Internet of Things & Wireless Sensor Networks

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1 Internet of Things & Wireless Sensor Networks Introduction on IoT Ing. Luca Davoli Wireless Ad-hoc Sensor Network Laboratory WASNLab This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike International License. Luca Davoli [email protected] 1

2 Contenuti Introduzione ad Internet of Things (IoT) Applicazioni IoT Smart Objects Luca Davoli 2

3 Il nostro gruppo Il Wireless Ad-hoc and Sensor Network Laboratory (WASNLab) è nato nel 2006 per coordinare le attività, nel settore delle telecomunicazioni, relative a reti wireless avanzate I principali temi di ricerca sono: Reti wireless e di sensori (Internet of Things, reti veicolari) Reti mobili cellulari Body Sensor Networks (BSNs) e sensori inerziali Progettazione e analisi di sistemi di comunicazione digitale Luca Davoli [email protected] 3

4 Internet of Things: questo sconosciuto Evoluzione di Internet per la connessione in rete di piccoli dispositivi intelligenti (Smart) Network-of-network composta da oggetti denominati Smart Objects Oggetti equipaggiati con sensori, attuatori e capacità computazionali limitate Elettrodomestici, dispositivi mobili (smartphones, tablets, etc.) sono interconnessi tra loro ed alla rete Internet Luca Davoli [email protected] 4

5 Internet of Things: questo sconosciuto [cont.] Fattori evolutivi del IoT o tecnologie diferenti tra loro devono essere in grado di comunicare in modo trasparente o enorme quantità di informazione a disposizione (social networks, sensori, attuatori, etc.) o necessità di maggiore connettività Utilizzo del protocollo IP (IPv6) per l interoperabilità Luca Davoli [email protected] 5

6 Prospettive di diffusione del IoT Luca Davoli 6

7 Prospettive di diffusione del IoT Luca Davoli 7

8 «Trend topic» nel panorama IT Source: Gartner Luca Davoli 8

9 Non solo tecnologia.. $$ Luca Davoli 9

10 Non solo tecnologia.. $$ Source: Forbes Luca Davoli 10

11 Non solo tecnologia.. $$ Source: Forbes Luca Davoli 11

14 Applicazioni Smart City - una città sostenibile rivolta ai cittadini come insieme di molteplici infrastrutture e servizi intelligenti Luca Davoli [email protected] 14

15 Applicazioni Smart Parking - rete di sensori intelligenti per monitoraggio dei parcheggi Luca Davoli [email protected] 15

16 Applicazioni Smart Lamps - sensori per l illuminazione intelligente Luca Davoli [email protected] 16

17 Applicazioni Critical Infrastructure - sorveglianza di zone sensibili Luca Davoli [email protected] 17

18 Applicazioni Smart Toys - giocattoli intelligenti per interazione in parchi di divertimento o ambienti casalinghi Luca Davoli [email protected] 18

19 Applicazioni Smart Home and Buildings - rete eterogenea di dispositivi per l automazione avanzata degli edifici Luca Davoli [email protected] 19

20 Applicazioni Smart Lamps - sensori per l illuminazione intelligente Luca Davoli [email protected] 20

21 Applicazioni Smart Plants - sensori per il monitoraggio di piante e giardini Luca Davoli [email protected] 21

22 Applicazioni Smart Home and Buildings - rete eterogenea di dispositivi per l automazione avanzata degli edifici Luca Davoli [email protected] 22

23 Internet of Things and Smart Cities Ph.D. School & 2014 International speakers from academia and industry gave lectures tailoring their research field for an interdisciplinary audience A dedicated discussion panel focused on the interaction and the collaboration between academia and industry future vision of Smart Cities and IoT 36 students from 11 countries in Europe 11 students from Europe 17 speakers from Universities and Industry Luca Davoli [email protected] 23

24 Internet of Things and Smart Cities Ph.D. School & 2014 Luca Davoli [email protected] 24

25 IoT Smart Objects Luca Davoli 25

26 IoT Smart Objects Affiliated with the Intel Galileo University Program Luca Davoli 26

27 Raspberry Pi 1 Node Hardware OS Network Interfaces Raspberry Pi B CPU: Broadcom BCM2835 ARM11 RAM: 512MB Memory (SD): 8 GB [Linux] Raspbian IEEE 802.3/ Luca Davoli [email protected] 27

28 Raspberry Pi Zero 1GHz, Single-core CPU 512MB RAM Mini HDMI and USB On-The-Go ports Micro USB power HAT-compatible 40-pin header Composite video and reset headers Luca Davoli 28

29 Raspberry Pi 2 Model B 900MHz quad-core ARM Cortex-A7 CPU 1GB RAM 4 USB ports 40 GPIO pins Full HDMI, combined 3.5mm audio jack and composite video, camera interface (CSI) Ethernet port Micro SD card slot Luca Davoli [email protected] 29

30 Raspberry Pi 3 Model B 1.2GHz 64-bit quad-core ARMv8 CPU n Wireless LAN, Bluetooth 4.1 & Bluetooth Low Energy (BLE) 1GB RAM 4 USB ports 40 GPIO pins Full HDMI, combined 3.5mm audio jack and composite video, Camera interface (CSI) and Display interface (DSI) Ethernet port Luca Davoli [email protected] 30

31 Arduino Node Hardware OS Network Interfaces Arduino Yún Linux Environment CPU: Atheros AR9331 RAM: 64 MB ROM: 16 MB Arduino Environment MCU: ATmega32u4 RAM: 2.5 KB ROM: 32 KB [Linux] OpenWRT Arduino IEEE 802.3/ Luca Davoli 31

32 Intel GALILEO Node Hardware OS Network Interfaces Intel Galileo CPU SoC X Intel Quark X1000 RAM: 256 MB Memory (SD): 8 GB [Linux] Debian IEEE Luca Davoli [email protected] 32

33 UDOO Dual/Quad Freescale i.mx 6 ARM Cortex-A9 CPU Dual/Quad core 1GHz Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 CPU (same as Arduino Due) RAM DDR3 1GB 76 fully available GPIO and Arduino-compatible R3 1.0 pinout HDMI + Touch (I2C signals) Ethernet RJ45 (10/100/1000 MBit), WiFi Module Luca Davoli [email protected] 33

34 UDOO Neo Basic Freescale i.mx 6SoloX applications processor with an ARM Cortex-A9 core and a Cortex-M4 Core RAM 512MB Fast ethernet RJ45 10/100Mbps Arduino-Compatible through the standard Arduino Pins layout and compatible with Arduino shields Android Lollipop & Linux UDOObuntu2 (14.04 LTS) Luca Davoli [email protected] 34

35 UDOO Neo Extended Freescale i.mx 6SoloX applications processor with an ARM Cortex-A9 core and a Cortex-M4 Core RAM 1GB Wi-Fi b/g/n,direct Mode SmartConfig and Bluetooth 4.0 Low Energy Integrated Sensors: 3-Axis Accelerometer - 3-Axis Magnetometer - 3-Axis Digital Gyroscope - 1x Sensor Snap-In I2C connector Android Lollipop & Linux UDOObuntu2 (14.04 LTS) Luca Davoli [email protected] 35

36 UDOO Neo Full Freescale i.mx 6SoloX applications processor with an ARM Cortex-A9 core and a Cortex-M4 Core RAM 1GB Fast ethernet RJ45 10/100Mbps - Wi-Fi b/g/n,direct Mode SmartConfig and Bluetooth 4.0 Low Energy Integrated Sensors: 3-Axis Accelerometer - 3-Axis Magnetometer - 3-Axis Digital Gyroscope - 1x Sensor Snap-In I2C connector Android Lollipop & Linux UDOObuntu2 (14.04 LTS) Luca Davoli [email protected] 36

37 OS orientati al IoT Esistono un infinità di sistemi operativi che tutti i giorni vengono utilizzati Il punto è: questi sono davvero adatti per un utilizzo in campo IoT? Luca Davoli [email protected] 37

38 OS orientati al IoT Real-Time Operating System (RTOS) Scheduler: componente SW che decide la sequenza di esecuzione di un dato insieme di operazioni Campi di applicazione: o o o o o Controllo di processi chimici Robotica Automotive Gestione del traffico viario, ferroviario, aereo, ecc Sistemi di TLC o... Luca Davoli [email protected] 38

39 OS orientati al IoT Generalmente gli RTOS sono applicati a sistemi embedded, più «piccoli» e lenti rispetto ad un PC, e spesso meno costosi Multi threading Concorrenza Priorità tra processi Queste sono le parole chiave per gli RTOS Luca Davoli [email protected] 39

40 OS orientati al IoT: FreeRTOS Definito per microcontrollori (MCU) Kernel leggero, tra 4 Kbytes e 9 Kbytes (~9000 linee di codice) Codice open-source, ottimo per hobbisti, ma anche per sviluppatori professionali Free per utilizzi in prodotti commerciali, senza necessità di rilasciare il codice sorgente Supporta 35 differenti architetture HW (inclusi ARM7 ed ARM Cortex-M3) ad 8/16/32 bit Luca Davoli [email protected] 40

41 OS orientati al IoT: RIoT Basato su architettura microkernel Supporta il processing real-time e multi-thread Supporta architetture MCU a 16/32 bit Supporta i tool di sviluppo standard (GNU Compiler, GNU Debugger, Valgrind e Wireshark) Supporta C/C++ e stack di networking Luca Davoli [email protected] 41

42 Internet of Things & Wireless Sensor Networks Introduction on IoT Ing. Luca Davoli Wireless Ad-hoc Sensor Network Laboratory WASNLab This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike International License. Luca Davoli [email protected] 42