IoT: un’introduzione all’Internet of Things

IoT, o Internet-of-Things, è una parola recente nell’ambito tecnologico, e si riferisce in generale a centraline, apparecchi, schede elettroniche e similari che abbiano la possibilità di comunicare con l’esterno, tipicamente attraverso la rete Internet.

Le caratteristiche più importanti di queste schede, e che le differenziano dalle cosiddette centraline “statiche” isolate (p.es. un termostato elettronico di una casa, isolato da Internet) sono:

• la capacità di connessione con l’esterno. I dispositivi IoT hanno la possibilità di collegarsi alla rete (tipicamente Internet) e quindi di poter scambiare dati o comandi in entrambe le direzioni. Per esempio, un sensore meteo trasferisce dati verso l’esterno, mentre un apparecchio per accendere il riscaldamento in una casa di montagna recepisce comandi dall’esterno e li esegue. La connessione può avvenire con svariate tecnologie, cellulari, Wi-Fi, Bluetooth ecc… a seconda del contesto applicativo, della disponibilità delle infrastrutture, dei costi del prodotto, dei costi sostenibili per il funzionamento, e della corrente elettrica disponibile.
• la capacità di identificazione. Ogni dispositivo IoT è identificabile in modo univoco attraverso un proprio ID, a seconda della tecnologia; inoltre alcuni IoT possono firmare digitalmente i dati scambiati, in modo che dall’esterno si possa essere certi che provengano dallo specifico dispositivo. A volte i dispositivi IoT, se accessibili alle persone, possono essere dotati di etichetta identificativa con QR-Code oppure con tecnologia RF-ID, per poter essere identificati facilmente con telefoni cellulari.
• la capacità di interagire con l’ambiente esterno. Normalmente un IoT possiede dei sensori con cui rileva grandezze esterne (p.es. ambientali), ma può anche avere degli “attuatori” (p.es. dei relè) per poter a sua volta comandare delle apparecchiature esterne ad esso. In pratica interagisce in entrambi i sensi con l’ambiente esterno.
• la capacità di elaborare dati. Gli IoT dispongono solitamente di un microcontrollore ovvero un microprocessore che integra al suo interno un intero computer: memoria RAM, memoria Flash per il programma e in parte anche utilizzabile per i dati, e naturalmente una CPU. A seconda dei costi e della corrente elettrica disponibile sono disponibili CPU di tutti i tipi, da quelle che passano la maggior parte del tempo in attesa (sleep) senza praticamente consumare corrente, a quelle che funzionano a centinaia di MHz e possono anche processare immagini e altri dati complessi (come l’AI). Alcuni IoT dispongono anche di memorie aggiuntive esterne al microcontrollore, per maggiore flessibilità e capacità di memorizzazione.
• la capacità di localizzazione. Quest’ultima caratteristica non è sempre necessariamente presente, si tratta della capacità da parte dell’IoT di individuare, e quindi eventualmente segnalare, la propria posizione. Ciò può essere fatto in vari modi a seconda dei costi e della corrente elettrica disponibile. Si va dalla più precisa tecnologia GPS (solitamente con antenna integrata), alla localizzazione tramite il segnale delle reti Wi-Fi presenti intorno al dispositivo, fino ad altre tipologie di localizzazione basate su campi di prossimità (Bluetooth, RFID ecc…).

Internet of things, le applicazioni dell’IoT

I campi applicativi sono molti e diversi fra loro: alcuni esempi sono:

• il controllo dei processi produttivi industriali (p.es. sensori posti su macchinari in funzione), 
• la logistica (p.es. trackers, misuratori di temperatura durante il trasporto di cibi deperibili), 
• l’infomobilità (p.es. centraline per la rilevazione delle code di traffico), 
• il tempo libero (si pensi ai vari dispositivi elettronici “wearable”, ovvero indossabili, e che comunque pur nelle loro piccole dimensioni comunicano con l’esterno), 
• la tutela ambientale (p.es. la rilevazione di parametri meteo, di inquinamento, e l’altezza dei fiumi), 
• la domotica, fino alle applicazioni per le smart city.

La diffusione di questi dispositivi negli ultimi anni è cresciuta esponenzialmente ed oggi parliamo di miliardi di oggetti esistenti e connessi.

Come tutte le tecnologie, anche l’IoT non è immune da problematiche, che le Aziende cercano via via di risolvere o mitigare; dato che il fulcro centrale degli IoT è la comunicazione, molte problematiche hanno riguardato la sicurezza delle comunicazioni stesse, anche perché questi dispositivi disponendo di memorie più limitate rispetto ai tradizionali computer spesso dispongono di stack di comunicazione semplificati rispetto a quelli dei computer tradizionali; molti IoT sono privi di sistema operativo.

Lato dispositivo IoT le piattaforme su cui è possibile sviluppare sono molteplici, in ragione delle varie marche di componenti elettronici disponibili e delle tecnologie. Molto diffusa è la famiglia di dispositivi che ruota attorno ad Arduino, e ai chip di comunicazione della Espressif (ESP32). I dispositivi concretamente prodotti e commercializzati per impieghi finali passano poi attraverso un processo di ingegnerizzazione orientato ad abbassarne i costi, le dimensioni e i consumi elettrici, e attraverso un processo di certificazione, a seconda del mercato (p.es. CE per l’Europa, FCC per gli USA ecc…), processo che va svolto sull’intero dispositivo anche se le singole parti di esso fossero già pre-certificate.

L’Autore. 

Oreste Venier è un progettista che si occupa dello sviluppo di schede e dispositivi elettronici, dall’ideazione, allo schema elettrico, al circuito stampato, fino alla loro certificazione. Laureatosi in Fisica nel 1999 con una tesi sulle Reti Neurali Artificiali, fra le sue competenze figura anche la tecnologia blockchain, per le applicazioni non finanziarie.