Flessibilità per lo sviluppo dei sistemi IoT

Apertura VisibleThings

L'Internet delle Cose rappresenta una rivoluzione tecnologica in grado di garantire livelli più elevati di efficienza e produttività anche nell'ambito di infrastrutture che si basano su impianti già esistenti. Facendo leva sulle tecnologie e sulle funzionalità IT basate su cloud - che stanno diventando sempre più potenti - l'analisi dei dati in tempo reale permette di adottare in autonomia quei processi decisionali che garantiscono all’impresa la possibilità di sviluppare nuovi servizi e generare flussi di ricavi. Tuttavia, per molte aziende (soprattutto quelle operanti in campo industriale) questa trasformazione può essere complessa, frammentaria e potenzialmente irta di difficoltà. Ad esempio, è noto come il mondo industriale sia caratterizzato da impianti con decenni di vita alle spalle e da infrastrutture che non possono essere sostituite in modo rapido ed economico. In tale contesto, l'introduzione di nuovi elementi hardware e software per collegare delle tecnologie di sensori intelligenti al cloud e alle applicazioni aziendali (potenzialmente tramite un gateway Internet) comporta in molti casi problemi a livello di connettività, interoperabilità, sicurezza e scalabilità. Il collegamento di sistemi e dispositivi sino ad ora non connessi, in particolare quando si tratta di soluzioni originate da fornitori diversi, spesso impone sfide molto importanti.


 

Mercati e applicazioni

Per il mercato IoT circolano molte stime diverse tra loro. Tra le tante, quella della società di analisi Ihs Technology prevede nel corso dei prossimi anni una rapida espansione del settore, con una base installata di oltre 50 miliardi di dispositivi connessi a Internet entro il 2025. Le spedizioni di nuovi oggetti connessi supereranno i 12 miliardi all'anno. Gran parte della base installata dovrebbe concentrarsi nel settore delle applicazioni industriali, con circa 20 miliardi di dispositivi connessi distribuiti nei mercati dell’automazione industriale, home&building automation, contatori intelligenti, e nei prodotti e sistemi di allarme e sicurezza. Questa crescita è alimentata da moltissime nuove applicazioni e funzionalità. Un'applicazione IoT classica riguarda la manutenzione predittiva, laddove - ad esempio - i dati di produzione e di esercizio vengono raccolti tramite sensori posti all'interno o in prossimità delle apparecchiature e inviati nel cloud per l'analisi in tempo reale. Ciò consente di diagnosticare con precisione e prevenire i guasti, offrendo un vantaggio significativo alle aziende manifatturiere e un valore aggiunto vitale alle infrastrutture che supportano i servizi più critici. La manutenzione predittiva può avere un impatto significativo nel settore manifatturiero hi-tech e nelle fabbriche intelligenti, un fenomeno identificato in Germania con il termine Industry 4.0. Un'altra applicazione chiave è il tracciamento dei trasporti e della logistica. L'installazione di trasmettitori a banda stretta a bassa potenza all'interno di veicoli o grandi asset e le soluzioni di analisi dei dati a livello cloud, consentono il monitoraggio in tempo reale delle spedizioni e migliorano sia la fase di delivery che le procedure assicurative. Tale implementazione permette anche di ottimizzare i percorsi di logistica e la gestione del magazzino. Un ulteriore esempio riguarda l'installazione di allarmi antincendio nelle abitazioni: qui la connessione di dispositivi aggiuntivi, come i sensori di presenza, permette di garantire dei livelli superiori di copertura grazie a nuove applicazioni e servizi offerti ai clienti finali.

 

Sfide e opzioni di connettività

Le aziende che si preparano a introdurre sistemi e applicazioni IoT devono fronteggiare molte sfide a livello decisionale. Queste riguardano: i requisiti di basso consumo dei prodotti edge remoti, in genere alimentati da batterie con autonomia limitata; la scalabilità e la capacità di gestire potenzialmente migliaia o addirittura milioni di dispositivi; le controverse questioni di sicurezza; l'interoperabilità delle soluzioni discrete inserite nei diversi livelli della catena IoT. Le scelte sono numerose anche in termini di connettività. Le comunicazioni tradizionali spesso coinvolgono reti wireless a corto raggio - di solito basate su Lan wireless, Bluetooth Smart (profilo Low Energy) o ZigBee - tra dispositivi di ultima generazione e un gateway, normalmente collegato al Cloud attraverso Lan Ethernet o rete wireless. Un'altra opzione che permette il collegamento diretto del gateway o dei dispositivi edge al cloud è la rete cellulare. Questa soluzione è penalizzata da tecnologie di messaggistica ad alta potenza, spesso sovradimensionate rispetto alle ridotte capacità dei pacchetti di informazioni tipicamente necessarie per i dati IoT. Esistono comunque opzioni di connettività alternative con messaggistica a banda stretta e a bassa potenza, disponibili attraverso tecnologie quali Lpwa (Low-power wide-area), offerte da LoRaWan e SigFox. A differenza dei dispositivi che sfruttano la rete cellulare mobile e le reti wireless a corto raggio, per LoRaWan e SigFox il concetto fondamentale è che molti dispositivi IoT e machine-to-machine a livello edge trasmettono solo piccole quantità di dati e utilizzano batterie con capacità limitata. Le tecnologie Lpwa riducono significativamente i costi e ottimizzano il consumo energetico e supportano inoltre reti di grandi dimensioni basate su molti milioni di dispositivi edge alimentati a batteria. Il protocollo LoRaWan offre velocità di trasferimento dati da 0,3 fino a 22 kbps, mentre SigFox sfrutta una tecnologia Unb (Ultra narrow band), adatta a flussi dati di dimensioni ancora inferiori, con velocità di 100bps. Il consumo tipico di un modem SigFox varia tra 20 e 70 mA ed è praticamente nullo quando l'apparecchio è inattivo. Questo livello può consentire autonomie di batteria di anni per i dispositivi edge, in particolare quando hanno esigenze di trasmissione occasionali piuttosto che continue. Oggi, tuttavia, la copertura delle reti simili a SigFox è limitata alle grandi città e all'Europa occidentale, in particolare, Benelux, Francia, Portogallo, Spagna e Regno Unito. All’orizzonte sta però emergendo un nuovo standard Lpwa, denominato NB-IoT (NarrowBand IoT) sostenuto dai principali operatori di telecomunicazioni e fornitori di apparecchiature a livello mondiale. La tecnologia fa parte della Mobile IoT Initiative del Gsma e ha l'obiettivo di garantire comunicazioni per IoT a bassa potenza e a basso costo utilizzando reti standard cellulari. Attualmente l'iniziativa è ancora in fase iniziale ma è molto promettente.

 

La piattaforma Visible Things

Per aiutare le aziende intenzionate a sfruttare le possibilità offerte dall'IoT, Avnet Memec-Silica ha messo insieme tutti gli elementi costruttivi necessari alla realizzazione di un ambiente di sviluppo e valutazione altamente flessibile e completo per soluzioni IoT edge-to-enterprise. Rivolgendosi a una vasta gamma di mercati, la piattaforma Visible Things rappresenta uno dei primi sistemi/ambienti applicativi per IoT offerti da un distributore di componenti e di prodotti elettronici. La piattaforma mette a disposizione una serie di risorse hardware e software collaudate, verificate, sicure e integrate, per il collegamento di sensori intelligenti e dispositivi embedded tramite soluzioni gateway o tecnologie di rete Lpwa. La nuova proposta abbraccia anche le applicazioni cloud e il software enterprise ed è progettata per garantire ai clienti un ambiente altamente flessibile capace di assicurare un menu di differenti opzioni lungo il percorso che va dal livello edge al livello enterprise. Visible Things supporta funzioni di connettività gateway a corto raggio e connessioni Wi-Fi e 3G per applicazioni cloud e aziendali. La piattaforma supporta anche le reti IoT in tecnologia SigFox e LoRaWan, dotate di caratteristiche specifiche, quali la messaggistica a banda stretta a basso costo, atte a soddisfare i requisiti imposti dalle applicazioni IoT, smart city e M2M industriali. In termini di sicurezza, la piattaforma include il software embedded di protezione gateway UbiquiOS, che integra tecnologie di crittografia, funzionalità Transport Layer Security v1.2 e prestazioni di autenticazione Ocsp a livello server e client. Per una maggiore protezione, la roadmap della piattaforma prevede l’integrazione, direttamente su silicio, di ulteriori tecnologie per offrire nuovi elementi di sicurezza dedicati ai dispositivi di rilevamento intelligente a livello edge.

 

Starter Kit e servizi Cloud

La proposta prevede tre starter kit per progetti di riferimento che consentono agli sviluppatori di definire rapidamente delle applicazioni funzionanti. Semplice da configurare, ogni starter kit include una scheda gestita da microcontrollori basati su Arm Cortex. Lo starter kit Visible Things di base comprende una scheda di rilevamento intelligente con connettività Bluetooth dotata di sensori di movimento, temperatura/umidità e luce/prossimità. A questo si aggiunge una scheda gateway che gestisce la connettività al servizio cloud tramite Wi-Fi (Fig. 3). Opzionalmente è disponibile un modulo periferico Gsm con connettore Sim e Sim integrata che assicura la connettività cellulare ai servizi software di cloud enterprise. I kit basati su SiFox e LoRaWan includono moduli di rilevamento (rispettivamente per le due tecnologie), con ulteriori sensori di movimento e di luce. La piattaforma Visible Things prevede anche una app mobile, installabile su dispositivi iOS e Android, che consente di accedere facilmente alla configurazione hardware locale e che garantisce la connessione ai servizi cloud. Un elemento fondamentale della nuova piattaforma è proprio il servizio cloud Devicepoint. Sostenuto da componenti software Ibm, il servizio si basa su dati e informazioni contestuali provenienti da sensori e dispositivi edge, oltre che su dati originati da altre fonti e fornisce analisi in tempo reale e a lungo termine per le attività di business intelligence. Il tool può anche essere personalizzato per ottenere una maggiore capacità di gestione dei dati generati dai sensori in termini di analisi, reporting e gestione del flusso.

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