ict pervasiva la domotica - mondo...

1. INTRODUZIONE

L a domotica è una sintesi di diverse disci-pline tecnico-scientifiche del settore ICT

applicate all'automazione degli edifici, perdue scopi fondamentali: rendere gli edificipiù facilmente utilizzabili, confortevoli, eco-nomici nella gestione, e fornire servizi nuovinei campi della sicurezza, dell’affidabilità,della comunicazione e della diagnosi deiguasti. In altre parole, la domotica migliora lefunzionalità tradizionali di un edificio e nefornisce nuove, basate su concetti di auto-mazione, elettronica e informatica [1]. Peresempio, se è possibile rendere più sempli-ce, più economico e più efficace l'impiantotradizionale di riscaldamento, è anche possi-bile, con opportune tecnologie domotiche,aggiungere funzionalità ad un appartamentoaffinché una persona con limitata autonomiapossa vivere bene senza necessità della con-tinua presenza di un assistente. Il primocompito che la domotica assolve è il control-lo (nel significato di “regolazione”), ottenutoconnettendo fra loro e con un calcolatorecentrale numerosi dispositivi sparsi in un

edificio, anche molto grande, distanti fino amigliaia di metri.Il termine domotica è un neologismo deriva-to dal francese domotique, a sua volta con-trazione della parola latina domus (casa) edel sostantivo informatique. Le disciplinefondanti della domotica sono: l'informatica,l'elettronica e le comunicazioni digitali. Gliaspetti teorici di automazione e controllo – ti-pici di applicazioni industriali – sono invecepiuttosto trascurabili, perché i processi dacontrollare sono in genere molto semplici: lu-ci, clima, porte, dispositivi elettronici, sicu-rezza. Ciò che non è semplice, invece, è l’in-terconnessione fra gli svariati sottosistemicoinvolti e la programmazione dei numerosiprocessori di controllo e supervisione (chepossono essere anche migliaia in un grandecomplesso). Vi sono altri termini con cui ladomotica è conosciuta: home automation(automazione domestica), smart home (casaintelligente), building automation (automa-zione di edificio), e altri. Sono tutti più o me-no sinonimi di domotica, con qualche diffe-renza che cercheremo di spiegare.

M O N D O D I G I T A L E • n . 4 - d i c e m b r e 2 0 0 7

La domotica è una disciplina in continua evoluzione che ha come scopo

automatizzare edifici e abitazioni. Accanto ad una tradizionale e matura

tecnologia impiantistica, la domotica tende ad utilizzare nuove tecnologie

per una spinta all’integrazione di apparati domestici e per superiori livelli di

comfort e sicurezza. Nel futuro, la domotica si sposerà con l'Ambient Intel-

ligence, (interconnessione wireless di tutti gli apparati elettronici e microe-

lettronici, intelligenza artificiale) al fine di realizzare case intelligenti che anti-

cipino i bisogni delle persone per soddisfarne le richieste.

Renato Zaccaria

ICT PERVASIVALA DOMOTICA

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4.6

L’esempio più classico di automazione diedificio è il condizionamento dell'aria, chenon a caso segna le origini della domotica. Ilmicroclima di un grande edificio (per esem-pio, un centro commerciale o direzionale)dipende dall’esposizione di ogni singolo lo-cale, dalla diversa presenza di persone e dimacchine e dalla tipologia di stanze. Per ot-tenere un buon comfort è necessario far ar-rivare aria calda o fredda in modo differen-ziato nelle varie zone, regolando tempera-tura ed efflusso grazie a servomeccanismi eai sensori presenti. Inoltre, è necessario re-golare i gruppi generatori di caldo e freddoin modo da ottimizzare i consumi, o attivaregruppi di riserva. Tutto il funzionamento de-ve infine essere monitorato – assieme aglialtri sistemi automatici dell'edificio – dauna sala di controllo, sollevando gli appro-priati allarmi. Un sistema simile può inglo-bare migliaia fra sensori di temperatura eumidità (interni ed esterni), sensori di pre-senza di persone, sensori di consumo ener-getico, attuatori per le portate di aria, pom-pe, gruppi generatori ecc.. Il collegamentofra questi dispositivi è reso possibile da unarete di comunicazione specifica per la do-motica (che proprio dalla rete ottiene oggila sua più importante caratterizzazione tec-nologica), con una interconnessione alla re-te locale, alla quale sono collegati i compu-ter della sala di controllo, e a internet per in-terventi remoti. Un opportuno software pre-senta quadri sinottici agli operatori, per-mette interventi manuali e genera i parame-tri di regolazione di tutto il sistema. Ognisensore e ogni dispositivo di attuazione del-la rete domotica è oggi un microcontrollorea basso costo, che provvede ad azioni stan-dard coordinate con gli altri, o può essereprogrammato per eseguire procedure localispecifiche, di regolazione, acquisizione da-ti, o di allarme.Oltre al clima, sistemi simili regolano, con-trollano e coordinano altri grandi servizi: illu-minazione e risparmio energetico, controllodi presenza delle persone, ascensori, pre-venzione incendi, apertura e chiusura porte,semplici comunicazioni vocali (avvisi, citofo-ni) ecc.. Questi sono i servizi che sono statidefiniti più sopra “tradizionali” o di base, acui la tecnologia domotica fornisce una mi-

glior efficacia a costi più bassi e rappresenta-no il settore dei grandi edifici o dei grandicomplessi edilizi in genere (il telecontrollodei contatori di energia elettrica domesticaavviene oggi utilizzando una rete domotica,gestita dal fornitore di energia, che usa la re-te elettrica come rete dati).In questo articolo descriviamo alcuni fra gliaspetti più significativi della Domotica, che èoggi in prossimità del suo secondo salto ge-nerazionale.Nel paragrafo “Dal presente al futuro”, de-scriveremo l’evoluzione della Domotica tra-dizionale verso nuovi scenari applicativiusando le nuove tecnologie microelettroni-che e le reti senza fili. Tale evoluzione è appe-na iniziata ma sarà importante perchè unifi-cherà probabilmente le tecnologie dell'Infor-matica Personale con quelle domotiche, oggidistinte. Lo scenario che descriveremo saràquello della cosiddetta Ambient Intelligence.Sarà una Domotica sempre più orientata allasingola abitazione e al collegamento, prossi-mo o remoto ma comunque mobile, fra l’abi-tante e la sua casa.Nel terzo paragrafo “Dal passato al presen-te”, ripercorreremo le tappe che hanno por-tato alla Domotica attuale, introducendo unpo’ più nel dettaglio gli aspetti tecnologici edescrivendo in particolare l’aspetto più im-portante e specifico: il bus domotico, ovveroil sistema di interconnessione dei dispositivielettronici e informatici.Il tipo di bus domotico rappresenta la sceltatecnologica più significativa, attorno allaquale ruotano le altre tecnologie, i marchiproprietari, i costi, l’interoperabilità e cosìvia. Ieri come oggi la tecnologia e lo standarddi comunicazione e interconnessione sono iconcetti base di tutta la Domotica; lo stessoavverrà domani, a maggior ragione, nell’eradell’Ambient Intelligence. Per questo i para-grafi 4, 5 e 6 descriveranno rispettivamentele caratteristiche dei bus domotici tradiziona-li, gli standard wired attuali e quelli wireless(prevalentemente futuri).Nell’ultimo paragrafo discuteremo, fra imolti possibili, un settore di applicazionedella Domotica e dell’Ambient Intelligenceche merita una particolare attenzione. Essoriguarda la vita di persone a ridotta indipen-denza, come gli anziani e i disabili, che dalla


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Domotica possono trarre sostanziali benefi-ci. Nei Paesi ad alto tenore di vita, una vastapercentuale di popolazione potrebbe con-durre una vita sicura e ad elevata indipen-denza se la propria casa fosse controllata eassistita da un sistema domotico di nuovagenerazione.

2. DAL PRESENTE AL FUTURO

Una tendenza della domotica è quella di ri-volgersi sempre più a piccole unità immobi-liari, come la casa unifamiliare e l'apparta-mento. Questa tendenza è alimentata dalladiffusione dell'informatica domestica (uncollegamento a banda larga, una rete localee diversi PC) e dalla diminuzione dei costidei dispositivi domotici. La domotica si staquindi riappropriando del suo significatoetimologico di “home automation” percreare “smart houses”, rispetto al più vastocampo commerciale tradizionale della“building automation”.I servizi aggiuntivi a livello “home” possonosembrare più appartenenti al lusso che al-l'efficienza o al risparmio, ciò nondimenofanno parte dell'inarrestabile innalzamentodegli standard abitativi e delle abitudini divita nei paesi industrializzati, spinto più dalmercato che da esigenze obiettive (bastapensare alla diffusione del telefono cellula-re, del videotelefono, del lettore multime-diale portatile ecc.). In una “casa intelligen-te” è, o sarà, possibile per esempio adattarel’illuminazione alla presenza delle personee all’ora del giorno, azionare i serramenti ele porte, controllare elettrodomestici da re-moto, avere un accurato controllo delle in-trusioni, coordinare audio e video con tele-comandi e con l’illuminazione, eliminare au-tomaticamente il ghiaccio dal tetto o dagliscalini; allo stesso modo sarà possibile ge-stire sistemi di risparmio energetico o co-generazione (ad esempio pannelli solari)adattando i consumi in modo opportuno.Anche se la tecnologia domotica attuale èpiù orientata all'edificio che alla casa, il fasci-no per un sofisticato livello di automazionedomestico è testimoniato dalla numerositàdi case sperimentali o amatoriali (per nonparlare della mitica casa di Bill Gates) dotatedi automatismi di ogni particolare controlla-

bile dell’ambiente e degli apparati domestici.In realtà gli standard tecnologici tipici delladomotica oggi faticano a realizzare così per-vasivi livelli di automazione; non per incapa-cità di interconnettere dispositivi, né permancanza di gadget elettronici, bensì per li-mitatezza nella banda trasmissiva e nelleconnessioni mobili (si veda nel seguito la de-scrizione degli standard attuali).Nella casa intelligente futura, infatti, saran-no presenti flussi multimediali (quindi a lar-ga banda) assieme alle comunicazioni sem-plicissime che servono solo ad accendereuna luce. La casa dovrà accogliere un suoabitante in arrivo riconoscendolo già sullescale (lo stesso ascensore lo avrà portatoal piano giusto senza premere alcun pul-sante), facendogli trovare la musica preferi-ta con la giusta combinazione di luci; se-condo le sue abitudini lo “precederà” in ba-gno, o gli accenderà lo schermo sulla pare-te all'ora del notiziario; riceverà dal suopalmare i documenti annotati della giorna-ta e i messaggi da inviare automaticamen-te; aprirà le finestre con un comando voca-le, predisporrà la lista della spesa per rim-piazzare la scorta nel frigorifero di cui co-nosce entità e scadenze per lettura direttadelle etichette dei cibi ecc..In questo esempio sono contenute le richie-ste tecnologiche della domotica prossimafutura: larga banda, collegamento wirelesse intelligenza distribuita capace di ricono-scere e agire in anticipo (o, come si dice, diesibire un comportamento proattivo). Que-ste tecniche unite all'idea di distribuire nel-l’ambiente un numero elevato di sensori ditecnologia micro- (o addirittura nano-) elet-tronica, danno origine a quello scenario cheda alcuni anni è indicato come Ambient In-telligence, o Ambiente Intelligente, o Intelli-genza di Ambiente [2]. Negli esempi di casealtamente automatizzate oggi realizzate, lereti domotiche standard sono affiancate dacollegamenti a larga banda wireless e PC iquali “soccorrono” l’insufficienza deglistandard domotici attuali.L’Ambient Intelligence prevede l'esistenzadi una molteplicità di piccoli sensori intelli-genti in rete, in grado di comprendere e rico-noscere (tramite tecniche di Intelligenza Ar-tificiale) caratteristiche significative del-


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l'ambiente, quali pericoli, bisogni, richiesteche possono essere anticipate, e in grado dirisolvere autonomamente tali problemi tra-mite opportune strategie, prima ancora cheuna richiesta specifica venga rivolta da unessere umano. L’Ambient Intelligence è uncampo di ricerca e sviluppo basato su trecomponenti fondamentali: la microelettro-nica dei dispositivi sensoriali, l’infrastruttu-ra pervasiva di comunicazione wireless, e ilsoftware intelligente distribuito. La domoti-ca attuale si basa su concetti simili, usandoperò una generazione tecnologica prece-dente, come mostrato dalla tabella 1.La domotica usa prevalentemente un siste-ma a bus per l'interconnessione dei suoi di-spositivi elettronici (anche se stanno ini-ziando a diffondersi connessioni wireless divario tipo); usa normali tecnologie elettroni-che, paragonabili a quelle dell'elettronicaindustriale (simili ai PLC); la programmazio-ne dei singoli dispositivi (per sensori e perattuatori) è a livello microprocessore o mi-crocontrollore. L’Ambient Intelligence si ba-sa sull’uso di una comunicazione wirelessad alta connettività e dinamica (per esem-pio zigbee), e punta alla realizzazione di nu-merosi microcontrollori (prevalentementeper interfacciare sensori) di dimensione pic-colissima.Non vi è quindi una differenza di principiotra domotica e Ambiente Intelligence. Anzi,un’evoluzione della prima verso la secondaè del tutto prevedibile. La grande differenzadi prospettiva sta, al momento, nel fatto chel’Ambient Intelligence si ripromette di rico-noscere, comprendere e decidere compor-tamenti automatici di alto livello, grazie allagrande quantità di informazioni ottenibilidalla rete di sensori, e alle tecniche di Intel-ligenza Artificiale con cui si pensa di pro-grammare i numerosi processori. Al contra-rio, la domotica “si accontenta” (per ora!) diinterconnettere una molteplicità di disposi-tivi tradizionali diversi mediante tecnologiemature che permettono l’automazione delleparti degli edifici che altrimenti andrebberooperate manualmente (o non potrebberoesserlo per ragioni di complessità e dimen-sioni). Man mano che la ricerca avrà esititrasferibili all’industria, si assisterà ad unanuova generazione di sistemi domotici dalle

impressionanti capacità, così come la do-motica attuale ha sostituito, a partire daglianni ‘50, le semplici generazioni di automa-tismi precedenti (Figura 1).Si può infatti classificare l’evoluzione delladomotica in tre fasi, o generazioni. Nella pri-ma, dalle origini, ha prevalso l’elettronicacome tecnologia in grado di realizzare siste-mi di controllo centralizzato per moltissimidispositivi sparsi in un complesso di edifici:


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Componente Domotica Ambient Intelligence

Comunicazione bus wireless

Elettronica tradizionale micro/nano

Programmazione microprocessore microprocessore,dei dispositivi intelligenza artificiale

TABELLA 1Le tecnologie impiegate in Domotica e in Ambient Intelligence

A B C

D E

G H

F

FIGURA 1Sensori fra Domotica e Ambient IntelligenceA - Telecamera dome da soffitto; B - Sensore di luce; C Nanosensori (smartdust) sui polpastrelli; D - Sensore tradizionale di effrazione per finestra;E - Sensore impiantabile per vari parametri di flusso sanguigno; F - Sensoriindossabili per il movimento, temperatura, postura eccetera; G - Nanosensoresu una moneta; H - Design di un sensore da polso per i parametri posturali ebiologici, per il telecomando e la richiesta di soccorsoEsclusi A, B e D, tutti gli altri sensori sono wireless

è la generazione del controllo centralizzato.Nella seconda generazione si è sviluppatala tecnologia della rete di comunicazionecon gli opportuni standard di interconnes-sione: è la generazione del controllo distri-buito e della rete, l’attuale. La generazionefutura sarà verosimilmente quella dell’intel-ligenza distribuita.

3. DAL PASSATO AL PRESENTE

L’origine della domotica si fa risalire ai co-struttori di case statunitensi, tra la fine delsecolo XIX e gli anni ‘50 del secolo XX. Il co-struttore edile William Penn Powers, del Wi-sconsin, ideò un dispositivo molto semplicecapace di regolare l'apporto di energia adun sistema di riscaldamento (un termostatoa liquido). Nel 1891 fondò a Chicago laPowers Regulators (un secolo dopo conflui-ta nella Siemens). Fra gli anni ‘50 e ‘70 si as-sistette al grande sviluppo dell'elettronicaanalogica: nacquero così i primi dispositividomotici per controllo centralizzato dellaclimatizzazione, come il System 320 (anni‘60). Negli anni ‘70 nacque il primo stan-dard (ancora oggi in largo uso) per l'inter-connessione di dispositivi utilizzando la re-te di alimentazione come rete di comunica-zione: il famoso X-10. Si può dire che l’X-10abbia pilotato il passaggio dalla prima ge-nerazione domotica “elettronica” (quelladel controllo centralizzato) alla generazioneattuale “informatica” (quella della rete e delcontrollo distribuito). Il successo dell’X-10,che ancora oggi ha una significativa fetta dimercato, sta nella sua semplicità, versatilitàe interoperabilità. X-10 realizza una comuni-cazione digitale a onde convogliate sulla re-te di alimentazione, quindi con una topolo-gia libera e inserimento “a caldo” dei dispo-sitivi; permette di indirizzare fino a 256 nodidiversi, ognuno dei quali può essere un di-spositivo passivo molto semplice, come uninterruttore o un sensore, o un dispositivoattivo, capace di assumere il controllo: unmicrocontrollore collegato a dispositivi fisi-ci più complessi, come condizionatori, luci,porte, allarmi, sensori climatici ecc..Dalla nascita dell’X-10 la domotica ha rical-cato il modello concettuale dell'informaticaindustriale, in cui si distinguono “livelli” e

“bus”. Il livello più basso (“campo”o “field,da cui “fieldbus”) è quello dei controlloriinterfacciati con sensori e attuatori; soprac’è il livello che coordina più sistemi di li-vello inferiore, al terzo livello c’è la gestio-ne dell’intera fabbrica. Ogni livello usa unaspecifica rete (un bus) di comunicazione fradispositivi, con un gateway verso i livellisuperiore e inferiore. La tecnologia della re-te è ottimizzata per le funzioni del propriolivello. Il livello campo richiede comunica-zione in real time stretto e una superiore“robustezza” elettrica, e per questo si usa-no speciali standard (come il ben noto Pro-fibus); il livello più alto richiede interopera-bilità e grande scambio di dati fra macchineper la gestione dell’azienda, non in real ti-me, e usa tipicamente Ethernet. Per fare unesempio molto semplice, il livello del cam-po è quello che controlla i diversi dispositi-vi di una cella di produzione; il livello supe-riore coordina diverse celle e i sistemi ditrasporto e stoccaggio intermedi; il terzo li-vello gestisce l’intera produzione, i prelievie le code nei magazzini, i fuori servizio disingole macchine e l’interfaccia con il siste-ma informativo.La domotica segue questo modello: oggi ilmodo più comune per classificare le tecno-logie domotiche è quello di partire dallostandard di comunicazione del livello “cam-po”, che per la domotica è quello che inter-faccia sensori di allarme e di temperatura,interruttori, climatizzatori ecc.. Gli standardattuali sono in gran parte “wired”, basati suuna connessione fisica autonoma o su ondeconvogliate sulla stessa rete di alimentazio-ne. Tali standard (i bus domotici) sono cosìimportanti che spesso uno specifico siste-ma domotico viene contraddistinto con ilnome dello standard (normalmente proprie-tario) del bus utilizzato.Più raramente vengono considerati i due li-velli superiori corrispondenti a quelli dell'au-tomazione di fabbrica. Spesso è presente unsolo livello superiore, che raccoglie dati damolti sotto sistemi (per esempio, da tutti gliappartamenti di un residence), controlla ipunti di lavoro dei sistemi globali come il ri-scaldamento centrale, e genera allarmi. Ge-neralmente è necessario semplicemente ungateway verso una rete ethernet in cui work-


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station operano la raccolta dati e il monito-raggio opportuno. La richiesta di servizi di ti-po multimediale (voce, video) non si accordabene con il livello “campo” dei bus domotici,nati per molte e semplici connessioni ma perpiccole bande passanti. È questo un limite al-la tecnologia attuale, che verrà probabilmen-te superato quando la domotica, come dettoin precedenza, evolverà in Ambient Intelli-gence introducendo nuove tecnologie di in-terconnessione.

4. I BUS DOMOTICI(LE RETI WIRED)

I bus domotici sono concettualmente analoghiai fieldbus di livello 1 in automazione industria-le, ma realizzano finalità e specifiche diverse.

❑ Velocità e real timeQueste esigenze sono ridotte in domotica.Velocità tipiche dell'informatica “storica”(110 baud) sono ancora usate in sistemisemplici. Standard moderni (LonTalk) pre-vedono 70 kbit/s di base. I processi presen-ti negli edifici (compresa l'interfaccia con lepersone) sono caratterizzati da bande pas-santi molto basse, e il margine di velocitàdei bus domotici è usato in pratica solo perottenere latenze basse.

❑ ImpiantisticaA differenza dell'ambiente di fabbrica, è cru-ciale che le spese di impianto siano molto ri-dotte. A questo si sacrificano altre caratteri-stiche, come la velocità. Per la stessa ragionesi usano spesso onde convogliate e si guardacon interesse alle reti wifi. I bus di ultima ge-nerazione sono in realtà standard in grado diutilizzare mezzi trasmissivi diversi: oltre auno o più tipi di cavo, onde convogliate, in-frarossi, onde radio.

❑ TopologiaPer la stessa ragione precedente, un bus do-motico deve poter realizzare topologie com-plesse senza dispositivi di interconnessioneinconsuete in informatica (ad albero peresempio). La rete deve potersi snodare lungoi percorsi interni degli edifici, anche su lun-ghezze notevoli (migliaia di metri) usandocavi di basso costo.

❑ Connessione a caldoUna esigenza molto importante, per con-sentire l’inserimento o l’eliminazione di di-spositivi senza interrompere il funziona-mento del sistema.

❑ Numero di nodiUna rete domotica in un grande complesso(per esempio, un ospedale) può avere moltemigliaia di nodi (in genere microcontrollori didiversa complessità: dal dispositivo all’inter-no di un normale cassetto dell’impianto elet-trico per controllare le luci a un PLC che con-trolla un bruciatore, alla sonda di temperatu-ra al sensore di allarme).

❑ CostoI componenti domotici devono avere costinon molto diversi da quelli di un impiantoelettrico tradizionale. Solo poche tecnologiedi larghissima diffusione (esempio, LON) arri-vano a questo obiettivo senza ridurre drasti-camente le prestazioni.

❑ ProgrammabilitàI componenti domotici dovrebbero poter es-sere impiegati in modo “plug and play” perrealizzare sistemi standard, ma anche am-mettere una completa programmazione, pos-sibilmente con linguaggi e ambienti softwaredi alta produttività, se necessario.

❑ Interoperabilità e interconnessioneRispetto ai bus industriali sono usati pochilivelli, di solito due. Per questo è di solitosufficiente un sistema di interfaccia conethernet e TCP/IP. Tutti i bus domotici offro-no poi una elevata interoperabilità, in mododa consentire al massimo numero di pro-duttori diversi di fornire dispositivi capaci dilavorare assieme.

5. GLI STANDARD WIRED

❑ EthernetSi tratta della rete più comune e più nota ininformatica, è utilizzata innanzitutto per il li-vello superiore di automazione di edificio,quando un centro di supervisione, even-tualmente remoto e connesso via internet,coordina molte reti basate su bus domoticispecifici. Vari bus domotici che connettono


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centinaia o migliaia di nodi attivi (microcon-trollori) confluiscono nella rete locale in mo-do che il software di supervisione coordini econtrolli i dati da e verso i sistemi. In alcunicasi lo stesso ethernet è usato per intercon-nettere i dispositivi periferici; tuttavia in ge-nere i dispositivi domotici sono troppo sem-plici ed economici per usare ethernet comebus di interconnessione.

❑ X-10Già citato come il primo sistema per realizza-re una rete domotica in senso moderno, an-cora oggi ha una grossa fetta di mercato, no-nostante la sua vetustà. Il suo pregio è l’usodi onde convogliate (power line modem), cheevita il costo di impianto.

❑ CEBusSviluppato dall’ente EIA americano nei primianni ‘80, è il primo sistema moderno di retedomotica che consente una grande flessibilitànell’uso di mezzi trasmissivi diversi: cavi, on-de radio o convogliate, trasmissione ottica.

❑ LONSubito dopo il CEBUs, Echelon, Motorola eToshiba svilupparono quello che attualmen-te è il più versatile e diffuso standard, LONappunto (Local Operative Network), mentreLonWorks è il nome di una rete costruita suquesto standard). Le caratteristiche vincentidi LON sono diverse:❑ permette l'interconnessione dinamica diun grande numero di nodi (microcontrollori),circa 32.000;❑ si basa su un economico microcontrollore(NeuronChip) che integra due processoridedicati alla comunicazione, che così è ba-nalizzata;❑ a livello di programmazione, si basa su diun modello astratto molto versatile e poten-te, che permette la condivisioni di variabili sututta la rete, e comunicazioni molti-a-molti;permette una programmazione concorrentead eventi a livello di singolo nodo e di rete;❑ è indipendente dal mezzo trasmissivo,che – a tutto beneficio dell’impiantistica –può consistere in semplici doppini, cavicoassiali, wireless;❑ ha velocità variabili che possono andare dapochi kbit/s (onde convogliate) ai Mbit/s

(doppino speciale), in modo del tutto traspa-rente per il software;❑ il software di sviluppo e gestione di una re-te è molto curato;❑ l’interfaccia fra le reti LON e reti locali diworkstation, Windows o Unix/Linux, è relati-vamente semplice.LON è attualmente il più diffuso standarddomotico, con molte migliaia di costruttoriindipendenti che producono dispositivi esoftware compatibile, supervisionato dal-l'associazione LonMark. In Italia, intercon-nette tramite onde convogliate i nuovi con-tatori domestici ENEL.

❑ KNX (Konnex)È uno standard che emerge da precedentistandard europei di diversa diffusione (BCI,BATIBUS, EHS), utilizza anch'esso diversimezzi per la realizzazione della rete (doppi-no, onde convogliate ecc.) e prevede intrin-secamente una connessione ad internet.

❑ HAVIStandard definito da molti grandi produttoridi elettronica di consumo, orientato alla in-terconnessione a larga banda di dispositiviaudio/video.

6. GLI STANDARD WIRELESS

Per evolvere verso l’Ambient Intelligence, ladomotica guarda con molto interesse aglistandard per comunicazione wireless. Attual-mente il collegamento senza fili è visto piùcome un mezzo per realizzare qualche parti-colare tratta che come “la” rete. Un edificioautomatizzato richiede un sistema ad alta af-fidabilità e semplicità che ben si sposa conl’adozione di un impianto wired a bus. Unacasa automatizzata richiede flessibilità e di-namicità (non necessariamente un’elevataaffidabilità) che solo una rete wireless puòfornire. Nel futuro la domotica andrà versol’uso pervasivo di reti wireless. Già attual-mente vi sono molti standard diversi, adotta-ti in modo diverso dalla domotica.

❑ Power line modemIl più antico, invia sulla linea di alimentazio-ne le comunicazioni digitali tramite modula-zioni opportune. Fino a pochi anni fa, le ve-


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locità disponibili erano molto basse, anchese compatibili con l'automazione di edificiostandard: pochi kbit al secondo ma su di-stanze rispettabili. Oggi nuove tecnologiepermettono velocità paragonabili a quelledel wi-fi (54 o 108 kbit/s) seppure su trattedi poche decine di metri.

❑ IrdaComunicazione tramite infrarossi, per realiz-zare brevi tratte senza fili o per telecomando.Si arriva a diversi Mbit/s, ma su distanze mo-deste (1 o 2 m) e solo in vista diretta.

❑ Wi-fiDi larghissima diffusione per il mobile com-puting, è raramente usato se non per singolicollegamenti a larga banda (audio/video) indomotica, perché non è attualmente collega-bile a piccoli dispositivi (eccetto telecamereper sorveglianza) e fornisce, per usi correnti,una velocità fin eccessiva: 54 o 108 Mbit/ssono comuni. In un raggio di 100 m possonoesser connessi tipicamente 32 nodi.

❑ BluetoothDi banda inferiore al wi-fi, e quindi adatto avoce e dati, ha un consumo minore e una piùsemplice interfacciabilità del wi-fi. Tuttavia ilsuo esser “né carne né pesce” (non abba-stanza veloce per multimedia, esuberanteper una rete domotica) non lo favorisce negliimpieghi attuali e futuri.Le tecnologie di comunicazione wirelesselencate sopra sono accomunate da una par-ticolare limitazione: consumano parecchiaenergia. Considerato che scopo principale diun collegamento wireless in domotica è per-mettere collegamenti mobili (per esempio,fra un palmare o fra un sensore in giardino ela rete domotica), questa limitazione è moltoforte in quanto impedisce l'uso di batterieper i dispositivi. Probabilmente questa è laragione per cui queste tecnologie, benchémature e poco costose, hanno scarso impie-go in domotica. Il salto generazionale si ba-serà probabilmente su due tecnologie emer-genti per reti a basso consumo.

❑ Uwb (Ultra Wide Band)Un metodo di trasmissione radio che usapotenze bassissime su bande molto estese

e può arrivare a velocità di diversi Mbit/s.L’architettura WiMax (che dovrebbe portaresu scala geografica la copertura internet peril mobile computing) si basa su questa tec-nologia.

❑ ZigbeeForse il più promettente per la domotica, èun sistema per creare reti su una scala di10 – 100 m, con molti nodi (fino a 255), conconsumi bassissimi (una rete di sensorizigbee dovrebbe poter operare per qual-che anno senza il cambio di batterie). Lecaratteristiche dei protocolli permettonol'autoconfigurazione della una rete con lapossibilità che i nodi intelligenti svolganoautomaticamente le funzioni di router percollegare reti vicine. La banda di comuni-cazione non è elevata (da qualche decina aqualche centinaio di kbit/s), per cui zigbeeè la rete wireless di eccellenza per sensorie dispositivi diffusi nell’ambiente. È proba-bile che sia proprio zigbee il candidato persostituire i bus domotici attuali verso unadomotica wireless, molto flessibile, connumerosissimi sensori e attuatori, con ilcollegamento di tutti gli elettrodomestici edei calcolatori portatili, tutti in grado di en-trare in rete solo avvicinandosi alla casa econ altrettanta facilità di abbandonarla,nella filosofia “Ambient Intelligence”.

7. NON SOLO LUSSO:SOSTEGNO ALLE FASCE DEBOLI

Per concludere un discorso sulla domotica èindispensabile accennare ad un campo di ap-plicazione particolare e importante. Il passa-to e il presente della domotica si focalizzanosul rendere più razionali ed economici i gros-si complessi di edilizia civile: centri direzio-nali o commerciali, edifici pubblici, ospedalie così via. Il presente e il futuro si focalizzanosulla casa per arricchirla di comfort e di be-nessere. Ma la domotica ha anche un voltomeno frivolo che potrebbe rappresentare ilvero aspetto importante di questa brancamultidisciplinare.In tutti i Paesi ad alto tenore di vita si assisteal fenomeno dell’invecchiamento della popo-lazione, unito all'innalzamento dell’aspetta-tiva di vita e al conseguente problema della


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rendita pensionistica. Il numero di personeanziane con reddito medio-basso e con limi-tata indipendenza è in aumento e rappresen-ta un vero e proprio allarme sociale [4]. Il Re-gno Unito ha pioneristicamente affrontatoquesto problema fino dagli anni ‘80 con losviluppo di modelli socio-sanitari per la vitaindipendente (independent living) di perso-ne anziane e/o disabili. Lo scopo è quello diaiutare le persone “deboli” a vivere in casapropria in modo indipendente (ma sicuro econ una buona qualità di vita) senza gli inso-stenibili costi che derivano da una diffusa as-sistenza domiciliare.In molti Paesi (in particolare nel nord Europae nel Giappone) questo tipo di studio è statosviluppato evidenziando il ruolo fondamen-tale che una tecnologia assistiva può avere.Naturalmente, agli anziani si sommano per-sone con qualche tipo di disabilità che pro-duce simili problemi nella possibilità di vitaindipendente.La domotica avrà un ruolo chiave nel risolve-re questo problema, in particolare nella suaevoluzione verso l’Ambient Intelligence.L’automazione attuale della casa fornisce in-nanzitutto il supporto “basale” della vita in-dipendente: azionare automaticamente fi-nestre, luci, porte, climatizzazione, sedie eletti mobili e così via. Inoltre, anche una retedomotica standard può fornire molti punti diaccesso alle chiamate di soccorso mediantetelecomando o comandi vocali. L’uso deglistandard attuali può spingersi anche un po’oltre, con connessioni vocali, interfacce ver-so chiamate telefoniche, azionamento dielettrodomestici, sensori di caduta. Abita-zioni dotate di questo tipo di supporto sonostate realizzate e studiate per verificarnel'efficacia e la risposta ai bisogni.Un importante salto di qualità verrà realizzatocon il passaggio a tecniche di Ambient Intelli-gence, con moti sensori distribuiti (e indossa-ti), rete multimediale e tecniche di IntelligenzaArtificiale per comprendere e prevedere i bi-sogni dell'abitante, prevenendo pericoli e dia-gnosticando situazioni in cui è necessario l'in-tervento di un operatore umano [2].Un progetto del Parco Scientifico e Tecnolo-gico Liguria, in fase di conclusione, sta rea-lizzando una abitazione pilota con questecaratteristiche (progetto AURORA). La casa

utilizza bus domotici standard a cui si af-fianca una rete wi-fi per le comunicazioni abanda larga. I dispositivi “normali” (porte,clima ecc.) sono controllati dal bus domoti-co. L’abitante indossa sensori wireless chene controllano la postura e, in cooperazio-ne con telecamere in rete e sensori di pre-senza, diagnosticano situazioni di allerta:cadute, lunga immobilità, posture incon-suete ecc.. In questo caso un sistema co-gnitivo centralizzato ipotizza il pericolo einstaura un dialogo a voce con la persona.Se il dialogo induce la necessità di un soc-corso, questo viene attivato. Il dialogo, co-me tutte le comunicazioni con la casa intel-ligente, avviene a voce tramite una figuraanimata (un avatar) su una parete. Sullastessa postazione multimediale arrivano levideotelefonate, le comunicazioni Internet,la televisione, il videocitofono, i giornali,ogni gioco e passatempo, e ogni sorta dicomunicazione, come il rammentare l’oradella medicina, comunicare con un amico inun'altra casa simile, controllare il conto inbanca, ordinare la spesa. I sensori distri-buiti nelle stanze, comprese le telecamere,danno informazioni al sistema cognitivo disupervisione che si rende consapevole del-lo stato di benessere dell’abitante. In futu-ro, il sistema cognitivo dovrebbe apprende-re le abitudini dell’abitante e adattarsi adesse, diminuendo i falsi allarmi, diventan-do meno invadente, aumentando il livellodi sicurezza. Vi saranno, naturalmente, pro-blemi etici da investigare e risolvere, manon insormontabili. Si tratta di uno scena-rio realmente sostenibile, in quanto si basasu tecnologie standard, economiche, di lar-ghissimo consumo, e non su tecnologie dinicchia (i classici ausili per disabili) chehanno costi necessariamente altissimi perla loro introduzione.In diversi progetti internazionali si studia, in-fine, come una mirata robotizzazione dome-stica potrebbe contribuire al problema dellavita indipendente. Sedia a ruote intelligente,girello robotizzato, letto con capacità di aiu-tare ad alzarsi in piedi e simili dispositivi po-trebbero contribuire al benessere di una per-sona anziana o disabile in casa propria. Se irisultati di questi progetti saranno positivi,la sintesi fra robotizzazione e la domotica di


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prossima generazione potrebbe realmentecambiare la qualità della vita per una enor-me fascia della popolazione, oggi la più de-bole e indifesa. La domotica, accanto allesoluzioni per una casa fantascientifica e pie-na di effetti speciali, ha questa missione peril prossimo futuro, ed è una missione moltoimportante per tutti noi.

Bibliografia

[1] Quaranta Giuseppe G., Mongiovì Paolo: L’abcdella domotica. Il Sole 24 Ore, Pirola, 2004,ISBN 8832452677.

[2] Stanford V.: Using pervasive computing to deli-ver elder care. Pervasive Computing IEEE, Vol.1, Issue 1, Jan-Mar 2002, p. 10-13.

[3] ISTAG Scenarios for Ambient Intelligence in2010 (ftp://ftp.cordis.lu/pub/ist/docs/istag-scenarios2010.pdf)

[4] Various Studies on Policy Implications of De-mographic Changes in National and Commu-nity Policies.LOT7 - The Demographic Change – Impacts ofNew Technologies and Information Society. Fi-nal report August 2005, European CommissionEmployment end Social Affairs DG.

Esistono numerosissimi portali web dedicati alla do-motica; nella quasi totalità dei casi si tratta di siticommerciali, comunque molto interessanti. Si se-gnalano i seguenti che hanno caratteristiche ancheculturali e di approfondimento:

www.domotica.it

www.domotics.com

dmoz.org/Computers/Home_Automation/

www.domotica.ch

http://www.microsoft.com/italy/windows/pro-ducts/windowsxp/winxp/mediacenter/evalua-tion/articoli/domotica/default.mspx

http://www.hitech-projects.com/eu-projects/amigo/


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RENATO ZACCARIA è professore ordinario di Sistemi di Elaborazione dell'Informazione presso la Facoltà di Inge-gneria di Genova, dove tiene i corsi di Sistemi Operativi 1 e Robotica 1. Insegna anche Fondamenti di Informa-tica presso il corso di laurea DAMS della Facoltà di Lettere e Filosofia. La sua attività di ricerca riguarda la Ro-botica (in particolare Service Robotics), Domotica e Ambient Intelligence per la vita indipendente di personea ridotta autonomia.E-mail: [email protected]

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