Internet delle cose (IoT) migliorato e interoperabile

Descrizione

L'Internet delle cose (IoT) è un'innovazione tecnologica in continua e rapida crescita, che mira a rendere le nostre attività quotidiane sempre più connesse digitalmente. Grazie a una maggiore interconnessione e a una migliore analisi dei dati, l'IoT consente una capacità decisionale più efficiente e informata.

Ciò avviene rendendo gli oggetti fisici di tutti i giorni abilitati all'uso di internet, grazie alla loro combinazione con sensori, capacità di elaborazione e altri software che consentono la condivisione e lo scambio di dati. Questo processo promette di "trasformare il nostro modo di lavorare, vivere e giocare" (Singhania, 2015). Questa fusione tra fisico e virtuale consente di fornire soluzioni smart city più innovative ai problemi urbani del mondo reale. In prima linea nella trasformazione digitale, l'IoT può aiutare in ogni tipo di scenario, dalla congestione del traffico al monitoraggio delle case intelligenti, dall'efficienza energetica a un'ampia gamma di questioni legate alla sicurezza.

Attualmente, però, sebbene sul mercato esistano numerosi dispositivi abilitati all'IoT, molti dei quali sono stati implementati per contribuire al miglioramento delle infrastrutture comunali, il potenziale della tecnologia spesso non viene raggiunto. Ciò è dovuto all'esistenza di diversi standard di rete e di dispositivi, che limitano la capacità dei dispositivi che non condividono tali standard di interconnettersi, parlare tra loro e quindi condividere i dati per ottimizzare la capacità della rete. La risposta a questo problema è l'IoT potenziato o interoperabile, che consente un'integrazione e un'interconnessione perfetta dei dispositivi abilitati all'IoT, ampliando enormemente il potenziale di utilizzo di questa tecnologia per la risoluzione dei problemi delle città intelligenti.

Molte soluzioni tecnologiche urbane possono funzionare meglio e in modo più efficace quando lavorano insieme all'interno di un sistema connesso. Ad esempio, i pendolari potrebbero trarre vantaggio dal sapere quale sia il percorso migliore da seguire grazie alle informazioni aggiornate sul traffico e allo stesso tempo conoscere lo stato attuale dei parcheggi. Senza il feedback dei dati da parte di tutti i dispositivi coinvolti, queste informazioni non possono essere fornite in modo affidabile. Tuttavia, non esiste uno standard universale per i dispositivi abilitati all'IoT a causa della relativa novità della tecnologia. Questo riduce la capacità dei dispositivi di connettersi tra loro e di condividere i dati, limitando essenzialmente la capacità delle soluzioni IoT. Questo problema deve essere risolto per sfruttare il vero potenziale delle tecnologie abilitate a Internet.

Uno dei vantaggi dell'IoT è quello di monitorare l'utilizzo dei dispositivi attraverso l'analisi dei dati. Questo può aiutare a limitare l'inefficienza energetica dei dispositivi utilizzati in un'ampia gamma di attività. Senza i dispositivi connessi a internet o senza quelli in grado di comunicare tra loro, la condivisione di dati importanti per l'analisi delle infrastrutture cittadine è fortemente limitata. Senza tale analisi, non sarà chiaro il funzionamento delle infrastrutture urbane e delle soluzioni smart city.

Fonte: Vasilov, L. (2021) Knowledge byte: Elementi costitutivi dell'architettura IOT, Cloud Credential Council. Disponibile all'indirizzo: https://www.cloudcredential.org/blog/knowledge-byte-building-blocks-of-iot-architecture/ (Accesso: 1 novembre 2022).

Modello di valore

Fonte: Bhayani, Malay & Patel, Mehul & Bhatt, Chintan. (2016). Internet delle cose (IoT): In un mondo intelligente. 10.1007/978-981-10-0767-5_37.

Fonte: Rosil, M. e Muts, I. (2022) Il costo dell'IoT: Soluzioni IoT pronte all'uso vs. soluzioni IoT personalizzate, Euristiq. Disponibile all'indirizzo: https://euristiq.com/cost-of-iot/.(Accesso: 8 novembre 2022).

Contesto cittadino

Le città intelligenti utilizzano le tecnologie informatiche per trasformare in modo positivo le operazioni, il lavoro e la vita dei cittadini (Harmon et al., 2015). L'integrazione di sistemi intelligenti con prodotti e servizi intelligenti basati sull'IoT in un contesto di città intelligenti richiede il soddisfacimento delle seguenti condizioni:

• Sensori: Per i prodotti intelligenti basati sull'IoT, i sensori sono componenti necessari. Questi sensori genereranno un'enorme quantità di dati.
• Sicurezza: Una rete di smart city è soggetta ad attacchi informatici. Autenticando gli utenti, gli utenti autorizzati possono accedere in modo sicuro.
• Tolleranza ai guasti/sicurezza: In caso di interruzione di corrente o di disastro, l'infrastruttura critica dei componenti IoT deve essere tollerante ai guasti e a prova di errore.
• Raccolta di energia: I sensori intelligenti dell'IoT devono essere integrati con processi di raccolta dell'energia affinché i dispositivi possano funzionare per 10, 15 o 20 anni senza l'intervento umano.
• Connettività: Sia i sensori lenti che quelli veloci sono supportati dalla rete IoT. Pertanto, la connettività dei dati può essere ottenuta attraverso la visualizzazione in rete e lo streaming in tempo reale.
• Gestibilità: La rete IoT deve includere strumenti che consentano la gestione remota di questi dispositivi perché un numero significativo di dispositivi e sensori intelligenti può essere distribuito geograficamente su lunghe distanze.
• Dispositivi in rete mesh: I dispositivi IoT devono essere in grado di connettersi tra loro senza utilizzare un backend, distribuire i dati tra i nodi finali e parlare con altri dispositivi vicini per l'elaborazione di gruppo.
• API aperte per i cittadini per consentire la creazione di servizi: La rete per le città intelligenti dovrebbe consentire l'accesso a dati condivisi e ampiamente utilizzati e fungere da piattaforma per l'implementazione di applicazioni innovative.
• Backend o archiviazione in cloud: I dati e le statistiche vengono salvati, analizzati e post-elaborati nell'archivio e possono essere utilizzati per effettuare scelte su larga scala nel tempo.
• Comunicazione della rete di sensori: I dispositivi IoT devono comunicare utilizzando una serie di canali.

Il successo dell'implementazione dell'IoT può essere responsabile di diversi vantaggi evidenti per le città, tra cui il miglioramento delle infrastrutture e dei servizi che forniscono quotidianamente ai cittadini e ai visitatori, oltre che delle loro operazioni interne. Data l'ampia e diversificata varietà e applicazione della tecnologia IoT, il contesto in cui si inserisce a livello cittadino è spesso altrettanto ampio.

Fonte: Harmon, Robert & Castro-Leon, Enrique & Bhide, Sandhiprakash. (2015). Città intelligenti e Internet delle cose. 485-494. 10.1109/PICMET.2015.7273174.

Fattori di supporto

Il successo dell'implementazione dell'IoT può essere responsabile di numerosi vantaggi per le città, tra cui il miglioramento delle infrastrutture e dei servizi che forniscono quotidianamente ai cittadini e ai visitatori, oltre che delle loro operazioni interne. Data l'ampia e diversificata varietà e applicazione della tecnologia IoT, il contesto in cui si inserisce a livello cittadino è spesso altrettanto ampio.

Tuttavia, ci sono una serie di fattori che limitano questo processo. Tra questi, il problema già evidenziato dei molteplici standard dei dispositivi abilitati all'IoT. Dipende quindi in parte dalle città assicurarsi di richiedere l'uniformità degli standard ai propri fornitori di tecnologia e garantire l'utilizzo di piattaforme che consentano l'operatività tra gli standard. La proattività delle città è importante per garantire che tutte le tecnologie innovative e intelligenti possano comunicare tra loro.

I fattori di supporto per l'IoT includono:

• Alleviare le preoccupazioni dei cittadini riguardo all'utilizzo di tecnologie futuristiche, come ad esempio i problemi di sicurezza, come l'hacking dei dati personali e i problemi di privacy.
• Garantire che tutti questi dispositivi "parlino la stessa lingua" in modo che l'IoT possa funzionare come dovrebbe e consentire una vera interconnessione.
• Evitare il problema delle isole disconnesse delle reti IoT.

Iniziative del governo

Le iniziative governative e le azioni a livello europeo che supportano la diffusione delle tecnologie IoT comprendono:

• Esistono piani strategici digitali su scala europea che cercano attivamente di promuovere e sviluppare la cooperazione con i principali stakeholder del settore. Tra questi vi sono le imprese digitali, le organizzazioni non governative e il mondo accademico (Commissione europea, Strategia digitale 2020). Inoltre, l'UE ha una strategia per i dati, che garantisce che le proposte politiche e le soluzioni legali per la semplificazione delle questioni relative ai dati possano essere attuate oltre i confini nazionali, all'interno dell'area del mercato unico.
• Un'altra iniziativa chiave è l'area d'intervento Digitalizzazione dell'industria europea (DEI), in cui l'UE attribuisce un'alta priorità all'interoperabilità delle piattaforme, alla standardizzazione condivisa e alla creazione di ecosistemi innovativi per l'innovazione tecnologica. In concomitanza con questa iniziativa, come chiaro segno di sostegno e riconoscimento dell'importanza della crescita dell'IoT e delle tecnologie correlate, la Commissione ha messo a disposizione 400 milioni di euro attraverso il progetto Horizon 2020 per promuovere la creazione di piattaforme e le attività di pilotaggio su larga scala.

Mappatura degli stakeholder

Potenziale di mercato

La domanda di prodotti Internet of Things (IoT) è in crescita in tutto il mondo. Secondo l'International Data Corporation (IDC), entro il 2025 è prevista la diffusione di oltre 41 miliardi di dispositivi IoT.

La crescita del mercato IoT è stata particolarmente notevole nel mercato europeo, con una previsione di crescita fino al 2023 di quasi il 10% annuo. Inoltre, si prevede che entro il 2030 circa il 23% di tutti i dispositivi IoT si troverà in Europa. L'adozione dell'IoT in Europa è attualmente guidata da Germania, Regno Unito e Paesi Bassi, mentre i paesi dell'Europa orientale e i paesi nordici si stanno avvicinando (CBI, 2022). Si prevede che il mercato globale dell'IoT crescerà di circa 60 miliardi di euro nel 2022, raggiungendo una dimensione complessiva di circa 400 miliardi di euro. Negli ultimi anni il mercato ha registrato una crescita costante, nonostante le turbolenze dovute alla pandemia di coronavirus e al conflitto russo in Ucraina.

Modelli operativi

Fonte: Burkhalter, M. (2019) L' innovazione delle città intelligenti: 3 modelli per la proprietà della rete IoT, Perle. Disponibile all'indirizzo: https: //www.perle.com/articles/smart-city-innovation-3-models-for-iot-network-ownership-40186046.shtml (Accesso: 4 novembre 2022).

Requisiti legali

• Le strategie dell'Unione Europea in materia di dati e digitale contribuiscono a promuovere e monitorare la regolamentazione legale dell'IoT. Ciò è particolarmente importante se si considerano le preoccupazioni dell'opinione pubblica e dei media in merito, tra l'altro, alla protezione della privacy e della sicurezza dei dati. Una maggiore certezza giuridica sui prodotti e servizi abilitati all'IoT consentirà una maggiore facilità di crescita della tecnologia e un'implementazione diffusa.
• Inoltre, la Commissione Europea ha pubblicato un documento di lavoro sulla responsabilità per le tecnologie digitali emergenti, contribuendo a chiarire i casi di responsabilità per tali tecnologie digitali.
• Per quanto riguarda il GDPR, nelle situazioni in cui l'IoT comporta la condivisione di dati personali, il Regolamento generale sulla protezione dei dati del 2018 è applicabile. Questo è spesso il caso dei dispositivi IoT, che dipendono dalla raccolta e dall'analisi dei dati degli utenti per funzionare efficacemente. I fornitori di servizi IoT, in base alla legge europea, devono adottare ampie misure per garantire la protezione e la sicurezza di tali dati.
• Oltre alla legge del 2018, è in corso un dibattito sull'implementazione di un regolamento sulla ePrivacy. Questa legge specifica riguarderebbe tutte le comunicazioni elettroniche, compreso il dialogo tra macchine. I fornitori e gli utenti di tecnologie IoT dovrebbero essere consapevoli della probabilità che questa legge entri in vigore, in modo da essere a prova di futuro per i loro prodotti e le loro reti.

Dati e standard

È disponibile un'ampia gamma di tecnologie innovative per supportare l'IoT:

• Bluetooth e Bluetooth Low Energy (BLE): Il protocollo Bluetooth è sicuro, conveniente, con un raggio d'azione limitato ed efficiente dal punto di vista energetico rispetto ad altri protocolli wireless. Aumenta la connettività dei dispositivi IoT e aiuta a ridurre il consumo energetico.
• ZigBee: Il protocollo ZigBee permette agli oggetti intelligenti di parlare tra loro. Lo standard IEEE 802.15.4-2003 definisce una serie di requisiti del protocollo ZigBee per il controllo remoto e le radio a bassa potenza.
• ZigBee IP: il primo standard aperto è una rete wireless full-mesh basata su IPv6 e basata su ZigBee IP. Senza compromessi in termini di potenza o di costi, questa tecnologia consente di controllare in modo semplice migliaia di dispositivi per offrire una connettività Internet senza soluzione di continuità.
• Long Range Wide Area Network (LoRaWAN): È un protocollo progettato per operare con il Media Access Control (MAC) per gestire reti pubbliche di grandi dimensioni con un unico operatore. Ridistribuisce i dati su una gamma di canali radio e velocità di trasmissione utilizzando messaggi codificati invece di una trasmissione a banda stretta.
• 6LoWPAN: tra i protocolli IoT più importanti ci sono i protocolli 6LoWPAN. I sensori e i piccoli dispositivi IoT possono connettersi tra loro in modo sicuro e protetto grazie ai moduli wireless 6LoWPAN. L'IEEE 802.15.4 è stato inizialmente concepito come base per 6LoWPAN, che specifica come le reti wireless a basso consumo debbano funzionare a 2,4 GHz.
• LTE Advanced (LTE-A): Lo standard di rete Long-Term Evolution (LTE), che rappresenta la più recente tecnologia di rete 4G, è stato sviluppato nel 2008. LTE-A (advanced) migliora l'architettura di LTE. Ciò comporta un aumento della capacità di rete, dell'efficienza dello spettro, dell'efficienza energetica e della riduzione dei costi dell'operatore.
• Z-Wave: La tecnologia wireless Z-Wave utilizza onde radio a bassa energia. Il sistema è largamente utilizzato per far funzionare apparecchiature domestiche connesse in modalità wireless, tra cui illuminazione, sicurezza, termostati, apriporta di garage, ecc.
• RPL, RPL Enhancements e CORPL: nel 2012 l'IETF (Internet Engineering Task Force) ha rilasciato un nuovissimo protocollo chiamato Distance Vector Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks (RPL). Quando si utilizza RPL, un DODAG (Destination Oriented Directed Acyclic Graph), esiste un solo modo per andare da un nodo foglia a un nodo radice. Per migliorare la funzionalità del protocollo RPL fondamentale, sono stati proposti numerosi miglioramenti. Il protocollo CORPL si basa su DODAG. Selezionando più forwarders in modo opportunistico, i nodi si aggiornano a vicenda in base alle informazioni aggiornate.
• CARP e E-CARP: Il Channel Aware Routing System (CARP) è un protocollo di routing distribuito non standard utilizzato nelle reti di sensori wireless subacquee (UWSN). Questo metodo consuma meno energia e consegna i pacchetti in un tempo ragionevole.
• Trasporto della telemetria della coda di messaggi: Il protocollo di messaggistica noto come Messaging Queue Telemetry Transport (MQTT), apparso per la prima volta nel 2003, collega i dispositivi embedded con middleware e applicazioni.
• Constrained Application Protocol (CoAP): Il gruppo CoRE (Constrained Resource Environments) ha creato lo standard IETF noto come Constrained Application Protocol. Simile a HTTP, CoAP ha un'architettura di interazione client-server. Le soluzioni CoAP che possono fungere sia da client che da server sono tipicamente utilizzate nella comunicazione machine-to-machine.

Fonte: Vaigandla, Karthik & Radha, Krishna & Allanki, Sanyasi Rao. (2021). Uno studio sulle tecnologie, gli standard e i protocolli IoT. 10.17697/ibmrd/2021/v10i2/166798.