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    IoT - Internet delle cose

    Scopriamo le potenzialità dell'IoT nel mondo dell'industria.

    IoT - Internet delle cose

    L'Internet delle cose, o IoT (Internet of Things), è un'infrastruttura ben connessa in cui quasi ogni tipo di macchina/dispositivo dispone di un'intelligenza di base integrata che viene utilizzata per trasferire dati e interagire con altre macchine/dispositivi e, attraverso questi dispositivi, con le persone.

    L'IoT è stato spesso definito Internet industriale poiché ha il potenziale per una trasformazione nel mondo dell'industria e della società simile a quello della prima rivoluzione industriale.

    fig 1 IoT - Internet delle cose

    Quali sono le potenzialità dell'IoT?

    Nel prossimo futuro potremmo vivere in un mondo in cui la temperatura negli edifici si adatterà alle condizioni meteorologiche esterne. I frigoriferi potrebbero rifornirsi da soli in base al regime dietetico stabilito dai medici, le auto potrebbero prenotare un servizio e ordinare le parti di cui hanno bisogno.

    Questi nuovi dispositivi collegati in rete sarebbero in grado di pubblicare dati su Internet e queste informazioni potrebbero essere utilizzate in vari modi per migliorare i prodotti e i servizi che consumiamo quotidianamente. Costituirà la base delle reti intelligenti e delle città intelligenti, migliorando il consumo e l'utilizzo dell'energia, i flussi di traffico e i servizi basati sui cittadini.

    In effetti, l'IoT potrebbe aiutare a risolvere molteplici problemi in due domini principali: energia e assistenza sanitaria. Ad esempio:

    • Gli edifici sprecano più energia di quanta ne serva effettivamente. Con l'IoT saremo in grado di ridurre quasi a zero questi sprechi.
    • L'IoT ci consentirà di monitorare le funzioni corporee in ogni momento senza dover andare dal medico.

    È probabile che l'IoT abbia anche un forte impatto sul settore della logistica e sulla catena di approvvigionamento poiché gli oggetti diventano consapevoli del loro ambiente e possono essere reindirizzati più facilmente in caso di interruzione.

    Cosa sono le connessioni IoT?

    Le organizzazioni sfruttano le nuove opportunità, i nuovi modelli di business e i nuovi ricavi che sono abilitati dalle connessioni IoT.

    I dispositivi connessi all'IoT stanno quindi creando un mondo in cui i dati vengono scambiati tra sistemi/dispositivi e oggetti fisici come sensorisoftware sul dispositivo e tecnologie adiacenti. La tecnologia abilitante essenziale è la connessione tra le "cose" dell'IoT che consente a questi scambi di avvenire.

    Si usano diversi tipi di connessione IoT a seconda dei requisiti dei dispositivi coinvolti. Questi possono variare tra 2 situazioni:

    1. IoT e dispositivi connessi che devono comunicare raramente con piccole quantità di dati,
    2. dispositivi IoT sempre connessi che richiedono grandi quantità di dati da comunicare ad alta velocità e con bassa latenza.

    Un nuovo livello di intelligenza artificiale

    Esiste un'ampia varietà di connessioni IoT che possono essere utilizzate per collegare una cosa piccola come un impianto dentale a qualcosa di grande come un trattore.

    Il collegamento di tutte queste diverse cose nell'IoT e l'aggiunta di sensori aggiunge un nuovo livello di intelligenza digitale, consentendo ai dispositivi connessi di comunicare in tempo reale e di partecipare a processi automatizzati su vasta scala.

    Con l'evolversi dell'IoT, il numero di connessioni sta accelerando rapidamente. Le previsioni sui dispositivi connessi IoT mostrano infatti la tendenza crescente di implementazioni coinvolgenti grandi volumi di apparecchiature che si connettono a Internet.

    Tipi di connessione utilizzati per i dispositivi IoT

    fig 1 Tipi di connessione utilizzati per i dispositivi IoT

    I tipi di dispositivi IoT che possono essere collegati vanno da sensori e attuatori che svolgono funzioni relativamente semplici, a dispositivi complessi sempre connessi.

    • Esempio di funzioni semplici: accendere o spegnere una luce o notificare alle autorità che un cestino della spazzatura è pieno
    • Esempio di funzioni complesse: ride sharing di veicoli che possono essere geo-recintati e tracciati.

    Il monitoraggio continuo ha dimostrato il valore dell'IoT nel garantire la logistica ininterrotta della catena del freddo, ad esempio, ma anche le applicazioni più recenti faranno affidamento su connessioni a larghezza di banda elevata e bassa latenza per abilitare casi d'uso come procedure mediche remote o sicurezza abilitata per video.

    Per tale motivo i tipi di connessione si stanno diversificando per tenere conto delle diverse esigenze dei dispositivi IoT.

    Il mercato dei cellulari ha intrapreso un viaggio dall'1G al 5G e il 5G è ora disponibile, insieme alle precedenti generazioni di cellulari, per connettere dispositivi che richiedono velocità molto elevata, latenza molto bassa, nonché la capacità di connettere un numero enorme di dispositivi IoT in un ambiente denso.

    Esistono molti tipi di connessione IoT tra cui scegliere, in base ai requisiti dei dispositivi IoT, all'applicazione, al sistema, al software e ai dispositivi da connettere. Inoltre, è necessario tener conto della copertura e della disponibilità nel luogo di distribuzione.

    Internet of Things iperscalabile

    Diversi tipi di connessione e dispositivi si stanno ora unendo per creare l'Internet of Things iperscalabile, guidando l'innovazione e aumentando la portata di ciò che è possibile ottenere collegando dispositivi e collegando il mondo digitale e quello fisico.

    LPWA, le reti geografiche a bassa potenza

    Le reti geografiche a bassa potenza utilizzano in genere tecnologie radio senza licenza per consentire una capacità relativamente bassa su siti come fabbriche, campus e miniere. La maggior parte offre un'alternativa economica e a basso consumo alla connettività cellulare e sono adatte per applicazioni IoT che richiedono una portata modesta.

    I tipi chiave di connettività LPWA includono:

    #1 Bluetooth

    Bluetooth è una tecnologia wireless a corto raggio utilizzata principalmente per lo scambio di dati tra dispositivi fissi e mobili su brevi distanze utilizzando onde radio UHF nelle bande ISM, da 2,402 GHz a 2,48 GHz, e per la costruzione di reti personali. Le sue caratteristiche lo rendono adatto solo per impieghi a breve distanza.

    #2 BLE, Bluetooth a basso consumo energetico

    Bluetooth Low Energy è rivolto ad applicazioni nel settore sanitario, della sicurezza, dell'intrattenimento domestico e dei beacon wireless. Indipendente dal Bluetooth, BLE offre un consumo energetico ridotto pur mantenendo la portata del classico Bluetooth.

    #3 LoRaWAN, Rete WAN a bassa potenza

    LoRaWAN è un protocollo di rete per la connessione di dispositivi wireless alimentati a batteria a Internet in reti regionali, nazionali o globali. Risponde ai requisiti IoT come comunicazione bidirezionale, sicurezza end-to-end, mobilità e servizi di localizzazione. Le velocità di trasmissione LoRaWAN variano da 0,3 kbps a 50 kbps.

    #4 NB-IoT, IoT a banda stretta

    NB-IoT è una tecnologia LPWA (Low Power Wide Area) sviluppata per abilitare un'ampia gamma di dispositivi e servizi IoT. NB-IoT migliora significativamente il consumo di energia dei dispositivi degli utenti, la capacità del sistema e l'efficienza dello spettro, soprattutto nella copertura profonda rispetto alle reti cellulari. La durata della batteria di oltre 10 anni può essere supportata per un'ampia gamma di casi d'uso. Fornisce un'alternativa più semplice e con larghezza di banda inferiore alla connettività cellulare.

    #5 Sigfox

    Sigfox è simile a LoRaWAN in quanto è una tecnologia progettata per il lancio globale per fornire reti wireless adatte a connettere oggetti a bassa potenza come contatori intelligenti. Ha caratteristiche di bassa potenza e utilizza la banda 900 MHz con reti in 72 paesi, coprendo 5,8 milioni di chilometri quadrati, secondi i dati al novembre 2020. La comunicazione Sigfox supporta fino a 140 messaggi uplink al giorno, che possono trasportare un carico utile di 12 ottetti a una velocità dati di 100 bit al secondo.

    #6 Wi-Fi

    Il Wi-Fi è comunemente usato per la rete locale di dispositivi e per l'accesso a Internet. Ben nota nelle reti domestiche e di piccoli uffici, la tecnologia viene utilizzata anche nelle aziende per connettere dispositivi e fornire accesso a Internet pubblico per dispositivi mobili. Il Wi-Fi ha una portata di 20-150 metri e alcune versioni possono raggiungere velocità superiori a 1 Gbps.

    #7 Zigbee

    Zigbee è un protocollo di comunicazione utilizzato per creare reti di area personale con radio digitali di piccole dimensioni a bassa potenza. Le applicazioni tipiche includono l'automazione domestica, la raccolta di dati di dispositivi medici e altri casi d'uso a bassa potenza e larghezza di banda ridotta. La tecnologia è limitata a distanze di trasmissione di 10-100 metri con una linea di vista per mantenere bassi i consumi. Zigbee ha una velocità dati definita di 250 Kbps ed è adatto per la trasmissione dati intermittente.

    fig 2 Tipi di connessione utilizzati per i dispositivi IoT

    Le cose nell'IoT

    L'Internet delle cose coinvolge molteplici dispositivi. Vediamo di seguito quali sono e a cosa servono.

    • Access point. L' access point è un dispositivo di rete wireless che funge da portale per la connessione dei dispositivi a una rete locale.
    • Dispositivo. Un dispositivo è un'unità di hardware fisico o apparecchiatura che fornisce una o più funzioni di elaborazione all'interno di un sistema.
    • Beacons. Piccoli trasmettitori che si collegano a dispositivi abilitati Bluetooth e Bluetooth Low Energy (BLE) come smartphone o pacchetti tracciati.
    • Gateway. Un "hub che traduce" la comunicazione tra due computer o dispositivi che consente loro di comprendere il trasferimento e la comunicazione dei dati l'uno dell'altro.
    • Hub. Un hub è un dispositivo hardware che collega altri dispositivi di trasmissione dati a una stazione centrale.
    • Sensore. Un sensore è un dispositivo che misura un input fisico dal suo ambiente e lo converte in dati che possono essere interpretati da un essere umano o da una macchina.

    IoT: il mondo fisico incontra il digitale

    Cosa è necessario perché i dispositivi/macchine possano dialogare in modo intelligente con Internet? Ecco un elenco delle tecnologie fondamentali.

    • Attuatore. Un componente responsabile dello spostamento e del controllo di un meccanismo o sistema, come l'apertura di una valvola.

    • Sistemi cyber-fisici. Integrazioni di elaborazione, networking e processi fisici con circuiti di feedback in cui i processi fisici influiscono sui calcoli e viceversa.

    • Contacless. Descrive le tecnologie che consentono a una smart card, un telefono cellulare o un altro dispositivo di connettersi in modalità wireless, senza contatto, a un lettore elettronico, in genere per effettuare un pagamento.

    • Digital twins. Una replica digitale di risorse fisiche, processi, persone, luoghi, sistemi e dispositivi che può essere utilizzata per vari scopi e integra i dati storici della macchina in un modello digitale.

    • Geofencing. L'uso della tecnologia GPS o RFID per creare un confine geografico virtuale in cui i dispositivi possono operare.

    • GIS, Sistema d'informazione geografica. Un sistema progettato per acquisire, manipolare, analizzare, gestire e presentare dati spaziali o geografici.

    • GPS, Sistema di posizionamento globale. Una tecnologia creata dal governo degli Stati Uniti che consente i servizi di localizzazione.

    • GNSS, Sistema globale di navigazione satellitare. Una costellazione di satelliti che fornisce segnali dallo spazio che trasmettono dati di posizionamento e temporizzazione a ricevitori GNSS

    • Haptics. La scienza dell'applicazione della sensazione tattile e del controllo all'interazione con le applicazioni del computer.

    • HAV, Virtualizzazione assistita da hardware. L'uso dei componenti fisici di un computer per supportare il software che crea e gestisce le macchine virtuali (VM).

    • IMU, Inertial Measurement Unit. Un dispositivo che misura e segnala un corpo, come la forza specifica di un drone, la velocità angolare e talvolta il campo magnetico che circonda il corpo.

    • LIDAR, Light Detection and Ranging.LIDAR

      è una tecnologia di telerilevamento che utilizza l'impulso di un laser per raccogliere misurazioni che possono poi essere utilizzate per creare modelli 3D e mappe di oggetti e ambienti.

    • Meccatronica. Ingegneria di sistemi elettrici e meccanici che include una combinazione di robotica, elettronica, informatica, telecomunicazioni, sistemi, controllo e ingegneria del prodotto.

    • RADAR. Un sistema di rilevamento che utilizza le onde radio per determinare la portata, l'angolo o la velocità degli oggetti.

    • Telemetria. Un metodo per monitorare una risorsa utilizzando il GPS e la diagnostica di bordo per registrare i movimenti su una mappa computerizzata.

    Kit per braccio robotico

    Hardware Software

    L'IoT ha bisogno di lavorare in sinergia con hardware e software idonei. Di seguito ne presentiamo una panoramica.

    modulo IoT
    • eSIM. La SIM incorporata (chiamata anche eSIM o eUICC) è un elemento sicuro progettato per gestire in remoto più abbonamenti di operatori di rete mobile ed essere conforme alle specifiche GSMA.
    • ICCID. Identificatore scheda circuito integrato. Il numero di serie univoco incorporato in una scheda SIM.
    • IMSI, International Mobile Subscriber Identity. Un numero univoco, solitamente quindici cifre, associato all'identificazione di un dispositivo connesso al GSM.
    • Modulo IoT. Un piccolo dispositivo elettronico incorporato in oggetti, macchine e cose che si connettono a reti wireless che inviano e ricevono dati.
    • Indirizzo IP. Un indirizzo di protocollo Internet è un numero di designazione univoco assegnato a un computer (o altro dispositivo) connesso a una rete, in particolare Internet.
    • Modem. Un dispositivo hardware che consente a un computer di inviare e ricevere dati tramite una linea telefonica o una connessione via cavo o satellitare.
    • Router. Un dispositivo hardware progettato per ricevere, analizzare e spostare i pacchetti IP in entrata su un'altra rete.
    • SOC, Subscriber Identity Module. Una smart card che memorizza tra cui identità, posizione, numero di telefono, dati di autorizzazione di rete e chiavi di sicurezza installata in un dispositivo wireless.
    • Modem wireless. Un modem che bypassa il sistema telefonico e si collega direttamente a una rete wireless, attraverso la quale può accedere direttamente alla connettività Internet.

    IoT: le problematiche da affrontare

    Come per ogni enorme cambiamento tecnologico, c'è molto lavoro da fare dietro le quinte per trasformare in realtà queste trasformazioni nella vita di tutti i giorni. Molte aziende stanno lavorando per garantire che l'infrastruttura e le connessioni sottostanti siano in grado di sostenere l'IoT, sia come connessioni cablate che wireless.

    Più il mondo diventa interconnesso, più dipendiamo dalle reti. E' importantissimo anche lavorare per garantire che siano in vigore le normative giuste e che vengano rispettate in ogni momento.

    E infine, ci sono problemi di privacy e sicurezza a tutti i livelli. La tecnologia consentirà alle aziende e ai governi di raccogliere quantità di dati senza precedenti e tutte le persone coinvolte dovranno essere vigili e adattabili per assicurarsi che i dati rimangano al sicuro.

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