Il paradigma tecnologico Internet of Things (IoT) ha permesso di estendere le potenzialità della rete internet oltre i confini del mondo digitale, fatto di server, computer, applicazioni software, per consentire un controllo del mondo fisico, attraverso reti di dispositivi, sensori, oggetti intelligenti interconnessi: questi device sono in grado di acquisire dati sul campo, scambiarli tra loro, e inviarli nel cloud per analisi ed elaborazioni che permettono di migliorare e ottimizzare l’efficienza operativa di infrastrutture e asset industriali.
Oggi, grazie allo sviluppo della cosiddetta IoT satellitare, la connettività IoT può compiere un ulteriore, fondamentale passo in avanti, estendendo la copertura anche in aree remote del pianeta, come le zone rurali, i deserti, le foreste, gli oceani, difficili da raggiungere, o inaccessibili utilizzando le tradizionali reti terrestri.
L’opportunità di mercato per la comunicazioni IoT via satellite è enorme, stima la società indipendente di analisi di mercato e consulenza in ambito IoT e tecnologie digitali Berg Insight, ricordando che solo circa il 10% della superficie della Terra ha accesso ai servizi di connettività terrestre.
Secondo un rapporto di Berg Insight, il mercato globale delle comunicazioni IoT via satellite sta espandendosi a ritmo costante: la base globale di abbonati all’IoT satellitare è cresciuta fino a superare 5,1 milioni nel 2023. E il numero di abbonati a questo servizio, prevede la società, aumenterà a un tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 39,2% per raggiungere 26,7 milioni di unità nel 2028.
Cos’è la IoT satellitare
Con il termine IoT satellitare, o IoT via satellite, si intende in sostanza l’adozione di reti di satelliti per fornire connettività a sensori e dispositivi IoT in luoghi lontani, isolati, non coperti dalle tradizionali reti terrestri, cablate o senza fili.
Entrambe, tra l’altro, anche quando realizzabili, accusano comunque varie limitazioni. Le reti cablate possono richiedere lunghi tempi ed elevati costi di implementazione e manutenzione, mentre le reti wireless, oltre alle reti radiomobili cellulari (2G, 3G, 4G, 5G), includono anche reti basate su tecnologia Wi-Fi, che in genere sono concepite per fornire connettività a corto raggio all’interno di edifici, possono incontrare ostacoli, ed essere soggette a interferenze che finiscono per influenzare l’affidabilità della connessione IoT.
Rispetto alla connettività IoT basata su reti cellulari o Wi-Fi, la IoT satellitare consente non solo di estendere la connettività IoT a livello globale, ma anche di aumentare l’affidabilità delle connessioni in condizioni meteorologiche estreme, o in posizioni geografiche ardue da raggiungere.
La IoT satellitare gioca dunque un ruolo complementare rispetto all’infrastruttura IoT preesistente, con la quale può integrarsi per estendere e potenziare copertura e affidabilità delle connessioni, aprendo la strada a nuove applicazioni e casi d’uso industriali, grazie anche alla capacità di utilizzare un’ampia gamma di bande di frequenza (banda L, S, C, X, ecc.) dello spettro radio. Proprio questa flessibilità nell’utilizzo dello spettro costituisce un punto di forza della IoT satellitare, in quanto aumenta l’adattabilità del sistema a differenti necessità, requisiti tecnici, e l’abilità degli ingegneri di sviluppare di volta in volta soluzioni innovative per specifici casi d’uso.
Satelliti LEO, MEO e GEO: le differenze
Sul piano architetturale, l’elemento chiave della IoT satellitare è rappresentato dalla possibilità di utilizzare tre tipologie di satelliti:
- i satelliti in orbita terrestre bassa (low Earth orbit – LEO)
- i satelliti in orbita terrestre media (medium Earth orbit- MEO)
- I satelliti geostazionari (geostationary Earth orbit – GEO)
LEO, MEO e GEO si differenziano in termini di altitudine di funzionamento, finalità d’impiego, dimensioni della costellazione satellitare, e comportano anche differenti sfide tecniche e operazioni logistiche per il dispiegamento della stessa.
Orbitando a circa 36 mila km dalla terra, i satelliti GEO forniscono una copertura terrestre molto ampia: ciascuno di questi satelliti arriva a coprire fino a un terzo della superficie terrestre, e di conseguenza bastano tre satelliti GEO per realizzare una copertura della maggior parte del globo.
D’altra parte, l’elevata altitudine, e la distanza dalle infrastrutture terrestri, possono impattare negativamente sulle applicazioni che richiedono una latenza estremamente bassa, come ad esempio i sistemi di controllo industriale in tempo reale.
Inoltre il lancio, il posizionamento e il mantenimento di un satellite in orbita geostazionaria impone un impiego di risorse e di tempo maggiore rispetto, ad esempio, al dispiegamento di un satellite LEO. Va comunque aggiunto che, nel caso di implementazione di costellazioni per copertura globale basate su satelliti LEO, la gestione del grande numero di satelliti richiesto pone ulteriori sfide logistiche e tecniche.
Protocolli proprietari, sfide e iniziative di integrazione
Nel comparto dei servizi di connettività IoT satellitare operano fornitori come Inmarsat (Viasat), Iridium, Orbcomm, che adottano sistemi di comunicazione satellitare delle tre tipologie citate, in genere basati su protocolli di comunicazione IoT satellitari proprietari.
Il crescente interesse degli utenti per la comunicazione satellitare ha però stimolato progetti di standardizzazione e interoperabilità, come l’iniziativa di 3GPP (3rd Generation Partnership Project) sulle NTN (non-terrestrial networks), che ha l’obiettivo di integrare le reti satellitari nelle reti cellulari esistenti.
Di particolare rilevanza, ad esempio, il lavoro svolto da 3GPP per adattare standard cellulari come 5G NR (New Radio), NB-IoT (Narrowband Internet of Things) e LTE-M (Long-Term Evolution for Machines) a fornire connettività basata su satellite (NR-NTN e IoT-NTN).
Applicazioni e casi d’uso
Le opportunità applicative della IoT satellitare si estendono in svariati ambiti. Eccone alcuni.
- Nel tracciamento degli asset, grazie alla copertura fornita dai satelliti diventa possibile monitorare risorse in luoghi remoti o altrimenti inaccessibili, migliorando la precisione e l’affidabilità dei dati raccolti. Le attività di monitoraggio e gestione possono riguardare il controllo in tempo reale di infrastrutture critiche, come reti elettriche e reti di distribuzione, impianti di energia rinnovabile in aree remote, potenziando l’efficienza operativa e riducendo le interruzioni (downtime).
- Nel monitoraggio ambientale, adottando la IoT satellitare si può osservare meglio l’evoluzione, nel tempo e nello spazio, di fenomeni estremi, come inondazioni, uragani, incendi, e disporre di dati cruciali per predisporre le operazioni di soccorso e gestione delle emergenze.
- Nell’agricoltura di precisione, la disponibilità di dati meteorologici accurati ricavati dai satelliti aiuta a ottimizzare le attività di fertilizzazione, irrigazione e protezione delle colture, migliorando la capacità produttiva e riducendo l’impatto degli eventi meteo sulle colture stesse.
Nella navigazione marittima, i dati raccolti in tempo reale dai sensori IoT installati a bordo di navi e imbarcazioni, su parametri come velocità, condizioni di funzionamento e consumo di carburante, permettono di migliorare sicurezza ed efficienza della navigazione, ottimizzando le rotte, riducendo i consumi e segnalando l’insorgere di potenziali pericoli o la presenza di ostacoli sul cammino.
