L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale

1. IOT DAY:
L’internet of things, dalla programmazione del chip
all’automazione industriale
Moving from Internet 1.0 to Iot: le tecnologie IoT
Ing. Fabio Gatti
24 Febbraio 2017

2. 24 Febbraio 2017
Presentazione relatore
Ing. Fabio Gatti
pag. 2
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
Fabio Gatti
Titoli:
 Laurea in Ing. delle Telecomunicazioni a/a 1996 Univ. Pisa
Esperienze professionali:
 Sw developer Italtel
 Network Engineer Vodafone Global
 Sw manager C-Map
 CTO Master spa
 R&D Engineer Finmeccanica
Campi di interesse:
 Protocolli di comunicazione
 Radiofrequenza
 Tecnologie Internet
 Riferimenti
Email: f.gatti@email.it
: www.linkedin.com/in/fabiogatti1969

3. 24 Febbraio 2017
Indice degli argomenti:
 Internet 1.0
 The Internet of Things
 Esempi pratici
 Tecnologie lower level
 Tecnologie network level
 Tecnologie application level
 Cloud
 Conclusioni
 Q&A
 Riferimenti
Ing. Fabio Gatti
pag. 3
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale

4. 24 Febbraio 2017
Internet 1.0
Un po’ di storia
Ing. Fabio Gatti
pag. 4
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
 1969: collegamento dei primi computer su rete Arpanet
 1991: il CERN annuncia la nascita del WWW
 1996: il numero di host supera 10M unit

5. 24 Febbraio 2017
Verso l’ Internet of Things
Ing. Fabio Gatti
pag. 5
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
 1999: il ricercatore Kevin Ashton coniò il nome per descrivere un sistema dove
Internet viene connessa al mondo fisico tramite una rete di sensori distribuiti

6. 24 Febbraio 2017
Internet of Things
Ing. Fabio Gatti
pag. 6
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
Un insieme di tecnologie che permettono di collegare a Internet qualunque tipo di
apparato.
 Tecnologie di rete
 Indirizzamento globale
 Computing devices a basso costo e a basso consumo energetico
 Miniaturizzazione
 Sensori
 Data Analytics
 Cloud computing
Lo scopo di questo tipo di soluzioni è sostanzialmente quello di monitorare e
controllare e trasferire informazioni per poi svolgere azioni conseguenti.

7. 24 Febbraio 2017
Internet of Things: device, gw, cloud
Ing. Fabio Gatti
pag. 7
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
In uno schema architetturale (semplificato) possiamo individuare:
 Device (constrained / full cap)
 Gateway
 Cloud
 Servizi applicativi

8. 24 Febbraio 2017
Internet of Things:
Una applicazione pratica, la Domotica
Ing. Fabio Gatti
pag. 8
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
 Sensori distribuiti comunicanti con diversi protocolli
 Gw multiprotocollo connesso a Internet su fibra/xDsl
 Servizi accessibili tramite app
Un insieme di tecnologie che collaborano per fornire un Valore al cliente

9. 24 Febbraio 2017
Internet of Things:
Una applicazione industriale
Ing. Fabio Gatti
pag. 9
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
 Sensori distribuiti in linea di produzione comunicanti su diversi protocolli
 Gw multiprotocollo connesso a Internet/Rete interna su fibra/xDsl
 KPI accessibili in real time
Un insieme di tecnologie che collaborano per l’ automazione industriale
(Assembly line SGW corp - Shenzhen CHN)

10. 24 Febbraio 2017
Internet of Things:
Tecnologie lower level
Ing. Fabio Gatti
pag. 10
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
Rete locale
 BLE
 Wi-Fi
 802.15.4
 ZigBee
Rete geografica
 LoraWan
 NB-IOT
Attenzione ai vincoli di progetto:
Costo
Copertura
Consumo energetico

11. 24 Febbraio 2017
Internet of Things:
Tecnologie lower level: qualche dato
Ing. Fabio Gatti
pag. 11
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
tipo esempio Pout Sensitivity Consumption Range Costo
BLE Microchip
RN4677
+2 dBm -92dBm Deep power
down: 0.348
mA
St-By: 0.7 mA
Tx :13 mA
1-10 m 10 eur
Wi-Fi ESP8266 +20dBm -91dBm Deep sleep:
10uA
Tx:170 mA
10-50 m 5 eur
802.1
5.4 /
Zigbee
ETRX357-
LRS
+20dBm -106dBm Sleep: 1 uA
Tx: 140mA
10-100 m 17 eur

12. 24 Febbraio 2017
Internet of Things:
Tecnologie lower level: qualche dato
Ing. Fabio Gatti
pag. 12
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
tipo esempio Pout Sensitivit
y
Consumption Range Costo
LoraW
AN
LoRa
Microchip
RN2483
+14
dBm
-148dBm Deep sleep: 1
uA
Tx :38 mA
1-3 km
(urbano)
15 km
(rurale)
30 eur
NB-IOT Ublox
SARAN201
TBD -116dBm TBD TBD TBD
Verificare l’infrastruttura di rete !

13. 24 Febbraio 2017
Internet of Things:
Tecnologie LoraWan: qualche dato
Ing. Fabio Gatti
pag. 13
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
Rete LoraWan
 Segnale Chirped-FM modulation
 Processing gain = increase sensitivity
 Protocollo adattivo ADR (Adaptive Data Rate)
(Copertura RM provider Unidata)

14. 24 Febbraio 2017
Internet of Things:
Tecnologie Network Level
Ing. Fabio Gatti
pag. 14
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
Indirizzamento globale 6LowPAN
 IPv4 (esaurimento 3/2/2011)
 IPv6: space address > 3.4*10^38
 6LowPAN

15. 24 Febbraio 2017
Internet of Things:
Tecnologie Network Level
pag. 15
Caratteristiche 6LowPAN
 Header compression
 Fragmentation / Reassembly

16. 24 Febbraio 2017
Internet of Things:
Tecnologie Application Level
Ing. Fabio Gatti
pag. 16
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
Sono disponibili diverse soluzioni:
 http / Rest
 MQTT (MQ Telemetry Transport)
 COAP (Constrained Application Protocol)
Attenzione ai vincoli di progetto:
Architettura
Dispositivo constrained / full cap
Natting

17. 24 Febbraio 2017
Internet of Things:
Confronto COAP vs. MQTT
Ing. Fabio Gatti
pag. 17
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
COAP:
 http-like basato su UDP
 QOS (messaggi CON/NON)
 DTLS
 Client / Server Role -> NAT
 Adatto per la trasmissione diretta tra device
MQTT
 Pattern PUB/SUB
 Richiede Broker
 Basato su TCP
 SSL
 Messaggi LWT
Micro 8/16 bit
Decine KB RAM
Alimentazione a batteria

18. 24 Febbraio 2017
Internet of Things:
Confronto COAP vs. MQTT
Ing. Fabio Gatti
pag. 18
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
Un sistema complesso puo’utilizzare
piu’ di un protocollo

19. 24 Febbraio 2017
Internet of Things:
Cloud
Ing. Fabio Gatti
pag. 19
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
Esistono svariati servizi Cloud:
 Amazon AWS
 Microsoft Azure
 Google Things (ex Brillo)
 …
Attenzione ai requisiti di progetto:
Data analytics
Interfacciamento
Pricing

20. 24 Febbraio 2017
Internet of Things:
Whole picture
Ing. Fabio Gatti
pag. 20
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
 Proviamo a mettere insieme
quanto abbiamo visto…
Device
Gateway («fog»)
Cloud

21. 24 Febbraio 2017
Internet of Things:
Conclusioni
Ing. Fabio Gatti
pag. 21
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale
 Utilizzo di tecnologie esistenti
 Ottimizzazione degli standard
 Non esiste una tecnologia per tutti i business case
 Attenzione ai vincoli di progetto
 Consideriamo la sicurezza tra le specifiche di progetto

22. 24 Febbraio 2017
Internet of Things:
Domande
Ing. Fabio Gatti
pag. 22
IOT DAY:L’internet of things, dalla programmazione del chip all’automazione industriale

23. Giorno Mese Anno
Nome relatore
 From the Internet of Computers to the Internet of Things
https://www.vs.inf.ethz.ch/publ/papers/Internet-of-things.pdf
 LoRa vs LTE-M vs Sigfox
http://www.nickhunn.com/lora-vs-lte-m-vs-sigfox/
 6LoWPAN: An Open IoT Networking Protocol
Stefan Schmidt
 Il protocollo CoAP su sistemi WiFi a basso consumo
Marco Nicolosi
 MQ Telemetry Transport (MQTT) Specification v3.1, IBM, Eurotech
 Constrained Application Protocol (CoAP) draft-ietf-core-CoAP-18, June 28, 2013
 Studio e Specificazione del Protocollo CoAP per Sistemi Embedded
Ing. Lia Deotto
 MQTT & IoT protocols comparison
Ing. Paolo Patierno
pag. 23
Corso di aggiornamento per coordinatori della sicurezza - modulo V
Riferimenti