Introduzione al mondo dell’Internet of Things

L’Internet delle cose, meglio conosciuto con l’accezione inglese di Internet of Things (IoT), è un termine che sta entrando in maniera preponderante sia in numerosi ambiti tecnici sia nella vita di tutti i giorni.

IoT: Breve panoramica

Nella sua accezione più semplice l’IoT viene definito come un insieme di tecnologie che permettono di collegare a internet qualsiasi tipo di apparato (come il forno e il termostato di casa oppure i lampioni di una città). Tuttavia, dietro questa visione un po’ semplicistica si impone un’architettura dalle molteplici sfaccettature e potenzialità.

La tecnologia proposta dalle soluzioni IoT si occupa di controllare in maniera continuativa e immersiva l’ambiente in cui è collocata, di trasferire i dati monitorati in un ambiente di raccolta e di elaborare tali informazioni al fine di svolgere azioni che facciano fronte (o prevengano) a un ampio ventaglio di esigenze. In questo ciclo di acquisizione-elaborazione-esecuzione, il valore aggiunto dell’IoT è la possibilità di passare da un mero processo automatizzato a un processo intelligente. Ciò significa che il sistema è dotato di capacità cognitive e agisce avendo un quadro olistico della situazione. In questa ottica, le azioni compiute dal sistema sono intelligenti perché ponderate sulle conoscenze sia attuali che pregresse.

Ma da dove nasce il concetto di IoT?

Sebbene la diffusione della terminologia ‘Internet of Things’ sia aumentata notevolmente solo in anni recenti, la sua origine risale a venti anni fa. Il neologismo ‘Internet of Things’ compare per la prima volta nel 1999 in una presentazione di Kevin Ashton, ricercatore presso il MIT (Massachusetts Institute of Technology), che stava studiando i tag RFID (etichette elettroniche applicabili su larga scala e controllate tramite apparecchi radio).

IoT: Campi di applicazione

Da quel primo input, la tecnologia IoT ha avuto una notevole espansione, trovando terreno fertile per essere adottata in numerosi campi di applicazione.

Uno dei settori che ha visto una crescente espansione è quello della sorveglianza e della sicurezza (Safety&Security). Infatti, la tecnologia IoT permette di migliorare la qualità dei servizi poiché rende gli elementi di vigilanza e controllo (come le telecamere) degli oggetti connessi e comunicanti.

Nel campo industriale (Manufacturing) l’adozione di tecnologie IoT si sta diffondendo in maniera talmente rapida che si è già nel corso di una sua evoluzione. Infatti, è stato definito l’Industrial Internet of Things (IIoT), che concerne dispositivi IoT progettati per operare esclusivamente nell’ottica dell’industria 4.0. L’IIoT mira all’ottimizzazione dei processi produttivi, connettendo più elementi contemporaneamente che lavorano con una maggiore quantità di informazioni e allo sviluppo di devices specifici per operare in ambienti industriali particolarmente ostici (per es. ad alte temperature).

Altri settori che stanno includendo applicazioni IoT sono quelli relativi alla salute e allo smart health (per es. smart devices per il monitoraggio remoto di pazienti o per il controllo continuo dei livelli di glucosio nel sangue), alla smart agrifood (l’inserimento di sensori smart per il monitoraggio delle condizioni climatiche e delle coltivazioni permette di fare previsioni e di ridurre i rischi produttivi) e della zootecnia (come i sensori indossabili (wearable) per il monitoraggio degli animali da allevamento).

Per quanto riguarda l’edilizia, anche in questo campo stanno crescendo sensibilmente le applicazioni IoT. Tale tecnologia si inserisce a differenti scale di estensione: dalle smart homes, passando per gli smart buildings, fino alle smart cities e alla smart mobility.

In questa area di applicazione si parla, più specificatamente, di Internet of Things in Buildings (BIoT). Con questa terminologia si intendono oggetti smart, connessi tra loro e con la rete, che si occupano di migliorare la gestione dell’edificio (o della città) e il benessere degli utenti. La programmazione e il controllo degli impianti di illuminazione, riscaldamento e raffrescamento permette di ottimizzare le prestazioni dell’edificio e di evitare sprechi di energia (ad esempio, spegnendo le luci e riducendo il set-point negli spazi non occupati). Effetti positivi si riscontrano anche sulla sicurezza delle persone sia a livello di edificio che di città. Alcuni esempi si concretizzano nelle videocamere smart che possono riconoscere volti e oggetti in tempo reale, o nei microfoni intelligenti, installati nelle strade, capaci di individuare incidenti o eventi pericolosi e di segnalarli tempestivamente ai soccorsi.

Struttura dell’architettura IoT

Sebbene i campi di applicazione dell’IoT siano molteplici, e sempre in espansione, la struttura che ne sta alla base ha una forma ricorrente. In linea generale, l’architettura IoT si compone di cinque elementi fondamentali ^[1] (Figura 1).

La componente tangibile e integrata negli ambienti è costituta dai sensori e dagli attuatori, cioè i terminali del sistema. Essi si occupano di monitorare e acquisire continuativamente vari parametri (come la temperatura o la presenza delle persone) o di compiere azioni sulla base di istruzioni ricevute (ad es. aprire le finestre).

I sensori si interfacciano con il network, cioè la struttura di connessione, che ha funzione di collegamento.

Il network trasferisce stabilmente i dati nel cloud, che ha il compito di raccoglierli e conservarli.

All’interno del cloud, risiede la componente analitica, il cuore della struttura IoT. Infatti, gli algoritmi hanno il ruolo fondamentale di svolgere i processi computazionali e decisionali al fine di raggiungere gli obiettivi preposti al sistema. Infine, le analisi si concretizzano in decisioni, inviate agli attuatori per essere eseguite, o in risultati mostrati nelle interfacce utente per permettere all’utilizzatore finale di prendere decisioni ponderate sullo stato dell’ambiente.

 Figura 1. I cinque elementi principali dell’architettura IoT e le reciproche interazioni

In una visione più ampia, questi elementi possono essere inseriti in tre livelli di operatività ^[1].

Sensori e attuatori fanno parte del livello percettivo, che si occupa di raccogliere i dati e le informazioni dal mondo fisico, sfruttando diverse tecnologie, come video camere, GPS e wireless sensor networks (WSN).

Le funzioni di processamento e trasmissione dei dati sono svolte, invece, dal livello network. Potendo contare su svariate tecnologie wireless (per es. Wi-Fi, Bluetooth, RFID) e su numerosi protocolli di comunicazione (come IPV6, MQTT, HTTP), il network funge da ponte tra la componente percettiva e il livello applicativo. Quest’ultimo ha quindi il compito di mostrare i risultati delle analisi agli utenti finali mediante un’interfaccia intuitiva.

Tecnologia IoT: Previsioni di diffusione futura

La tecnologia IoT sta avendo un rapidissimo sviluppo e una consistente diffusione in moltissimi campi di applicazione e ricerca. Il McKinsey Global Institute (multinazionale di consulenza strategica) ha stimato che ogni secondo vengono connessi 127 nuovi devices IoT ^[2]. In linea con questi valori, le previsioni per il 2020, riguardo gli oggetti connessi alla rete, vanno dai 37 miliardi calcolati da Cisco ^[3], fino ai 200 stimati da Intel ^[4].

Per quanto concerne il business legato a questo settore, Gartner (società di consulenza leader nel campo della Tecnologia dell’Informazione) ha dichiarato che gli investimenti nel 2019 arriveranno a 3,8 trilioni di dollari, con una crescita del 3,2% rispetto al 2018 ^[5].

I numeri legati al settore dell’IoT evidenziano quanto elevate siano le aspettative di crescita, diffusione e investimento previste nei prossimi anni.

IoT: le sfide attuali

Nonostante queste previsioni ottimistiche, alcuni aspetti della tecnologia IoT sono attuale fonte di discussione ^[6]. Una delle tematiche di maggiore interesse, soprattutto dal lato utente, riguarda la sicurezza dei dati e della privacy dei soggetti coinvolti. Infatti, sottovalutare gli aspetti legati alla protezione dell’intera struttura può causare dei punti deboli e delle vulnerabilità che facilitano intromissioni esterne e danno spazio al cyber crimine.

Si lega a questa tematica anche la mancanza di un approccio generale alla costruzione dell’architettura. Infatti, al momento non esiste un approccio standard, univocamente definito, per identificare gli oggetti (cioè i vari “Things”) del sistema. Questo dà luogo a una varietà di protocolli e metodologie di collegamento che possono portare ad un aumento della vulnerabilità della struttura.
(Tali problematiche e i consigli per risolverle verranno trattati in un articolo di successiva pubblicazione)

Le potenzialità della tecnologia IoT sono talmente rilevanti che la ricerca è costantemente spronata a superarsi, proponendo soluzioni che oltrepassino gli attuali limiti. Nel settore edile, si prevede che l’introduzione concreta e diffusa di sistemi basati sulle architetture IoT porterà a un sensibile miglioramento della gestione degli edifici. Infatti, l’introduzione di dispositivi in rete, integrati e connessi, permette di avere una visuale completa e omogenea del funzionamento della ‘macchina edificio’. Inoltre, l’allocamento nel cloud delle moli di dati raccolti consente di condividere velocemente informazioni e segnalazioni e, quindi, di ottimizzare l’operatività dell’edificio, sia a livello di manutenzione che di gestione dei flussi energetici.

È necessario evidenziare che gli utenti sono coloro che per primi devono ottenere benefici e vantaggi dall’introduzione delle tecnologie IoT negli ambienti fruiti. Infatti, il miglioramento del modo in cui le persone vivono la loro esperienza nell’ambiente costruito è uno dei principali obiettivi a cui si deve mirare con la diffusione dell’IoT.

Nei prossimi anni saremo testimoni degli avanzamenti e delle relative sfide che la tecnologia IoT dovrà superare per raggiungere un nuovo livello di compenetrazione tra le persone fisiche e il mondo virtuale dei dispositivi tecnologici.

Riferimenti

[1] M. Jia, A. Komeily, Y. Wang, R.S. Srinivasan, Adopting Internet of Things for the development of smart buildings: A review of enabling technologies and applications, Autom. Constr. 101 (2019) 111–126. doi:10.1016/j.autcon.2019.01.023.
[2] M. Patel, J. Shangkuan, C. Thomas, What’s new with the Internet of Things?, McKinsey Co. (2017)
[3] T. Stack, Internet of Things (IoT) Data Continues to Explode Exponentially. Who Is Using That Data and How?, Cisco Blog. (2018). 
[4] Intel, A guide to the Internet of Things Infographic, (n.d.). 
[5] Gartner, Gartner Says Global IT Spending to Reach $3.8 Trillion in 2019, Press Release. (2019).
[6] F. Jindal, R. Jamar, P. Churi, Future and Challenges of Internet of Things, Int. J. Comput. Sci. Inf. Technol. 10 (2018) 13–25. doi:10.5121/ijcsit.2018.10202.