#SmartMe per BeDigital

CHALLENGE: SMART CITY AUTORE: Antonio Puliafito ­ Università degli studi di Messina AZIENDE SPONSOR: EY

1) CHALLENGE SMART CITY

PIATTAFORMA #SMARTME

#SmartME è una piattaforma aperta per l’Internet delle cose (paradigma noto come Internet of Things – IoT) realizzata dall’Università degli Studi di Messina. Nata da una iniziativa di crowdfunding, si è evoluta in una piattaforma avanzata costituita da una infrastruttura distribuita di sensori, attuatori e oggetti intelligenti disseminati sul territorio della città di Messina e connessi alla rete Internet. La piattaforma permette agli oggetti che popolano la città di interagire e comunicare tra loro raccogliendo dati e informazioni allo scopo di sviluppare servizi innovativi per la cittadinanza e rendere la città intelligente, ossia “smart”.

PIATTAFORMA #SMARTME

Descrizione dello Scenario

Punti di Forza

Tecnologie ed Innovazioni alla base

Stack4Things

Attività Scientifica per Stack4Things

#SmartME4Home

Descrizione del Problema

Tecnologie ed Innovazioni alla base

Benefici apportati

Descrizione dello Scenario Le città sono fatte di oggetti con cui i cittadini interagiscono quotidianamente: arredi urbani, edifici pubblici, mezzi di trasporto, monumenti, strade, illuminazione pubblica e tanto altro. L’Internet delle Cose immagina che tali oggetti siano resi intelligenti, connessi alla rete Internet e in grado di interagire tra loro e con l’ambiente esterno, dialogando e comunicando dati e informazioni. Ogni oggetto nell’Internet delle Cose può essere reso riconoscibile e “sociale”, diventando collettore e distributore di informazioni sulla mobilità, il consumo energetico, i servizi e l’assistenza al cittadino, l’offerta culturale e turistica e molto altro ancora. Mediante l’utilizzo di schede basate su microcontrollori a basso costo, ad esempio Arduino Yun, installate sugli autobus, sui lampioni, sugli edifici delle istituzioni cittadine, solo per elencare alcune possibilità, la piattaforma #SmartME si pone l’obbiettivo di creare una rete di oggetti intelligenti che può assumere la dimensione di una città. Tale rete sarà inoltre arricchita da sensori e attuatori disseminati sul territorio in grado di monitorare parametri generali come la qualità dell’aria, il rumore, la temperatura o specifici e aggregati come l’erosione delle colline, il traffico veicolare, lo stato delle strade. I cittadini possono diventare parte di questa rete attraverso l’utilizzo di dispositivi smartphone con i quali sarà possibile interagire con gli oggetti, ad esempio venendo informati in tempo reale sulla posizione dei mezzi pubblici o dialogando con un monumento per scoprirne la storia o la tecnica realizzativa. Ancora, accendendo ai servizi sviluppati sull’infrastruttura, è possibile ricevere segnalazioni in caso di emergenza o essere guidati verso un parcheggio libero in una zona affollata. Inoltre, i cittadini diventeranno essi stessi dei produttori di dati contribuendo, se lo vogliono, alla raccolta di informazioni che possono essere automaticamente collezionate dai loro smartphone o esplicitamente fornite mediante segnalazioni, fotografie o interazioni con i social network. Tale enorme mole di dati può essere gestite in maniera efficiente facendo ricorso al paradigma del Cloud computing che permette di immagazzinare e processare le informazioni raccolte in server virtuali e sfruttarle per implementare servizi innovativi offerti tramite Internet. Un concetto chiave della piattaforma #SmartME riguarda l’utilizzo di sistemi “open”. Con tale termine ci si riferisce ad un insieme di tecnologie, sia hardware (Open Hardware) che software (Open Source), basate sul principio della condivisione gratuita, libera e aperta della conoscenza e sulla pratica da parte degli autori dei sistemi open di consentire e favorire il libero studio e l'apporto di modifiche da parte di altri collaboratori. L’utilizzo di sistemi open apre la strada alla nascita di comunità virtuali di cittadini, ricercatori, aziende e altri enti interessati che collaborano alla realizzazione ed al continuo aggiornamento dell’infrastruttura e dei servizi erogati. Inoltre, una infrastruttura open di questo tipo rappresenta una piattaforma ICT che stimola la crescita generale del tessuto sociale e imprenditoriale della città favorendo la nascita di innovativi modelli di business, nuove start­up, spin­off universitari o istituzionali, iniziative pubblico­private e gruppi di ricerca formali e informali con ovvie ricadute dal punto di vista occupazionale e culturale.

Punti di Forza La piattaforma #SmartME è costituita principalmente da:

una infrastruttura hardware di nodi intelligenti dotati di sensori e attuatori, distribuiti in differenti punti della città di Messina. Ciascun nodo è connesso alla rete Internet ed è pilotato con microcontrollori a basso costo;

Stack4Things, un framework IoT basato su OpenStack; alcune tecnologie open data per la raccolta, il processamento e la visualizzazione dei dati

provenienti dalla infrastruttura, quindi liberamente accessibili alla cittadinanza (CKAN); una piattaforma di test aperta alla cittadinanza, ai ricercatori ed alle aziende che desiderano

sviluppare nuovi servizi ispirati al paradigma delle Smart City e offrirli liberamente o commercialmente alla comunità.

Prototipo #SmartME

Partners, Aziende, Associazioni #SmartME è stato sin da subito sostenuto da importanti attori del contesto produttivo ed industriale, anche internazionali, mediante l’iniziativa di crowdfunding condotta dall’Università degli Studi di Messina attraverso il CIAM (Centro Informatico d’Ateneo Messinese), dall’ILO (Industrial Liaison Office), e con il patrocinio del Comune di Messina. Tra i principali sottoscrittori:

Libera inc , DH Labs , Meridionale Impianti , Arkimede srl , IDS&Unitelm ,

ATM – Azienda Trasporti Messina , Fondazione di Comunità ‐ Messina , Comune di

Messina

Tecnologie ed Innovazioni alla base

Stack4Things

Stack4Things è un framework IoT (Internet of Things) basato su OpenStack sviluppato dal gruppo di ricerca MDSLab (Mobile and Distributed Systems Lab) dell’Università degli studi di Messina. Stack4Things è un progetto open source che consente di gestire un insieme di dispositivi IoT senza preoccuparsi loro ubicazione fisica, della loro configurazione di rete, della tecnologia sottostante. Si tratta di una soluzione orizzontale Cloud­oriented in grado di fornire capacità di virtualizzazione, personalizzazione, ed orchestrazione ad oggetti IoT.

Le tecnologie presenti nel progetto sono le seguenti:

Stack4Things offre le seguenti funzionalità:

Object virtualization Remote control and customization Fog orchestration Overlay networks of things Fleet management and delegation

Stack4Things è disponibile su GitHub. I principali repository sono i seguenti: Stack4Things IoTronic OpenStack service:https://github.com/MDSLab/s4t‐iotronic Stack4Things IoTronic standalone version:https://github.com/MDSLab/s4t‐iotronic‐standalone Stack4Things lightning­rod: https://github.com/MDSLab/s4t‐lightning‐rod Stack4Things IoTronic Web interface: https://github.com/MDSLab/s4t‐iotronic‐webinterface Stack4Things reverse Websocket tunnel library: https://github.com/MDSLab/node‐reverse‐wstunnel

Attualmente sono in avanzato stato di sviluppo e testing i seguenti servizi: Monitoraggio ambientale Gestione intelligente dei consumi energetici Smart Lighting Smart parking Fleet management

Attività Scientifica per Stack4Things Maggiori dettagli sul progetto software Stack4Things sono reperibili alle seguenti pubblicazioni scientifiche:

G. Merlino; D. Bruneo; S. Distefano; F. Longo; A. Puliafito, Stack4Things: Integrating IoT with OpenStack in a Smart City

context, Proceedings of the 2014 International Conference on Smart Computing Workshops (SMARTCOMP 2014

Workshops), pages 21­28, IEEE Computer Society, Hong Kong, China, 5 November 2014.

G. Merlino; D. Bruneo; F. Longo; S. Distefano; A. Puliafito, Cloud­based network virtualization: an IoT use case, Proceedings

of the 7th International Conference on Ad Hoc Networks (AdHocNets 2015), Lecture Notes of the Institute for Computer

Sciences, Social Informatics and Telecommunications Engineering, Number: 1, Volume: 155, pages ­, Springer Berlin

Heidelberg, San Remo, Italy, 1­2 September, 2015.

F. Longo; D. Bruneo; S. Distefano; G. Merlino; A. Puliafito, Stack4Things: an OpenStack­based framework for IoT,

Proceedings of the 2015 International Conference on Future Internet of Things and Cloud (FiCloud 2015), pages ­, IEEE

Computer Society, Rome, Italy, 24­26 August 2015.

G. Merlino; D. Bruneo; F. Longo; A. Puliafito; S. Distefano, Software DefinedCities: a novel paradigm for Smart Cities through

IoT Clouds, Proceedings of the 2015 IEEE International Conference on Cloud and Big Data Computing (CBDCOM 2015),

pages –, IEEE Computer Society, Beijing, China, 10­14 August 2015.

G. Merlino; D. Bruneo; S. Distefano; F. Longo; A. Puliafito; A.H. Al­Anbuky, A smart city lighting case study on an

OpenStack­powered infrastructure, Sensors, Number: 7, Volume: 15, pages 16314­16335, MDPI AG, 2015.

G. Merlino; D. Bruneo; S. Distefano; F. Longo; A. Puliafito, Enabling Mechanisms for Cloud­based Network Virtualization in

IoT, 2015 IEEE World Forum on Internet of Things (WF­IoT), pages ­, IEEEComputer Society, Milan, Italy, 14­16 December

2016.

CHALLENGE: SMART HOME AUTORE: Antonio Puliafito ­ Università degli studi di Messina AZIENDE SPONSOR: A2A, VODAFONE, ACEA,IREN, INDRA

2) CHALLENGE SMART HOME

#SmartME4Home

Descrizione del Problema Secondo l’ultimo rapporto di IEA (International Energy Agency), “More Data, Less Energy”, il costo degli sprechi energetici mondiali ammonta a ben 60 miliardi di euro all’anno, circa 80 miliardi di dollari. Il riferimento è prevalentemente ai dispositivi come computer, stampanti, modem e illuminazione, che rimangono sempre accesi o in standby negli uffici e nelle aziende, anche negli orari di chiusura. La previsione è che entro il 2020 il problema peggiorerà, toccando i 120 miliardi di dollari. Lo stesso rapporto, infine, calcola che, con accorgimenti tecnici ed un comportamento corretto e più sostenibile, si risparmierebbero 600 TWh, l’equivalente di 200 centrali elettriche a carbone chiuse, con una riduzione delle emissioni di Co2 pari a 600 milioni di tonnellate.

Tecnologie ed Innovazioni alla base All’interno di #SmartME è stato realizzato il sistema Energy Saving Smart Building (ESSB) applicato al contesto #SmartHome. Il sistema ha l’obiettivo di ridurre il consumo di energia elettrica delle apparecchiature elettrico/elettroniche (computer, stampanti, scanner, ecc.) ad esso collegati, togliendo completamente l’alimentazione, quando entrano in fase di standby (inattività). L’isolamento delle apparecchiature dall’alimentazione comporta anche una maggiore durata, in quanto vengono mantenute sotto tensione per un tempo minore, e una maggiore protezione delle stesse se si dovessero verificare degli sbalzi di tensione dovute, ad esempio, a scariche atmosferiche. Anche la manutenzione delle stesse si riduce in quanto si riduce il tempo di utilizzo. Il sistema implementa anche la funzione di accensione e spegnimento automatico dell’illuminazione quando viene rilevata o meno la presenza del personale nell’ambiente di

installazione. Il sistema permette anche di monitorare gli assorbimenti elettrici di tutti dispositivi (elettrici ed elettronici), ad esso connessi, per dare la possibilità, successivamente sulla base dei dati raccolti, di ottimizzare l’uso dell’energia ed intervenire, ove possibile, alla rimodulazione dei contratti di fornitura con il Gestore Elettrico. Il sistema è in continua evoluzione e si sta studiando di implementare ulteriori funzioni, per dare la possibilità di intervenire anche sui consumi del condizionamento e/o riscaldamento. Nello specifico, attualmente il sistema ESSB è composto da un nodo “gestore” (Access Point) e da nodi/sistemi “satellite” che comunicano con il gestore via Bluetooth, in una tipica configurazione di rete gerarchica “a stella” . I sistemi satellite sono di due tipi: Il primo tipo è adatto alla gestione di carichi relativi all’impiego di dispositivi IT (quali personal computer, stampanti o altre apparecchiature elettroniche/informatiche) che, se non utilizzati per un certo periodo di tempo, entrano nella condizione di ‘stand­by’. Il rilevamento di questa condizione consente l’attivazione della procedura di spegnimento dei dispositivi, ovvero di una disconnessione automatica dalla rete elettrica che li alimenta. Grazie ai progressi compiuti nelle diverse fasi di avanzamento delle attività di ricerca e sviluppo prototipale di questo tipo di satellite, è possibile oggi utilizzare lo stesso per il controllo degli impianti di riscaldamento/condizionamento, per i quali è possibile stabilire accensione e spegnimento programmati o secondo precise condizioni ambientali. Il secondo tipo di satellite, invece, è adatto alla gestione dell’illuminazione. Esso consente di accendere e spegnere l’illuminazione in maniera programmata, e di intervenire sull’intensità luminosa in maniera automatica, stabilendo un livello di luminosità soprattutto in funzione delle caratteristiche architetturali/ambientali. Ad esempio è possibile sfruttare ottimamente la luce naturale con notevoli risparmi in termini di costi e riduzione delle emissioni inquinanti legate al consumo di energia elettrica. A tal riguardo, un sensore regola automaticamente l’intensità dell’illuminazione secondo l’apporto che viene dato sia dall’esterno (eventuali vedute) che dalle lampade ubicate all’interno dei locali controllati. Il gestore è connesso alla rete, quindi ad Internet, e pertanto è possibile interrogare e/o gestire i singoli sistemi satellite anche da remoto, eventualmente con apposita App.

Prototipo #SmartME4Home

Benefici apportati Il calcolo sui costi è stato impostato tenendo conto del costo medio del kWh pari a € 0,22 imposte comprese. Il calcolo del risparmio è stato effettuato tenendo conto di 42 ore settimanali lavorative (4 giorni da 9 ore più un giorno da 6). In realtà si verifica che delle linee vengono spente anche

durante le ore di lavoro (ad esempio quando il dipendente si allontana con permesso per più di 30 minuti). Questo calcolo, in ogni caso, non tiene conto dello spegnimento automatico dell’illuminazione e, quindi, del relativo consumo risparmiato. L’ambiente interno all’Università di Messina in cui è attualmente installato il sistema di eliminazione dello standby contiene 9 PC e 2 stampanti. Per la valutazione del risparmio ottenibile con una installazione più consistente, in quasi tutti gli ambienti dell’Ateneo, è ragionevole ipotizzare un ufficio con una media di 3 PC ed una stampante. In queste condizioni il risparmio medio annuale per ufficio potrebbe quantificarsi in circa €60,00. Quindi, ad esempio, per 100 uffici si può ipotizzare un risparmio medio, di solo standby, pari a circa €6.000,00 annuali (valore che potrebbe essere estrapolato per tutti gli uffici dell’Ateneo). In questo calcolo non è stato preso in considerazione il risparmio dovuto allo spegnimento automatico dell’illuminazione. Da studi preliminari, l’inclusione dei sistemi di illuminazione e di condizionamento tra quelli gestiti dal sistema, porterà ad un aumento del risparmio energetico di circa due ordini di grandezza. La sperimentazione e’ attualmente in corso presso i locali del Centro Informatico di Ateneo.