IOT PANORAMICA INTRODUTTIVA ALL'INTERNET OF THINGS - Server users.dimi.uniud.it

IOT
PANORAMICA INTRODUTTIVA ALL’INTERNET OF THINGS

LE ORIGINI
• Telemetry & Telemetric systems → M2M → IoT
• L’espressione IoT fu coniata ed usata per la prima volta da Peter T. Lewis nel
 Settembre 1985 in una conferenza a Washington DC.
• Nel 1999 K. Ashton (MIT) la utilizza come titolo di una presentazione ed
 inizia a diffondersi.
• Prima di indicarli come IoT, si è spesso parlato degli stessi argomenti o di
 aspetti strettamente correlati indicandoli con le espressioni:
   •   Pervasive Computing
   •   Ubiquitous Computing
   •   Mobilità del codice e dei dati

COS’È?
• IoT letteralmente significa rete delle "cose".
    • In particolare: cose "intelligenti" (smart devices).
• "Marketing hype" per qualcosa già in atto da tempo.
• Differenze e similitudini con l’Internet a cui siamo abituati?
    1. Stessa infrastruttura e, a volte, stessi protocolli di
         comunicazione.
    2. Focus sulle macchine/dispositivi/sensori (Sensor
         Revolution).
    3. Scarsa interazione con gli utenti.
    4. Funzionamento autonomo (e.g., droni/SAPR).
    5. Alto grado di specializzazione dei sistemi IoT (e.g.,
         domotica, healthcare, automazione industriale,
         automotive ecc.).
• Un’analisi condotta da McKinsey prevede che nel 2025 il          (Source: Wikimedia)
  mercato IoT sarà stimabile in un valore di 6.200 miliardi di
  dollari.

RETI DI DISPOSITIVI: SMART CONNECTIVITY
• La rete Internet fino ad oggi è stata finalizzata alla comunicazione fra persone (mediante PC,
    smartphone, tablet, server, ecc.).
•   In futuro sarà un’infrastruttura anche per entità non umane con comunicazione M2M.
•   IoT: connettere in modo intelligente (smart) una grande varietà di oggetti per farli comunicare.
•   Gli oggetti connessi devono essere univocamente identificabili (e.g., tramite un indirizzo IP).
•   La rete di connessione può essere Internet, ma anche una rete proprietaria/chiusa.
•   Molti oggetti connessi e comunicanti implica:
      • enormi quantità di dati: IoT come fonte di Big Data,
      • più servizi automatizzati ed intelligenti,
      • interazione minima con le persone.

THE "THINGS" IN IOT
• Quali sono i tratti distintivi di una "cosa"?
    1.    deve contenere un ricevitore/trasmettitore wireless (Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee ecc.), ma ciò non
          esclude la possibilità di connessioni via cavo;
    2.    deve possedere un indirizzo IP univoco;
    3.    deve essere dotata di un sensore o di HW in grado di svolgere un compito;
    4.    deve avere capacità di tipo store-and-forward (memoria interna);
    5.    deve essere low-power e low-bandwidth.

• Le entità connesse non devono essere inanimate: possono anche essere degli animali (cani,
  gatti ecc.) o persone, dotati di transponder o impianti con le giuste caratteristiche.
• Quindi il numero di unità connesse è potenzialmente altissimo:
    •    Gartner stima che nel 2020 gli oggetti connessi saranno 26 miliardi;
    •    Si parla quindi di "Internet of Everything".

SENSORI E RACCOLTA DATI
• Grandissima varietà di sensori (Sensor Revolution):
    •   termometro,
    •   rilevatore di luminosità,
    •   barometro,
    •   bussola,
    •   giroscopio,
    •   accelerometro,
    •   …

• Tuttavia, una cosa per l’IoT non deve essere
  necessariamente "fisica" (reale):
    • può anche essere un dato (misurato da un dispositivo
        fisico);
    • ciò che è veramente importante sono i dati.

L’ESSENZA DELL’IOT
• Il fatto che rende interessante l’IoT è che
    • connettendo un numero sufficiente di sensori, dispositivi, computer si ottiene
        •   un sistema autonomo e coerente che può agire con una propria intelligenza artificiale (ambient
            intelligence) per risolvere un problema, senza bisogno di una costante interazione con gli umani.

• Il risultato finale è qualcosa di più della somma delle sue parti.

LO SCENARIO APPLICATIVO DI IOT
• Dispositivi (con sensori e ricevitori/trasmettitori wireless, raccolgono ed inviano
 dati)
• Network backbone (collega i componenti)
• Applicazioni software (elaborano dati, prendono decisioni)

TIPOLOGIE DI RETE
• Big Three (tipologia hub-and-spoke):
    • Cellular Network: wide area networking
    • Wi-Fi: local area networking
    • Bluetooth: personal area networking
• Altre soluzioni:
    • Mesh network (tipologia peer-to-peer):
        •   ZigBee
        •   Sigfox
        •   Link Labs
                                        Soluzioni proprietarie
        •   On-Ramp Wireless (Ingenu)
        •   Iotera

DATI
• Tre sfide:
   • Raccogliere i dati (data harvesting/ingestion):
       • connettere i dispositivi.
   • Memorizzare i dati (data storage):
       • DBaaS, soluzioni cloud-based.
   • Analizzare i dati (data analysis), ovvero,
       • come far fruttare i dati raccolti e memorizzati?
       • figura professionale del Data Analyst
       • Machine Learning

AREE PRINCIPALI DELL’IOT
• Home →
   • Domotica (Smart Home),
   • Smart Clothing,
   • Smart Shopping,
   • Smart Cars
• Enterprise → Smart office/manufacturing/warehousing/ transportation,
 Industry 4.0
• Government → Smart Medecine, Smart City, Smart World, Smart
 Warfare

IOT STAKEHOLDERS
Possibili beneficiari di tipo business dell’IoT:
• Aziende di Telecomunicazioni,
• Aziende di soluzioni per il Networking,
• Aziende Hi-Tech:
    •   Produttori di chip,
    •   Produttori di hardware (dispositivi, sensori ecc.),
    •   Produttori di batterie,
    •   Fornitori di servizi di cloud storage,
    •   Sviluppatori software

• Aziende in generale: automazione, manutenzione predittiva → Industry 4.0
• Big player: Google, Apple, Microsoft, IBM, …

DOMOTICA
• Una casa intelligente può essere dotata di:
   •   smart TV
   •   streaming media server
   •   frigoriferi/forni/lavatrici/… intelligenti
   •   termostati, rilevatori di fumo e sistemi di allarme

DRONI
(SAPR: SISTEMI AUTONOMI A PILOTAGGIO REMOTO)

• Utilizzi:
    •   Riprese aeree,
    •   Esplorazione aree pericolose,
    •   Trasporto oggetti (anche indoor),
    •   Raccolta dati ambientali,
    •   Agricoltura,
    •   Sorveglianza/Monitoraggio aree protette,
    •   Uso militare,
    •   …

AUTOMOTIVE
FROM IOT TO IOV: INTERNET OF VEHICLES
• Avvento delle smart car:
   • da 30 ad oltre 100 computer a bordo collegati a sensori per garantire sicurezza,
     assistenza alla guida, affidabilità, comfort ecc.
   • collegamento in rete: monitoraggio del traffico, calcolo del percorso ottimale,
   • nel futuro: self driving car.

SMART WARFARE
• Tecnologia e guerra sono un connubio
 particolarmente efficace.                                MQ-9 Reaper hunter-killer drone.   Legged Squad Support System

• Nella guerra di quarta generazione l’IoT è
 coinvolto nello sviluppo di:
   • droni,
   • armi/proiettili intelligenti,                                                           Railgun

   • robot (autonomi),
   • esoscheletri.

                                        XOS exoskeleton             DARPA Atlas Robot        Smart bullet sniper rifle

              Raytheon SDB Smart Bomb

SMART WEARABLE/CLOTHING/TEXTILES
(WEARABLE TECH)
• Anni ’90: prime ricerche per integrare collegamenti elettrici e circuiti nei tessuti.
• In seguito si passò all’integrazione di sensori, attuatori ed interfacce nel tentativo di
  includere un intero "wearable computer" → "smart garments".
• Qualunque oggetto "indossabile" dotato di un indirizzo IP e di un trasmettitore può essere
  considerato wearable tech.
• Applicazioni:
    •   sorveglianza medica: acquisizione dei segnali vitali,
    •   stima dell’attività fisica negli sport,
    •   sistemi di sicurezza per militari e professionisti soggetti a rischi ambientali (e.g., vigili del fuoco).

• Problemi:
    •   il lavaggio degli indumenti danneggia i circuiti.

SITUAZIONE ATTUALE
• Non è certamente un mercato "mainstream".
• Amazon tuttavia ha già online il suo Wearable Technology store.
• Scopo:
    •   rendere disponibili informazioni normalmente ottenibili da uno smartphone/tablet/computer
        mediante cose che indossiamo;
    •   raccogliere, gestire e visualizzare dati “al volo”, lasciando le mani libere;
    •   non si offre nulla di più, ma soltanto in modo diverso/più comodo (senza dover maneggiare
        smartphone le cui dimensioni stanno via via aumentando: schermi più grandi, chip più potenti,
        maggiori necessità di dissipazione del calore).

• Chiave di volta tecnologica: miniaturizzazione di chip, sensori ecc.
• Orologi, fitness band, t-shirt possono agevolmente ospitare queste componenti
  miniaturizzate.

TENDENZA (I)
• Valore previsto del mercato wearable tech: 70 miliardi di $
  • Salute,
  • Fitness,
  • Informatica medica
  • Entertainment:
     • Google Glass
     • Head Mounted Display (HMD).

TENDENZA (II)
                        Forecast for Wearable Devices Worldwide (Millions of Units)

Device                                          2015                              2016         2017
Smartwatch                                     30.32                             50.40        66.71
Head-mounted display                            0.14                              1.43         6.31

Body-worn camera                                 0.05                                 0.17     1.05

Bluetooth headset                            116.32                            128.50        139.23

Wristband                                      30.15                             34.97        44.10
Smart garment                                   0.06                              1.01         5.30

Chest strap                                    12.88                             13.02         7.99
Sports watch                                   21.02                             23.98        26.92
Other fitness monitor                          21.07                             21.11        25.08

Total                                         232.01                            274.59       322.69
                                    Fonte: Gartner (Gennaio 2016)

TENDENZA (III)

SMARTWATCH
• Nel 2013 ne sono stati venduti "solo" 2 milioni.
• Dal 2018 le previsioni indicano che se ne venderanno 90 milioni all’anno (prezzo medio di
  200 $ → mercato da 18 miliardi di $).
• Cosa sono?
    •   alcuni sono soltanto orologi con un music player incorporato;
    •   altri si connettono in modo wireless allo smartphone per inviare e ricevere chiamate e testi e per
        eseguire alcune app;
    •   altri ancora consentono di tenere sotto controllo il battito cardiaco ed altri parametri relativi
        all’attività fisica;
    •   infine altri ancora consentono di memorizzare foto e video;
    •   oggi sono solitamente dipendenti dal collegamento con uno smartphone: nel futuro potranno
        diventare dei dispositivi indipendenti.

SMARTWATCH

• Samsung Galaxy Gear

• Android Wear (Motorola Moto 360)

• Apple Watch

FITNESS TRACKERS
•   Casio OmniSync STB1000
•   Fitbit Flex, One, and Zip
                                                      Sunfriend    Garmin Vivofit
•   Garmin Forerunner and Vivofit
•   iHealth AM3
•   Jawbone UP24
•   Microsoft Band
•   Misfit Shine
•   Polar FT2, FT4, FT7, FT40, FT60, FT80, and Loop
                                                      Fitbit Zip   OMsignal’s smart t-shirt with iPhone app
•   Samsung Gear Fit
•   Withings Pulse O2
•   OMsignal’s smart t-shirt with iPhone app

                                                                   Microsoft Band

SMART T-SHIRTS
• I tessuti aderenti ed elastici unitamente ad
 adeguati sensori e trasmettitori permettono di
 misurare pressione sanguigna, estensione dei
 muscoli ecc. e di inviare tali dati ad uno
 smartphone.

POSITION TRACKERS
• Dispositivi GPS miniaturizzati per essere applicati ad
 indumenti e tracciare la posizione.

WEARABLE CAMERA

•GoPro

•Narrative Clip Camera

GLASSES

•Google Glasses

•Reckon Jet

HMD
• Virtual Reality/Augmented Reality

                     Microsoft Hololens

                                          Cardboard
                                          Glasses

     Oculus Rift

SMART DIAPER
• Pannolini intelligenti
    •   Dotati di QR-code per
        l’identificazione rapida tramite
        fotocamera dello smartphone.
    •   Un’apposita app consente di
        monitorarne lo stato.
    •   Grazie a delle patch che
        cambiano colore, reagendo a
        determinate sostanze (acqua,        Source: Pixie Scientific
        proteine, batteri), possono
        aiutare a determinare lo stato di
        salute del bambino.

ELECTRONIC SKIN PATCH

• Monitoraggio di segnali vitali:
   •   Attività cardiaca
   •   Attività respiratoria
   •   Attività muscolare
   •   …

VERSO LE SMART CITY E LO SMART WORLD
• L’IoT, mediante l’integrazione progressiva di sensori, dispositivi e computer in rete, porta
  inevitabilmente verso un mondo in cui (quasi) tutto è connesso e genera dati.
• Problematiche di controllo e privacy
    •   A chi appartengono i dati?
    •   Chi può raccogliere i dati e cosa può farne?
    •   I dati possono essere alterati/sottratti?
    •   Esempi di problemi cominciano ad esserci già oggi:
          •   Google ha raccolto dati sulla posizione degli utenti Android fino a novembre 2017 anche con i servizi di
              localizzazione disabilitati.
          •   Tempo addietro erano stati scoperti la registrazione e l’invio di tracciati GPS anche dagli iPhone verso
              Apple.
          •   In città come Singapore gran parte della superficie pubblica è controllata da almeno una telecamera
              della polizia per la prevenzione del crimine.
          •   I siti di e-commerce tracciano tutto per profilare gli utenti e suggerire loro acquisti mirati.

LINK

• Alltop: http://internet-of-things.alltop.com/
• TechCrunch: https://techcrunch.com/topic/subject/internet-of-things/
• VentureBeat: https://venturebeat.com/tag/internet-of-things/