Durata batteria IoT: Dentro la mentalità a basso consumo

Anche la sostituzione delle batterie non è una soluzione semplice. Se si gestisce un parco di oltre 10.000 dispositivi IoT distribuiti in più sedi o addirittura in diversi Paesi, la loro sostituzione diventa rapidamente costosa e dispendiosa in termini di tempo. Ecco perché le aziende che danno priorità all'efficienza energetica ottengono un vantaggio competitivo. Meno energia consuma un dispositivo IoT, più a lungo può funzionare senza intervento umano, risparmiando tempo e denaro per la manutenzione.

È qui che entra in gioco il "Low Power Mindset". Invece di considerare la durata della batteria come un ripensamento, dovrebbe essere una considerazione fondamentale fin dall'inizio. Tutto, dalla scelta dell'hardware alle strategie di comunicazione di rete, ha un ruolo nel consumo energetico. Progettando in modo efficiente, le aziende possono prolungare la durata delle batterie, ridurre i costi operativi e garantire che le loro soluzioni IoT funzionino senza problemi per anni.

L'essenza dell'approccio a basso consumo

Il Low Power Mindset è un approccio olistico allo sviluppo dell'IoT che riconosce l'energia come risorsa critica. Si tratta di capire che ogni componente, ogni processo e ogni decisione ha un impatto sul budget energetico complessivo. Adottando questa mentalità, gli sviluppatori possono trasformare dispositivi che potrebbero durare settimane o mesi in centrali elettriche in grado di funzionare per anni, persino decenni, con una sola carica.

Questo cambiamento di prospettiva ha profonde implicazioni per l'ecosistema IoT. Consente la creazione di dispositivi realmente autonomi, riduce i costi di manutenzione, minimizza l'impatto ambientale e apre nuove possibilità di applicazione in ambienti remoti e difficili.

Perché l'efficienza energetica dell'IoT è importante

I vantaggi dell'ottimizzazione del consumo energetico vanno ben oltre la semplice convenienza:

• Estensione della durata di vita del dispositivo: Sostituzioni meno frequenti della batteria si traducono in un significativo risparmio di costi nel corso della vita del dispositivo, soprattutto in caso di implementazioni su larga scala. Questo aspetto è fondamentale negli scenari in cui l'accesso ai dispositivi per la manutenzione è difficile o costoso, come nel caso delle stazioni di monitoraggio remoto o dei dispositivi medici impiantati.
• Riduzione dei costi operativi: Meno sostituzioni di batterie significa meno visite in loco, meno manodopera e meno spese operative. Ciò è particolarmente vantaggioso in settori come l'agricoltura, la logistica e il monitoraggio ambientale, dove i dispositivi sono spesso distribuiti in aree vaste e inaccessibili.
• Maggiore affidabilità: I dispositivi che rimangono in linea più a lungo forniscono flussi di dati costanti e ininterrotti, che portano a intuizioni più affidabili e a un processo decisionale informato. Ciò è essenziale per applicazioni come l'automazione industriale, dove i tempi di inattività possono avere conseguenze finanziarie e operative significative.
• Sostenibilità ambientale: Una maggiore durata delle batterie riduce i rifiuti elettronici e minimizza l'impatto ambientale associato alla produzione e allo smaltimento delle batterie. Ciò è in linea con la crescente attenzione globale alla sostenibilità e alla gestione responsabile delle risorse.
• Nuove possibilità di applicazione: Il consumo di energia ultrabasso apre le porte a nuove applicazioni IoT in aree in cui la sostituzione frequente delle batterie è impraticabile o impossibile, come il monitoraggio remoto della fauna selvatica, il monitoraggio ambientale in climi estremi e il monitoraggio a lungo termine delle infrastrutture.

Strategie chiave per prolungare la durata delle batterie nei dispositivi IoT

Il raggiungimento di un'efficienza energetica ottimale nei dispositivi IoT richiede un approccio sfaccettato che comprende la selezione dell'hardware, l'ottimizzazione del software e le strategie di comunicazione di rete. Ecco una panoramica delle strategie chiave:

1. Scegliere la giusta tecnologia cellulare

La connettività è uno dei principali consumatori di energia nei dispositivi IoT. La scelta della tecnologia cellulare appropriata è fondamentale per bilanciare le esigenze di larghezza di banda con l'efficienza energetica. I moderni standard cellulari, come LTE-M e NarrowBand-IoT , sono stati progettati specificamente per le applicazioni LPWAN (low-power wide-area network) e offrono vantaggi significativi rispetto alle tecnologie cellulari tradizionali.

• LTE-M: offre un buon equilibrio tra efficienza energetica e velocità di trasmissione dei dati, rendendolo adatto ad applicazioni che richiedono una trasmissione di dati relativamente frequente, come il tracciamento delle risorse, i dispositivi indossabili e i contatori intelligenti.
• NB-IoT: Privilegia un consumo energetico bassissimo e una penetrazione profonda negli ambienti interni, rendendolo ideale per applicazioni con trasmissioni di dati poco frequenti , come i parcheggi intelligenti, il monitoraggio ambientale e la misurazione delle utenze. NB-IoT eccelle nel fornire connettività in ambienti difficili.

2. Sfruttare le modalità di risparmio energetico: PSM e eDRX

LTE-M e NB-IoT offrono funzioni avanzate di risparmio energetico che possono prolungare notevolmente la durata della batteria:

• PSM (Power Saving Mode): Consente ai dispositivi di entrare in uno stato di sonno profondo pur rimanendo registrati sulla rete. In PSM, il dispositivo si spegne essenzialmente, pur rimanendo connesso alla rete, e si sveglia periodicamente per controllare la presenza di messaggi o trasmettere dati. Questo riduce significativamente il consumo energetico, poiché il dispositivo non è in ascolto attivo della rete.
• eDRX (Extended Discontinuous Reception): Consente ai dispositivi di dormire per periodi prolungati e di svegliarsi a intervalli predefiniti per verificare la presenza di messaggi in arrivo. In questo modo si riduce il tempo che il dispositivo trascorre in ascolto attivo della rete, risparmiando energia.

Confronto tra PSM e eDRX:

La scelta tra PSM ed eDRX dipende dai requisiti specifici dell'applicazione. Per i dispositivi che trasmettono principalmente dati e ricevono raramente comandi, il PSM è ideale. Per le applicazioni che richiedono una comunicazione bidirezionale più frequente, eDRX offre un equilibrio tra risparmio energetico e reattività.

3.Ridurre la frequenza di trasmissione dei dati

Ogni trasmissione di dati consuma energia. Riducendo al minimo la frequenza di trasmissione dei dati, i dispositivi possono prolungare notevolmente la durata della batteria. Questo obiettivo può essere raggiunto attraverso varie tecniche:

Aggregazione dei dati: Invece di trasmettere ogni singolo punto di dati, i dispositivi possono aggregare i dati e trasmetterli in batch a intervalli meno frequenti.

Trasmissioni attivate da eventi: Invece di trasmettere i dati secondo un programma fisso, i dispositivi possono essere configurati per trasmettere solo quando si verificano eventi o soglie specifiche.

Velocità di campionamento adattive: I dispositivi possono regolare dinamicamente le loro frequenze di campionamento in base alle condizioni monitorate. Ad esempio, un sensore che monitora la qualità dell'aria può aumentare la frequenza di campionamento quando i livelli di inquinamento sono elevati e diminuirla quando sono bassi.

4. Ottimizzare i protocolli di trasmissione dei dati

La scelta del protocollo di comunicazione può avere un impatto significativo sul consumo energetico. Alcuni protocolli sono intrinsecamente più efficienti di altri, soprattutto per i dispositivi IoT con risorse limitate.

• UDP (User Datagram Protocol): Protocollo leggero e privo di connessioni che riduce al minimo l'overhead, rendendolo adatto ad applicazioni in cui la perdita occasionale di dati è accettabile.
• MQTT-SN (MQTT per reti di sensori): Una versione leggera di MQTT progettata specificamente per reti a bassa potenza e con perdite di dati. Riduce al minimo le dimensioni delle intestazioni e supporta le modalità di sospensione, rendendolo ideale per i dispositivi alimentati a batteria.
• CoAP (Constrained Application Protocol): Un protocollo di trasferimento web specializzato progettato per dispositivi con risorse limitate e reti a basso consumo. Utilizza un'architettura RESTful e supporta uno scambio di dati efficiente.

È importante evitare l'uso di protocolli con un elevato overhead, come HTTP, che possono aumentare significativamente il consumo energetico.

5. Ottimizzazione dell'hardware

La scelta dell'hardware gioca un ruolo fondamentale per l'efficienza energetica. Un'attenta selezione dei componenti e considerazioni progettuali possono avere un impatto significativo sulla durata della batteria.

• Componenti efficienti dal punto di vista energetico: Scegliere microcontrollori, sensori e moduli di comunicazione progettati specificamente per il funzionamento a basso consumo. Cercate caratteristiche come modalità a basso consumo, stati di sospensione e circuiti efficienti di gestione dell'energia.
• Ottimizzare il design dell'antenna: Una progettazione e un posizionamento adeguati dell'antenna garantiscono una trasmissione efficiente del segnale, riducendo la necessità di ritrasmissioni e minimizzando il consumo energetico.
• Firmware efficiente: Il firmware svolge un ruolo fondamentale nella gestione del consumo energetico. Un firmware regolarmente aggiornato può ottimizzare le prestazioni del dispositivo, correggere i bug e migliorare le strategie di gestione dell'energia.

6. Sbloccare il pieno potenziale dell'IoT con iSIM ed eSIM

Il futuro della connettività IoT risiede nella  tecnologia iSIM ed eSIM, soluzioniprogettate per rendere i dispositivi più intelligenti, efficienti e scalabili a livello globale.

A differenza delle schede SIM tradizionali, eSIM e iSIM integrano la connettività direttamente nel dispositivo, eliminando la necessità di slot SIM fisici e di sostituzioni manuali. Ciò significa che i dispositivi IoT possono passare senza problemi da una rete all'altra e operare in più Paesi senza richiedere nuove SIM o contratti con gli operatori locali.

Con la tecnologia iSIM, la funzionalità SIM è integrata direttamente nel processore sicuro del dispositivo, il che aumenta ulteriormente l'efficienza riducendo il consumo energetico e risparmiando prezioso spazio interno. Questo spazio in più può essere utilizzato per aumentare la potenza di elaborazione, prolungare la durata della batteria o consentire un design più compatto del dispositivo: vantaggi fondamentali per applicazioni come sensori intelligenti, dispositivi medici e soluzioni IoT industriali.

Adottando le iSIM e le eSIM, le aziende possono garantire il futuro delle loro implementazioni IoT con costi inferiori, maggiore affidabilità e prestazioni migliorate.

Siete pronti a scoprire la prossima generazione di connettività IoT? Consultate il nostro ultimo articolo sul perché iSIM ed eSIM stanno trasformando il settore.

7.Sleep/Wakeup invece di Startup/Shutdown

Il processo di avvio e spegnimento consuma molta energia. Invece di spegnersi completamente tra una trasmissione e l'altra, i dispositivi dovrebbero utilizzare le modalità di sospensione. I moderni microcontrollori offrono varie modalità di sospensione con diversi livelli di consumo energetico, consentendo ai dispositivi di risparmiare energia pur rimanendo reattivi.

8. Considerare la raccolta di energia per la longevità

In alcune applicazioni, la raccolta di energia può integrare o addirittura sostituire le batterie, fornendo una fonte di energia sostenibile e di lunga durata. Sono disponibili diverse tecnologie di raccolta dell'energia, tra cui:

• Pannelli solari: Ideali per le installazioni all'aperto, i pannelli solari convertono la luce del sole in energia elettrica.
• Raccolta di energia cinetica: Converte le vibrazioni meccaniche o il movimento in energia elettrica, adatta per i dispositivi indossabili e le apparecchiature industriali.
• Conversione dell'energia termica: Raccoglie energia dalle differenze di temperatura, applicabile in ambienti industriali o con gradienti termici significativi.
• Raccolta di energia RF: Cattura l'energia dai segnali di radiofrequenza, consentendo di alimentare i dispositivi in modalità wireless.

Anche se l'energy harvesting potrebbe non essere adatto a tutti i casi d'uso, offre una strada promettente per estendere la vita operativa dei dispositivi IoT, soprattutto in luoghi remoti o inaccessibili.

Conclusioni: Abbracciare la mentalità del basso consumo

La massimizzazione della durata della batteria nell'IoT non è un ripensamento, ma un principio di progettazione fondamentale. La mentalità a basso consumo richiede un approccio olistico che consideri ogni aspetto del ciclo di vita del dispositivo, dalla selezione dell'hardware all'ottimizzazione del software e alle strategie di comunicazione di rete.

Abbracciando questa mentalità, gli sviluppatori possono creare soluzioni IoT non solo funzionali e affidabili, ma anche efficienti dal punto di vista energetico e sostenibili. Questo aprirà la strada alla prossima generazione di applicazioni IoT, consentendo l'implementazione di miliardi di dispositivi in ambienti diversi e impegnativi, liberando nuove possibilità di innovazione e impatto sociale.