Una rete mioty per la smart city è un’unica rete radio, di proprietà del comune o affidata in gestione, che raccoglie le letture di migliaia di sensori a batteria sull’intero territorio urbano: stalli di sosta, cassonetti dei rifiuti, centraline della qualità dell’aria, contatori dell’acqua, idrometri sui fiumi. Qualche decina di stazioni base installate su tetti e pali riceve quelle letture e le inoltra a un software in cui ogni ufficio vede la propria parte. mioty è uno standard radio a lunga portata e basso consumo pensato per un numero di dispositivi molto elevato, che è esattamente il problema che una città si trova davanti una volta superato il primo progetto pilota.

La maggior parte delle città avvia i progetti di smart city un ufficio alla volta. La mobilità acquista sensori di parcheggio con una propria rete e una propria app, l’igiene urbana acquista sensori di riempimento con un’altra, e l’ufficio ambiente gestisce un terzo sistema per la qualità dell’aria. Cinque anni dopo ci sono tre reti, tre contratti e tre credenziali di accesso, e nessuno riesce a mettere un sottopasso allagato accanto ai dati di pioggia che lo avevano previsto. Una rete condivisa evita questa frammentazione.

In breve

  • mioty è una tecnologia radio a lunga portata standardizzata da ETSI che suddivide ogni messaggio in brevi raffiche, così moltissimi sensori possono condividere la stessa banda.
  • Un’unica rete mioty cittadina può trasportare contemporaneamente sensori di parcheggio, rifiuti, ambiente e contabilizzazione, perché ognuno invia solo messaggi piccoli e occasionali.
  • In città il numero di stazioni base dipende di solito dalla copertura (strade, scantinati, parcheggi sotterranei) molto prima che dalla capacità.
  • Il software conta quanto la radio: su un’infrastruttura condivisa gli uffici hanno bisogno di viste, regole e destinatari degli allarmi propri.

Cosa si può monitorare con una rete mioty per la smart city?

Rientra nel profilo qualsiasi dispositivo a batteria che produca una piccola lettura di tanto in tanto. In una città i candidati tipici sono:

  • l’occupazione degli stalli di sosta, tramite sensori annegati nella pavimentazione o incollati sulla superficie stradale
  • il livello di riempimento di cassonetti, campane del vetro e cestini pubblici
  • qualità dell’aria, rumore e temperatura a livello stradale
  • contatori di acqua, calore e gas negli edifici comunali e nell’edilizia residenziale
  • i livelli dell’acqua in fiumi, caditoie e sottopassi
  • lo stato aperto o chiuso di cancelli, botole e porte dei locali pompe

Ciò che li accomuna è lo schema dei messaggi. Un sensore di parcheggio trasmette quando un’auto arriva o se ne va, indicativamente da 20 a 40 volte al giorno. Un sensore di riempimento può trasmettere ogni ora. Un contatore trasmette ogni ora o una volta al giorno. Ogni messaggio è di pochi byte. Nessuno di questi dispositivi ha bisogno di una connessione veloce, e tutti devono funzionare per anni senza che qualcuno salga su una scala.

Il valore nasce da ciò che gli uffici fanno con quelle letture. La raccolta dei rifiuti è l’esempio classico. Una città che svuota 1.200 cassonetti con un giro settimanale fisso passa da ogni cassonetto, che sia pieno o quasi vuoto. Con i dati di riempimento, il giro può includere solo i cassonetti sopra, per esempio, il 70% più quelli che supereranno quella soglia prima del passaggio successivo. Le letture dei parcheggi alimentano pannelli di indirizzamento e app che mostrano gli stalli liberi strada per strada. Gli idrometri su fiumi e caditoie danno un preavviso prima che un sottopasso si allaghi. Le letture di qualità dell’aria e rumore mostrano quali strade superano i limiti locali e quando, il che conta per la pianificazione del traffico e per rispondere con i dati alle segnalazioni dei cittadini.

Non rientra invece nel profilo tutto ciò che ha un’elevata velocità di trasmissione dati. Video, audio in diretta e regolazione dell’illuminazione pubblica con risposta istantanea vanno affidati ad altre reti, come la fibra, il Wi-Fi o una connessione mobile.

mioty si adatta a questo profilo grazie a una tecnica chiamata telegram splitting. Un dispositivo mioty suddivide ogni messaggio in molti sottopacchetti brevissimi e li invia in momenti diversi su frequenze diverse. La stazione base ricostruisce il messaggio anche se fino a metà di quei sottopacchetti va persa a causa delle interferenze, una caratteristica utile in una città dove la banda libera da licenza a 868 MHz è condivisa con sistemi di allarme, telecomandi, contatori e altre reti. Lo standard di riferimento è ETSI TS 103 357, nato dal lavoro del Fraunhofer IIS.

Quante stazioni base servono per una smart city con mioty?

Conviene partire dalla capacità, perché è il fattore che si esclude più in fretta. I valori pubblicati dal Fraunhofer IIS e dalla mioty Alliance arrivano fino a 110.000 endpoint per stazione base e fino a 3,5 milioni di messaggi al giorno per stazione base, con payload piccoli inviati circa ogni ora. Sono valori di protocollo; le reti reali si attestano più in basso.

Per una città di medie dimensioni, con numeri di dispositivi e intervalli a titolo di esempio, il carico è questo:

Tipo di sensore Dispositivi Messaggi per dispositivo al giorno Messaggi al giorno
Stalli di sosta 2.500 30 75.000
Cassonetti dei rifiuti 1.200 12 14.400
Qualità dell’aria e rumore 150 144 21.600
Contatori comunali 400 24 9.600
Idrometri 60 96 5.760
Totale 4.310 126.360

Il totale non arriva al 4% della capacità nominale di una singola stazione base, quindi a decidere il numero di stazioni base è la copertura.

Il valore di portata del protocollo è di circa 2,5 km per stazione base, ma le città sono piene di elementi che la riducono: cemento, acciaio, auto parcheggiate sopra i sensori di sosta interrati, coperchi metallici dei cassonetti e contatori negli scantinati. Se si pianifica con un raggio effettivo di 1 km nel centro densamente costruito, ogni stazione base copre circa 3 km². Un nucleo urbano di 30 km² richiede allora circa 10 siti senza contare la sovrapposizione, e nella pratica i progettisti aggiungono sovrapposizione in modo che la maggior parte dei sensori sia ricevuta da due stazioni base. Questa ridondanza mantiene il flusso delle letture quando un sito resta senza corrente o una gru ostruisce la linea di vista per un mese.

I siti migliori sono quelli che la città già controlla: tetti di scuole, caserme dei vigili del fuoco e municipi, torri piezometriche e pali dell’illuminazione con alimentazione elettrica. Ogni stazione base ha bisogno di alimentazione e di un collegamento di backhaul, che può essere in fibra, Ethernet o una connessione dati mobile. Un sopralluogo radio con dispositivi di prova nei punti più difficili, come un parcheggio sotterraneo, un locale contatori in uno scantinato e uno stallo di sosta a livello stradale, dice più di qualsiasi mappa di copertura. Conviene registrare l’intensità del segnale in ogni punto di prova, perché quei valori diventano il riferimento quando in seguito un sensore comincia a perdere trasmissioni.

I sensori di parcheggio interrati richiedono un test a parte. Sono a filo dell’asfalto, quindi la loro antenna punta verso il cielo e passa buona parte della giornata sotto il pianale d’acciaio di un’auto. Un sensore che raggiunge facilmente una stazione base da uno stallo vuoto può avere difficoltà quando un furgone ci parcheggia sopra. Installare le stazioni base più in alto, in modo che guardino lungo la strada anziché di traverso, di solito aiuta più che aumentare la potenza di trasmissione, che comunque è limitata dalla normativa.

La rete ha anche bisogno di un responsabile. Qualcuno deve gestire i contratti delle stazioni base, tenerne aggiornato il software, sostituire un’unità guasta e decidere quale ufficio può aggiungere quali dispositivi. Di solito le città affidano questo ruolo al proprio servizio informatico, a una multiutility comunale o a un fornitore con un contratto di assistenza. Poiché le batterie dei sensori sono spesso dichiarate per 10 anni o più, ha senso pianificare la rete almeno per lo stesso periodo, stabilendo anche chi organizzerà la sostituzione delle batterie quando il primo grande lotto di sensori arriverà a fine vita.

mioty o LoRaWAN per la smart city?

LoRaWAN è la scelta più conosciuta per l’IoT urbano, quindi è il termine di paragone naturale.

Il vantaggio di LoRaWAN è il suo ecosistema. Esistono molti più modelli di sensori compatibili, molte città hanno già gateway LoRaWAN installati in progetti precedenti e in alcuni Paesi operatori o comunità gestiscono reti LoRaWAN pubbliche. Se un ufficio ha bisogno di un sensore specifico per domani, è molto probabile che ne esista una versione LoRaWAN.

Il vantaggio di mioty è la densità unita alla robustezza. Il telegram splitting è stato progettato perché un numero molto elevato di dispositivi possa condividere una banda senza che i messaggi si distruggano a vicenda, e tollera meglio le interferenze in uno spettro affollato. mioty è inoltre uno standard ETSI a tutti gli effetti. Il rovescio della medaglia è un catalogo di dispositivi più piccolo e più giovane, quindi per ogni tipo di sensore previsto bisogna verificare che esista una versione mioty prima di fissare il progetto della rete.

Molte città useranno entrambe. Una rete mioty per i sensori ad alta densità e lunga durata, come contatori e parcheggi, affiancata ai gateway LoRaWAN esistenti per i sensori specialistici, è un’architettura sensata, a patto che i dati finiscano in un unico posto e non in due sistemi separati.

Conviene decidere tipo di sensore per tipo di sensore. Si elencano tutti i tipi di sensore previsti con il numero atteso, l’intervallo di trasmissione e il punto di installazione. I tipi con migliaia di unità, messaggi frequenti o posizioni difficili sono ottimi candidati per mioty, purché ne esista una versione mioty. I tipi con poche decine di unità e una misura specialistica, come un gas particolare o un sensore strutturale su un ponte, spesso esistono solo per LoRaWAN, e va bene così. L’elenco mostra anche dove le due reti si sovrapporrebbero, il che aiuta a collocare stazioni base e gateway sugli stessi tetti.

Quale piattaforma per la smart city supporta mioty?

Una stazione base mioty ha bisogno di un service center, il nome che mioty dà al network server che gestisce i dispositivi e inoltra le loro letture. A valle, la città ha bisogno di un software in cui gli uffici vedono i propri sensori, impostano le soglie e ricevono gli avvisi.

Con Kilo, il service center è disponibile in tre modi: il Kilo mioty Service Center open source, che il servizio informatico della città può ospitare sui propri server; l’edizione Enterprise integrata in Kilo Cloud, dove si aggiunge un connettore mioty, si configurano le stazioni base perché vi si colleghino e non si gestisce in proprio alcuna infrastruttura mioty; oppure l’edizione Enterprise concessa in licenza e installata da Kilo presso le strutture della città, su richiesta. I dispositivi mioty e LoRaWAN condividono poi un’unica organizzazione, le stesse dashboard e le stesse regole.

La suddivisione tra uffici avviene negli allarmi. Ogni allarme prevede un’escalation in più livelli, ciascuno con i propri destinatari e canali di notifica, così un cassonetto pieno avvisa la squadra della raccolta rifiuti, mentre un idrometro in salita raggiunge il tecnico reperibile e, se nessuno risponde, il responsabile di turno.

Domande frequenti su mioty e smart city

mioty viene usato nei progetti di smart city?

Le smart city sono uno dei campi di applicazione che la mioty Alliance promuove, insieme a contabilizzazione, industria ed edifici. L’ecosistema è più giovane di quello LoRaWAN, quindi la maggior parte delle città che valutano mioty inizia verificando quali dei tipi di sensore previsti sono disponibili con radio mioty e poi avvia un progetto pilota in un quartiere.

Una rete mioty per la smart city ha bisogno di un operatore mobile?

No. mioty funziona in uno spettro libero da licenza, quindi le stazioni base le installa e le gestisce la città o un fornitore, e i sensori non richiedono un abbonamento per dispositivo. Le stazioni base hanno comunque bisogno di una connessione a internet o a una rete privata verso il service center, e in Europa ogni dispositivo deve rispettare i limiti di duty cycle previsti per la banda a 868 MHz.

mioty è abbastanza sicuro per la smart city?

Lo standard mioty cifra e autentica i messaggi con AES-128, usando una chiave diversa per ogni dispositivo, così chi ascolta sulla stessa frequenza non può né leggere né falsificare una lettura. I rischi pratici stanno altrove: chiavi dei dispositivi scambiate tramite fogli di calcolo, stazioni base con password predefinite e dashboard condivise con troppe persone.

Tre cassonetti e due punti di misura della qualità dell’aria nella stessa strada formano un progetto pilota in un quartiere con sensori di due uffici diversi. Si riuniscono tutti e cinque su un’unica dashboard e si aggiunge una regola che genera un allarme quando un cassonetto supera l’80% di riempimento; un pilota di queste dimensioni funziona con il piano gratuito di Kilo. Dopo un mese si saprà con quale frequenza trasmette ogni sensore, quanto è affidabile la radio a livello stradale e se gli uffici consultano davvero una schermata condivisa.