Che cos'è l'Internet of Things?

L’Internet of Things consiste nel dare agli oggetti fisici un modo per misurare qualcosa, comunicarlo attraverso una rete e, in molti casi, ricevere istruzioni in risposta. Un termostato che invia la temperatura della stanza e accetta un nuovo setpoint da uno smartphone è IoT. Lo è anche un sensore di vibrazione fissato a una pompa che riferisce una volta al minuto a un server di fabbrica, e lo è un container che trasmette la propria posizione via satellite ogni poche ore.

L’espressione viene allargata fino a coprire quasi tutto ciò che ha una radio, e per questo sembra vaga. Diventa molto più chiara se la si scompone in tre parti: un oggetto fisico con un compito da svolgere, un modo per percepire il mondo o agire su di esso, e un percorso di rete che collega l’oggetto a un software in esecuzione altrove. Togli una qualsiasi delle tre e ottieni qualcos’altro: un semplice sistema embedded, un servizio web o un sensore cablato a un display locale.

Questa guida ti dà una definizione operativa da applicare ai prodotti reali, spiega i componenti di base e traccia i confini tra l’IoT e i campi vicini con cui viene spesso confuso.

Qual è una definizione operativa?

Una definizione utile ha quattro elementi.

1. Un oggetto fisico che esiste per fare qualcosa di diverso dal calcolare. L’oggetto è la “cosa” (thing): un lampione, il collare di una mucca, un contatore dell’acqua, una valvola industriale.
2. Rilevamento o attuazione. Un sensore converte una grandezza fisica (temperatura, pressione, luce, movimento, concentrazione chimica) in un segnale leggibile da un computer. Un attuatore fa il contrario: trasforma un comando elettrico in movimento, calore, luce o suono.
3. Connettività. L’oggetto scambia dati con altri sistemi attraverso una rete. Il collegamento può essere a corto raggio (Bluetooth, Zigbee), locale (Wi-Fi, Ethernet) o geografico (cellulare, LoRaWAN, satellite).
4. Un software che rende utili i dati. Da qualche parte, spesso nel cloud ma sempre più spesso su un gateway vicino o sul dispositivo stesso, un software archivia le letture, cerca schemi ricorrenti e decide se avvisare una persona o rimandare indietro un comando.

Un dispositivo IoT è la combinazione dei primi tre elementi in una sola unità. Il quarto elemento è ciò che trasforma una flotta di dispositivi in un sistema che produce valore.

Che cosa rientra nell’IoT e che cosa no?

La definizione è più facile da applicare se la si mette alla prova sui casi limite.

Un laptop è connesso e ha dei sensori (una videocamera, un microfono), ma il suo compito principale è calcolare, quindi di solito viene escluso. Lo stesso ragionamento vale per gli smartphone, anche se un telefono fa spesso da gateway per i wearable e per i dispositivi domestici.

Un rilevatore di fumo con una batteria e una sirena, ma senza radio, è un sistema embedded ma non è IoT. Aggiungi una radio Zigbee che riferisce a un hub e supera la soglia.

Una macchina di fabbrica controllata da un PLC attraverso un bus di campo locale è “connessa” da decenni. Che la si chiami IoT dipende in genere dal fatto che i suoi dati escano dalla rete di controllo e raggiungano un software di analisi, che è esattamente il passaggio descritto dall’Industrial IoT.

Un codice QR su un pacco non è di per sé un dispositivo IoT. Contiene un identificativo e nulla più. Un tag RFID si trova in una zona grigia: non ha alimentazione né sensori, ma l’infrastruttura di lettura che lo circonda produce proprio il tipo di dati di posizione che i sistemi IoT usano.

Il filo conduttore è che l’IoT riguarda oggetti che prima erano muti e che ora producono dati, e riguarda il fatto che quei dati attraversano un confine di rete per raggiungere un software che agisce di conseguenza.

Quali sono i componenti di base?

Un’installazione tipica, in qualsiasi settore, è fatta sempre delle stesse poche parti.

Dispositivi. La maggior parte dei dispositivi IoT è costruita attorno a un microcontrollore, un chip piccolo ed economico che esegue un solo programma, legge i sensori e pilota una radio. I dispositivi più capaci, come telecamere o gateway, usano un microprocessore con un sistema operativo completo. La scelta fissa il budget di energia, di costo e di ciò che il dispositivo può elaborare in locale.

Rete. I dispositivi parlano raramente con internet in modo diretto. Un sensore di porta comunica in Zigbee con un hub; l’hub comunica in Wi-Fi o Ethernet con un router. Una sonda per il terreno LoRaWAN trasmette a un gateway a chilometri di distanza, che inoltra i pacchetti sulla rete cellulare. La guida alle opzioni di connettività spiega come scegliere.

Protocolli. Una volta che esiste un percorso IP, dispositivi e server hanno bisogno di una lingua comune. MQTT è il più diffuso per la telemetria perché è leggero e tollera i collegamenti instabili. CoAP serve i dispositivi a risorse limitate che hanno bisogno di una semantica richiesta-risposta. Il semplice HTTP si usa quando il dispositivo è abbastanza potente da non doversene preoccupare.

Piattaforma. Una piattaforma IoT si occupa del lavoro indifferenziato: registrare i dispositivi, autenticarli, ricevere la loro telemetria, archiviarla e distribuire gli aggiornamenti del firmware. I provider cloud offrono versioni gestite; le alternative open source girano sui tuoi server.

Applicazioni. Dashboard, avvisi, integrazioni con i sistemi aziendali e le regole di automazione che chiudono il cerchio rimandando comandi agli attuatori.

Perché le organizzazioni si prendono il disturbo?

Il valore dell’IoT sta nel sostituire le supposizioni o le ispezioni manuali con una misurazione continua. Alcuni schemi si ripetono in tutti i settori.

Visibilità. Sapere dove sono gli asset e in che stato si trovano. Chi gestisce flotte traccia i veicoli; gli ospedali tracciano le pompe per infusione; le aziende di logistica tracciano i pallet con il monitoraggio della catena del freddo.

Prevenzione. Intercettare un problema prima che diventi un guasto. Il monitoraggio delle condizioni sulle macchine rotanti rileva l’usura dei cuscinetti settimane prima della rottura. I sensori di perdita sotto un lavandino colgono un gocciolamento prima che diventi un pavimento allagato.

Efficienza. Adeguare i consumi al bisogno reale. Luci che si abbassano quando i corridoi sono vuoti, irrigazione che parte solo quando l’umidità del suolo è bassa, riscaldamento che segue l’occupazione invece di un orario fisso.

Nuovi modelli di business. Quando un produttore può vedere come viene usato un prodotto, può vendere uptime o risultati invece dell’hardware. Il modello device as a service dipende da questo ritorno di informazioni.

Nessuno di questi casi richiede tecnologie esotiche. Gran parte della difficoltà sta nel distribuire e mantenere migliaia di dispositivi in modo affidabile e sicuro, ed è per questo che la gestione dei dispositivi e la sicurezza IoT occupano tanto tempo di chi lavora nel settore.

Dove l’idea diventa confusa?

Tre termini vicini si sovrappongono all’IoT e vale la pena tenerli distinti.

La comunicazione machine-to-machine precede l’IoT e descrive collegamenti punto a punto tra dispositivi, spesso su rete cellulare, di solito all’interno del sistema chiuso di un singolo fornitore. L’IoT la generalizza alle reti basate su IP e alle piattaforme condivise.

L’edge computing non è una cosa separata dall’IoT, ma una decisione su dove avviene l’elaborazione. Quando una telecamera IoT esegue da sola il proprio modello di rilevamento delle persone invece di inviare il video in streaming a un server, quello è edge computing dentro un sistema IoT.

AIoT è l’etichetta per i sistemi IoT in cui il machine learning si occupa di interpretare i dati dei sensori, nel cloud o sul dispositivo. La guida all’AIoT tratta la combinazione nel dettaglio.

Per continuare

• Come funziona l’IoT: dal sensore al cloud e ritorno segue una singola lettura da un capo all’altro.
• Tipi di dispositivi IoT e i vincoli che ne determinano la progettazione spiega perché i dispositivi sono costruiti così.
• Una breve storia dell’Internet of Things ripercorre l’origine del termine.
• Architettura IoT: i livelli presenta il modello standard per descrivere un sistema intero.

Argomenti: basi IoT, definizione, fondamenti