Scuola Politecnica e delle Scienze di Base
Corso di Laurea in Ingegneria Informatica
Elaborato finale in Elettronica Generale
Internet of Things: a technology
perspective
Anno Accademico 2016/2017
Candidato:
Antonio Mauro
matr. N46002157
Alla mia famiglia e ai miei amici.
A Simona.
Indice
Indice ................................................................................................................................................. III
Introduzione ....................................................................................................................................... 4
Capitolo 1: Internet of Things .......................................................................................................... 6
1.1Definizione e storia dell’ Internet of Things .............................................................................. 6
1.2Situazione attuale ....................................................................................................................... 8
1.2.1Situazione attuale in Italia ................................................................................................... 9
1.3L’ internet delle cose come rete di reti ..................................................................................... 10
1.4Aspetti tecnici dell’Internet of Things ..................................................................................... 11
Capitolo 2: Tecnologie abilitanti per l’ Internet of Things .......................................................... 13
2.1 Electronic Product Code .......................................................................................................... 13
2.2 Tecnologia RFID ..................................................................................................................... 14
2.2.1 Tag RFID .......................................................................................................................... 15
2.2.2 I lettori............................................................................................................................... 16
2.2.3 RFID Middleware ............................................................................................................. 17
2.3 Tecnologia NFC: Near Field Communication ......................................................................... 18
2.4 Energy Harvesting ................................................................................................................... 19
2.5 Connettività Low-Power .......................................................................................................... 22
2.5.1 Bluetooth Low Energy ...................................................................................................... 23
2.5.2 ZigBee ............................................................................................................................... 24
2.5.3 Wi-Fi HaLow .................................................................................................................... 25
Capitolo 3: Le applicazioni dell’ Internet of Things ..................................................................... 28
3.1 Smart Building e Smart Home ................................................................................................. 28
3.2 Healthcare ................................................................................................................................ 30
3.3 Industrial IoT, Industria 4.0 e Smart Manufacturing ............................................................... 31
3.4 Smart Energy e Smart Grid ...................................................................................................... 33
3.5 Smart Mobility ......................................................................................................................... 34
Conclusioni ....................................................................................................................................... 36
Bibliografia ....................................................................................................................................... 37
Introduzione
L’Internet of Things (IoT), conosciuto anche in italiano come “Internet delle cose”,
rappresenta la prossima evoluzione di Internet, una prospettiva tecnologica che cambierà
inevitabilmente la vita di tutti i giorni per le tantissime e rivoluzionarie possibilità che sarà
in grado di offrire per quasi ogni aspetto delle nostre vite.
Questa affermazione potrebbe risultare poco credibile se si pensa a quanto Internet abbia
già da tempo cambiato per sempre le nostre abitudini, il nostro modo di comunicare, le
relazioni interpersonali, la pubblica amministrazione, l’economia, l’informazione e molto
altro ancora, eppure negli ultimi anni è emersa una nuova visione della rete che prevede l’
estensione di Internet alle cose, agli oggetti che noi tutti utilizziamo ogni giorno e che, una
volta connessi, diventano smart, intelligenti e in grado di comunicare fra di loro, di
mettere a disposizione i dati che essi stessi raccolgono nonché di accedere ai dati che altri
oggetti hanno messo a disposizione eliminando quindi la dipendenza dall’ uomo che al
giorno d’ oggi li contraddistingue.
L’obiettivo di questo elaborato è quello di analizzare alcuni degli aspetti essenziali
dell’Internet of Things: nel primo capitolo verrà fornita una breve panoramica su cosa
rappresenta l’Internet delle Cose e su come si sia evoluto nel tempo, considerando anche la
situazione attuale nel mondo e nel nostro paese. Il secondo capitolo rappresenta il cuore
4
dell’elaborato in quanto verranno analizzate le cosiddette tecnologie abilitanti, ovvero
quelle tecnologie alla base di questa nuova “rete di oggetti” e quelle verso cui il mondo
dell’Information Technology si sta muovendo per garantire una rapida e completa
diffusione dell’IoT. Il terzo capitolo sarà invece dedicato all’ approfondimento di alcuni
degli innumerevoli domini applicativi dell’IoT per fornire un’idea sulla loro portata
rivoluzionaria.
5
Capitolo 1: Internet of Things
1.1 Definizione e storia dell’Internet of Things
Con il termine Internet of Things si intende una evoluzione della rete, grazie alla quale
oggetti inanimati si rendono riconoscibili e acquisiscono intelligenza grazie al fatto di
poter comunicare dati su se stessi ed accedere a dati aggregati da altri oggetti [1].
Si fa riferimento quindi ad una rete globale di oggetti di ogni tipo: vestiti, semafori,
sveglie, sensori, telecamere di sorveglianza, automobili, termostati, rilevatori di umidità e
molti altri.
L’obiettivo dell’IoT è quello di estendere l’utilizzo di Internet a tutti questi dispositivi
ovvero al mondo reale, fatto di oggetti concreti che ognuno di noi utilizza per la maggior
parte delle attività quotidiane, permettendo alle persone e agli oggetti di essere connessi in
qualunque momento e in qualunque luogo. Automobili che lasciano il proprio parcheggio
6
e raggiungono il proprietario all’uscita dall’ufficio, sveglie che suonano in anticipo in caso
di traffico, scarpe da ginnastica che trasmettono distanze, tempi e velocità nella rete per
poterle confrontare con quelle di persone dall’altra parte del pianeta, termostati intelligenti
che regolano automaticamente la temperatura di un ambiente o addirittura vasetti per le
medicine che avvisano i familiari se si dimentica di prendere un farmaco sono solo alcuni
degli esempi che possono dare un’idea di quanto le nostre vite potranno cambiare grazie a
questa nuova rete di oggetti.
Il termine “Internet of Things” nacque per la prima volta nel 1999 come titolo di una
presentazione tenuta presso Procter & Gamble (P&G) da Kevin Ashton, cofondatore e
direttore esecutivo dell’Auto-ID Center con sede al “Massachusetts Institute of
Technlogy” (MIT), ma la “nascita” dell’Internet delle cose viene stimata intorno agli anni
2008-2009, cioè quando il numero di dispositivi connessi alla rete supera quello della
popolazione mondiale. Questo perchè da quel momento in poi il numero di dispositivi
connessi per persona supera l’unità, attestandosi nel 2010 a 1,84 frutto dei 12,5 miliardi di
dispositivi connessi a fronte di una popolazione mondiale di 6,8 miliardi [2].
L’istituto McKinsey stima inoltre che per l’anno 2025 l’Internet of Things raggiungerà
qualsiasi oggetto inanimato intorno a noi e che proprio la diffusione di quest’ultimo
combinata all’interattività dell’ambiente umano rivoluzionerà il futuro [3].
Figura 1: Stima dei dispositivi connessi per persona [2]
7
Nella Strategic Research Agenda of the Cluster of European Research Projects on the
Internet of Things (CERP-IoT 2009) l’IoT è stato definito come una infrastruttura di rete
globale e dinamica con capacità di auto configurazione sulla base di protocolli di
comunicazione standard e interoperabili, dove gli oggetti fisici e virtuali hanno un’identità,
attributi fisici, personalità virtuale e utilizzano interfacce intelligenti, oltre ad essere
perfettamente integrati nella rete info-telematica.
Proprio nel 2009 lo stesso Kevin Ashton ha spiegato come i quasi 50 petabytes di dati (1
petabyte equivale a 1024 terabtyes) presenti fino a quel momento in rete era stato prima
creato dall’essere umano attraverso la digitazione su una tastiera, la scansione di un bar
code oppure la digitalizzazione di immagini ed audio.
Tutto ciò ha richiesto un notevole sforzo da parte dell’uomo che non è altro che una
creatura fisica, concreta esattamente come il mondo in cui vive, per cui se i nostri
computer e i nostri dispositivi elettronici fossero in grado di utilizzare i dati che essi stessi
si procurano e di prendere decisioni in maniera autonoma, potremmo tenere traccia di
qualsiasi cosa, verificarne lo stato in ogni momento, ridurre sostanzialmente le perdite, gli
sprechi e i costi in quasi ogni aspetto della vita dell’uomo moderno cambiando per sempre
il mondo forse ancor più di quanto Internet non abbia fatto in passato [4].
1.2 Situazione attuale
Al giorno d’oggi moltissime aziende hanno dato il via ad una integrazione sempre più
preponderante dei propri prodotti con la visione dell’IoT, un esempio è costituito da
Samsung che attraverso il suo CEO ha dichiarato nel 2015 in occasione del Consumer
Electronics Show a Las Vegas che nel giro di pochi anni la maggior parte dei prodotti
dell’azienda sudcoreana saranno capaci di integrarsi con la tecnologia dell’Internet of
Things e così tantissime altre aziende come Apple e Google stanno offrendo soluzioni
innovative, soprattutto nell’ ambito dell’home automation, che abbracciano la concezione
8
dell’Internet delle Cose. Oltre a questi sono svariati gli esempi di aziende che realizzano
prodotti secondo la filosofia IoT soprattutto negli ambiti dell’illuminazione, dei sistemi di
condizionamento e dei dispositivi mobili personali, ma anche di aziende che hanno
introdotto la tecnologia IoT per migliorare produttività ed efficienza nel luogo di lavoro
attraverso degli “Smart workplace”. E’ stimato infatti che ad oggi oltre la metà delle
aziende (57%) adotta la tecnologia IoT e che entro il 2019 questa percentuale salirà
addirittura all’ 85% [5].
Appare piuttosto chiaro quindi che il dibattito che si è aperto negli ultimi anni riguardo la
vera natura dell’Internet of Things, cioè se essa è quella di uno Smart Present o di uno
Smart Future, si stia risolvendo in favore della prima ipotesi grazie alla continua e
crescente integrazione di questa tecnologia non solo nell’ ambito personale e consumer ma
anche aziendale e business.
1.2.1 Situazione attuale in Italia
La rapida e costante diffusione dell’IoT nell’ambito produttivo, personale e sociale ha
investito molti paesi nel mondo compresa l’Italia che, nonostante i gravi problemi
infrastrutturali che impediscono ancora oggi una copertura di rete a banda larga sull’intero
territorio, si è resa protagonista di una crescita esponenziale per quanto riguarda il mercato
dell’IoT.
Secondo i risultati della ricerca presentata dal Politecnico di Milano attraverso il suo
Osservatorio sull’ Internet of Things, si stima che il relativo volume d’affari sia cresciuto
del 40% nel 2016, arrivando a quota 2,8 miliardi di euro, ciò grazie soprattutto alla
diffusione degli “smart meter” ovvero i contatori intelligenti per la misurazione del gas e
dell’elettricità per abitazioni e attività commerciali [6].
Nonostante questo dato possa sembrare riduttivo rispetto a tutte le possibilità che l’IoT
potrebbe offrire, questi dispositivi permettono una rilevazione dettagliata dei consumi reali
e non di quelli stimati, sono inoltre capaci di rilevare continuamente la potenza erogata
9
nonchè eventuali interruzioni di fornitura, infine possono memorizzare le informazioni
contrattuali e trasferire i dati che compaiono sui loro display a dispositivi esterni.
Altri settori che continuano a crescere sotto la spinta dell’Internet delle cose sono quelli
dell’automotive, della Smart Home e dello Smart Building, mentre il settore delle Smart
City stenta a decollare nonostante numerosi progetti siano in via di sviluppo tra cui quello
di “The Things Network”, partito da Amsterdam nell’ agosto 2016 e diffuso in 33 città del
mondo tra cui Milano, unico caso in Italia.
Come abbiamo visto quindi sono molteplici le strade aperte dall’ Internet of Things ancora
inesplorate ma con la costante crescita del settore dell’Information Technology non
possiamo che aspettarci una diffusione sempre maggiore di questa nuova prospettiva
tecnologica, attraverso l’estensione della connettività agli oggetti al fine di offrire servizi
sempre migliori e più efficienti assolvendo al vero proprio scopo dell’IoT che è quello di
migliorare la qualità della vita.
1.3 L’ internet delle cose come rete di reti
E’ importante capire come con l’Internet delle Cose non si intenda la mera connessione
alla rete degli elettrodomestici che abbiamo in casa piuttosto che dei nostri smartphone, pc
o tablet, ma un meccanismo secondo il quale gli oggetti connessi alla rete acquisiscono
una propria identità elettronica, un’identificativo unico che li contraddistingue e che
permette allo stesso modo di interagire con altri oggetti attraverso lo scambio delle
informazioni collezionate in maniera automatica, ovvero senza alcuna dipendenza dall’
intervento umano. Insiemi di oggetti costituiscono delle reti tipicamente a corto raggio
create per scopi specifici che comunicano fra loro e permettono le une alle altre di
prendere decisioni sulla base delle informazioni che vengono scambiate : un esempio può
essere costituito da una rete che monitora costantemente il livello di inquinamento in una
città rendendo disponibili i dati in tempo reale e quindi con una precisione tale da
10
permettere alle reti dedicate alla gestione dell’energia o alla gestione dei trasporti di
prendere decisioni immediate per migliorare la qualità dell’aria o decongestionare il
traffico.
Figura 2: L' IoT può essere visto come una rete di reti [2]
Questo aspetto dell’IoT aiuta a capire quanto esso rappresenti la prossima evoluzione della
rete, l’Internet of Things infatti sembra ripercorrere lo stesso cammino che l’industria
tecnologica ha affrontato agli albori delle reti, ovvero quello di far integrare fra loro molte
reti eterogenee, che devono essere in grado di “parlare” e cooperare, attraverso tecnologie
abilitanti e standard anch’essi in continua evoluzione e aggiornamento.
E’ infatti di cruciale importanza comprendere quanto la vera rivoluzione dell’Internet of
Things non sia nella semplice connessione ad internet della moltitudine di dispositivi
elettronici che utilizziamo, ma nel fatto che essi costituiscano una gigantesca rete fatta da
moltissime altre reti che collaborano e si aiutano nel prendere decisioni autonome e
“intelligenti”.
1.4 Aspetti tecnici dell’Internet of Things
L’Internet delle cose non è solo una singola nuova prospettiva tecnologica, ma esistono
diversi aspetti tecnici da considerare che presi insieme e coordinati fra loro contribuiscono
11
a colmare quella distanza che ancora esiste tra mondo virtuale e mondo fisico [7]:
• Comunicazione: gli oggetti hanno la capacità attraverso la rete di fare uso dei dati, e
per questo sono in fase di sviluppo e standardizzazione tantissime proposte come
WiFi, ZigBee, NFC, Bluetooth e tante altre tecnologie per rendere possibile
l’estensione di internet alle cose e l’interconnessione tra gli oggetti stessi.
• Indirizzabilità : Gli oggetti dell’ IoT possono essere indirizzati e controllati in
maniera remota attraverso l’Object-Naming-Service (ONS), l’equivalente del
servizio DNS per le reti tradizionali.
• Identificazione: gli oggetti hanno un’identificativo univoco ed alcuni hanno la
capacità di identificare univocamente altri oggetti, tutto ciò è possibile attraverso
attuatori attivi e passivi. Essi possono inoltre catturare le informazioni attraverso
sensori, acquisirle o mandarle ad un server per la gestione e l’elaborazione di tali
dati.
• Elaborazione integrata: gli “smart objects”, oppure dei microcontrollori installati
nelle loro prossimità possono essere usati per processare le informazioni ottenute
dai sensori in maniera integrata.
• Localizzazione: localizzare gli oggetti significa trovare la loro posizione fisica, ciò è
possibile tramite reti cellulari, identificazione tramite radiofrequenza (RFID) o reti
satellitari.
• Interfaccia Utente: l’obiettivo degli oggetti intelligenti è quello di comunicare con le
persone in modo appropriato, tramite display, immagini o voce. Molte applicazioni
fanno uso solo di un sottoinsieme di queste capacità poichè l’implementazione di
tutti i tipi di interazione con l’utente è costosa e richiede un oneroso sforzo tecnico
e tecnologico.
12
Capitolo 2: Tecnologie abilitanti per l’ Internet of Things
2.1 Electronic Product Code
Come abbiamo visto nel primo capitolo, l’idea alla base dell’Internet delle Cose è quella di
rendere ogni singolo oggetto attorno a noi identificabile, unico all’interno della rete così
da poter essere in qualunque momento raggiungibile.
L’Electronic Product Code (EPC) è uno standard proposto dall’Auto-ID center del MIT,
con lo scopo di poter condividere dati sensibili in tempo reale attraverso l’assegnazione di
un identificativo unico per ogni prodotto, facendo uso dell’RFID, una tecnologia di
comunicazione wireless [7].
L’EPC è una stringa di 96 bit divisa in 4 parti :
• Header (bit 0-7): determina la lunghezza, tipo, struttura e generazione dell’EPC
• EPC Manager Number (bit 7-35): responsabile dei successivi campi
• Object Class (bit 36-59): identifica una classe di oggetti
• Serial Number (bit 60-95): identifica l’istanza di un oggetto all’ interno della classe
Figura 3: Struttura dell' EPC [36]
Con questo codice è possibile in pratica identificare qualsiasi oggetto sul pianeta, esso
13
viene inserito in ogni prodotto nella forma di un microchip e contiene tutte le principali
informazioni riguardanti il singolo oggetto.
Accanto al microchip, detto anche tag, vi è un’antenna che trasmette attraverso onde radio
il proprio EPC, in modo che questo possa essere letto da appositi EPC Readers ed è
proprio qui che entra in gioco la tecnologia RFID.
2.2 Tecnologia RFID
L’RFID, acronimo inglese di Radio Frequency Identification, è una tecnologia che
permette l’identificazione di qualsiasi oggetto e/o la memorizzazione automatica di
informazioni riguardanti oggetti, animali o persone attraverso radiofrequenze [8].
Essa è quindi legata ad alcuni degli aspetti fondamentali dell’Internet of Things, cioè
quello dell’identificazione degli oggetti, della rilevazione dei dati, della loro elaborazione
e trasmissione nella rete.
Un sistema RFID è costituito almeno da 3 elementi fondamentali:
• Etichette RFID dette anche Tag o Trasponder
• Lettori di Tag, detti RFID Reader
• Un RFID Middleware, ovvero un sistema software che collega dispositivi RFID e i
dati raccolti con le applicazioni e i sistemi informativi aziendali
Figura 4: Architettura di un tipico sistema RFID [37]
I sistemi possono lavorare a basse, medie o altre frequenze che raggiungono addirittura l’
14
ordine dei GHz, mentre per quanto riguarda i Tag, ovvero le etichette elettroniche, essi
possono essere attivi, passivi o semi attivi/passivi.
Analizzeremo tutte le componenti basilari di un sistema RFID a partire dalle cosiddette
etichette elettroniche.
2.2.1 Tag RFID
Figura 5: Componenti di un RFID Tag [38]
Come detto in precedenza i trasponder RFID consistono in un chip IC (Integrated Circuit),
che contiene dati in una memoria (tra cui il suo identificativo unico), un’antenna e un
substrato che tiene insieme queste 3 componenti, inoltre essi vengono classificati in 3
categorie:
• Tag attivi: possiedono una batteria per l’alimentazione, una o più antenne per
trasmettere segnali di lettura e riceverne le risposte anche su frequenze diverse,
possono contenere sensori e hanno distanze operative maggiori di quelle dei tag
passivi.
• Tag passivi: non dispongono di alimentazione ma si attivano grazie al lettore che
gli fornisce l’energia necessaria a rispondere ritrasmettendo un segnale contenente
le informazioni memorizzate nel chip, oppure a scrivere all’ interno del tag.
• Tag semi-passivi/semi-attivi: sono dotati di una batteria che serve unicamente ad
alimentare il microchip o eventuali sensori ma non per alimentare un trasmettitore,
rimangono infatti dormienti per risparmiare energia e si risvegliano solo qualora ci
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sia una richieste di lettura da parte di un reader.
I tag RFID operano in diversi range di frequenze classificabili in 4 macro categorie :
• Low Frequenzy (LF), basse frequenze tra i 30 e i 500 KHz
• High Frequency (HF), alte frequenze tra i 10 e i 15 MHz
• Ultra High Frequency UHF, frequenze ancora più alte tra i 400 e i 1000 Mhz
• Microwave Frequency, microonde tra i 2.4 e 2.5 Ghz
2.2.2 I lettori
Gli RFID readers sono dei dispositivi di scansione che rilevano in maniera affidabile i
Tag, ne prelevano i dati comunicando i risultati al Middleware.
Un lettore utilizza le proprie antenne per interrogare i Tag trasmettendo onde radio ad una
determinata frequenza e generando un campo elettromagnetico che per il principio di
induzione fornisce la corrente necessaria ad alimentarlo e a permettergli di rispondere all’
interrogazione.
Lo schema fornito in seguito chiarisce in che modo il lettore e il Tag interagiscono durante
un’interrogazione.
Figura 6: Schema di interrogazione di un RFID Tag [9]
La lettura dei dati presenti nel Tag avviene grazie alla variazione di assorbimento dall’
16
antenna del lettore che rileva gli impulsi dovuti ai picchi che corrispondono ai livelli logici
alti e ai cali di corrente che corrispondono ai livelli bassi (zero logico) [9].
2.2.3 RFID Middleware
Per Middleware, come già accennato, si intende un sistema software in grado di fare da
collante tra un sistema operativo e applicazioni distribuite.
Nel caso della tecnologia RFID con questo termine ci si riferisce in larga misura a
software o dispositivi che collegano i lettori RFID e i dati raccolti, ai sistemi di
informazioni aziendali. Il Middleware RFID aiuta a dare senso alla lettura dei tag RFID,
applica il filtraggio dei dati e li fornisce alle applicazioni.
Esso lavora nella gestione del flusso di dati tra i lettori di tag e le applicazioni aziendali ed
è responsabile della qualità e quindi della fruibilità delle informazioni [10].
Appare chiaro quindi come proprio attraverso il Middleware la tecnologia RFID si
avvicina alla visione dell’Internet of Things, poichè grazie ad esso è possibile non solo
avere una rete di dispositivi univocamente identificati ma anche di gestirne ed elaborarne i
dati per utilizzarli nelle più svariate applicazioni.
La struttura di un tipico RFID Middleware prevede infatti 4 livelli [10] :
• Reader Interface: è il livello più basso che gestisce l’interazione con l’hardware,
mantenendo ad esempio i driver di tutti i dispositivi supportati dal sistema.
• Data Processor and Storage: il livello in cui vengono processati e memorizzati i
dati provenienti dai trasponder.
• Application Interface: è il livello di interfaccia con le applicazioni che traduce le
richieste delle stesse in comandi di basso livello.
• Middleware Management: lo strato che aiuta a gestire l’intero middleware, ad
aggiungere e rimuovere servizi, a aggiungere, configurare e modificare i lettori
RFID.
17
2.3 Tecnologia NFC: Near Field Communication
La tecnologia NFC, acronimo di Near Field Communication, in italiano “Comunicazione
di prossimità” è una tecnologia derivata dall’ RFID che consente a dispositivi di scambiare
piccole quantità di dati con altri dispositivi attraverso una comunicazione wireless
bidirezionale che si instaura tra essi.
A differenza della tecnologia RFID, che prevede l’utilizzo di diversi range di frequenze
operative dei dispositivi che possono trovarsi a distanze che variano da pochi metri a
centinaia di metri l’uno dall’ altro, l’NFC lavora ad una specifica frequenza di 13.56 MHz
e prevede che i dispositivi si trovino ad una distanza dell’ ordine dei centimetri, fino ad un
massimo di 10 [11].
Inoltre nell’ambito della tecnologia NFC non esiste una netta distinzione tra dispositivi
passivi (Tag) e dispositivi di lettura (Reader), ma tra un dispositivo che inizia la
comunicazione, denominato initiator, e un dispositivo di arrivo, denominato target [12].
Esistono infatti diversi tipi di comunicazione, poichè un dispositivo NFC può comportarsi
sia in modalità passiva, ovvero essere letto da altri dispositivi, sia in modalità attiva
ovvero richiedendo informazioni ad altri dispositivi. Le tipologie di comunicazioni sono
infatti 3 [13] :
• Modalità Read/Write : un dispositivo di lettura o scrittura legge i dati da oggetti
intelligenti dotati di tecnologia NFC e agisce su tali informazioni. Un esempio può
essere quello di uno smartphone che può connettersi automaticamente ad un sito
internet, inviare un SMS senza alcuna digitazione o ricevere semplicemente
informazioni testuali il tutto avvicinandosi semplicemente all’ oggetto che gioca il
18
ruolo di Tag passivo.
• Modalità emulazione di carta : un dispositivo dotato di NFC può comportarsi
esattamente come una card (carta di credito, carta fedeltà) ed essere utilizzato per
pagamenti, gestione di buoni sconto, registrazioni o operazioni di biglietteria senza
alcun contatto ma con il semplice avvicinamento del dispositivo stesso.
• Modalità Peer-to-Peer (P2P) : due dispositivi dotati entrambi di tecnologia NFC
comunicano fra loro instaurando una connessione wireless di tipo P2P ovvero da
pari a pari. In tal caso uno dei due dispositivi si comporterà in maniera attiva e
l’altro in maniera passiva consentendo lo scambio di dati o informazioni.
Così come nel caso dell’RFID solo i dispositivi che si comportano in maniera attiva sono e
devono essere dotati di una fonte di alimentazione, poichè è la comunicazione stessa, che
avviene tramite un campo elettromagnetico, che consente al dispositivo target di
alimentarsi e di fornire una risposta al dispositivo initiator contenente i dati e le
informazioni richieste.
2.4 Energy Harvesting
Come abbiamo visto l’obiettivo dell’Internet of Things è quello di estendere la rete e il suo
utilizzo agli oggetti che ci circondano, rendendoli capaci di identificarsi univocamente, di
comunicare fra loro, di essere controllati remotamente da qualsiasi angolo del globo e di
essere equipaggiati con sensori che tengano traccia di una serie di parametri utilizzabili
dagli oggetti stessi per prendere decisioni autonome che migliorino le nostre vite.
Rendere possibile tutto questo richiede sicuramente una fonte di energia necessaria alle 3
principali funzioni a cui gli oggetti intelligenti devono assolvere:
• Sensing: l’acquisizione dei dati sensibili da parte dei sensori
• Data Processing: il processo di elaborazione di tali dati
• Communication: la comunicazione dei dati tra i dispositivi che compongono la rete
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L’Energy Harvesting (EH), in italiano “Raccolta di Energia”, è considerata una delle più
importanti tecnologie abilitanti per l’Internet of Things [14], essa si basa sul concetto di
recupero dell’energia da sorgenti alternative e di trasformazione di tale energia in energia
elettrica direttamente utilizzabile.
Come detto in precedenza, essendo uno degli obiettivi dell’IoT l’estensione della rete a
praticamente ogni oggetto fisico, alimentare tali oggetti con energia proveniente da cavi
elettrici o da batterie è praticamente impensabile nel primo caso per la difficoltà di
realizzazione di infrastrutture elettriche in ogni parte del globo, nel secondo caso per gli
enormi costi che sarebbero necessari per dotare miliardi di oggetti di una batteria, per la
loro manutenzione e sostituzione periodica.
Inoltre, per quanto riguarda le batterie, grazie all’ avvento della tecnologia dei circuiti
integrati (IC) che ha portato ad una miniaturizzazione dell’elettronica, esse sono spesso il
dispositivo più ingombrante nelle reti di sensori wireless.
L’Energy Harvesting utilizza quindi tecnologie di recupero dell’energia come celle
fotovoltaiche, trasduttori elettromagnetici vibrazionali, termoelettrici e piezoelettrici per
fornire un auto-alimentazione alle reti di oggetti e di sensori.
Appare evidente come ognuno di questi trasduttori fornisca un’energia di entità diversa e
pertanto è necessario nella fase di progettazione di un sistema alimentato tramite
tecnologie di EH considerare per quale applicazione tale sistema deve essere utilizzato.
Per esempio, una cella fotovoltaica di 10 !"# con un’ efficienza del 10% nel raccogliere
l’ energia proveniente dall’ illuminazione di un ambiente di interno, potrebbe generare
fino a 100 !" e caricare un modulo per lo stoccaggio di energia di 1 mWh in 10 ore
assumendo un’ efficienza di carica del 100% [15].
Oltre a tecnologie fotovoltaiche, oramai di largo impiego sia in ambito business che in
ambito consumer, esistono anche altri esempi di cosiddetti harvester, come trasduttori
20
termoelettrici, che sfruttano l’ effetto Seeback secondo cui la presenza di una temperatura
differenziale al punto di giunzione di due metalli diversi genera una tensione che dipende
dalla differenza di temperatura, o trasduttori piezoelettrici, costruiti con materiali che se
sottoposti ad una tensione meccanica producono una tensione elettrica.
Nonostante tutti i progressi nell’ambito dell’EH, la richiesta di capacità di stoccaggio
maggiori e di tempi di carica molto minori necessari ad una funzionalità più elevata di una
rete di sensori potrebbe portare ad un collo di bottiglia per cui l’Energy Harvesting
potrebbe essere impraticabile se non nelle applicazioni in cui il consumo energetico è
molto ridotto ovvero in quei sistemi in cui per la maggior parte del tempo i dispositivi si
trovano in uno stato di “low power – sleep mode”.
In seguito è mostrata una classificazione di alcuni tipi di tecnologie di trasduzione adottate
per l’Energy Harvesting con relative differenze per quanto riguarda tensione e potenza in
uscita [16].
Figura 7: Tecnologie di EH con relative differenze [16]
Affinchè un sistema di dispositivi elettronici sia in grado di alimentarsi, oltre ad un
sistema di Energy Harvesting sono necessari allo stesso modo, per poter immagazzinare
21
l’energia che le tecnologie di EH raccolgono, dispositivi per lo stoccaggio dell’energia
(Energy Storage), in tal senso numerosi sono gli esempi di progresso in campo tecnologico
con l’obiettivo di trovare il giusto compromesso tra i bisogni dei consumatori, la sicurezza
e i limiti della tecnologia [15].
Figura 8: Architettura per sensore alimentato attraverso EH [39]
2.5 Connettività Low-Power
Uno degli aspetti più importanti per l’Internet of Things è quello relativo alla
comunicazione tra gli smart objects che devono avere accesso alla rete per poter
comunicare fra loro, il tutto attraverso una rete wireless, ovvero senza fili.
La rete internet per come la conosciamo oggi è basata sul protocollo IPv4 che associa ad
ogni interfaccia connessa alla rete fisica un indirizzo IP unico di 32 bit, in questo modo
però i poco più di 4 miliardi di indirizzi univoci possibili non sono affatto sufficienti ad
identificare univocamente in rete un dispositivo IoT.
Proprio per questo motivo la IETF (Internet Engineering Task Force) ha sviluppato IPv6,
una nuova versione del protocollo basata su indirizzi di 128 bit, sufficienti ad assegnare un
indirizzo univoco ad ogni creatura sul pianeta [17].
Tuttavia la maggiore lunghezza dell’header IPv6 può essere considerato un aspetto
negativo per le applicazioni nell’ambito IoT, poichè esse richiedono connettività a basse
velocità di trasmissione per una piccola quantità di dati da inviare o da ricevere, per cui
22
spesso la lunghezza dell’header supera di molto il carico utile (Payload) dell’applicazione
stessa e ciò si traduce in tempi di trasmissione molto lunghi a fronte di un carico
informativo ridotto.
Per questo motivo l’IETF ha sviluppato una serie di protocolli che consentono l’estensione
del protocollo IPv6 alle reti low power, utilizzate dai dispositivi IoT, tra cui:
• IPv6 over low-power wireless personal area networks (6LoWPAN)
• IPv6 over Bluetooth low energy (6LoBTLE)
Oltre a protocolli di livello rete, l’IETF ha definito inoltre uno standard, l’IEEE 802.15.4,
che gestisce e regolamenta il livello fisico e il livello di collegamento per reti LR-WPAN
(Low-Rate Wireless Personal Area Network).
Come discusso in precedenza infatti, per poter far fronte alle problematiche riguardanti la
gestione dell’energia nelle reti di sensori, è necessario che l’aspetto della connettività non
incida troppo nel bilancio energetico della rete, per cui nel corso degli anni numerosi sono
stati gli standard, i protocolli e le tecnologie di rete proposti in tal senso, analizzeremo
alcuni di essi in seguito.
2.5.1 Bluetooth Low Energy
Bluetooth è uno standard sviluppato da Ericsson nel 1994 per le reti wireless personali
(WPAN Wireless Personal Area Network), che cerca dispositivi entro un raggio di poche
decine di metri e li mette in comunicazione attraverso onde radio operando nella banda
intorno ai 2,4 GHz.
Si tratta di una tecnologia senza fili che realizza una comunicazione point-to-point tra due
dispositivi, di cui uno sarà il master e l’altro lo slave, oppure una comunicazione point-tomultipoint, dove un solo dispositivo master è connesso a più dispositivi slave realizzando
23
in questo modo una rete la cui topologia è detta “piconet”.
Per ridurre al minimo le possibili interferenze tra i dispositivi che sono concentrati in un
raggio di circa 10 metri, Bluetooth suddivide la banda di frequenze assegnate in 79 canali
e provvede alla commutazione tra i canali 1600 volte al secondo utilizzando la tecnica del
frequency hopping.
Questa tecnologia inoltre suddivide i dispositivi che ne sono dotati in 4 categorie che
differiscono per potenza di trasmissione e distanza coperta, ed è comunemente utilizzata
per lo scambio di piccole quantità di dati tra due device, la prima classe è quella a potenza
maggiore e può arrivare a coprire un raggio di 100 metri.
Bluetooth Low Energy (BLE), conosciuta anche come Bluetooth Smart, è la versione di
Bluetooth costruita per l’Internet of Things, si tratta di una versione migliorata dal punto
di vista energetico che la rende particolarmente adatta a dispositivi che traggono energia
da tecnologie Energy Harvesting o che lavorano per lunghi periodi e hanno quindi la
necessità di minimizzare il consumo energetico [18].
Rispetto alla tecnologia standard, questa versione consuma appena un centesimo della
potenza media e l’assorbimento di corrente di picco è limitato a soli 15 mA a fronte di
40mA per i dispositivi dotati di Bluetooth classico, ciò consente una durata di una batteria
a bottone singola di mesi o addirittura anni a seconda dell’applicazione, a fronte però di
una velocità di trasmissione di molto inferiore [19].
2.5.2 ZigBee
ZigBee è una tecnologia nata nel 2004 e standardizzata dalla ZigBee Alliance sulla base
dell’IEEE 802.15.4 con l’obiettivo di creare reti wireless a basso consumo energetico.
Supporta topologie di rete a stella o a maglia, nel primo caso tutti i nodi della rete sono
24
collegati ad un nodo centrale, nel secondo caso invece ogni nodo è collegato a tutti gli altri
in un’architettura Peer-to-Peer.
Lo standard definisce tre tipi di dispositivi all’ interno della rete :
• ZigBee Coordinator: è il dispositivo più intelligente all’ interno di una rete ZigBee,
che ne può contenere al massimo uno. Questo dispositivo memorizza le
informazioni riguardanti la rete in cui si trova, agisce come deposito per le chiavi
di sicurezza e costituisce il ponte fra più reti ZigBee.
• ZigBee Router: sono dispositivi che fanno da router intermedi all’ interno della rete
e che permettono pertanto lo scambio di dati all’ interno della rete stessa.
• ZigBee End Device: sono i nodi della rete che possono comunicare soltanto con il
nodo padre che sia Router o Coordinator, per cui non hanno la possibilità di inviare
i dati ricevuti da altri device. Rappresentano pertanto i dispositivi più economici
della rete, inoltre sono disegnati per rimanere in uno stato di low-power sleep
mode e svegliarsi solo nel caso in cui ci siano dati da inviare al nodo parent [20].
Nella sua prima versione questo standard prevedeva l’utilizzo di singole reti ognuna
dedicata ad una singola applicazione, consentendo ai produttori di inserire solo limitate
funzionalità nei loro dispositivi. Con la sua ultima versione invece, ZigBee 3.0, le diverse
sottoreti sono unite in un’unica grande rete a maglia che permette l’estensione della
connettività a milioni di dispositivi indipendentemente dall’ambito applicativo.
Inoltre, la nuova versione dello standard introduce la compatibilità con il protocollo IP
oltre che la tecnologia ZigBee Green Power, che assicura la connettività anche ai
dispositivi privi di batteria e alimentati grazie a tecniche di Energy Harvesting riducendo
al minimo il consumo energetico per la gestione della rete e per la comunicazione tra i
dispositivi [21].
2.5.3 Wi-Fi HaLow
Wi-Fi è una tecnologia per le reti wireless che mette in comunicazione due o più terminali
25
(host) costituendo tra essi una rete locale senza fili (WLAN), basandosi sulle specifiche
dello standard IEEE 802.11.
Le reti Wi-Fi richiedono un consumo energetico relativamente alto per assicurare una
connessione ad alta velocità di trasmissione e garantire un raggio di copertura
relativamente alto.
Nelle nostre abitazioni o negli uffici infatti, l’utilizzo di questa tecnologia ha trovato largo
impiego grazie alla disponibilità della rete elettrica e alla presenza di un ambiente
relativamente poco esteso tale da essere coperto interamente, ma questi fattori
rappresentano tuttavia un’enorme limite per quanto riguarda le reti di sensori o le reti di
dispostivi intelligenti. Nella figura è infatti mostrato come a differenza delle altre
tecnologie di comunicazione trattate, la tecnologia Wi-Fi non sembra soddisfare le
necessità dell’ecosistema Internet of Things soprattutto in termini energetici.
Figura 9: Differenze tra tecnologie wireless [40]
Per sopperire a queste mancanze è nato Wi-Fi HaLow, presentato dalla Wi-Fi Alliance in
26
occasione del CES 2016 di Las Vegas, un nuovo standard che si pone l’obiettivo di entrare
a far parte del mercato in maniera consistente già nel 2018.
Wi-Fi HaLow si basa sul protocollo IEEE 802.11ah per le reti senza fili ed è usato ad una
frequenza operativa pari a 900MHz, inferiore rispetto a quelle utilizzate dalle reti
convenzionali che operano nelle bande di 2.4 o 5GHz. Inoltre questo nuovo tipo di rete si
basa su uno scambio dei dati che non avviene in maniera continua e a velocità di
trasmissione elevate, bensì in maniera periodica, concentrata e ad una velocità di
trasmissione molto più contenuta, ben adattandosi alle esigenze energetiche dei dispositivi
IoT [22].
I vantaggi di questa nuova tecnologia si traducono in un raggio d’azione quasi
raddoppiato e in una capacità maggiore di trasmettere il segnale in maniera robusta
attraverso muri, barriere architettoniche o barriere ambientali negli ambienti più ostici, il
tutto abbassando notevolmente i consumi rispetto alle reti Wi-Fi convenzionali [23].
27
Capitolo 3: Le applicazioni dell’ Internet of Things
L’Internet of Things si basa sull’ idea di interconnettere tutti i dispositivi intorno a noi in
un’unica grande rete che possa in qualche modo migliorare le nostre vite.
Esistono moltissimi domini applicativi per l’IoT, classificabili in base al loro ambito di
utilizzo (business o consumer), alla copertura e al tipo di rete su cui operano.
Illustreremo in questo capitolo alcune delle più rilevanti applicazioni dell’Internet delle
Cose rese possibili e attuabili grazie alle tecnologie abilitanti precedentemente discusse,
tra le quali alcune sono ormai già diventate una realtà tangibile nelle nostre vite, altre
invece stentano a decollare ma rappresentano allo stesso modo delle innovazioni talmente
grandi da poter sconvolgere le nostre abitudini.
3.1 Smart Building e Smart Home
La differenza tra edifici intelligenti e case intelligenti sta nel pubblico al quale queste
applicazioni sono rivolte, si parla infatti di Smart Buildings quando ci si riferisce ad un
ambito professionale, mentre si parla di Smart Home per riferirsi alla domotica, detta
anche home automation, in ambito domestico.
Gli obiettivi di queste applicazioni sono duplici: da un lato ottimizzare il consumo di
energia dei vari dispositivi che si trovano in case, uffici ed edifici riducendo anche gli
sprechi di risorse quali acqua o elettricità, dall’altro garantire sicurezza e comfort agli
28
utenti dei nuovi “edifici intelligenti”.
Ciò è possibile attraverso una rete di oggetti intelligenti che sono in ogni momento
accessibili e controllabili da remoto, ma anche indipendenti al punto da prendere decisioni
autonome in caso di necessità.
I dispositivi sono connessi in un sistema detto Building Automation System (BAS) che si
basa su standard di comunicazione come il Wi-Fi e permette di controllare tutti i oggetti
presenti nell’edificio intelligente: dal termostato passando per il frigorifero fino alla
lavatrice, alle telecamere di sicurezza e alle lampadine intelligenti.
Con questo sistema un singolo utente può tenere traccia di ogni aspetto della sua casa
attraverso un tablet o uno smartphone o modificare il comportamento dei dispositivi a
seconda della situazione. Inoltre tali dispositivi possono interagire fra loro per prevenire
eventuali disastri come incendi, sorvegliare l’edificio in assenza del proprietario,
modificare la temperatura di un ambiente rispetto al numero di persone che sono presenti o
avvisare gli utenti quando i consumi energetici sono troppo elevati garantendo in questo
modo efficienza e sicurezza [7].
Numerose sono le aziende che negli ultimi anni si sono interessate al mercato dell’home
automation, tra le quali Google, Apple e Samsung:
• Google Nest è un progetto che include un termostato intelligente, capace di rilevare
automaticamente la presenza di persone in casa e di calcolare il tempo necessario a
far scendere o salire la temperatura, due telecamere di sorveglianza per ambienti
esterni ed interni capaci di avvisare quando c’è movimento e di connettersi allo
smartphone per fungere da altoparlante per l’utente che desideri far ascoltare la sua
voce e infine un rilevatore di fumo e monossido di carbonio che avvisa l’utente
tramite messaggi vocali in caso di incendio a combustione rapida [24].
• L’HomeKit di Apple è una tecnologia che permette di controllare svariati
dispositivi per l’uso domestico, attraverso l’utilizzo di qualsiasi tipo di device iOS
29
e l’integrazione con Siri. E’ possibile pertanto comandare dispositivi che riportano
la dicitura “Works with Apple HomeKit”, che comprendono sensori, serrature,
videocamere,
finestre,
prese
elettriche,
cancelli
automatici,
impianti
di
illuminazione e molto altro, attraverso comandi vocali o l’applicazione Casa di
Apple [25].
• Samsung Smart Home è una tecnologia che permette di gestire con un’unica
applicazione diversi dispositivi che vanno da frigoriferi e lavatrici fino alle ormai
comuni Smart TV. Gli utenti possono utilizzare fotocamere integrate nei dispositivi
per visualizzare dallo smartphone lo stato della casa, oppure essere avvisati quando
un’attività di manutenzione è necessaria. Una delle innovazioni più importanti è
rappresentata dai frigoriferi della linea “Family Hub”, dotati di schermo LCD su
cui riprodurre lo schermo dello smartphone o della Smart TV, e di un sistema
intelligente in grado di aggiornare l’utente sui prodotti presenti e la relativa data di
scadenza.
3.2 Healthcare
L'assistenza sanitaria intelligente è un ambito in cui l’Internet of Things fornisce una
prospettiva perfetta, in quanto numerose sono le applicazioni rese possibili proprio grazie
alla sua diffusione ed esse possono essere racchiuse in 3 principali categorie [26]:
• Localizzazione di oggetti e persone: grazie all’Internet delle Cose è possibile tenere
traccia della posizione dei pazienti e dei dispositivi medici in tempo reale, in modo
da migliorare in modo notevole il ritmo di lavoro negli ospedali e nelle strutture
mediche grazie a operazioni di monitoraggio pazienti e di inventario molto più
semplici e veloci e prevenire furti o perdite di importanti strumenti o prodotti.
• Identificazione dei pazienti: attraverso un’immediata identificazione dei pazienti è
possibile prevenire sgradevoli incidenti quali somministrazione di farmaci sbagliati
30
(o dosi sbagliate) ed esecuzione di procedure scorrette per il paziente in questione.
In questo ambito inoltre le innovazioni rese possibili dall’ IoT permettono di
identificare correttamente i neonati prevenendo spiacevoli confusioni.
Per quanto riguardo lo staff medico l’autenticazione e identificazione di medici,
infermieri e operatori assicura operazioni più veloci nel garantire l’accesso alle
strutture nonchè una capacità maggiore di affrontare i problemi dei pazienti.
• Acquisizione automatica dei dati relativi ai pazienti attraverso sensori: grazie a
questo tipo di applicazioni l’Internet of Things permette di monitorare i pazienti a
distanza utilizzando dispositivi sensoristici in grado di tenere traccia dei parametri
vitali dei pazienti quali frequenza respiratoria, pressione del sangue o temperatura
corporea. Questo rappresenta un enorme vantaggio rispetto al ricovero in ospedale
per i pazienti più anziani o i malati cronici, e un enorme risparmio per il sistema
sanitario.
Oltre a queste applicazioni, l’Internet of Things sta inoltre rivoluzionando il mondo dei
dispositivi medico-sanitari, infatti sempre più frequenti sono le innovazioni tecnologiche
in questo ambito, che vanno da dispositivi in grado di monitorare in maniera completa
pazienti asmatici e fornire spiegazioni sulla terapia da seguire, a lenti a contatto in grado di
tenere sotto controllo i livelli di glucosio nel sangue dei pazienti diabetici [27].
3.3 Industrial IoT, Industria 4.0 e Smart Manufacturing
Sempre più spesso negli ambiti aziendali ed industriali si sente parlare di Internet of
Things e di quarta rivoluzione industriale, anche detta Industria 4.0.
L’Industrial Internet of Things (IIoT) rappresenta l’estensione della visione dell’Internet
delle Cose al mondo industriale e manifatturiero, che dovrebbe aiutare a migliorare l’
efficacia operativa e l’efficienza della produzione industriale facendo crescere
competitività e produttività delle aziende [28].
31
Questa nuova declinazione dell’Internet delle Cose è considerata una delle tecnologie
abilitanti per lo sviluppo di un nuovo concetto di produzione, la Smart Manufacturing, che
si basa sull’utilizzo totale delle tecnologie IoT in tutte le fasi della catena di produzione
dei prodotti, e della quarta rivoluzione industriale.
Giovanni Miragliotta, direttore dell’Osservatorio Internet of Things del Politecnico di
Milano, parla dell’Industrial IoT riferendosi ad esso come l’integrazione di sensori,
automazione, reti e software analitici in una logica che unisce alla produzione tradizionale
il supporto degli “oggetti intelligenti”.
Un tipico macchinario industriale supportato da tecnologia IoT è in grado ad esempio di
tenere traccia del numero di cicli svolti, del ritmo di produzione o delle giacenze in
magazzino; è in grado di segnalare un guasto ad altri macchinari ma anche di avvisare che
un intervento di manutenzione ordinario o straordinario sarà necessario entro un
determinato numero di cicli. Inoltre l’estensione di questo paradigma a tutti o quasi i
macchinari aziendali permette di monitorare in tempo reale l’andamento della produzione
dell’intera industria ottenendo sia informazioni aggregate che riguardanti le singole fasi,
ciò permetterebbe ad esempio a multinazionali con più di un impianto industriale di
visualizzare i processi produttivi da un punto di vista globale e specifico.
Applicazioni utili per lo Smart Manufacturing sono inoltre la tracciabilità di tutti i prodotti
all’interno della fabbrica tramite tecnologia RFID, reti di sensori per il monitoraggio
dell’efficienza energetica, sistemi di controllo qualità in tempo reale.
Tutto ciò si traduce in risultato finale di incredibile miglioramento dell’efficienza, poiché
le aziende che adottano questa tecnologia migliorano il controllo dei processi,
minimizzano i ritardi dovuti a guasti o a mancanze di forniture e abbassano di molto i
costi. Tutto ciò porterà verosimilmente alla scomparsa dalle fabbriche di alcune figure
lavorative poco specializzate ma alla crescente richiesta di analisti, designer e “ingegneri
4.0” [29].
32
3.4 Smart Energy e Smart Grid
Una smart grid è una rete per la distribuzione dell’energia elettrica che si basa, a
differenza di quelle classiche che diffondono l’ energia da pochi generatori o centrali a un
grande numero di utenti, sulla sua gestione intelligente permettendo un utilizzo razionale
dell’energia stessa, minimizzando eventuali sovraccarichi e variazioni della tensione
elettrica intorno al suo valore nominale e permettendo anche una generazione distribuita
nei nodi periferici della rete di distribuzione attraverso fonti di energia rinnovabile.
La smart grid rappresenta una rete per l’energia simile a quella che Internet rappresenta
per le informazioni, permette infatti lo scambio di “pacchetti di energia” non in maniera
unidirezionale, dalle centrali ai consumatori, ma da un nodo all’altro della rete in maniera
intelligente e flessibile, a seconda cioè del fabbisogno energetico [30] [31].
Attraverso l’avvento delle tecnologie Internet of Things questa nuova rete digitale
dell’energia non è così distante e tantissime sono le prospettive aperte dalle nuove reti di
dispostivi intelligenti che, tenendo traccia di ogni aspetto riguardante la fornitura di
energia elettrica, permettono un’analisi predittiva della rete, una gestione migliore delle
richieste di maggiore o minore consumo da parte degli utenti e quindi un notevole
risparmio energetico. Tra le principali funzioni di una smart grid ci sono [32] :
• Autoriparazione: utilizzando sensori e sistemi di controllo capaci di elaborare i dati
raccolti sulla gestione dell’ energia, è possibile individuare e anticipare i problemi
sulla rete.
• Riduzione dei costi di manutenzione.
• Partecipazione dei consumatori: i consumatori di energia possono beneficiare di una
notevole riduzione dei costi attraverso l’integrazione della Smart Grid con, ad
esempio, i dispositivi intelligenti che compongono la Smart Home, richiedendo
alla rete la quantità di energia strettamente necessaria. Inoltre per gli utenti è molto
33
più semplice immettere energia in rete nel caso in cui si disponga di piccoli
impianti per l’energia rinnovabile come pannelli fotovoltaici.
• Resistenza agli attacchi: le tecnologie della rete intelligente consentono di
individuare e rispondere ad eventuali interruzioni manuali della fornitura elettrica.
• Aumentare la capacità di produzione di energia rinnovabile: ciò garantisce un minor
impatto ambientale e il rispetto delle normative vigenti in ambito emissioni di
carbonio da parte di utenti e aziende.
3.5 Smart Mobility
La rete intelligente alla base della visione dell’Internet of Things, ha reso possibile
l’estensione della rete anche al settore della mobilità, sia per quanto riguarda automobili e
mezzi di trasporto urbani, sia per ciò che concerne linee ferroviarie, aeree e mezzi di
trasporto navali.
L’idea di tecnologia applicata alle automobili non può che indurre a pensare ai sistemi di
navigazione satellitare diffusi intorno ai primi anni 2000 che però oltre ad essere molto
costosi, consistevano in ricevitori GPS (Global Positioning System) in grado di
determinare la posizione dell’auto in maniera unidirezionale. Erano infatti i satelliti a
trasmettere i dati ai ricevitori che a loro volta fornivano al guidatore assistenza nella
navigazione stradale indicandogli il percorso da seguire sulla base di informazioni statiche
(mappe) presenti nella propria memoria.
Con la visione dell’Internet of Things i ricevitori GPS determinano ancora la posizione,
ma ora trasmettono i dati di posizione ad un proprio server. Il server invia al ricevitore le
mappe necessarie solo per quell’area. Questo riduce di molto il costo del navigatore e
rende molto più semplice mantenere le mappe aggiornate.
Ma la rete intelligente non si limita alla possibilità di conservare dati, può anche offrire
servizi di calcolo, può monitorare il progresso sul percorso ed accorgersi, ad esempio, di
34
quando il traffico rallenta oltre la media, può indicare condizioni sfavorevoli quali
incidenti o lavori stradali e segnalare in tempo reale il percorso più veloce per giungere a
destinazione [33].
Questo concetto è ciò che sta alla base dell’idea di Smart Car o Connected Car,
un’automobile dotata di innumerevoli sensori, connessa ad Internet ed in grado di
“parlare” con altre auto, semafori, centrali di infomobilità e fornitori di servizi
(parcheggio, assistenza stradale), ma come detto in precedenza la tecnologia IoT si sta
estendendo non solo ai sistemi di trasporto urbani ma anche a quelli ferroviari e aerei.
Sempre più spesso infatti, ci si riferisce ai sistemi di trasporto moderni con il termine
Intelligent Trasport System.
Nel 2016 ad esempio Trenitalia ha annunciato l’impiego di dispositivi e tecnologie
Internet of Things per la manutenzione dinamica dei treni, con l’obiettivo di minimizzare i
ritardi dovuti a guasti e di assicurare ai clienti un viaggio più sicuro e veloce [34].
Per quanto riguarda la mobilità aerea invece, secondo il Fast Travel Program di IATA
(International Air Transport Association), entro il 2020 l’80% dei passeggeri gestiranno in
modalità self-service le sei fasi del viaggio: check-in, etichettatura e imbarco bagagli,
controllo documenti, imbarco automatizzato, rebooking dei voli e ritiro bagagli, mentre
secondo Nigel Pickford, Director Market Insight di SITA l’industria del trasporto aereo
ora si rivolge all’Internet delle Cose per offrire ai passeggeri un’esperienza più connessa;
nel frattempo gli aeroporti lavorano alla realizzazione delle infrastrutture per supportare
questa tecnologia. Insieme queste iniziative permetteranno un miglioramento delle
operazioni e guideranno un cambiamento di passo nell’esperienza dei passeggeri [35].
35
Conclusioni
Con questo elaborato ho voluto brevemente analizzare gli aspetti fondamentali di questa
nuova prospettiva tecnologica, l’Internet of Things, partendo dal suo significato e dalle
tecnologie che hanno permesso la sua diffusione fino ad arrivare a discutere di alcuni degli
aspetti delle nostre vite che verranno inevitabilmente rivoluzionati con l’ arrivo di questa
tecnologia. Dal mio punto di vista di prossimo ingegnere informatico, non posso che
essere incuriosito e stimolato nei confronti dell’avanzare di questa prospettiva, che si pone
l’obiettivo concreto di migliorare le nostre vite.
36
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40
