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iNebula Connect | aprile 2016

iNebula Connect Piattaforma multifunzione per sistemi IoT

Stefano Della Valle VP Executive Sales & Mktg - iNebula


I.O.T.

Internet Of Things

Ovvero la possibilità di controllare e comunicare con oggetti a distanza via internet

Siamo sicuri che si tratti di una novità?


Le nuove frontiere della comunicazione per collegare “cose”

• La vera innovazione dell’IOT non è nelle «cose» e non risiede nel fatto che «cose» comunichino con un sistema centrale

• La novità consiste nel fatto che il prezzo delle «cose» è in rapida discesa verso la decina di Euro.

• Opportunità: si possono raccogliere informazioni anche quando hanno un valore minimo

• Conseguenze: – Si deve rendere praticamente nullo il costo del delivery di un oggetto

– Si deve abbattere il costo della comunicazione tra oggetti e sistemi di raccolta dei dati.


Impatti attesi

Time

IOT M2M

Cost of Deployment

Time

IOT M2M

10$ – 40$

1 $

Modem cost

Time

IOT M2M

50$ – 1.000$

2 $

Provisioning cost


Comunicazione prima dell’IOT e domani….

• La comparsa del termine IOT risale al 1999 in relazione alla tecnologia RFID che prometteva di abbattere il costo della comunicazione permettendo la realizzazione di sensori low cost.

• Da decenni tuttavia si usa il termine M2M per definire capacità di oggetti di varia tipologia di comunicare con sistemi centrali o tra loro. In questo caso si trattava sostanzialmente di comunicazione dati attraverso gli operatori mobile, quindi con costi significativi della componente trasporto. Soluzione applicabile quindi solo a dati di elevato valore.

• Oggi si sfidano quattro soggetti: – Operatori mobili con la tecnologia LTE-M,

– Sigfox operatore internazionale specializzato

– Una nuova tecnologia abilitante per nuovi operatori nota con il nome di LoraWAN

– Altre tecnologie innovative che tuttavia non hanno ancora dimostrato significativi vantaggi.


Le tre aree di attenzione dell’IOT

Raccolta dati Ricezione comandi

Elaborazione e presentazione

Trasmissione


Quindi esisteranno solo device low cost ? No. • SMART METERS: dispositivi per la raccolta di dati di valore basso

– Hanno un costo compreso tra le 10 e i 300 €

– Sono limitatamente programmabili

– Generalmente incorporano sensori e sistema di comunicazione

– Utilizzano tecnologie di rete a basso costo tipicamente wireless

• SMART DEVICES: dispositivi per la raccolta di dati di valore alto

– Hanno un costo compreso tra le 200 e i 3.000 €

– Sono multifunzionali e programmabili ad alto livello (dispongono di un sistema operativo)

– Generalmente interfacciano dei sensori ma possono anche incorporarli

– Possono usare molteplici tecnologie di rete


GLI SMART METERS


Piccolo è bello


Il problema del valore del dato

• Gli smart meters sono essenzialmente dei sensori associati a un sistema di comunicazione.

• Devono soddisfare due requisiti:

– Un costo (del prodotto e del sistema di comunicazione) coerente con il valore del dato.

– Il costo dell’installazione minimo, ivi inclusa la non necessità di un alimentatore esterno.

• Questo tipo di dispositivi costituisce già la maggioranza dei dispositivi IOT in uso nel mondo, ma se si vuole andare oltre occorre un sistema di comunicazione che:

– Abbia costi quasi nulli

– Non richieda importanti livelli di energia


LoRaWAN: una nuova possibilità per i sensori low cost

• Low Range Low Power Wide Area Network è una architettura di rete wireless proposta e supportata da una associazione no profit e basata sulla tecnologia wireless LoRA

• Non è un servizio, ma permette di realizzare reti private e pubbliche con minimi investimenti

• Ha importanti caratteristiche: – Lavora su frequenza non licenziata (868 MHz) – Elevata efficienza: 25 mW permettono di trasmettere 100 KB ad almeno 1,5 km di distanza dalla

stazione base – Bidirezionale – Criptata

• Grazie a questo sistema di comunicazione è possibile diffondere capillarmente Smart Meter in grado di

rilevare enormi quantità di informazioni e trasmetterle a costo zero a una piattaforma centrale


LoRa nel mondo reale

Sensori per agricoltura Antenna LoRa

INEBULA CONNECT

Da un minimo di 1.5 a 15 Km di copertura

Collegamento internet xDSL/3G


Alcuni esempi di ambiti applicativi

• Per tutti i seguenti ambiti esistono soluzioni di mercato consolidate, ma la rilevazione del dato a basso costo può moltiplicare l’applicabilità delle soluzioni.

– Rilevazione traffico urbano

– Sensori atmosferici

– Rilevazione presenze

– Gestione parcheggi

– Gestione cassonetti dei rifiuti urbani

– Rilevazione di intrusione illecita

– Rilevazione movimento di mezzi e beni

– Rilevazione della presenza/posizione di animali


GLI SMART DEVICES


Una sola piattaforma per ogni tipologia di device IOT

• iNebula Connect indirizza sia le problematiche di metering low cost che quelle high value.

• Non soltanto permette di gestire oggetti complessi, ma di correlare dati provenienti da diverse tipologie di dispostivi. In real time.

Smart Device Smart Meter/Sensor

INEBULA CONNECT

WiFi Ethernet

3G/4G

LoraWAN SigFox LTE-M …..


I.O.T.

Internet of things

Intelligence

of things

Smart device


Il vantaggio dell’intelligenza distribuita

• Quando si devono trattare dati di elevato valore il vantaggio di una piattaforma IOT consiste nel fornire informazioni significative in realtime

• Tuttavia, la raccolta di volumi di dati «elementari» da post - elaborare centralmente non è necessariamente la strategia più efficacie: – Grandi quantità di dati sono più facili da elaborare in batch, quindi i dati significativi sono disponili

dopo ore, a volte giorni. – Trasferire enormi quantità di dati in real time richiede canali di comunicazione costosi.

• L’alternativa consiste nel distribuire alcune funzioni di elaborazione direttamente sui

dispositivi che raccolgono questi dati in modo da ridurre la mole di dati trasmessi inviando informazioni già parzialmente significative.

Questo implica sviluppare software complessi su oggetti eterogenei


Lo sviluppo del device, una problematica complessa

Nello sviluppo di un device che deve avere importanti compiti occorre tenere presente alcuni rischi:

– Stretta dipendenza tra applicazione e sistema operativo

– Stretta dipendenza tra applicazione e sensore

– Difficoltà ad aggiornare il software in presenza di versioni diverse di Hardware e Sistemi operativi

– Problemi di comunicazione e sicurezza

SENSORE

PPIATTAFORMA DI SVILUPPO DI UNO SMART DEVICE

INTERFACCIA DI COMUNICAZIONE

INTERNET

Applicazione

Sistema operativo

Piattaforma IOT


CUSTOM APPs

• iNebula mette a disposizione un kit sw che permette di abbattere sia i costi di sviluppo del dispositivo, sia quelli di gestione

• L’applicazione che rende il device intelligente è totalmente indipendente dall’hardware e dal sistema operativo sottostante

• Il kit è disponile sia in versione enterprise, sia in versione Open Source

Lo sviluppo del device e la sua gestione

Gateway basic services

Network configuration

Op

era

tio

n a

nd

M

anag

em

en

t

CUSTOM APPs

Java VM

Linux

Hardware

Field protoc.

OSGi Application Container

Device Abstraction

Connectivity & delivery Adm

GUI


• La semplice adozione del kit di sviluppo mette a disposizione una vasta gamma di servizi preconfigurati.

• Tra questi la GUI web locale che semplifica la configurazione del dispositivo

Lo sviluppo del device e la sua gestione


Il trasporto dei dati


Il sistema di comunicazione

INTERNET

Piattaforma IOT

INDIRIZZIO IP PRIVATO

FW

INDIRIZZIO IP PUBBLICO

• La connettività di un Smart Device a tre obiettivi: – Inviare dati alla piattaforma – Ricevere dati dalla piattaforma – Raggiungere il dispositivo per manutenzione

• Per una facile raggiungibilità ogni dispositivo

dovrebbe essere dotato di un indirizzo IP pubblico.

• La presenza di un firewall impedisce alla piattaforma di attivare il collegamento

• L’uso delle VPN non è adatto a grandi quantità di apparati e fa crescere il costo del progetto.

• La soluzione è il bus MQTT


Applicazione

Bus di comunicazione e normalizzazione dei dati

• Gli strumenti di sviluppo del dispositivo includono l’interfacciamento automatico al bus MQTT

• Il broker MQTT si collegano al server in uscita da reti private

• La trasmissione del dato avviene in modalità «connection less» attraverso i concetti di «publisher» e «subscriber»: – Ogni applicazione publisher pubblica un dato che il bus consegna

ogni applicazione che ha «sottoscritto» quel dato.

• Il dato è descritto mediante un URI (domain/dev/app/metrica)

che permette di ricercarlo anche nel database della piattaforma IOT.

• La normalizzazione della nomenclatura dei dati elimina la fase di design del database centrale.

Broker MQTT

Applicazione

Server MQTT

Broker MQTT

Firewall

Pia

ttaf

orm

a Sm

art

Dev

.


Gestione del dispositivo via MQTT

• Uno degli importanti vantaggi della piattaforma iNebula Connect consiste nella capacità di interagire con i Smart Device remoti utilizzando il bus MQTT.

• Componenti funzionali, parte del kit di sviluppo, rispondono a comandi inviati dalla piattaforma via MQTT.

• E’ così possibile: – Conoscere lo stato operativo di ogni device in real time,

– Inviare nuove versioni di software o nuovi certificati di sicurezza

– Inviare comandi al sistema operativo e ricevere informazioni sullo stato operativo del device.

– Modificare le configurazioni appicative

– Ecc.


Sicurezza del dispositivo via MQTT

• Uno dei fattori di rischio di un progetto IOT con migliaia o più Smart Device remoti consiste nella sicurezza della device stesso.

• Sicurezza è sinonimo di affidabilità e quindi di disponibilità di un dato attendibile

• La piattaforma iNebula Connect utilizza certificati SSL per cifrare ogni messaggio scambiato e ricevuto con un device remoto.

• Anche la configurazione di device (enterprise) è completamente sicurizzata evitando la necessità di distribuire le password di sistema.

• Non è pertanto possibile clonare un device, alterarne la configurazione, intercettare e modificare un dato.


Device custom o enterprise

Meters in MODBUS su RS485

INEBULA CONNECT

DataGateway con APP

Meter custom realizzati mediante kit di sviluppo ESF e

gestito direttamente alla piattaforma

(RASPBERRY PI o similari)

Smart Object con APP

MQTT/SMS MQTT/SMS

Meters non gestiti con interfaccia SMS, MQTT o COAP anche basato su hw low cost (Arduino o simili)

MQTT SMS COAP


La piattaforma


Gestione Real Time dei dati e visualizzazione

• Sono molteplici le caratteristiche funzionali importanti per una piattaforma IoT ma le più rilevanti sono due:

– Capacità di elaborare e presentare dati in real time

– Profilare in modo puntuale le possibilità che gli utilizzatori hanno di visualizzare e modificare dati e impostazioni

• La capacità di elaborazione real time è un punto fondamentale:

– Permette di creare dati derivati

– Permette di generare allarmi

– Permette di inviare dati significativi ad altre piattaforme senza dover replicare il DB


Profilazione dell’utenza.

• Un importantissima caratteristica della piattaforma IOT è la capaità di profilare in modo preciso le utenze.

• Questo aspetto attiene alla più generale problematica della sicurezza.

• La definizione di ruoli e potenzialità operative non solo previene il rischio di interazioni non previste sui dati, ma permette la strutturazione per livelli di gruppi di lavoro specializzati su aspetti sempre più parzializzati.


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