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19 gennaio 2024

RTLS: vantaggi e limiti delle tecnologie wireless e di localizzazione disponibili per la visibilita' end-to-end nella Supply Chain

Lorna Hopkin è Product Marketing Advisor presso Zebra Technologies con responsabilità per le soluzioni sanitarie e le tecnologie di localizzazione avanzate di Zebra. Voleva sapere la verità. Ha chiesto trasparenza. "Cosa possono fare davvero queste tecnologie? Cosa non possono fare?". Ciò che ha appreso le ha aperto gli occhi.

“È stato con un senso di euforia che ho varcato le alte porte di vetro dell'imponente edificio del RheinMain Congress Center di Wiesbaden, in Germania, per la mostra Wireless IOT Tomorrow. La mia missione: immergermi nella tecnologia wireless e scoprire tutto il possibile sul mondo invisibile della comunicazione elettromagnetica.

Grazie a un mix di conversazioni, seminari e osservazioni, ho potuto conoscere sia le capacità che i limiti delle frequenze ultraelevate (UHF), della banda ultralarga (UWB) e della LPWAN, tra cui mioty, un protocollo basato su software per reti a bassa potenza e ad ampio raggio (LPWAN) che viene definito "la soluzione di connettività wireless standardizzata per l'IoT di massa". Ho anche sperimentato l'intelligenza artificiale (AI) nella scrittura di applicazioni in tempo reale e ho imparato a conoscere i diversi casi d'uso delle soluzioni di localizzazione, dai passaporti per le batterie dei veicoli elettrici agli avvisi di alluvione, fino ai programmi di manutenzione militare.

Mentre lavoravo allo stand di Zebra, la mia prima conversazione degna di nota è stata quella con un rappresentante della UWB Alliance. Abbiamo parlato della proprietà immobiliare delle onde elettromagnetiche che occupa il nostro mondo, invisibile a occhio nudo. La sua analogia è stata quella di uno spazio aereo super trafficato. Gli aerei che occupano altezze diverse nel cielo rappresentano il modo in cui le lunghezze d'onda occupano lo spazio.

I militari e i governi di ogni Paese hanno sezioni altamente protette e controllate dell'universo elettromagnetico. Le società di telefonia mobile occupano una parte ben organizzata in cui gli utenti (cioè io e voi) pagano per il privilegio di utilizzare le onde. L'accesso Wi-Fi è gratuito (una volta pagata l'infrastruttura) ma ha limiti di spazio. L'UWB è il selvaggio west. Ogni lunghezza d'onda è in palio, ma con restrizioni legislative che impediscono a chiunque di gridare troppo forte in un ambiente molto rumoroso. Questo mi ha sorpreso un po', considerando quanto sento parlare di UWB ogni giorno.

Il mio informatore ha paragonato l'UWB a un palazzetto dello sport in cui è permesso solo sussurrare. All'inizio le persone arrivano e possono bisbigliare tra loro senza problemi. Man mano che la sala si riempie di persone, ci sono sempre più bisbigli finché non si riesce a sentire l'interlocutore. La legislazione dà la possibilità di parlare agli altri a voce un po' più alta, in modo da poter essere ascoltati al di sopra del sussurro, o in un modo che possa essere interpretato attraverso tutto il clamore di fondo. Come l'uso del linguaggio dei segni, magari per accettare un drink a una festa affollata.

Ho trovato l'analogia interessante, soprattutto perché Zebra utilizza la tecnologia a bassa frequenza per monitorare i movimenti sul campo dei giocatori e dei palloni della National Football League (NFL), il football americano. Ogni giocatore è dotato di un beacon UWB su ogni spallaccio che comunica i dati di posizione 20 volte al secondo. Questi dati di localizzazione ad alta frequenza e di alta qualità forniscono statistiche dettagliate sui giocatori, aiutando gli allenatori e i tifosi a comprendere e discutere meglio le prestazioni dei giocatori.

L'RFID ad altissima frequenza è la tecnologia principale che Zebra vende quando si tratta di soluzioni di localizzazione, e il nostro stand era un tesoro di hardware e software RFID che si intrecciano per risolvere un gran numero di problemi di visibilità delle risorse per i nostri clienti. I nuovi portali RFID con tecnologia brevettata di antenna a onde per letture sempre più precise si trovavano all'ingresso dello stand, a rappresentare la loro posizione alle porte delle banchine dove tradizionalmente si controllano i pallet e i pacchi che entrano ed escono dai centri di distribuzione. Le stampanti Zebra hanno stampato etichette RFID per adornare i nostri omaggi di orsacchiotti Zebra, che potevano poi essere rintracciati all'interno dello stand grazie a lettori RFID che emettevano "bip" sempre più frequenti man mano che individuavano le mascotte mancanti. Abbiamo anche mostrato dei computer palmari mobili con lettori RFID montati su di essi, che raccoglievano le numerose etichette RFID presenti nello stand, emulando ciò che un addetto al negozio o al magazzino avrebbe sperimentato in un vero e proprio inventario. È stato uno spettacolo da vedere.

Ma sono una persona curiosa e, dopo aver parlato con il rappresentante della UWB Alliance, mi sono chiesta cos'altro non sapessi di questa tecnologia che è diventata così comune nella mia vita quotidiana, sia professionale che personale. Volevo saperne di più sul confronto tra la RFID e le altre tecnologie di localizzazione e sul ruolo che le diverse tecnologie wireless svolgono nel vasto mondo della condivisione delle informazioni.

In uno dei tanti seminari coinvolgenti ed educativi a cui ho potuto partecipare, ho imparato a conoscere mioty (my iot!). Come si fa a suddividere abilmente i pacchetti di dati in sottopacchetti, a inviarli nel tempo per eludere le interferenze, e poi a riassemblare i dati con algoritmi al momento della ricezione. Questa tecnologia a basso consumo energetico può funzionare a batteria per molti anni ed è alla base di un rivoluzionario progetto di monitoraggio delle inondazioni che ci è stato presentato. Il progetto condivide i dati relativi alle precipitazioni e ai livelli dell'acqua in diverse località geografiche, che vengono poi confrontati con i dati storici per prevedere dove e quando è probabile che si verifichino le inondazioni, aiutando a guidare le azioni di prevenzione e a proteggere persone e proprietà. 

Anche Dierk Oelheim, ingegnere di sistemi Zebra, era presente all'evento e ho parlato con lui per cercare di ottenere maggiori informazioni su questi nuovi (per me) meccanismi di condivisione dei dati. Dierk mi ha detto che:

"Le reti geografiche a basso consumo (LPWAN) sono davvero utili per molte implementazioni IOT a lungo raggio, in quanto coprono ampie distanze, sono a basso costo e richiedono pochissima energia. Un caso d'uso comune è, ad esempio, la localizzazione degli animali o la trasmissione dei dati dei sensori. Possono funzionare quasi alle stesse frequenze dell'RFID passivo UHF, ma sono alimentati a batteria anziché essere attivati dalle onde. Possono trasferire dati molto lentamente e quindi non hanno bisogno di molta energia. Il problema è che operano nello spettro senza licenza, dove subiscono l'impatto delle interferenze. Se una LPWAN opera alla stessa frequenza di un'altra, è molto probabile che si interrompano a vicenda con conseguente perdita di dati. La LORAWAN (LOng RAnge WAN) è una LPWAN leader per le connessioni IOT in scala, ma è facilmente soggetta a interferenze. Se il 10% dell'onda viene interrotto, il segnale non passa.

Il protocollo mioty ha risolto alcuni dei problemi di interferenza di LORAWAN, in quanto solo il 50% delle onde deve passare per una comunicazione accurata. Una bella differenza. Questo lo rende ottimo per i dati statici dei sensori, come quelli relativi alla temperatura o all'umidità, e perché il tracciamento delle inondazioni è un ottimo caso d'uso. Se il sensore si trova in una posizione nota, è necessario condividere solo l'output del sensore in quantità molto ridotte per lunghi periodi.

Noi [Zebra] abbiamo lavorato su unità di stillage per clienti del settore automobilistico con beacon LPWAN che trasmettono dati su distanze molto lunghe. Inviano pezzi di dati molto piccoli, quindi non è necessaria la triangolazione, in modo simile a come funzionano i telefoni cellulari".

Avendo appreso molte cose sulle comunicazioni a onde diverse, la mia mente si è subito concentrata sul modo in cui i dati potevano essere comunicati a e da diverse macchine. Il tempismo è stato perfetto, perché poco dopo ho assistito alla stesura da parte di un relatore di un'applicazione per la gestione degli input provenienti da lettori RFID fissi in più punti, in tempo reale, utilizzando l'intelligenza artificiale! È stato un esempio di efficienza su scala incredibile. Potrebbe essere l'inizio della fine per i programmatori?

È possibile.

Tuttavia, ammetto che, nonostante le numerose e affascinanti applicazioni tecnologiche di cui ho sentito parlare, quella che ritengo necessiti di maggiore attenzione è l'UHF. Nonostante la sua maturità, sembra così gravemente sottoutilizzato negli affari e nella società. 

Certo, è stato interessante sentire come lo sviluppo del prodotto, le informazioni di mercato e la legislazione futura siano state le forze trainanti per i passaporti dei veicoli elettrici. Mi ha fatto anche piacere vedere quanto la visibilità end-to-end attraverso l'etichettatura e il monitoraggio RFID UHF sia in grado di illuminare tutti gli elementi della catena di fornitura, certificando il rispetto di pratiche estrattive etiche, assicurando il corretto assemblaggio dei componenti, fornendo la storia delle batterie al momento della rivendita e aiutando a eseguire un riciclaggio sicuro e legale.

È stato anche interessante vedere come l'esercito tedesco stia sfruttando le soluzioni di localizzazione per ottimizzare le riparazioni dei veicoli, tracciando e rintracciando i componenti. Il tempo trascorso senza cercare le cose, in un centro di riparazione grande come un campo da calcio, ha migliorato enormemente l'efficienza e sono sicuro che ogni ente governativo, utility o militare ne trarrebbe vantaggio.

Tuttavia, questi casi d'uso dal vivo mi sono sembrati solo la punta dell'iceberg. "Quali opportunità si sono perse?" Mi sono chiesto.

Sono quindi tornato da Dierk per riflettere ulteriormente su ciò che le diverse tecnologie avevano da offrire. Mi ha informato che:

"Esistono molti modi diversi per tracciare persone e beni, tutti con pro e contro. Le lunghezze d'onda più corte possono essere più precise, ma richiedono più energia per percorrere la distanza. Ma questo non è affatto tutto, perché l'energia può essere controllata rendendo gli impulsi frequenti o meno. I tag possono essere alimentati a batteria, il che li rende più costosi, o ad onde, il che richiede un'infrastruttura di lettura.

I tag RFID passivi UHF sono molto economici perché vengono attivati dalle onde trasmesse e non necessitano di batterie. Forniscono dati di localizzazione puntuali, cioè quando un oggetto passa davanti a un'antenna, fino a 1 metro. Il raggio d'azione è limitato, quindi è necessaria un'infrastruttura su un'ampia area. Questa potrebbe essere molto estesa. Ma una volta installata, rimarrà per molto tempo.

L'UWB è un mezzo attivo di localizzazione estremamente preciso, ma la dipendenza dalle batterie lo rende più costoso e gravato da una durata limitata. WhereNet ISO24730 può essere utilizzato all'interno e all'esterno su lunghe distanze, con un'accuratezza di 1-3 m, ma è ancora dipendente dalle batterie e necessita di infrastrutture. Il GPS si basa sui satelliti, quindi non richiede infrastrutture, ma questo lo limita all'uso all'aperto con una precisione di 5ms. Sono tante le variabili e le decisioni da prendere in base ai vostri casi d'uso specifici, in questo momento e in futuro".

La spiegazione di Dierk è stata illuminante, ma ho capito come, con così tante tecnologie disponibili, possa essere confuso sapere in quale direzione andare. Ho anche potuto constatare come il software sia in grado di riunire tutto: software per soluzioni di localizzazione (come Zebra MotionWorks) che lavorano con RFID passivo e UWB, oltre che con Wi-Fi, GPS, Bluetooth Low Energy e WhereNet. È questo software a ombrello che ha la capacità di sfruttare il meglio di tutto lo spettro utilizzabile.

In sintesi, ho potuto constatare come l'Internet degli oggetti wireless continui a svilupparsi alla velocità della luce. Sono disponibili diversi tipi di tecnologie di localizzazione che illuminano prodotti, persone e processi. Un'intera nuova generazione di dati sembra destinata a illuminare i colli di bottiglia, a eliminare le inefficienze e a creare nuove opportunità. Con la visibilità di tutto, sono certo che le cose diventeranno molto efficienti, molto velocemente.

Se non siete sicuri di come affrontare al meglio le vostre sfide di visibilità end-to-end, collaboro con molte persone molto intelligenti di Zebra che saranno felici di parlare con voi e di aiutarvi come possono. Hanno anche molti contatti nel settore, con partner e leader/membri di alleanze industriali, che credo avranno idee su come sfruttare questa tecnologia. So che Dierk ne ha di sicuro. Contattateli se volete saperne di più.”

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