Mappe Riassuntive Internet of Things

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IoT: Layers

• APPLICATION
  • APP
  • analytics and data management
  • process management
  • application software
  • things/device communication and management
• CONNECTIVITY and DEVICES
  • Network Communication
• THINGS/DEVICES
  • thing/device software
  • IoT components
  • thing/device hardware

Cisco's IoT Reference Model

1. Physical Devices and Controllers
2. Connectivity
3. Edge Computing
4. Data accumulation
5. Data abstraction
6. Application
7. Collaboration and Processes

WiFi e Bluetooth (CAN)

Tecnologie Wireless Abilitanti

• A LUNGO RAGGIO
  • LPWAN
    • Sigfox
    • Lora
    • LoRaWAN
    • NarrowBand IoT
• A CORTO RAGGIO
  • BLE
  • 802.15.4
    • ZigBee
  • RFID

Rete Cellulare

IoT: Layers

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  • IoT components
  • Thing/Device hardware

Cisco's IoT Reference Model

1. Physical Devices and Controllers
2. Connectivity
3. Edge Computing
4. Data accumulation
5. Data abstraction
6. Application
7. Collaboration and Processes

Tecnologie Wireless Abilitanti

• WiFi e Bluetooth (CAN)
• Low Power
  • A corto raggio
    • BLE
    • 802.15.4
    • RFID
    • ZigBee
  • A lungo raggio
    • LPWAN
      • Sigfox
      • Lora
      • LoRaWAN
      • NarrowBand IoT
• Rete Cellulare

LP-WAN

(Low Power Wide Area Network)

• WLAN e WPAN richiedono MULTIHOP + costi, affidabilità rete
• Reti cellulari - Non hanno requisiti dell'IoT (troppa potenza) e 2G dismissione

Con LP-WAN :

• LOW-POWER
• LOW-RATE
• HIGH LATENCY

BANDA SUB-_1GHZ - Modulazioni

• Narrow Band (25KHz)
• Ultra NB (100Hz)
• Spread Spectrum

LP-WAN :

• Single-Hop (STAR)
• Small Duty-Cycle (99% spento) - Risparmio in banda
• Simple MAC design - NO CSMA/CA
• Diminuisce gap nt. sue devices
• EDGE COMPUTING

• 2 grandi famiglie tecnologie LP-WAN
• Standard
• Proprietarie LoRaWAN
• NON LICENSED Frequenze

3GPP supporta lo sviluppo dell'IoT tramite :

1. Riferimento alla Machine Type Communication (MTC - LTE-M)
2. NB-IoT - Distribuito "in-band" nello spectrum usato dal LTE (4G), usa RESOURCE BLOCK di un canale LTE o lavorando sulle GUARD BANDS

LORA = Long Range

• È il livello fisico, protocollo di com. per comunicaz. a LUNGO raggio
• LORAWAN è lo stack protocollare che si avvale di Lora a livello fisico

LoRaWAN architetture (Concentrator → Network Server)

• Lora AUTENTICAZIONE
  • OTAA
  • ABP
• LoRaWAN Security
  • Application Session Key
  • Network Session Key

LoRa MAC → 3 Classi

1. A = sensori
2. B = attuatori → usa BEACONS
3. C = default ottimizzazione → No latenza sempre accesi

TECNOLOGIE A CORTO RAGGIO

• RFID
• BLE
• 802.15.4 → Zigbee

RFID

• Componenti
  • READER
  • TAG
    • ATTIVI
    • PASSIVI
• Protocollo di Comunicazione
  • RTF
    • Collisione
    • Aloha: Avoid Collisione
• Standard EPC (Electronic Product Code)

BLE

• Architettura = A STELLA
  • MASTER/SLAVE = debole per multicast
• MAC delay
  • FDMA = accodamento
  • TDMA = coupling
• Client Server Model Architecture
  • CAT
  • CAP

802.15.4 - LR-WPAN

Topologie

• STAR
• PEER-TO-PEER
• PAN Coordinator
• CLUSTER TREE

Tipi di devices

• RFD (Reduce Function Device)
• FFD (Full Function Device)

Accessi Multipli

Con BEACON

• Periodo di attività
• Periodo di inattività

Senza BEACON

Device - Coordinator

Coordinator - Device

Intra e Device

CSMA-CA

TSCH (Time Slotted Channel Hopping)

Embedded Internet Stack

• CARP
• RPL
• IPv6
• 6LoWPAN
• IEEE 802.15.4
• IEEE 802.15.4 PHY

IPv6

Spazio per gli indirizzi: 128 bit (IPv4 = 32 bit) → 64b per la rete, 64 b per gli host

Non uso più protocollo ARP e server DHCP - per l’IPv6 sono derivati da indirizzi MAC

Non ho più indirizzi de BROADCAST, ma solo MULTICAST

Frame IPv6 più semplice

Non uso più NAT

• Version
• Traffic Class
• Flow Label
• Payload Length
• Next Header
• Hop Limit
• Source Address
• Destination Address

6LoWPAN

IPv6 su 802.15.4 problemi

• DIMENSIONE PACCHETTO
• NEIGHBOUR DISCOVERY

802.15.4 ha indirizzi SHORT (2 byte) e LONG (8 byte)

6LoWPAN IPHC

→ teoricamente posso comprimere tutto l’header IPv6

FORMATO del frame 6LoWPAN :

• Dispatch
• LoWPAN IPHC

• Broadcast
• Unicast

MESH - UNDER

Neighbour Discovery in 6LOWPAN

• Problemi:
  • node-pore
  • com. multi-hop
  • com. multicast
• Conceivo due diversi uso nelle vite

Node Registration

Whiteboard Synchronization in Extended 6LOWPAN

Mobilità

• Riprende processi di:
  • Roaming
  • Handover
• Può essere:
  • Micro-mobilità (esempi: proxy-agent)
  • Macro-mobilità (esempio: mobile IP, MIPv6)
• Node Mobility
• Network Mobility (esempi: proxy-agent, NEMO)

RPL

per gestire routing in Low Power and Lossy Network come 802.15.4

• Algoritmi di Routing
  • Distance Vector
  • Link-State
• Tipi di Signaling
  • Proattivo
  • Reattivo

Simula diversi protocolli per il 6LOWPAN come ad esempio XMANET usato in domani con SPECIFIC (es. traff. Veicolari) - rotomi di comunicazioni: prevalente UNICAST, in tot casi MULTICAST

L'IETF crea gruppo di lavoro ROLL (Routing Over Low-power and Lossy Networks) che crea algo di routing RPL (detto RIPPLE)

RPL

• protocollo che lavora sopra IPV6 e 6LOWPAN
• è una sorta di DISTANCE VECTOR PROATTIVO
• Obiettivo: creare GRAFO ACICLICO DIRETTO (DODAG)
• DIO (per creare DODAG)
• DAO (per dire ai diversi nodi possono RICEVERE dati)

TRICKLE TIMER

per controllare struttura DODAG e le sue configurazioni topologiche.

APPLICATION LAYER

Potenti come HTTP e Websocket per accedere a usare REST per utilizzare

su Internet?Perché non bastano?!Perché sono soluzioni troppo

complicate per l'edilizia IOT

COAP

• Contenuti di HTTP
• MASTER e SLAVE
• Emulazione PUB/SUB
• REQUEST e RESPONSE LAYER
• CoAP HTTP BRIDGING
• MESSAGING MODEL
• OBSERVER FLAG
• diminuisce traffico in rete ma le controlla per PLUDP
• CACHING
• VALIDATING e REVALIDATING the STORED RESPONSE (FRESHNESS)
• CONFERMABLE NON-CONFERMABLE

MQTT

PUB/SUB e TCP

3 QOS

• AT MOST ONCE
• AT LEAST ONCE
• EXACTLY ONCE
• definire COPR sotto delle URI e proposte dei nuova GERARCHIE
• WILL TOPIC
• WILL MSG
• TOPIC L.U
• TOPIC L.D

MQTT-SN

• UDP
• CONNECT e max diviso in parti
• sottoscrittare PERSISTENT
• Supporto per CLIENT e outgoing ed ingresso

DDS - middleware per sistemi aerospaziali - REAL TIME communications

AMQP - tramite tra server differenti o di AZIENDALE

XMPP - open distributet Messaging (Jabber)

REQUISITI I o T

• RELIABILITY - risolto con RONDANZA
• LATENCY - orient. REAL TIME, orient. Non REAL TIME
• SCALE - risolto organizzando sistema GERARCHICAMENTE
• RUN TIME INTEGRATION - risolto con SERVICE DISCOVERY, SELF-CONFIGURING

CARATTERISTICHE dell'I o T

• CRESCITA ESPONENZIALE - serve SCALABILITÀ
• DATA-CENTRIC APPLICATIONS - serve DATA-CENTRIC MIDDLEWARE
• FRAMMENTAZIONE - approccio serve MIDDLEWARE per SILOS VERTICALI INTEROPERABILITÀ
• SICUREZZA - serve crittografia
• PRIVACY - serve regolamentazioni

INDUSTRIAL NETWORKS

Composti da:

• SENSORI
• ATTUATORI
• CONTROLLORI

SISTEMI DI CONTROLLO

Topologia

• CENTRALIZZATO
  • Svant: SPOF cablaggio
• GERARCHICO
  • PLC
  • WORKSTATION
• A RETE
  • STRUTT. DIRETTA
    • Metodo Tempo variabile della rete
  • STRUTT. GERARCHICA
    • Controllori locali + no ritardi tempo/h

PROTOCOLLI DI COMUNICAZIONE

HART

• Prima unica tecnologia di comunicazione digitale che é sovrappone al segnale analogico con dinamica di 4-20mA
• Modalità
  • MASTER SLAVE
  • BURST MODE in P2P
• 3 classi di comandi
  • UNIVERSALI
  • COMUNI
  • DEVICE-SPECIFIC
• Esiste linguaggio DDL (Device Description Language)

WIRELESS-HART

• Estensione di HART basato su 802.15.4
• Usa TSCH e MAC derivati dal 802.15.4 per impi. industriali
• 3 uso mux CEFRATI

FIELD BUS

nome di famiglia di computer-network industriali

• FIELDBUS LAYERS
  • User Layer
  • Application
  • Data Link
  • Physical

• MAC protocollo
  • Centralizzato
    • Polling con SCHEDULING TABLE
  • Distribuito
    • TOKEN PASSING
    • CSMA

FOUNDATION FIELDBUS

Nodo più importante è il LAS (Link Active Scheduler) perchè segue el arbitraggio dell'accaso al bus definendo una TIMETABLE

• Periodic Data for PROCESS CONTROL
• Initiated Request
  • User Initiated
  • Asincroni

LAS behaviour -> tempo diviso in MACROCICLI

dati periodici pubblicati dal LAS usando CD (Compel Data)

Richieste OP le dispng trasmesse dati con mex DATA TRANSFER (DT)

Finito CD e DT LAS pass con il PASS TOKEN (PT) o aggior. del LIVE

Si dispong con PT ma la mex asincroni, mancato, un RETURN TOKEN

no POLLING con TAB "SCHEDULAZIONE": per i dati periodici e un TOKEN PASSING per dati asincroni