Introduzione all'IoT

REQUISITI DELL IOT

l’affidabilità di un sistema IoT indica la capacità di un

dispositivo o di un’intera rete di dispositivi connessi di

funzionare correttamente e fornire i dati richiesti per un periodo

di tempo prolungato. In altre parole è la misura della sua

affidabilità nel tempo

L'affidabilità viene spesso espressa come una percentuale. Indica la massima

percentuale di tempo durante il quale il sistema soddisfa tutti i requisiti per cui è

stato progettato.

Negli ambienti "mission critical", come ad esempio quelli industriali o sanitari,

dove un guasto può avere conseguenze gravi, l'affidabilità è un requisito

fondamentale. In questi casi, si richiede che il sistema funzioni in modo

praticamente ininterrotto, con una percentuale di downtime (cioè di tempo in cui il

sistema non funziona) estremamente bassa, spesso inferiore allo 0,001%.

Per aumentare l'affidabilità di un sistema IoT, si può ricorrere alla ridondanza.

Questo significa duplicare o triplicare alcuni componenti critici del sistema, come

sensori, server o nodi di rete. In questo modo, se un componente dovesse

guastarsi, gli altri possono subentrare garantendo la continuità del servizio.

La latenza, in termini semplici, rappresenta il ritardo temporale

che intercorre tra l'invio di un dato e la sua ricezione da parte

del destinatario. Nell'ambito dei sistemi IoT, la latenza indica il

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tempo che impiega un dispositivo a ricevere un comando o a

inviare dei dati ad un altro dispositivo o ad un server.

un sistema IoT può essere definito "real-time" quando la latenza massima tra

qualsiasi coppia di componenti è inferiore a 100 millisecondi (0,1 secondi). Questo

significa che le comunicazioni tra i dispositivi avvengono in modo estremamente

rapido, consentendo una risposta quasi immediata.

Per ridurre la latenza in un sistema IoT, è possibile adottare diverse strategie:

Aumentare le risorse di calcolo e trasmissione: Utilizzare processori più

veloci, aumentare la banda passante della rete e ottimizzare gli algoritmi di

comunicazione.

Evitare colli di bottiglia: Identificare e risolvere i punti del sistema in cui si

verificano rallentamenti nella trasmissione dei dati.

La scala di un sistema IoT si riferisce alle sue dimensioni

complessive. In pratica, indica quanti nodi (dispositivi), moduli

software, applicazioni sono presenti nel sistema, quante

operazioni vengono eseguite in un determinato periodo di

tempo e quanta quantità di dati viene raccolta e

immagazzinata. In altre parole, la scala ci dà un'idea della

grandezza e della complessità del sistema.

Un sistema IoT è definito scalabile quando è in grado di funzionare correttamente

e soddisfare i requisiti anche quando le sue dimensioni aumentano. In altre parole,

se aggiungiamo nuovi dispositivi, nuove applicazioni o se la quantità di dati

generati cresce, il sistema deve essere in grado di adattarsi a queste nuove

condizioni senza perdere in performance o affidabilità.

Per rendere un sistema IoT scalabile, una delle strategie più comuni è l'utilizzo di

architetture gerarchiche. Queste architetture suddividono il sistema in livelli,

ciascuno con specifiche responsabilità. Ad esempio, si può avere un livello di

sensori che raccolgono i dati, un livello intermedio che elabora i dati e un livello

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superiore che si occupa della visualizzazione e dell'analisi dei dati. Questa

suddivisione in livelli permette di gestire in modo più efficiente l'aumento delle

dimensioni del sistema, poiché è possibile aggiungere nuovi dispositivi o moduli a

un livello specifico senza influenzare gli altri livelli.

L'integrazione in tempo reale, o run time integration, indica la

capacità di un sistema IoT di incorporare nuovi componenti o

nuove informazioni durante il suo funzionamento, senza la

necessità di una programmazione o una configurazione

preventiva. In altre parole, il sistema è in grado di "imparare" e

adattarsi a nuove situazioni in modo dinamico.

One-to-one: Indica una comunicazione diretta tra due

dispositivi. Un dispositivo invia un messaggio ad un altro

dispositivo e riceve una risposta diretta. È come una

conversazione telefonica tra due persone.

Many-to-one: In questo caso, molti dispositivi inviano

informazioni ad un singolo dispositivo centrale. È come se molti

studenti inviassero i loro compiti ad un unico professore.

One-to-many: Qui un singolo dispositivo invia informazioni a

molti altri dispositivi. È come un'emittente radio che trasmette

un segnale a molti ricevitori.

Nell'Internet of Things, questi modelli di comunicazione sono fondamentali per

capire come i dispositivi interagiscono tra loro.

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Many-to-one: Questo è il modello più comune. Immagina un sensore di

temperatura in una casa che invia regolarmente i dati alla centralina di

controllo. O tanti sensori in una fabbrica che inviano dati ad un server centrale

per l'analisi.

One-to-one: Potrebbe essere utilizzato per configurare un singolo dispositivo

o per richiedere informazioni specifiche ad un altro dispositivo.

One-to-many: Questo modello è utile quando si vuole inviare un comando a

tutti i dispositivi contemporaneamente, come accendere tutte le luci di una

casa.

IoT WIRELESS TECHNOLOGIES

L’IoT come gia spiegato non è altro che una grande rete di dispositivi che

comunicano tra loro. Per comunicare, questi dispositivi, hanno necessita di una

rete rete wireless

Ad oggi esistono diverse tecnologie wireless. Le più sputtanate sono:

Wi-Fi: È la tecnologia più diffusa e conosciuta, utilizzata per connettere

dispositivi a internet. Nel contesto IoT, viene spesso utilizzata per dispositivi

che richiedono una banda larga e una velocità elevata, come ad esempio le

telecamere di sorveglianza o i sistemi di domotica avanzati.

LPWA (Low Power Wide Area Networks): Questo acronimo indica una serie di

tecnologie caratterizzate da un basso consumo energetico e da una lunga

portata. Sono ideali per dispositivi che devono trasmettere piccole quantità di

dati a bassa frequenza, come ad esempio i sensori per il monitoraggio

ambientale o i contatori intelligenti. All'interno di questa categoria troviamo

tecnologie come LoRaWAN, Sigfox e NB-IoT.

Bluetooth: È una tecnologia a corto raggio, molto utilizzata per connettere

dispositivi tra loro, come ad esempio gli smartphone con gli auricolari o i

sensori indossabili. Nel mondo IoT, viene spesso utilizzata per creare reti

mesh locali, dove i dispositivi comunicano tra loro in modo diretto.

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Cellulari (GSM, LTE): Sono le tecnologie utilizzate dai telefoni cellulari

tradizionali. Nell'IoT, vengono utilizzate per dispositivi che richiedono una

copertura molto ampia e una connessione affidabile, come ad esempio i

tracker GPS o i sistemi di telemetria per veicoli.

Oltre queste appena elencata, ce ne sono altre. La varietà di tecnologie IoT

wireless è dovuta alle diverse esigenze delle applicazioni. Ogni tecnologia ha i

suoi punti di forza e di debolezza, e la scelta della tecnologia più adatta dipende

da fattori come:

Distanza di comunicazione: Alcune tecnologie sono più adatte per brevi

distanze (Bluetooth), altre per lunghe distanze (LPWA, cellulari).

Consumo energetico: Alcuni dispositivi devono funzionare con batterie per

molti anni, quindi è fondamentale scegliere una tecnologia a basso consumo.

Banda passante: La quantità di dati che devono essere trasmessi varia a

seconda dell'applicazione.

Costo: Il costo dei moduli wireless e dei servizi associati può variare

significativamente tra le diverse tecnologie.

Sicurezza: La sicurezza dei dati è un aspetto fondamentale, soprattutto per

applicazioni critiche.

Molto rilevanti sono le connessioni a corto raggio. Le tecnologie IoT a corto

raggio sono quelle che permettono la comunicazione wireless tra dispositivi su

distanze relativamente brevi, tipicamente all'interno di un edificio o di un ambiente

circoscritto. Sono fondamentali per creare reti di sensori, attuatori e altri dispositivi

intelligenti che interagiscono tra loro per automatizzare e ottimizzare vari processi.

Le principali tecnologie a corto raggio sono:

Zigbee: È una tecnologia a basso consumo energetico, progettata

specificamente per creare reti mesh di dispositivi IoT. Questo significa che i

dispositivi Zigbee possono comunicare tra loro in modo diretto, senza la

necessità di un punto di accesso centrale. Zigbee è ideale per applicazioni che

richiedono una bassa velocità di trasmissione dati e una lunga durata della

batteria, come ad esempio le reti di sensori wireless per la domotica.

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Bluetooth: È una tecnologia molto diffusa e versatile, utilizzata per collegare

una vasta gamma di dispositivi, dagli smartphone agli auricolari wireless.

Bluetooth offre una velocità di trasmissione dati maggiore rispetto a Zigbee e

può supportare sia connessioni punto-punto che reti piconet. È ideale per

applicazioni che richiedono una maggiore flessibilità e una velocità di

trasmissione dati più elevata.

IEEE 802.11b (Wi-Fi): È la tecnologia wireless più diffusa per la connessione a

Internet. Sebbene sia principalmente utilizzata per collegare dispositivi a reti

più ampie, può essere utilizzata anche per creare reti locali a corto raggio. Wi-

Fi offre la più alta velocità di trasmissione dati tra le tre tecnologie presentate,

ma ha anche il maggior consumo energetico.

Ci sono due tipologie principali di reti Iot:

rete a stella

rete mesh

Nelle reti a stella tutti i dispositivi sono collegati a un nodo centrale, chiamato hub

o gateway. Questo nodo funge da punto di raccolta e distribuzione dei dati.

Esempio: Una rete Wi-Fi domestica, dove un router (l'hub) collega tutti i dispositivi

wireless (computer, smartphone, smart TV, ecc.).

In questo casi la rete dipende fortemente dal nodo centrale. Se questo si guasta

l’intera rete va a puttane. La configurazione però e relativamente semplice in

quanto tutti i dispositivi comunicano con l’hub.

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NOTA: L’aggiunta o la rimozione di dispositivi richiede spesso modifiche alla

configurazione dell’hub

Nelle reti mesh i dispositivi sono collegati tra loro formando una rete

interconnessa. Ogni dispositivo può fungere sia da nodo che da router,

trasmettendo i dati ad altri nodi fino a raggiungere la destinazione.

Esempio: Una rete di sensori wireless in un ambiente industriale, dove i sensori