La tecnologia per coprire le aree più estese

La scelta dell'infrastruttura wireless appropriata per qualsiasi rete di comunicazione mission-critical dovrebbe basarsi sull'ambiente unico dello spettro che può servire al meglio l'applicazione. Questo articolo esplora le metriche delle prestazioni delle reti wireless 2.4 GHz 802.11 e Narrowband, e per quale ragione la scelta della rete Narrowband è la più intelligente ed economica per un caso d'uso specifico: gli ambienti esterni più grandi come i porti marittimi e i cantieri ferroviari, dove le transazioni di dati semplici sono tutto ciò che serve per migliorare l'efficienza e la precisione dei movimenti di inventario, anche in presenza di materiali difficoltosi.

COME FUNZIONA IL SISTEMA

Il Narrowband è una rete senza fili a lungo raggio con una bassa larghezza di banda, specificamente progettato per offrire connettività wireless digitale molto conveniente e affidabile per applicazioni di dati semplici nelle più grandi aree esterne, indipendentemente dai tipi di materiali che vi sono presenti, o se la lor collocazione subisce modifiche giornaliere.
Creato per consentire una connettività wireless conveniente in più aree della vostra attività, il Narrowband è disponibile esclusivamente da Zebra e, anche se si potrebbe non averne mai sentito parlare, non è nuova. Il Narrowband è al servizio di porti, cantieri ferroviari e molti altri settori in tutto il mondo da oltre 35 anni, portandovi la tranquillità che solo una tecnologia ben collaudata è in grado di fornire.

Caratteristiche principali:
- Ampiezza raggio fino a 1,6 Km
- Velocità della banda da 9,6 Kbps a 19,2 Kbps
- Range di frequenza 403-512Mhz.

Ecco alcuni vantaggi forniti da questa tecnologia:
- Ha una copertura maggiore rispetto al WiFi: per la stessa area, il WiFi richiede un numero di access point 10 volte maggiore rispetto a 2 stazioni 9160 Gateway.
- Narrowband ha una frequenza privata, non subisce le interferenze di altre reti WiFi da 2,4GHz
- Retrocompatibilità con sistemi narrowband già esistenti, con 9160 già esistente o con il Controller 9XXX
- Riduce i costi di installazione rispetto al WiFi: richiede meno access point, meno cavi, meno strutture
- Le frequenze vengono rilasciate in licenza privata, risolvendo i problemi con le altre reti
- Ottime prestazioni in ambienti NLOS (non in linea di vista, il percorso ottico in linea retta fra un dispositivo trasmettitore ed uno ricevitore)
- per l’installazione di un sistema narrowband completo c’è un risparmio di circa il 70% rispetto rispetto al WiFi
- Rispetto alle reti WWAN, non ha canoni da pagare e l’utente è proprietario della propria rete
- Il Plug-In NDP per il TekTerm Server prende i dati in entrata trasmessi tramite narrowband e li converte in TCP/IP per passarli all’host system (ex SAP/Oracle)
- Il TekTerm Server Software funziona su server Windows e funge da traduttore, permettendo la trasmissione dati tra narrowband e network TCP/IP (WiFi o Ethernet)

Cosa serve per un sistema NarrowBand:
1. 9160 Narrowband Gateway
2. Terminali Omnii XT15 o VH10. Sono già dotati sia di tecnologia Narrowband, sia di WiFi. Narrowband va installato direttamente in fabbrica, non si può incrementare su terminali non già specificatamente dotati al momento della produzione.
3. Software TekTerm Server, converte i dati provenienti dal 9160 Gateway in dati che possono essere trasmessi all’host di back-end.
4. Software TekTerm Client emulazione terminale, da eseguire sui terminali portatili XT15 o VH10. È unico client di emulazione terminale compatibile con la banda stretta.

Mercati e Target:
- Principali aree di utilizzo: logistica, trasporti, industria manifatturiera, porti, cantieri.
Utilizzato per facilitare la gestione dei depositi o dell’inventario, consente meno ritardi, più efficienza e un più altro grado di tracciabilità
- Viene impiegato anche in settori come cave, acciaierie e segherie perché amplia la rete delle aree esterne per la gestione dei depositi, del personale e nella gestione dell’inventario. In queste aree si dimostra migliore perché il WiFi non si propaga facilmente attraverso materiali quali ad esempio legno e metallo

1. IMMUNITÀ AI DISTURBI: NESSUNA TECNOLOGIA RF È IMMUNE AI DISTURBI ELETTROMAGNETICI AMBIENTALI, IN PARTICOLARE A 2,4 GHZ

Secondo i dati pubblicati, le frequenze ISM a 2400-2483,5 MHz sono soggette a rumore significativamente più elevato rispetto ad altre gamme di frequenza. Negli ultimi 10 anni, questa banda è diventata una delle più inquinate fra tutte le gamme di frequenza, principalmente a causa della proliferazione esponenziale di WLAN, hotspot, forni a microonde, riscaldatori industriali a 2,4 GHz e collegamenti fissi a microonde. 

Uno studio del 2003 condotto da Do, Akos e Enge nelle aree della baia di San Francisco e del porto di Oakland ha misurato i livelli medi di disturbi a 2,4 GHz verticalmente polarizzati nell'intervallo da -82,5 dBm/MHz a -100,8 dBm/MHz per i siti rurali e i porti e da -84,4 a -89,8 dBm/MHz per le aree urbane. Che cosa significa questo in pratica? Un tipico ricevitore 802.11 da 2,4 GHz ha una larghezza di banda del rumore equivalente pari a circa 10 MHz, che cattura livelli medi di rumore fino a (-82,5 dBm/MHz + 10 dBm/MHz) = -72,5 dBm per 10 MHz, anche nelle zone rurali. 

Questo livello è significativamente al di sopra del livello di sensibilità della radio di -90 dBm e degrada notevolmente le prestazioni della gamma. A fini comparativi, il rapporto NTIA 02-390 ha dimostrato che nella banda di 400 MHz, anche il rumore elettromagnetico urbano raggiunge livelli medi di soli 12dB sopra il rumore termico kToB, pari a circa -102 dBm/ MHz. Si prevede che i siti rurali e portuali producano in media circa -112 dBm/MHz. Un tipico ricevitore a banda stretta (narrowband) con larghezza di banda del rumore di 10 kHz cattura livelli medi di rumore di solo (-102 dBm/MHz - 20 dBm/MHz) = -122 dBm/10 kHz, anche nelle aree urbane. Questo livello si trova ben al di sotto del livello di sensibilità della radio e non degraderà in alcun modo le prestazioni della gamma

Nell'esempio precedente, la radio a 2,4 GHz in un'area rurale soffre quasi 100.000 volte la potenza acustica media dei sistemi narrowband a 400 MHz nelle aree urbane! Mentre il guadagno di elaborazione Direct Sequence Spread Spectrum consente ai sistemi a 2,4 GHz di operare con un rapporto segnale/rumore di circa 0 dB (SNR, Signal-to-Noise Ratio) e i sistemi a 400 MHz richiedono circa 10 dB SNR, ciò offre comunque un vantaggio in termini di banda stretta digitale, estendendosi a quattro ordini di grandezza o ad una sensibilità nel rumore ambientale 10.000 volte maggiore.

2. MULTIPATH FADING: I VUOTI NELLA COPERTURA IRRITANO GLI UTENTI

Nelle telecomunicazioni il multipath fading è una forma di distorsione di un segnale che giunge a destinazione sotto forma di un certo numero di repliche, sfasate nel tempo, originate dai vari percorsi (multipath) che il segnale stesso può aver seguito durante la sua propagazione e sommantesi tra loro in ricezione; ogni replica inoltre, avendo compiuto un percorso proprio di una certa lunghezza e caratterizzato da una riflessione su superfici in generale diverse, sarà dunque soggetta ad un'attenuazione in generale diversa da quella subita dalle altre repliche.

Il multi-path fading si verifica quando sia un segnale diretto che un segnale riflesso indesiderato vengono catturati da un ricevitore. La riflessione nel mondo delle onde elettromagnetiche si verifica quando i segnali "rimbalzano" da oggetti metallici, come contenitori per il trasporto e il cemento armato - entrambi presentano una barriera impenetrabile all'onda radio. Il fenomeno è particolarmente evidente per gli utenti che utilizzano frequenze più elevate. Spesso, l'effetto è percepito da un utente come un "punto morto" nella copertura RFIl segnale diretto, voluto, viene cancellato da una versione riflessa fuori fase, uguale e opposta; il risultato è l'assenza di qualsiasi segnale utilizzabile

I punti di cancellazione spaziale si verificano molto più vicini tra loro per le alte frequenze, che hanno lunghezze d'onda molto più corte. Il fenomeno del fading è certamente più irritante per gli utenti a 2,4 GHz che non a 400 MHz. Ad oggi, con oltre 20 anni di esperienza WLAN sul campo, Zebra non ha registrato alcun problema di cliente relativo al multi-path fading nei sistemi Narrowband. Le onde a bassa frequenza non solo penetrano meglio i materiali, evitando completamente uno dei fattori che contribuiscono al problema del multi-path, ma producono anche modelli di dissolvenza "morbidi", spesso impercettibili per l'utente.

3. NORME DI PROTEZIONE PER L'UTENTE: COSA PROTEGGE IL MIO SISTEMA DALLE INTERFERENZE?

La banda a 2,4 GHz è piena e traboccante di segnali provenienti da vari dispositivi di riscaldamento domestici e industriali. È anche piena di comunicazioni legittime, lasciando gli utenti in concorrenza per l'utilizzo dello stesso spettro

Nonostante questo ambiente straordinariamente impegnativo, è sorprendente notare che gli standard IEEE 802.11b/g, FCC e altri standard mondiali non impongono alcun requisito sulla capacità del ricevitore a 2,4 GHz di decodificare correttamente i segnali in presenza di trasmissioni provenienti da altri utenti sullo stesso canale o su canali adiacenti - o in bande adiacenti. 

Tutti i sistemi digitali narrowband di Zebra sono progettati per essere consegnati in tutto il mondo - sono conformi allo standard europeo EN 300 113 Private Mobile Radio. Chiamato spesso lo standard più severo al mondo per le apparecchiature di comunicazione, questa norma europea definisce le specifiche normative per la sensibilità, il rifiuto dei canali adiacenti, il rifiuto dei co-canali e altri fattori di prestazione, garantendo il successo della ricezione dei segnali di comunicazione negli ambienti più difficili. Non sorprende quindi che la tecnologia narrowband di Zebra sia stata adottata da clienti militari sia nei paesi FCC che in quelli regolamentati dall'UE. 

La banda stretta è anche la tecnologia scelta per i porti, le applicazioni logistiche su larga scala e altre applicazioni industriali e commerciali mission-critical negli ambienti elettromagnetici più esigenti.

4. IL RICORSO NORMATIVO: CHI MI PROTEGGE SE QUALCUN ALTRO SI APPROPRIA DELLA MIA WLAN?

Nella maggior parte dei paesi, ai clienti viene garantita la protezione delle licenze di frequenze per i sistemi narrowband. In cambio di un modesto canone da versare alle autorità preposte al rilascio delle licenze, l'utente ottiene un canale RF dedicato protetto dalle interferenze provenienti da altri utenti dello spettro.

Qualora tale interferenza abbia inizio da un altro utente dello spettro radio, le agenzie locali di gestione delle frequenze provvederanno a porvi termine rapidamente e con un'interruzione minima delle operazioni nel sito autorizzato.

Purtroppo, i sistemi IEEE a 2,4 GHz non offrono tale protezione. La banda ISM a 2400-2483,5 MHz è stata assegnata in quasi tutti i paesi sviluppati come banda libera per tutti e senza licenza. Di conseguenza, i clienti dei sistemi a 2,4 GHz che acquistano da un fornitore RF devono affrontare la realtà che il loro funzionamento potrebbe essere interrotto a tempo indeterminato da nuove fonti di interferenza, da un giorno all'altro.

5. VELOCITÀ, PRODUTTIVITÀ, POTENZA E RISPARMIO ENERGETICO: LA FORZA BRUTA E L'IGNORANZA SONO IL MIGLIOR APPROCCIO ALL'IMPLEMENTAZIONE DELLA WLAN?

Nel mondo dei PC cablati basati sull'Ethernet, dove TCP/IP e altri protocolli di rete simili sono la regola, la velocità di trasmissione dei dati è un problema importante. Nel mondo wireless, se gli stessi protocolli inefficienti, poco efficienti e pesanti dal punto di vista del carico utile e della struttura vengono implementati ciecamente sul collegamento in radiofrequenza, la velocità diventa un fattore critico di successo. Tuttavia, come apprezzeranno coloro che hanno una solida base di conoscenze di fisica, la velocità di comunicazione sopporta una relazione inversamente proporzionale alla portata wireless in canali a banda limitata. In poche parole, in una determinata larghezza di banda del canale, si possono ottenere enormi velocità di trasmissione dati su distanze molto brevi, ma se le applicazioni di dati che richiedono un'elevata larghezza di banda devono essere trasmesse su distanze più lunghe, o la potenza del trasmettitore è aumentata drasticamente, o i dati devono essere fortemente compressi. 

Per fortuna esiste un approccio intelligente al problema. Come pioniere nell'arte di protocolli di comunicazione efficienti, nel corso degli anni Zebra ha progettato e perfezionato sia il protocollo 802.IQ per i sistemi IEEE 802.11, sia un protocollo di trasmissione a banda stretta ad alta efficienza. I dati vengono compressi e solo il numero minimo di byte di dati viene trasmesso attraverso la preziosa larghezza di banda del canale RF. Il risultato è che, qualunque sia la tecnologia RF implementata, sono garantiti tempi di risposta di andata e ritorno inferiori ai secondi.

Inoltre, i sistemi narrowband beneficiano del vantaggio energetico derivante dalla capacità di trasmettere fino a 1 Watt (o fino a 8W EIRP secondo le disposizioni normative locali), mentre i sistemi a 2,4 GHz sono attualmente limitati a 100mW (o fino a 4W EIRP a livello locale). Oltre alle prestazioni a lungo raggio offerte dalle basse frequenze di trasmissione, Zebra digital Narrowband offre un chiaro vantaggio in termini di range

Ciò si traduce in costi di infrastruttura RF notevolmente inferiori, in quanto il numero di stazioni base a banda stretta necessarie per il servizio su una determinata superficie è una frazione del numero di access point a 2,4 GHz richiesto per la stessa area. 

Nonostante la disponibilità di una maggiore potenza di uscita RF, i dispositivi digitali Narrowband mantengono ancora inalterate le prestazioni di durata della batteria. Perché? Perché la maggior parte delle volte, un dispositivo di comunicazione rimane in modalità di ricezione (ascolto), soprattutto se implementa un protocollo di trasmissione efficiente che riduce la lunghezza delle trasmissioni ad alta potenza. I dispositivi mobili a banda stretta Narrowband funzionano in modalità di ricezione a basso consumo, con un consumo di corrente pari a circa la metà di quello richiesto per i ricevitori IEEE 802.11. Ciò si traduce in risparmio energetico e in attrezzature che rimangono disponibili per tutto il giorno lavorativo

Gli odierni dispositivi digitali a banda stretta Narrowband non hanno alcuna relazione con le unità RF ingombranti e affamate di potenza che in passato richiedevano la riaccordatura manuale con un cacciavite. I dispositivi Narrowband di nuova generazione sono completamente controllati elettronicamente, efficienti dal punto di vista energetico, esenti da manutenzione e sono affidabili mezzi di comunicazione.

6. SCALABILITÀ, SICUREZZA E SERVER DI COMUNICAZIONE: CONFONDERE GLI HACKER, NON SAPRANNO COSA LI HA COLPITI

I sistemi Narrowband tipicamente utilizzano un server di comunicazione come interfaccia tra un computer host o mainframe e la parte RF della rete
. Qui le funzioni di sicurezza, il controllo di rete, la diagnostica di sistema e le funzionalità di amministrazione sono centralizzate. Il server può essere configurato per mantenere la ridondanza della rete RF in modo da ridurre al minimo i rischi di fermo macchina del sistema.

Il server di comunicazione è dimensionato in modo tale da poter controllare decine di stazioni base e la sua produttività è sufficiente per gestire centinaia di terminali che eseguono la compressione dei dati Zebra e i protocolli di memorizzazione delle pagine. L'intero sistema è scalabile per soddisfare le esigenze attuali e future di qualsiasi scenario del cliente. Degli installatori qualificati condurranno un sondaggio in loco per determinare le esigenze di ogni sito del cliente e garantire che rimanga operativo con prestazioni costanti per molti anni a venire. 

I sistemi digitali narrowband sono modulati e codificati secondo uno schema noto solo a Zebra. A differenza dei sistemi di sicurezza IEEE 802.x, che possono essere intercettati e attaccati a piacimento da chiunque possieda una scheda WLAN da 2,4 GHz, i sistemi digitali Narrowband possono essere rilevati e decodificati solo da qualcuno in possesso di un'implementazione specifica per il canale delle apparecchiature Zebra abilitate alla banda Narrowband. La codifica della trasmissione e i livelli di protocollo aggiungono ulteriori barriere proprietarie al potenziale hacker. Infine, il server di comunicazione e l'host possono essere configurati in modo da consentire all'utente l'accesso limitato solo a specifiche applicazioni host non critiche. Questo sistema è almeno altrettanto sicuro quanto qualsiasi LAN wireless presente sul mercato di oggi.

CONCLUSIONE

I sistemi digitali narrowband offrono vantaggi unici per alcuni utenti e settori industriali che non possono essere ottenuti con i sistemi IEEE a 2,4 GHz. Mentre i sistemi ad architettura aperta 802.11 sono in grado di soddisfare i requisiti di copertura per i siti di piccole e medie dimensioni con applicazioni che richiedono specifiche di throughput estremamente elevate, le strumentazioni digitali a banda stretta di nuova generazione sono la scelta chiara per coloro che hanno bisogno di coprire aree di cantiere più grandi e considerano che le loro operazioni non debbano mai interrompersi, in qualsiasi circostanza.

I vantaggi aggiuntivi della sicurezza intrinsecal'elevata immunità ai rumori, la robusta resistenza alle interferenze, la protezione degli standard e il ricorso normativo autorizzato sono gli elementi cruciali che porteranno i professionisti IT più attenti e gli utenti dello spettro wireless a continuare ad affidarsi alla tecnologia brevettata Narrowband per molti anni a venire. Zebra ha applicato innovazioni all'avanguardia a un'architettura wireless collaudata e affidabile, creando un nuovo standard in comunicazioni RF affidabili per porti marittimi, cantieri ferroviari e altri spazi grandi e impegnativi.

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