Sensori, ambiente e Internet delle cose (IoT)

Sensori, ambiente e Internet delle cose (IoT)

  • Zeeshan Javeed

    Zeeshan Javeed is a Customer Success Architect at Talend. Mr. Javeed, ITIL & PRINCE2 certified, has over a decade of technical and industry experience in software system architecture, design, development and more. As a Certified consultant & Scrum Master he is really fond of agile technologies.

    Prior to coming to Talend, he spent time working at leading companies like DHL, Fraunhofer-Gesellschaft and QSC AG.

Secondo Jacob Morgan, "qualunque cosa possa essere connessa, finirà con l'essere connessa". Un tempo, parole come "cloud" e "big data" erano considerate gergo informatico, ma ormai le straordinarie trasformazioni che queste tecnologie chiave hanno portato alle attività di qualsiasi settore in tutto il mondo sono sotto gli occhi di tutti. Ora ci si comincia a chiedere se lo stesso varrà anche per l'IoT — si tratta solo di gergo informatico? A mio parare, "gergo informatico" non è sicuramente il termine che utilizzerei per descrivere una tendenza o tecnologia le cui implicazioni stanno profondamente trasformando il mondo che conosciamo.

Nel 2006, durante una ricerca sull'uso della tecnologia RFID, abbiamo introdotto un sistema per organizzare i caotici documenti d'ufficio mediante una tecnologia in grado di ordinare automaticamente i dati e inviare promemoria. Ho anche pubblicato un articolo sull'argomento intitolato "Document Tracking and Collaboration Support using RFID". Fu in quell'occasione che per la prima volta ho avuto a che fare con i sensori; ci siamo concentrati sulla tecnologia M2M (machine-to-machine), dopodiché siamo passati all'integrazione con ambienti collaborativi, spingendoci fino alla cosiddetta "Subnet of Things". Le idee allora emergenti di "casa intelligente", "auto intelligente" e "città intelligente" stanno ora diventando realtà. Secondo IDC, entro il 2020 i sensori in uso saranno 28 miliardi, per un valore economico di 1,7 trilioni di dollari. Prima di addentrarci in alcuni scenari di applicazione, definiremo l'ambito delle comunicazioni tramite sensori e vedremo come possono essere suddivise in tre gruppi.

M2M

La tecnologia "machine-to-machine" differisce dall'IoT in portata e settore di applicazione. Generalmente, le due sono limitate in termini di disponibilità e presentano vincoli predefiniti a livello operativo basati sui dati. L'esempio migliore è rappresentato dalle unità produttive e dal relativo sistema di comunicazione tramite sensori integrati. Per un esempio più localizzato, possiamo pensare a un sensore del riscaldamento nell'abitacolo di un'auto che ha un unico scopo ben definito, circoscritto alla sola auto in cui si trova.

SoT

L'ambito della tecnologia SoT (Subnets of Things) può essere limitato a livello aziendale. Come nell'esempio precedente, in cui troviamo tag RFID su ciascun file o libro, la tecnologia SoT può essere integrata all'interno delle organizzazioni mediante piattaforme di tipo collaborativo. Ad esempio, un'auto può trasmettere dati per misurare la qualità e l'utilizzo dei suoi componenti allo scopo di garantire un funzionamento migliore e un'esperienza stabile.

IoT

Nel 2013, la Global Standards Initiative on Internet of Things (IoT-GSI) ha definito l'IoT come "l'infrastruttura della società delle informazioni". L'Internet delle cose (IoT) è un sistema di dispositivi informatici interconnessi, macchinari meccanici e digitali, oggetti, animali e persone dotati di identificativi univoci, con la capacità di trasferire dati attraverso una rete senza richiedere alcuna interazione tra persone o tra persone e computer. L'IoT si è evoluto in seguito alla convergenza di tecnologie wireless, sistemi micro-elettromeccanici (MEMS), micro-servizi e Internet.

Tipi di dati dei sensori e problematiche della rete

Durante un mio recente viaggio a San Francisco, ho incontrato il responsabile R&D di SAP per l'IoT. È stato molto interessante scoprire come i big data stiano già modellando la nostra vita quotidiana. Ad esempio, mi ha parlato di un sistema presente negli aerei in cui migliaia di sensori forniscono dati ed elaborano calcoli fino a 8-16 decimali in una frazione di secondo. Grazie ai sensori, abbiamo a disposizione così tanti dati che l'infrastruttura tecnologica attuale è il solo ostacolo che impedisce alle aziende di sfruttare tutta la potenza delle informazioni in tempo reale fornite dai big data.

I responsabili delle decisioni in ambito IT dovrebbero creare infrastrutture e utilizzare soluzioni in grado di gestire i dati che vengono conservati durante l'indisponibilità di una rete. Talvolta, non è disponibile una rete di telecomunicazioni o l'ambiente circostante non permette alcuna connessione a causa di problemi di segnale, di conseguenza, i responsabili IT devono concentrarsi su un'infrastruttura in grado di conservare i dati fino a quando una rete non risulta disponibile per rendere possibile il trasferimento delle informazioni.

I dati dei sensori sono esattamente come gli altri dati provenienti da sorgenti diverse che richiedono pulizia, analisi e governance. Allo stesso tempo, presentano alcune caratteristiche distintive. Normalmente, i dati dei sensori costituiscono un flusso di informazioni (valori) giustapposte nel tempo. Nonostante non tutti i dati siano significativi, non è possibile scartarne alcuni, in quanto ogni informazione può avere un valore, anche se non lo si conosce fino al momento dell'acquisizione. Di conseguenza, non si dovrebbero utilizzare algoritmi approssimativi o discutibili per la compressione dei dati. Per risolvere questo problema, vi sono alcune opzioni:

  • Inviare dati filtrati solo se richiesto
  • Trasmettere solo valori anomali
  • Comprimere i dati senza usare algoritmi infondati/non testati

Continuando nella discussione, il mio interlocutore afferma: "Guardati attorno. Questo posto sta generando un'infinità di dati. Se qualcosa va storto o se uno dei componenti si guasta, i dati generati prima del guasto sono estremamente importanti. Si tratta di un ecosistema completo. Se tali dati vanno persi, non saremo in grado di prevedere simili problematiche in futuro. Di conseguenza, la nostra sola possibilità è comprimere i dati senza perdite per mantenere i costi contenuti (l'unica alternativa possibile non ce la possiamo permettere). In alcune situazioni, i dati sono duplicati o la loro frequenza è travolgente, determinando un sovraccarico operativo. Anche in questo caso, i sistemi di back-end dovrebbero essere in grado di assimilare tutte le informazioni in ingresso. A livello dei sensori è possibile implementare alcune tecniche di adattamento della curva, come la trasformata veloce di Fourier, per poter continuare a ricevere valori aggregati. I dati dei sensori vengono conservati al meglio in sistemi distribuiti e dai costi contenuti, chiamati data lake. I dati grezzi normalmente non vengono inseriti in data warehouse, in quanto non hanno un valore comprovato, ma richiedono comunque interventi di governance, ad esempio a livello di sicurezza, ecc.

Impatto dei sensori nella vita quotidiana

I sensori influenzano quasi ogni aspetto della nostra quotidianità. Dai sensori di movimento alle unità produttive, tutto si fa giorno dopo giorno più intelligente. Analizziamo alcuni brevi e semplici esempi di tecnologie IoT con cui avremo a che fare nel prossimo futuro.

Produzione intelligente

Quella produttiva è un'industria da 12 trilioni di dollari l'anno a livello globale. Si tratta di un settore in cui i robot trasferiscono le merci da un posto all'altro e ogni singola azione delle macchine di stampaggio metalli in uno stabilimento di produzione di componenti per auto o sulle linee di assemblaggio viene monitorata da sensori. Conosciuto anche con la denominazione di produzione industriale, questo settore ha già dimostrato tassi di crescita straordinari. I dati raccolti dai vari processi possono aiutare a prevenire interruzioni della produzione non programmate e/o anticipare necessità di approvvigionamento sulla base delle previsioni di vendita.

Trasporti intelligenti

L'"integrazione dell'auto" viene pubblicizzata come la prossima frontiera dell'elettronica di consumo. Secondo Gartner, entro il 2030, i veicoli senza conducente rappresenteranno circa il 25% dei veicoli passeggeri nei mercati maturi. Le auto senza conducente continueranno ad avere un volante solo per mantenere una continuità col passato o per finalità di controllo della macchina, ma non sarà necessario alcun intervento manuale per guidarle. Tutti i tradizionali comandi, come freno, acceleratore e indicatori di direzione saranno basati su sensori, radar, mappature GPS e una varietà di algoritmi di intelligenza artificiale che renderanno possibile l'auto-guida, il parcheggio e il raggiungimento della destinazione desiderata in modo sicuro ed evitando incidenti. Questa impressionante tecnologia verrà utilizzata non solo per controllare le auto, ma anche le comunicazioni tra gli altri veicoli in strada, sulla base delle condizioni stradali del veicolo o in relazione al veicolo del conducente. Le comunicazioni che richiedono reti esterne abiliteranno servizi basati su Internet, come il calcolo dell'itinerario, la verifica dello stato del veicolo, chiamate e-Call e b-Call in base al contratto di assicurazione e backup dei dati.

Energia intelligente

Le reti elettriche hanno iniziato a funzionare negli anni ottanta, ma all'epoca erano altamente centralizzate e isolate. Successivamente, la rete energetica è stata ampliata e le centrali sono state collegate con tecnologie di trasferimento del carico in caso di guasto tecnico (backup e ripristino). Molte piccole centrali energetiche, come parchi eolici e fotovoltaici, stanno ora generando elettricità a capacità variabile, in base alle condizioni disponibili. Oggi, le reti di distribuzione elettrica si adattano a un numero sempre maggiore di sorgenti, in quanto anche le abitazioni ora generano energia, con un conseguente aumento della pressione sulla rete e delle difficoltà a livello di gestione di un sistema centralizzato.

In base alla condizione del sistema, i manager dei servizi di pubblica utilità saranno in grado di decidere quale sorgente di energia è al momento la più economica e chiudere centrali energetiche a carbone o combustibili liquidi, per evitare la generazione di energia superflua e i relativi costi. Analogamente, grazie a contatori intelligenti, gli utenti stanno già ricevendo fatture basate sul reale utilizzo di energia, ma in futuro, quando saranno ancora meglio connessi, questi sensori potrebbero essere in grado di selezionare la sorgente energetica da utilizzare in base al costo.

Città e case intelligenti

La città intelligente è una possibile applicazione dell'IoT estremamente interessante. Le abitazioni intelligenti e le città intelligenti sono interconnesse. Le città intelligenti offrono una straordinaria infrastruttura per le comunicazioni e sono il candidato ideale da cui ottenere grandi vantaggi. Sono già stati fatti progetti in città come Chicago, Rio de Janeiro e Stoccolma in cui i governi, in collaborazione con aziende del settore privato, sfruttano l'IoT per acquisire dati dalle strade delle città e determinare se sono necessari interventi di manutenzione, come la sostituzione di lampioni, ecc. Dal monitoraggio degli scuolabus alla raccolta dei rifiuti, l'IoT sta trasformando il funzionamento della società.

"Casa intelligente" è il termine comunemente impiegato per definire una residenza in cui elettrodomestici, sistema di illuminazione, riscaldamento e condizionamento, TV, computer, sistemi di intrattenimento audio e video, sistemi di sicurezza e videocamere sono in grado di comunicare tra loro e possono essere controllati in remoto da un cronoprogramma, da una qualsiasi stanza della casa, così come da qualsiasi angolo del mondo tramite smartphone o Internet. Il prossimo passo dell'odierna casa intelligente sarà la capacità di gestire un inventario del contenuto del frigorifero e di ordinare automaticamente al negozio i generi alimentari mancanti. O ancora, di riconoscere guasti nel sistema elettrico, idrico o di comunicazioni e contattare i relativi fornitori per un intervento di riparazione. Immaginate bidoni dell'immondizia intelligenti che avvisano automaticamente le società di raccolta quando è necessario che vengano svuotati.

Per riepilogare l'intero articolo, affermerei che il nostro mondo basato sui dati sta ulteriormente virando verso i sistemi intelligenti. L'attuale infrastruttura ci ha permesso di superare enormi difficoltà legate alla generazione, assimilazione e analisi dei dati. Oltre agli scenari intelligenti collettivi citati sopra, sensori corporei personali, come chip GPS, monitor dello stato di salute e dell'attività hanno notevolmente migliorato gli standard di vita delle persone. Prevedo una rapida crescita della tecnologia IoT nei mesi e negli anni a venire.

Risorse correlate

http://www.wsj.com/articles/how-u-s-manufacturing-is-about-to-get-smarter-1479068425?mod=e2fb

https://blog.fortinet.com/2016/10/27/driverless-cars-a-new-way-of-life-brings-a-new-cybersecurity-challenge

http://internetofthingsagenda.techtarget.com/definition/Internet-of-Things-IoT

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