La rivoluzione tecnologica legata all’Internet delle Cose promette livelli superiori di efficienza e produttività anche nell’ambito di infrastrutture e apparati esistenti. Per molte aziende questa trasformazione può essere potenzialmente irta di difficoltà. Le complessità, infatti, si misurano e sono ulteriormente amplificate dalla tecnologia. Le funzionalità IT basate su Cloud, con elementi sempre più potenti per analizzare dati in tempo reale, consentono di adottare decisioni autonome che, se da un lato garantiscono la possibilità di sviluppare nuovi servizi e ricavi, dall’altro comportano un grande impatto sugli impianti oggi in servizio. Ciò riguarda soprattutto il mondo industriale, dove sistemi in uso da decenni e infrastrutture oltremodo onerose non possono essere sostituiti così rapidamente o economicamente come l’evoluzione imporrebbe. L’introduzione di nuovi elementi hardware e software per l’interfacciamento con sensori intelligenti o con il Cloud comporta spesso seri problemi di connettività, interoperabilità, sicurezza e scalabilità. Collegare dispositivi precedentemente non connessi, spesso di fornitori diversi, impone problematiche non trascurabili.
Mercati e applicazioni
Le stime di valore del mercato IoT sono piuttosto variegate. Si prevede comunque una rapida espansione che porterà il settore a oltre 50 miliardi di dispositivi connessi a Internet entro il 2025. Ciò corrisponderà a un valore superiore ai 12 miliardi di euro l’anno. Gran parte della base installata sarà concentrata nelle applicazioni industriali, dove circa 20 miliardi di dispositivi connessi saranno distribuiti in applicazioni legate ad automazione industriale, home&building automation, contatori intelligenti, allarmi e prodotti di sicurezza. La crescita sarà alimentata dalle nuove applicazioni e funzionalità. In ambito industriale, un’applicazione classica sarà la manutenzione predittiva. Qui, i dati di produzione raccolti tramite sensori dalle apparecchiature e inviati al Cloud per l’analisi in tempo reale, permetteranno di diagnosticare e prevenire i guasti, consentendo di intervenire precocemente sulle infrastrutture più critiche. La manutenzione predittiva è uno degli elementi fondamentali della produzione intelligente, caratteristica di Industry 4.0. Un’altra area chiave è legata a trasporti e logistica. L’installazione di trasmettitori a banda stretta a bassa potenza all’interno di veicoli o beni consente il monitoraggio in tempo reale delle spedizioni. Grazie all’analisi dei dati a livello Cloud è possibile ottenere notevoli miglioramenti non solo a livello logistico o di consegne ma anche ai fini assicurativi. Un altro esempio ancora riguarda gli allarmi antincendio nelle abitazioni, dove la connettività con dispositivi aggiuntivi, quali sensori di presenza, permette ai clienti finali di accedere alle nuove applicazioni e a nuovi servizi.
Opzioni di connettività
Come accennato, le aziende che cercano di introdurre sistemi e applicazioni IoT devono fronteggiare molte sfide, soprattutto quando devono confrontarsi con tecnologie di generazione precedente. Oltre alla disponibilità di prodotti edge a basso consumo - che in genere sono alimentati da batterie con autonomie limitate - occorre gestire aspetti legati alla scalabilità, con sistemi potenzialmente costituiti da migliaia o addirittura milioni di dispositivi. A ciò si aggiungono importanti e controverse questioni di sicurezza di interoperabilità delle soluzioni “discrete” collocate nei diversi livelli della catena IoT. A tale proposito un aspetto fondamentale è scegliere tra le numerose soluzioni di connettività. Tradizionalmente è possibile ricorrere a soluzioni wireless a corto raggio, ad esempio Lan wireless, Bluetooth Smart (Low Energy) o ZigBee, sfruttando dispositivi di ultima generazione e gateway spesso collegati al Cloud via Ethernet. Per l’invio dei dati direttamente nel Cloud in taluni casi è conveniente la connettività cellulare, benché le tecnologie di messaggistica ad alta potenza utilizzate da tale soluzione siano spesso sovradimensionate rispetto alle ridotte dimensioni dei pacchetti IoT scambiati, ad esempio, da contatori o sensori. Ovviamente esistono opzioni di connettività alternative, quali le tecnologie Lpwan offerte da LoRa e SigFox. In questi casi, la messaggistica prevede bassa potenza e banda limitata. LoRa e SigFox rispondono a esigenze fondamentali, cioè la possibilità di scambiare piccole quantità di dati e l’uso di batterie con capacità limitata, tipiche dei dispositivi IoT e machine-to-machine a livello edge. Queste tecnologie Lpwan non si limitano a ottenere costi più bassi e consumi energetici più contenuti. Consentono anche di supportare reti di grandi dimensioni basate su milioni di dispositivi edge alimentati in modo autonomo. LoRa, ad esempio, offre velocità di trasferimento dati da 0,3 fino a 22 kbps; SigFox impiega una tecnologia Ultra Narrow Band con flussi dati e velocità ancora inferiori: da 10 pbs a 1000 bps. L’assorbimento tipico di un modem SigFox varia tra 20 e 70mA, e si azzera praticamente quando l’apparecchio è inattivo. Ciò permette ai dispositivi edge di raggiungere autosufficienze di anni, soprattutto quando hanno esigenze di trasmissione occasionali e discontinue. Benché le reti SigFox siano già attive in alcune grandi città, la copertura è limitata all’Europa occidentale. Tra gli standard Lpwan, NB-IoT (Narrow Band IoT) è una soluzione emergente promossa da importanti operatori in tutto il mondo. Questa tecnologia, che rientra nella Mobile IoT Initiative del Gsma, ha l’obiettivo di offrire comunicazioni a bassa potenza e a basso costo per reti IoT ricorrendo alle reti standard cellulari.
La piattaforma Visible Things
Per capitalizzare le opportunità offerte dall’IoT, Avnet Silica ha raccolto in un’unica piattaforma IoT una serie di blocchi costruttivi che permettono di ottenere una valutazione immediata degli sviluppi edge-to-enterprise. La piattaforma si chiama Visible Things e rappresenta una delle prime piattaforme applicative IoT offerte da un distributore di componenti e sistemi elettronici. Si rivolge a una vasta gamma di mercati - IoT, M2M, smart city e industriali - e offre delle risorse hardware e software collaudate, verificate, sicure e integrate, concepite per il collegamento di sensori intelligenti e dispositivi embedded tramite gateway, reti cellulari 3G, 4G e Wi-Fi o tecnologie Lpwan quali SigFox e LoRa. L’elevata flessibilità in termini di comunicazioni della piattaforma è ulteriormente arricchita dall’introduzione della tecnologia Euicc. Basato sulla tecnologia silicon-on-board, piuttosto che sull’uso di schede Sim standard, lo standard Euicc promosso da Gsma consente l’hosting di più profili di provider di rete mobile. È importante sottolineare che la tecnologia Euicc può essere programmata Ota (Over-the-air) per consentire a un’applicazione di utilizzare un profilo specifico o cambiarlo in qualsiasi momento senza dover sostituire fisicamente la Sim. Questo può garantire notevoli vantaggi soprattutto ai clienti attivi nel campo automotive o della misurazione. Per esempio, è possibile abilitare il cambio degli operatori di rete mobile in modo semplice e wireless durante il ciclo di vita del nodo finale (che potrebbe essere di diversi anni) senza la necessità di modificare l’hardware. In termini di sicurezza, la piattaforma offre una protezione totale edge-to-enterprise o sensor-to-server. Include UbiquiOS, un software embedded di protezione gateway che integra tecnologie crittografiche, funzionalità Transport Layer Security v1.2 e autenticazione Ocsp a livello server e client. Inoltre, la piattaforma si basa su avanzate tecnologie in silicio che permettono di integrare un elemento di protezione direttamente nei dispositivi edge di rilevamento intelligente. A titolo di esempio, la piattaforma prevede un prodotto gateway progettato per applicazioni industriali e basato su un’architettura di protezione unica. Questa architettura garantisce una vera sicurezza di livello enterprise, partendo dal nucleo della rete Ip fino ad arrivare alle strutture di sensori intelligenti alla periferia della rete, compresi i sensori a bassa potenza non basati su Ip che comunicano, per esempio, via Bluetooth.
I servizi Cloud
Un elemento chiave della piattaforma Visible Things è la gamma di servizi Cloud. A livello base troviamo Devicepoint, una piattaforma su misura di valutazione del software cloud supportata da componenti Ibm. Il servizio si basa su dati e informazioni contestuali provenienti da sensori e dispositivi edge, oltre che su dati provenienti da altre fonti, fornendo analisi di business intelligence in tempo reale e a lungo termine. Il tool può anche essere personalizzato per ottenere una gestione più specifica dei dati dei sensori per fini di analisi, reporting e gestione del flusso. Oltre a questo, Visible Things supporta anche una piattaforma completamente aperta basata su Ibm Bluemix e su soluzioni Microsoft Windows Azure. Questi elementi mettono a disposizione dei clienti industriali degli ambienti di valutazione software pre-approvati che permettono di sviluppare applicazioni IoT avanzate con livelli più elevati di flessibilità e scalabilità distribuibili, se necessario, su larga scala. La piattaforma Visible Things è supportata inoltre da un’applicazione mobile che gira su dispositivi iOS e Android, che offre agli utenti l’opportunità di configurare facilmente l’hardware locale e che supporta i collegamenti ai servizi Cloud. L’applicazione è completamente integrata e viene fornita con una guida rapida per facilitare il collegamento del sistema da edge a enterprise, permettendo di accelerare la validazione concettuale.
Starter kit, da basic a industrial
Nell’ambito delle soluzioni out-of-the-box, è disponibile una vasta gamma di starter kit di riferimento che consente agli sviluppatori di realizzare applicazioni immediatamente operative dedicate alla fascia entry-level, alla domotica o anche a contesti più avanzati in ambito industriale. 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, di temperatura/umidità e di luce/prossimità. A questo si aggiunge una scheda gateway che gestisce la connettività al servizio Cloud tramite Wi-Fi. 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 SigFox e LoRa includono moduli di rilevamento basati sulle rispettive tecnologie, con ulteriori sensori di movimento e di luce. Un secondo kit Visible Things fa riferimento a uno starter kit rivolto a una vasta gamma di applicazioni industriali, tra cui: monitoraggio remoto, manutenzione predittiva di motori e azionamenti, controllo ambientale in case ed edifici, illuminazione, sicurezza e sorveglianza, elettrodomestici, misurazione intelligente dell’energia e sanità. Il kit utilizza il microcontrollore Synergy di Renesas e la relativa piattaforma software, appositamente progettati per soddisfare le esigenze degli ambienti industriali. Il kit si basa anche su sensori di pressione intelligenti, su soluzioni di energy-harvesting e su una gamma più ampia di opzioni di connettività rivolte allo sviluppo industriale, tra cui Can, Nfc, Industrial Ethernet, così come Power over Ethernet. Gateway e schede sensori integrano anche la tecnologia secure-element sensor-to-server, appositamente sviluppata per la piattaforma Visible Things. Inoltre, grazie alle capacità di elaborazione di fascia alta del microcontrollore Synergy, la piattaforma offre funzionalità avanzate di visione embedded sfruttando un modulo con fotocamera ad alta risoluzione ideale per l’acquisizione immagini in automazione industriale.
