Angelantonio Gnazzo, Presidente CEI CT 306

La connettività per i servizi di comunicazione elettronica in ambiente residenziale rappresenta, da qualche anno, una vera e propria “utility” al pari di quello che può essere considerata l’elettricità, l’acqua, il riscaldamento e il gas. Sempre più dispositivi sono connessi, sia in ambito domestico sia con la rete Internet. Termini come Home Networking e Home Network stanno divenendo sempre più di uso comune. Ci sono differenze tra questi due termini?

L’Home Networking può essere considerata come quella parte delle tecnologie di comunicazioni elettroniche che si occupano di reti, terminali e servizi all’interno della casa. Possiamo affermare che sono parole nuove per concetti vecchi: già quando ci si poneva il problema di portare il telefono (terminale) con la voce (servizio) nelle diverse stanze della casa, bisognava trovare ed utilizzare determinate tecnologie di connettività (reti). In origine la tecnologia di connettività era rappresentata dal doppino telefonico stesso: successivamente, con il DECT, si è risolto il problema del cablaggio per questo servizio.

Ciò che abbiamo oggi di nuovo sono i servizi, non tanto come tipologia (continuano a rimanere validi i concetti di voce, video e dati) ma nel modo in cui vengono trasportati (attraverso le reti broadband), usufruiti (nel caso del video vedo cosa voglio, quando voglio, dove voglio) e condivisi (non sono più solo utilizzatore di contenuti ma anche produttore, per esempio di musica, foto, filmini delle vacanze).

Da qui la necessità di realizzare soluzioni di connettività, la Home Network, che può essere costituita in modo wired e/o wireless con tecnologie innovative che supportino i nuovi servizi. Le tipologie dei terminali che in qualche modo possono essere connessi sono veramente molteplici: possiamo considerare telefoni, PC, game console, tablet, elettrodomestici, STB, Connected TV, sensori, ed altre ancora.

In generale, il problema da risolvere in ambito Digital Home è quindi quello della connettività che riguarda tutti gli apparati del cliente, non solo quelli forniti da un operatore di telecomunicazioni: tali apparati spesso devono essere collegati a Internet passando attraverso il modem/router (chiamato Access Gateway o Residential Gateway) e anche tra di loro (es. per applicazioni di media condivisi ad alta velocità).

Il problema più “sfidante” di Home Network è la condivisione di contenuti video di alta qualità: per un operatore di TLC da affrontare è legato alla connessione tra AG e decoder STB. Le tecnologie di connettività in ambito residenziale non devono costituire un collo di bottiglia per la fruizione dei servizi, e dovrebbero avere le seguenti caratteristiche:

• prestazioni adeguate in termini di throughput (frequenza di cifra) e copertura;
• possibilità di auto-installazione (DIY – Do It Yourself);
• basso impatto (dal punto di vista del cliente);
• massima coesistenza con altre tecnologie e robustezza agli interferenti;
• basso costo.

Il caso ideale di infrastruttura per la Digital Home, come riportato anche nelle Guide CEI (per esempio la 306-2) prevede un “cablaggio strutturato” a stella (Figura 1) con cavi a 4 coppie. Questo garantisce una connettività Ethernet fino ad 1 Gbit/s. Tale tipologia è però applicabile ad edifici di nuova costruzione o in ristrutturazione. Il principale vantaggio del cablaggio strutturato risiede nel fatto che questo sistema è indipendente dalle applicazioni e permette la gestione integrata di più servizi.

Esistono però terminali (tablet e smartphone) che utilizzano solo connettività radio (Wi-Fi): anche in questo caso il cablaggio strutturato permette di estendere la copertura radio all’interno della casa, utilizzando specifici Access Point/ Repeater connessi alle terminazioni RJ45 presenti nelle varie stanze.

Purtroppo tale situazione risulta scarsamente diffusa anche in edifici di nuova costruzione e quindi bisogna cercare tecnologie di home network alternative.

Alcuni anni fa, si è cercato di utilizzare le infrastrutture già preesistenti e pervasive nelle varie stanze per fornire connettività. L’idea più ovvia è stata quella di utilizzare l’infrastruttura della rete elettrica in quanto non era richiesto un nuovo cablaggio: da qui è nata la tecnologia powerline. In origine questa tecnologia è stata utilizzata per inviare dati di segnalazione, tipicamente pochi kbit/s, ad attuatori/sensori, e per telefoni intercomunicanti. Con la richiesta di aumento di banda, la tecnologia si è dovuta evolvere.

Dalla fine degli anni ’90 sono state sviluppate tecnologie ad alto bit rate (oggi dichiarate per prestazioni fino a 1 Gbit/s a livello fisico) che usano frequenze fino a 100 MHz.

A causa del portante fisico rappresentato da cavi non bilanciati, questa tecnologia può comportare problematiche di coesistenza (sia tra la stessa tecnologia sia con tecnologie di accesso su doppino telefonico tipo VDSL) e di compatibilità elettromagnetica.

Tali problematiche sono state esaminate anche nel CT 310 del CEI (Power Line Communications) ed esportate poi in sede CENELEC. Ad oggi questa tecnologia rimane un’alternativa, anche se presenta evidenti criticità per i motivi sopra esposti.

Un’altra alternativa tecnologica per la Home Network, è costituita dalle fibre ottiche plastiche (le cosiddette POF – Plastic Optical Fiber). Esse sono guide d’onda in fibra plastica che trasportano informazioni ad elevata velocità, mediante la trasmissione di luce visibile.

Generalmente queste fibre sono di tipo Step Index e rispetto alle tradizionali fibre ottiche in vetro, impiegano luce visibile rossa (in genere operante a 652 nm) che consente una verifica immediata del funzionamento del cavo e garantisce che non vi siano problemi di sicurezza per gli utenti.

Con la luce visibile, non si rischiano inconsapevoli danni alla retina causati dall’esposizione agli infrarossi. Le fibre ottiche plastiche, essendo di materiale dielettrico, possono essere inserite nei condotti già utilizzati per i cavi elettrici (Figura 2) come indicato nella Norma CEI 64-8.

Per la realizzazione di un collegamento con trasmissione dati bidirezionale, è necessario utilizzare un cavo costituito da una coppia di POF.

Benché questa tecnologia abbia parecchi vantaggi rispetto alla tecnologia powerline, il fatto di dover utilizzare alimentatori ed il costo più elevato rispetto ad altre soluzioni, ha fatto sì che questa tecnologia in ambito residenziale non sia decollata.

Un’altra tecnologia trasmissiva ha preso in considerazione l’utilizzo del cavo coassiale d’antenna già presente negli appartamenti come portante fisico: essa si è sviluppata specialmente negli Stati Uniti. In Italia, non avendo un’infrastruttura di CATV adeguata, questa tecnologia non è mai stata presa in considerazione.

Oggi la tecnologia predominate è sicuramente rappresentata da quella radio Wi-Fi. I vantaggi si possono riassumere nel fatto che non richiede cablaggio, è largamente diffusa e lo standard è consolidato.

Pur essendo di gran lunga la più diffusa, anch’essa non è immune da problematiche di copertura (dovute alla conformazione dell’unità abitativa) e da eventuali interferenti. Per questa tecnologia vengono utilizzate le bande di frequenze a 2.4 GHz e 5 GHz.

La banda a 2.4 GHz prevede l’utilizzo di 13 canali di ampiezza pari a 20 MHz di cui solo 3 non sovrapposti e lo spettro totale è largo 83.5 MHz. L’impiego di canali più larghi consente prestazioni elevate ma d’altra parte rende più problematico trovare un canale libero quando si installa un nuovo apparato.

Per quanto riguarda il 5 GHz, in Europa ci sono 19 canali disponibili (non sovrapposti) da 20 MHz.

Negli anni il Wi-Fi si è evoluto dallo standard IEEE 802.11n ad IEEE 802.11ac (con velocità teoriche fino a 1.3 Gbit/s) e si sta diffondendo sempre più il supporto della banda di frequenza a 5 GHz, come mostrato nella Figura 3. L’implementazione della tecnologia MU-MIMO (Multiple User, Multiple Input, Multiple Output) permette di aumentare la capacità della rete quando si inviano dati verso più dispositivi client allo stesso tempo.

Il prossimo passo nell’evoluzione tecnologica del Wi-Fi è rappresentato dallo standard IEEE 802.11ax (High Efficiency WLAN) previsto disponibile dal 2019 e che annuncia prestazioni per singolo client superiori fino al 40% rispetto all’attuale standard 802.11ac.

A questo punto la domanda che sorge spontanea è: ma quale tecnologia devo utilizzare per  la Digital Home? La risposta non può che essere che al momento non esiste un’unica tecnologia/soluzione adatta a soddisfare tutti i requisiti sopra citati quali prestazioni adeguate in termini di throughput e copertura, auto-installazione, basso impatto dal punto di vista del cliente, massima coesistenza con altre tecnologie e robustezza agli interferenti e che inoltre deve essere a basso costo. Quindi a seconda dei servizi, inclusi quelli di domotica che il cliente vuole gestire, occorre scegliere la soluzione migliore tra quelle disponibili.

ELENCO ACRONIMI