TPSI - IoT Flashcards
(28 cards)
Sistema IoT
È un insieme di dispositivi connessi ad Internet che raccolgono, scambiano e analizzano dati per automatizzare processi e fornire servizi utili.
IoT - Architettura
L’architettura è composta da 5 livelli:
5) Applicazione - Utilizza i dati elaborati per fornire servizi agli utenti o ai sistemi.
4) Processamento eventi/dati - Analizza i dati raccolti per estrarre informazioni utili, può avvenire in locale o nel cloud, e salvarle su un database.
3) Aggregazione/Bus - Raccoglie i dati e li inoltra ai sistemi di elaborazione o archiviazione.
2) Comunicazione - Utilizza procolli come HTTP o MQTT (Message Quering Telemtry Transport) per permettere la comunicazione.
1) Dispositivi - Sono i dispositivi IoT connessi tra loro e con il sistema centrale tramite tecnologie come Wi-Fi, Bluetooth, LoRa…
Device manager - Si occupa della gestione e monitoraggio dei dispositivi IoT, garantendo il corretto funzionamento.
Opera tra i livelli 4 e 5.
Identity and access manager - Si occupa della protezione e controllo dell’accesso, garantendo che solo utenti e dispositivi autorizzati possano interagire con la rete IoT.
Opera tra i livelli 1, 2 e 3.
IoT - Standardizzazionni
M2M (Machine-to-Machine) - Tecnologia di comunicazione diretta tra i dispositivi, senza intervento umano.
Contiki - SO open-source progettato per dispositivi IoT a bassa potenza e con risorse limitate.
LiteOS - Sviluppato da Huawei, è un SO Unix-like per dispositivi IoT, leggere e ottimizzato per l’uso con risorse limitate. (Fenomeni)
RPMA (Random Phase Multiple Access) - Tecnologia di comunicazione a bassa potenza e lunga gittata, usata in ambienti con necessità di vasta copertura geografica, tipo reti LPWAN (Low Power WAN).
SigFox - Tecnologia di rete LPWAN che consente la trasmissione di piccoli pacchetti a lunga distanza con consumo energetico bassissimo.
IoT - Architettura - Cosa deve garantire?
Interoperabilità - I dispositivi devono poter comunicare e funzionare insieme, indipendentemente dal produttore o dal protocollo utilizzato.
Interfacciabilità - I dispositivi devono essere facilmente integrabili con altri sistemi tramite interfacce standard o affidabili.
IoT - Progettazione - Punti tra cui bisogna trovare un equilibrio
Connettività - Garantire una connessione stabile e adeguata alle esigenze.
Funzionalità - Assicurare che i dispositivi svolgano il loro compito.
Interoperabilità - Permettere la comunicazione tra dispositivi e sistemi diversi.
Salvataggio sicuro dei dati - Salvare e proteggere i dati raccolti da accessi non autorizzati.
Capacità di avvio immediato - I dispositivi devono essere in grado di operare rapidamente dopo l’accensione.
Banda adeguata - Scelta di una larghezza di banda sufficiente per trasmettere i dati richiesti.
Gestione dei consumi - Ottimizzare il consumo energetico per garantire l’efficienza e la durata.
IoT - Tipologie di architetture
Centralizzata - Tutti i dispositivi inviano dati ad un server centrale, che poi li salverà su un database.
Decentralizzata - Non c’è un server centrale, quindi i dispositivi elaborano i dati. (poco utilzzata)
IoT - Tipi di collegamenti
Corto raggio: Bluetooth e zigbee.
Ampio raggio: rete cellulare, LoRa WAN, NB-IoT, sigfox.
IoT - Bluetooth
Dispone di parti open-source e parti proprietarie.
Opera sulla banda di 2.4 GHz.
Ha la banda divisa in 79 canali, anch’essi divisi in 2 per trasmettere 1 e 0.
Trasmette pacchetti BT.
Copertura massimo intorno ai 10 metri.
IoT - Bluetooth - Struttura pacchetti BT
I primi 72 bit rappresentano il codice di accesso che indica a chi appartiene il pacchetto.
I successivi 54 bit rappresentano l’header che contiene le informazioni riguardanti il pacchetto.
Gli ultimi 500 bit rappresentano il payload, ossia il contenuto vero e proprio del pacchetto.
IoT - Bluetooth - Funzionamento post Invio pacchetto
Una volta concluso l’invio del pacchetto, il dispositivo cambia canale (fino a 1600 volte a secondo), analizzando lo spettro radio per individuare i canali meno “rumorosi” e saltare quelli con interferenze.
Usa bit di controllo per verificare la presenza di errori e filtri per attenuare il rumore.
Se i pacchetti vengono persi o arrivano con errori, essi vengono scartati e viene richiesta la ritrasmissione.
IoT - Zigbee
È un protocollo open-source sviluppato da Zigbee Alliance.
È più economico di Bluetooth.
Ha poca banda ed è a corto raggio.
Opera su 2.4 GHz e non è compatibile con bluetooth.
Ha permesso l’implementazione di tecnologie wireless in contesti dove prima si usavano cavi per la comunicazione, offrendo una soluzione economica e a basso consumo energetico (L’ape regina TOP)
IoT - Zigbee - Architettura
Una rete zigbee è organizzata in nodi che possono essere router oppure end-devices:
Zigbee gateway - Comunica con gli end-devices e permette la comunicazione esterne alla rete.
End-devices - Sono sensori o attuatori, comunicano con il zigbee gateway.
Può esistere un solo Zigbee gateway per rete.
La copertura può essere estesa da ripetitori.
IoT - Zigbee - Vantaggi e svantaggi
Vantaggi:
Ha un basso consumo energetico.
Ha costi ridotti.
Offre un modello di rete facile da scalare.
Se spenti, i dispositivi non hanno bisogno di ricarica fino ad 1 anno.
Svantaggi:
Ha una banda limitata.
Dispone di una compatibilità frammentata, ossia i dispositivi Zigbee non possono essere in grado di comunicare attraverso lo stesso gateway.
IoT - Wi-Fi
Opera su 2.4 e 5 GHz.
Dopo Wi-Fi 6E opera anche da 6GHz in poi.
IoT - LoRa/LoRa WAN & SigFox
LoRa (Long Range) è open-source.
Sigfox è closed-source.
Entrambi dispongono di un ampio raggio, offrendo una copertura maggiore rispetto al 4G e 5G.
Entrambi hanno banda limitata, inferiore perfino a Zigbee e Bluetooth.
Hanno un basso consumo energetico.
Le loro comunicazioni sono criptate.
Utilizzano bande non licenziate, quindi non affittate.
Offrono un sistema di tracciamento anche senza GPS.
LoRa consente una maggiore liberà per la scelta del sistema cloud mentre Sigfox è limitato a Sigfox cloud.
IoT - NB-IoT
Narrow Band IoT.
È uno standard di comunicazione che permette di sfruttare la rete GSM esistente, utilizzando la banda di frequenza, o la rete LTE su una banda libera, utilizzandone una quantità ristretta (narrowband) ed offrendo alte prestazioni.
È sviluppato da Huawei e Ericson.
È integrato nel 4G.
Può supportare moltissimi dispositivi usando uno spettro di 200MHz.
Non è molto utilizzato.
IoT - Suddivisione di sistemi
Sistema isolato - Tutte le operazioni sono eseguite da un singolo componente, senza alcuna interazione con altri sistemi o dispositivi.
Sistema distribuito - È un insieme di computer o nodi che lavorano insieme come se fossero un singolo dispositivo.
Deve essere trasparente, ossia gli utente e le applicazioni che utilizzano il sistema devono percepirlo come se fosse un sistema unico.
IoT - Vantaggi e svantaggi di un sistema distribuito
Vantaggi:
Sicurezza - I dati possono essere replicati su più nodi, riducendo così il rischio di perdita dei dati in caso id guasto o attacco ad un singolo nodo.
Trasparenza - Il sistema appare all’utente semplice e intuitivo, nascondendo la complessità della distribuzione.
Svantaggi:
Gestione faticosa - È necessaria una coordinazione su tutti i noti e la gestione della sincronizzazione, rendendo debug e monitoraggio più difficili.
Lentezza - La comunicazione tra i nodi dipende dalla rete.
IoT - Cloud computing
È un modello che consente l’accesso remoto tramite rete a un pool condiviso di risorse.
È servito dai cloud server provider.
I servizi offerti sono scalabili, flessibili e forniti on demand.
IoT - Cloud computing - Modelli di servizio
IaaS (Infrastructure as a Service) - Offre un’infrastruttura virtuale, come un server, una rete o un sistema di archiviazione.
PaaS (Platform as a Service) - Offre piattaforme per sviluppatori per creare, testare e distribuire applicazioni.
SaaS (Software as a Service) - Offre software pronti all’uso tramite Internet
IoT - Cloud computing - Cloud
Il cloud è un ambiente multitenant, ovvero un’architettura software in cui diverse istanze, dette tenant e create da utenti e applicazioni, operano in modo indipendente all’interno di un ambiente condiviso.
Ogni tenant ha accesso esclusivo alle proprie risorse e i propri dati, che sono logicamente separati ma fisicamente sullo stesso hardware.
IoT - Cloud computing - Elementi fondamentali per il funzionamento di un sistema cloud
Gestione e controllo delle identità e degli utenti.
Allocazione dinamica delle risorse.
Accesso esclusivo alle risorse.
Isolamento tra gli utenti.
IoT - Cloud computing - Sistemi on-premise
Sono software e applicazioni installati in locale.
IoT - Cloud computing - Gestione dei componenti IaaS
L’utente gestisce le applicazioni, i dati, l’esecuzione, i middleware e il sistema operativo.
Il provider gestisce la virtualizzazione, il server, lo storage e il networking.
