Approfondimenti

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Digital Home: le sfide, le opportunità e gli enabler tecnologici

In questo articolo si esplora l’evoluzione dei servizi nell’ecosistema casa digitale e di come questa sia supportata dalle tecnologie abilitanti e dal ruolo di coordinamento dell’access gateway.

 

1 - Introduzione

Fino al 2006 il telefonino ci serviva soprattutto a telefonare e mandare sms: fedelissimo compagno, sempre con noi golosissimi possessori; poi avvenne che il mondo non fu più lo stesso: con la nascita "vera" degli smartphone dell'iphone, il cellulare è diventato anche uno scrigno inesauribile di servizi e applicazioni sempre più ricche e sviluppate nel mondo da milioni di programmatori.
La stessa ambizione è oggi alla base della scommessa della digital home: una casa connessa a velocità sempre maggiori ma in cui sempre più servizi e applicazioni saranno disponibili: dall'entertainment video e musica al risparmio energetico, dalla smartgrid all'automazione smart degli spazi delle luci e degli elettrodomestici: servizi che oltretutto saranno offerti da una pletora di attori "abilitati" dal hw e sw della piattaforma Aziendale.

 

2 - Il contesto di riferimento

La casa degli italiani diventa sempre più “digitale”: la diffusione di tablet, PC touch, smartphone e smart TV sempre più usabili, grazie a app immediate e intuitive, dotati di un numero di sensori crescente e voraci di connettività sta creando un mondo domestico permeabile a nuovi servizi in grado di soddisfare in modo più semplice ed efficiente vecchi e nuovi bisogni della Digital Life di tutta la famiglia. In questo scenario emerge la necessità di offrire servizi evoluti affrontando sfide quali:

  • il supporto di collegamenti ultraveloci lato rete, in grado di gestire più connessioni contemporanee da parte di tutta la famiglia, non solo più per navigare ma anche per vedere in streaming contenuti ad alta qualità, fare gaming on-line o upload di contenuti su social e blog, garantendo una adeguata “Quality of Experience”;
  • l’ottimizzazione dei collegamenti all’interno della casa connessa, in particolare il Wi-Fi;
  • il bisogno di storage e backup per archiviare contenuti di tutta la famiglia in modo semplice e sicuro, considerato anche che la risoluzione di fotocamere e videocamere è ormai cresciuta a dismisura;
  • il problema della gestione integrata di tutti i device,  che si sovrappongono e stratificano in modo disordinato, componendo una vera e propria “babele digitale” di differenti “etnie” - Apple, Samsung, Sony, ecc. - e “lingue” diverse – Windows, iOS, Android,  Linux. 

Appare sempre più evidente quindi il ruolo chiave nella casa digitale di un AG (Access Gateway) evoluto, in grado di garantire la connettività lato rete e lato casa adeguata ai servizi, supportare il backup e storage, e federare i terminali, supportando il cliente in modo chiaro, semplice e comprensibile nella gestione della “babele”.
I trend tecnologici relativi ad Access Gateway (Figura 1), terminali, tecnologie di connettività seguono del resto direzioni ben precise. Da un lato, sugli AG, si persegue la realizzazione di prodotti con potenza di calcolo sempre più spinta ed efficiente, per supportare la messa in campo di meccanismi evoluti di gestione dei servizi basati sulla modularità software. Analogamente, le tecnologie di connettività nella home network promettono di anno in anno velocità di connessione sempre maggiori, associate a meccanismi che garantiscono la protezione dei dati (security) e la qualità del servizio, soprattutto nel caso di flussi dati premium concomitanti. In particolare le tecnologie wireless tendono ad offrire soluzioni sempre più avanzate, che tuttavia   possono soffrire più di quelle cablate di problematiche quali la copertura del segnale e le interferenze. Nel caso delle tecnologie con cavo, il trend è la minimizzazione delle dimensioni, per ridurre gli impatti infrastrutturali della fase di installazione a fronte di prestazioni allo stesso livello di quelle delle soluzioni wireless future.

 

Figura 1– Il ruolo dell’AG nell’ambito delle offerte TI

Sul fronte terminali la tendenza è l’ulteriore aumento delle interfacce di connessione in un unico device, tendenzialmente portatile e utilizzabile anche in un contesto di rete mobile. Da rilevare anche un aumento dei servizi supportati dal singolo terminale, che fa spesso leva sulla virtualizzazione di funzionalità, in un trend di spostamento verso la rete che in parte nel futuro potrà anche riguardare gli AG. Dal 2014 è poi partito in modo deciso il filone della tecnologia da indossare, che spazia dagli smartwatch agli smartglass fino ai fitness tracker. L’applicazione a aree quali fitness, telemedicina, servizi per la sicurezza domestica, intesa come prevenzione  incidenti, allarmistica e monitoraggio, o ancora il risparmio energetico e il comfort abitativo fanno prevedere una penetrazione crescente di dispositivi “wearable” nell’ambito dell’ecosistema casa digitale. 

 

3 - Le esperienze di TI

3.1 - Le attuali offerte di servizi Digital Home TI

Telecom Italia oggi riveste un ruolo primario nell’erogazione di servizi per la Casa Digitale e sta adeguando la sua offerta per indirizzare al meglio i nuovi bisogni. Grazie alle nuove offerte in fibra ottica Internet Fibra e Tuttofibra  viene proposta ai clienti un‘esperienza digitale coinvolgente: le offerte fibra grazie all’elevata velocità anche in upload (fino a 10Mbit/s) sono in grado di far diventare i clienti i protagonisti di Social, Blog e Cloud grazie all’elevata velocità di caricamento di foto/video in altissima risoluzione e a far vivere un esperienza di gioco online unica.
Il Modem Internet Fibra è l’AG di Telecom Italia che consente a tutta la famiglia, grazie alle sue funzionalità e all’abbinamento con la App 187, di navigare a grande velocità da PC, Tablet o Smartphone, e chiamare da casa con il proprio smartphone grazie alla nuova app TELEFONO. Domani il modem Internet Fibra porterà a casa servizi sempre più innovativi: domotica, videochiamate HD, controllo dei consumi energetici e soluzioni per la sicurezza, la salute e il benessere di tutta la famiglia.
Per quanto riguarda i servizi video premium, con Telecom Italia e TIMVision è già possibile accedere da TV, ma anche da Tablet e Smartphone, a un catalogo di oltre 6.000 titoli tra film, serie TV e cartoni animati e rivedere gli ultimi 7 giorni di programmazione RAI e LA7. Dal 2015 i clienti Telecom Italia potranno accedere all’intera offerta televisiva di Sky, ricca di contenuti esclusivi e di qualità, attraverso le reti ultrabroadband con un decoder My Sky HD appositamente realizzato.
Telecom Italia inoltre già offre e continuerà a offrire servizi di assistenza premium, come Pronto PC e SOS PC, per supportare al meglio la gestione della connettività internet ma anche di gestione della rete domestica e dei dispositivi presenti nella casa.

3.2 - Le prospettive: l’environment e la commercializzazione di Smart home

L’Internet delle Cose consentirà la diffusione di massa delle soluzioni Smart Home, beneficiando di enablers tecnologici quali l’aumento della disponibilità di banda, la diffusione di terminali intelligenti, la disponibilità di sensori cheap&smart, la semplicità di installazione, l’innovazione dei modelli di offerta. Nella catena del valore, Telecom Italia può proporsi non solo nel ruolo di Network Operator, ma anche in quelli di Service Provider e Reseller (Figura 2).

 

Figura 2 – Catena del valore per servizi smart home

La strategia di Telecom Italia in ambito Smart Home si articola in tre passi: un trial tecnico, un test commerciale e un servizio definitivo.
Il trial tecnico svoltosi nel 2013-2014 è stato incentrato sull’uso di un kit domotico  costituito da centralina, sensore di movimento, webcam e presa evoluta. A un sottoinsieme di sperimentatori sono stati consegnati anche sensori aggiuntivi.  La centralina si connetteva al router di casa tramite cavo LAN, i sensori comunicavano con la centralina con i protocolli ZigBee e Wi-Fi. I sensori e la piattaforma software sono stati forniti dall’ODM Sercomm, mentre le applicazioni per smartphone e web sono state sviluppate dal settore Innovazione di Telecom Italia. Il concept del sistema è stato molto apprezzato dai partecipanti soprattutto per la modularità della, la facilità di installazione e di utilizzo.
Il trial commerciale, in corso da settembre 2014, ha l’obiettivo di testare  la risposta del mercato italiano a un prodotto smart home economico e “DIY”. Il kit WeR@Home (Figura 3)   è  composto da centralina, telecamera con sensore di movimento e sensore di apertura porta-finestra, a sua volta espandibile,   è proposto a un prezzo di 199€ comprensivo di tre mesi di servizio, rinnovabile a un costo di 5 euro al mese.

 

Figura 3 – Esempio di kit per offerta smart home

Il servizio definitivo, il cui lancio è previsto per i primi mesi del 2015, punta ad una soluzione orizzontale, costituita da una piattaforma aperta allo sviluppo di implementazioni verticali.
Al lancio il servizio sarà incentrato su Self Monitoring and Control. L’utilizzo di protocolli standard come ZigBee, Wi-Fi e OSGi, e l’architettura di servizio che prevede d’interfacciarsi con applicazioni di terze parti per mezzo di API, consentirà lo sviluppo di servizi verticali che copriranno altri ambiti della smart home, sfruttando possibili accordi commerciali con partner esterni.
La soluzione dovrà colmare il gap fra i kit professionali, che richiedono un installatore e comportano costi elevati, e le attuali soluzioni DYI, spesso troppo complicate per essere offerte a una vasta platea di clienti; si farà inoltre leva sulla semplicità di pagamento e sulla fiducia verso un operatore con rete di punti vendita e customer care consolidati.

 

4 - Le tecnologie abilitanti

4.1 - Le tecnologie di connettività di Home Networking 

Numerose tecnologie, wired e wireless, per la connettività dei vari terminali possono essere utilizzate in ambito digital home, sia integrate nell’AG, sia supportate con dispositivi dedicati.
La soluzione ideale per la casa connessa è il cablaggio strutturato, basato su una topologia a stella come prevista nella norma CEI 306-2. Questo sistema di cablaggio è indipendente dalle applicazioni e permette una gestione integrata di più servizi. Tale soluzione risulta tuttavia scarsamente diffusa anche in edifici di nuova costruzione e sono spesso adottate tecnologie di home network alternative.
Tra le tecnologie wired si citano le POF (fibre ottiche plastiche). Rispetto alle tradizionali fibre in vetro, l’impiego di luce visibile consente una verifica immediata del funzionamento del cavo e garantisce che non vi siano problemi di sicurezza per gli utenti. La soluzione è adatta, tra l’altro, a servizi video ad alta definizione grazie all’assenza di problemi di interferenza e coesistenza con altre tecnologie, anche se è necessaria una coppia di adattatori Ethernet-POF con alimentatore esterno.
Un’altra tecnologia wired, detta powerline, utilizza come portante fisico la rete elettrica e le prese sono disponibili in ogni stanza. Gli apparati attualmente in commercio hanno prestazioni dichiarate fino a 1 Gbps a livello fisico ed utilizzano frequenze fino a 100 MHz. Le powerline non necessitano di nuovo cablaggio, sfruttano punti di accesso le prese e la loro installazione è DIY. Esistono tuttavia problematiche di interferenza da/verso apparati (es. alimentatori switching e lampade a basso consumo), e problemi di coesistenza con altri apparati powerline anche in uno stesso edificio, nonché con accessi VDSL2 ed in prospettiva  G.fast, nel caso in cui i cavi utilizzino la stessa canalina.
La tecnologia wireless maggiormente utilizzata è invece come noto il Wi-Fi. Le prestazioni in termini di throughput del livello fisico sono direttamente proporzionali alla larghezza di banda utilizzata per trasmettere le informazioni: gli attuali standard di riferimento sono: IEEE 802.11n con massimo bit rate teorico fino a 600 Mbit/s (vedi tabella, che considera i vari casi previsti dalla normativa in relazione a larghezza dei canali e flussi spaziali) e IEEE 802.11ac che può superare il gigabit al secondo (Figura 4).
Un aspetto pratico fondamentale della tecnologia consiste tuttavia nella differenza tra quanto viene dichiarato come velocità nominali, riferite al throughput lordo in condizioni ideali, e quelle poi reali ottenibili in campo.   La velocità osservabile a livello applicativo (ad esempio in un download di file) è ridotta a causa dell’overhead del protocollo Wi-Fi (fino al 60% di riduzione), e di problemi di interferenza e coesistenza. La Figura 5 mostra  la velocità reale misurata  per la tecnologia 802.11ac, venduta come “superante il Gbit/s” rispetto alla 802.11n in funzione del numero di pareti.
Uno use case importante per l’ambiente residenziale, è la diffusione del video e questo è sempre più richiesto in modalità wireless. Dati gli elevati requisiti di banda e qualità del servizio la soluzione è l’utilizzo delle tecnologie a 5 GHz con protocollo IEEE 802.11n/802.11ac, adottata dai Video Bridge ormai diffusi sul mercato e   utilizzati per la distribuzione contenuti provenienti dalle reti a larga banda verso i set top box.

 

Figura 4 - Schemi utilizzati dallo standard IEEE 802.11n

 

Figura 5 - Confronto reale tra apparati IEEE 802.11n e IEEE 802.11ac

4.2 - Le tecnologie di connettività  per la Smart Home 

Le tecnologie HAN (Home Area Network) a supporto dei servizi smart home possono essere ritenute complementari a quelle elencate nel paragrafo precedente. Anche in questo caso si distinguono tecnologie wired e wireless. È  possibile affermare che le diverse tecnologie wireless ad oggi non vedono un chiaro leader di mercato per tutti gli use case: in altri termini, solo per alcuni scenari si può individuare un market leader, mentre per altri si prevede un permanere dell’attuale frammentazione. In particolare gli use case abilitati dalle emergenti PAN (Personal Area Network) si stanno rapidamente imponendo (es. wearable devices): la  tecnologia di riferimento è Bluetooth.  Con la versione “Smart”, Bluetooth è tuttavia in competizione anche per gli scenari di home automation. In ambito IEEE, è da citare il protocollo IEEE 802.15.4 per Wireless Sensor Network conosciuto con il nome di ZigBee. Lo standard definisce l’intera pila protocollare incluso il livello applicativo ed è caratterizzato da diversi profili per applicazioni basate su ZigBee.
Altre tecnologie wireless comparse sul mercato sono Z-Wave (smile a ZigBee ma operante a frequenze inferiori, vincolata a un singolo costruttore), EnOcean (che ha il suo punto di forza nell’energy harvesting) e DECT ULE (che fa uso della stessa interfaccia radio presente su AG per il supporto dei servizi voce). Come visto, nella casa digitale il Wi-Fi è la tecnologia di gran lunga più diffusa, e sta iniziando a diffondersi anche per scenari di home automation: le evoluzioni tecnologiche annunciate per i prossimi anni (es. IEEE 802.11ah) potranno contribuire ad una ulteriore crescita nell’impiego del Wi-Fi in HAN.

4.3 - Le tecnologie di livello applicativo: modularità software 

Un aspetto chiave per il supporto di nuovi servizi concorrenti in digital home è costituito dalla modularità software, di cui l’AG, come coordinatore dell’ecosistema di prodotti e servizi, deve essere dotato allo scopo di garantire adeguata flessibilità e aggiornamento. La messa in campo di una piattaforma SW orizzontale, sulla quale possono essere costruiti gli strati aggiuntivi che supportano use case verticali, costituisce l’architettura target. Essa è già ora realizzabile grazie ad enabler tecnologici quali OSGi, che permette di aggiungere ai dispositivi una piattaforma modulare di programmazione basata su Java, “on top” rispetto alle funzionalità native degli AG. La gestione remota dell’ambiente OSGi è garantita dalla sua compatibilità con lo standard TR-069 del Broadband Forum, adottata industrialmente sui modem. Il mercato propone una alternativa affascinante a OSGi, che consiste nell’implementazione dell’approccio modulare su gateway utilizzando  Android, tecnologia tipica del mondo mobile. Al di là dei vantaggi legati alla esistenza di una vastissima comunità di sviluppatori, esiste una serie di pro e contro, non solo di carattere tecnico, che al momento hanno prevenuto la diffusione di soluzioni Android-based su AG. Sono comunque in corso analisi approfondite in Telecom Italia, in collaborazione per fornitori, per capirne la sua reale applicabilità.

 

Conclusioni

Il ruolo dell’Access Gateway nell’ambito delle offerte digital home sarà sempre più centrale. Questo porterà a evoluzioni spinte nell’ambito del supporto di tecnologie di connettività ultra veloci sia lato rete che lato casa connessa, insieme all’ulteriore aumento della complessità software e alla creazione di linee di prodotto AG di fascia alta, con aggregazione di funzionalità e interfacce. L’evoluzione consentirà di inseguire il trend di sviluppo dei servizi quali voce e videochiamate HD, video premium a qualità garantita, smart home, controllo dei consumi energetici e soluzioni per migliorare la sicurezza, la salute e il benessere di tutta la famiglia. A fronte di tali evoluzioni l’importanza di avere meccanismi di self-caring e assurance sempre più sofisticati è un aspetto chiave per un operatore di servizi gestiti.
Per quanto riguarda le tecnologie di connettività, i servizi che prevedono fruizione/condivisione del video in digital home, necessitando di elevata qualità del servizio, saranno resi disponibili con soluzione di connettività cablate, ma saranno sempre più pervasive soluzioni Wi-Fi con alto bit rate grazie all’uso di canali a 5 GHz. Per quanto riguarda la smart home il wireless sarà la tecnologia dominante del futuro, con soluzioni specifiche (Zigbee e altre tecnologie) dipendenti dai singoli use case e anche qui con progressiva crescita dell’adozione del WI-Fi (in particolare la soluzione low power). In particolare per le PAN, che prevedono dispositivi wearable per servizi medicali, fitness, ecc., la  tecnologia di riferimento resterà Bluetooth.

 

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