno di una determinata applicazione. Dal punto di vista dell'utente, è estremamente importante poter preparare molti comandi di diversi tipi e inviarli in base alle esigenze che scaturiscono dalla specificità dell'applicazione.

Il principio di funzionamento dei protocolli IQMESH e FRC è stato presentato nei filmati dedicati ai prodotti basati sulla tecnologia IQRF. I filmati sono disponibili nelle schede prodotto del catalogo TME (nella sezione "Multimedia").

c) Sicurezza della trasmissione dati a tre livelli

Il primo livello di protezione è costituito dalla password utente (access password), assegnata durante la fase di creazione della rete. Affinché i dispositivi possano essere connessi alla rete, la password di 16 caratteri implementata nel modulo deve essere identica alla password del coordinatore. Se le password sono diverse, il dispositivo non verrà aggiunto alla rete. Si tratta di una protezione contro l'aggiunta non autorizzata di dispositivi alla rete. Il secondo livello di protezione è costituito dalla crittografia di rete denominata networking encryption. Ciascun modulo è dotato di una password casuale univoca con una lunghezza di 192 b, generata individualmente in fase di produzione. Poiché la password viene trasmessa in modo sicuro ai moduli che fungono da nodo durante il processo di connessione alla rete, l'utente non deve occuparsi non solo della crittografia di rete, ma anche della gestione e della distribuzione delle password di rete. Il terzo livello di protezione è costituito da una password utente denominata user key. Si tratta di un terzo livello di protezione volontario che viene implementato impostando una password di protezione aggiuntiva di 16\ caratteri. Grazie a questa soluzione, i dati particolarmente sensibili avranno un ulteriore livello di protezione.

IQRF

Fig. 2. Crittografia di rete durante il trasferimento dei dati.

d) Protocollo Direct Peripheral Access

Il protocollo integrato Direct Peripheral Access denominato con l'acronimo DPA, consente di ridurre il tempo necessario allo sviluppatore per la programmazione del modulo, riducendo di conseguenza il tempo necessario per introdurre il prodotto sul mercato. Ciò è possibile grazie all'utilizzo di profili hardware disponibili, forniti dal produttore. Una volta implementati, questi comunicano tra il modulo IQRF e l'elemento esterno tramite un'interfaccia SPI o UART. Questo percorso di programmazione fa sì che il ruolo dello sviluppatore di sistema sia quello di preparare principalmente la logica del runtime sul dispositivo, responsabile dell'esecuzione di attività e funzioni specifiche. Naturalmente l'utente ha ancora la possibilità di programmare il modulo in modo tradizionale e utilizzare tutto lo spazio dell'applicazione disponibile in base alle proprie preferenze. La differenza tra la programmazione classica e il protocollo DPA è stata presentata nella figura seguente.

IQRF

Fig. 3. Modalità di programmazione dei moduli IQRF. Sul lato sinistro è stata presentata la programmazione con l'utilizzo del protocollo DPA, a destra -la programmazione classica a livello di applicazione.

Applicazione IQRF IDE

La tecnologia IQRF® è molto più di un semplice modulo wireless. L'azienda IQRF Tech offre una gamma di soluzioni che consentono il miglioramento del comfort di lavoro La prima è la messa a disposizione assieme ai moduli dell' applicazione IQRF IDE. Si tratta di un software gratuito che consente di creare facilmente una rete, visualizzarla e gestirla ampiamente. Il software consente inoltre di visualizzare in anteprima e leggere i dati trasmessi. Grazie alle sue funzionalità avanzate, il software è uno strumento ideale per gli sviluppatori. Vale la pena notare che dopo la disabilitazione di alcune delle funzionalità più avanzate, può diventare uno strumento per la presentazione del layout generale del sistema al cliente. Ciò è possibile grazie ai pulsanti funzione integrati e comodi. Grazie al software IQRF IDE è possibile eseguire l'aggiornamento dei moduli del sistema operativo, che consente ai clienti di sfruttare le funzionalità disponibili nelle revisioni più recenti. L'applicazione inoltre dispone di uno scanner RF integrato per verificare i livelli di interferenze e la possibilità di generare codici QR che contengono informazioni sul modulo utilizzato in una determinata rete. Ciò offre una possibilità alternativa per l'utente di aggiunta di dispositivi alla rete tramite la lettura del codice QR generato in precedenza.

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Fig. 4. Presentazione di un esempio di rete composta da 10 nodi e un coordinatore nell'applicazione IQRF IDE. La tecnologia IQRF consente il collegamento in rete dei moduli che operano in modalità di consumo energetico ridotto e in modalità standard.

L'azienda IQRF Tech fornisce gratuitamente codici di programma esemplificativi per sviluppatori. Ciò accelera notevolmente la creazione della funzionalità finale prevista. Inoltre l'SDK disponibile (Software Development Kit) e l'IQRF Gateway Daemon per i popolari computer monoscheda, consentono la creazione di gateway di accesso personalizzati, che possono essere dotati di porte personalizzate, nonché consentono la creazione di prodotti e unità centrali con funzionalità più avanzate. L'offerta dell'azienda è integrata mediante gateway, cavi, antenne, connettori, telecomandi, nonché dalla possibilità di realizzare un progetto o parte di esso nell'ambito del servizio. Oltre all'applicazione gratuita e ai frammenti di codice per gli sviluppatori, il produttore presta grande attenzione al supporto tecnico di altissima qualità, disponibile 24 ore su 24. Dopo aver registrato il progetto, il produttore offre la possibilità di una consultazione gratuita del progetto (su richiesta tale consultazione viene preceduta dalla firma di un accordo NDA), con particolare attenzione al tema della comunicazione wireless.

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Fig. 5. La figura mostra la modalità di installazione delle antenne. Da sinistra viene presentato un pad-hole, cui è possibile collegare un'antenna esterna, un connettore U.FL e l'antenna integrata nel modulo.

I prodotti dell'azienda IQRF Tech sono ideali per la creazione di applicazioni legate all'Internet delle cose (IoT) e all'internet delle cose industriale (IIoT). Supportano la piena autonomia nella creazione delle reti e allo stesso tempo garantiscono l'interoperabilità con tutti gli standard di comunicazione esistenti quali LoRa, Wi-Fi, GSM, Bluetooth o Ethernet a livello di gateway di rete. La tecnologia IQRF viene utilizzata in applicazioni destinate alla gestione dell'illuminazione o dell'energia termica, automazione industriale e domestica, sistemi di misurazione e automazione di linee di produzione. É una soluzione valida per progetti che richiedono la comunicazione tra prodotti o macchine (M2M) e altri progetti del settore Industria 4.0

Vi invitiamo a scoprire i prodotti dell'azienda IQRF Tech.

Autore: Piotr Antończyk, azienda IQRF Tech s.r.o

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