Internet of Things: Standard e Trend Tecnologici

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1 GRUPPO TELECOM ITALIA IoT ed il mondo iperconnesso: Opportunità e Minacce Palermo, 28 maggio 2016 Internet of Things: Standard e Trend Tecnologici Sandro Dionisi Technology Global Advisory Services

2 Agenda origine e definizione dell IoT soluzioni architetturali standard di connettività degli oggetti soluzioni di accesso radio interoperabilità tra piattaforme conclusioni 2

3 L origine dell IoT Kevin ASHTON «What if I took the radio microchip out of the credit card and stuck it in my lipstick? Could I then know what was on the shelf if I had the shelf talk to the lipstick?» 1997: apre la strada all uso del RFID nella gestione della supply chain 1999: conia per primo il termine «Internet of Things» che ha poi assunto significati sempre più estesi genero 100 GB di informazioni al minuto in un anno produco litri di latte e 200 MB di dati ho più di followers! 3

4 Con il termine IoT si intende.. Una rete di elementi (ciascuno con sensori integrati ) connessi ad Internet Forma di comunicazione dati che coinvolge una o più entità senza necessariamente bisogno di interazione umana Rete world-wide di oggetti interconnessi indirizzabili in modo univoco, basata su protocolli di comunicazione standard Machine-to-Machine (M2M) è la comunicazione tra due o più entità che non hanno bisogno necessariamente di un intervento umano diretto. I servizi M2M hanno obiettivo di automatizzare i processi decisionali e di comunicazione Infrastruttura globale per la società dell'informazione, che abilita servizi avanzati grazie all interconnessione degli «oggetti» fisici e virtuali sulla base di soluzioni ICT (esistenti e evolutive) interoperabili Descrive l IoT come un ubiquitous network che è available anywhere, anytime, by anything and anyone 4

5 Una definizione più esaustiva IERC (IoT European Research Cluster): Internet of things: «A proposed development of the internet in which everyday objects have network connectivity, allowing them to send and receive data» August 2013 «Una infrastruttura di rete globale e dinamica con capacità di autoconfigurazione basata su protocolli di comunicazione standard e interoperabili nei quali le «cose» fisiche e virtuali hanno identità, attributi fisici e una «personalità» virtuale, utilizzano interfacce intelligenti e sono perfettamente integrati nella Rete» A dynamic global network infrastructure with self configuring capabilities have identity, physical attributes, and virtual personalities use intelligent interfaces Based on standard and interoperable communication protocols and are seamlessly integrated where physical and virtual things into the information metwork 5

6 Internet of Things o Internet of Everything Things Physical devices and objects connected to the Internet and each other for intelligent decision making People Connecting people in more relevant valuable ways Internet of Everything Things Data Converting data into intelligence to make better Process Delivering the right information to the right person (or machine ) at the right time Rete di collegamento tra Persone, Oggetti, Dati e Processi 6

7 La convergenza di tecnologie moltiplica le applicazioni SOCIAL MOBILE CLOUD BIG DATA Mdi oggetti connessi al 2020 ma curando gli aspetti di sicurezza e privacy. 7

8 L architettura Network Infrastructure Cloud & Data Center Infrastructure Devices Network & Cloud 8

9 L architettura Network Infrastructure Cloud & Data Center Infrastructure Devices Gateway Network & Cloud 9

10 L architettura Smart City Smart Home Smart Health Smart Transport Smart Energy Smart Industry Application Layer IoT Applications Management Capabilities Service & Application Support Layer Generic Support Capabilities Network Layer Specific Support Capabilities Networking Capabilities Transport Capabilities Security Capabilities Device Layer Device Capabilities Gateway Capabilities Modello Architetturale ITU-T 10

11 Molte soluzioni per la connettività degli oggetti. WAN GPRS MAN LAN Nota: ZigBee, 6LoWPAN, WirelessHART utilizzano lo standard IEEE per il livello fisico e MAC 11

12 Con caratteristiche diverse. GPRS Reti Cellulari tradizionali Consumi energetici alti Impiego anche in combinazione con Low Power Mesh Lan e WBus tra dispositivi di 2 livello (concentratori) e centri di controllo Esempi: Smart Metering, Smart Car, Smart Logistics, traporti pubblici LPWA (*) Consumi ridotti Collegamenti a media-lunga distanza Basse capacità (tip. < ~ 100 kbit/s) Wireless Bus Consumi energetici contenuti Medie distanze, in modo da ridurre il numero di concentratori necessari. Esempi: Smart Metering non elettrico Power Line Per il mondo residenziale e per la rete di media e alta tensione con diversa distanza massima di comunicazione e di bitrate supportato Esempi: Smart Metering elettrico Low Power Mesh Network PAN Nodi auto-configuranti a basso consumo Applicazioni per reti PAN e LAN Esempi: monit. ambientale, e-health, parcheggi, illuminazione pubblica in competizione con Power Line Comunicazione a corto raggio Bande di comunicazione molto strette Esempi: domotica, e-health, fitness, servizi turistici. (*) LPWA = Low Power Wide Area networks 12

13 Confronto delle soluzioni di accesso radio PAN LAN MAN Alcuni esempi WAN 100 Wi Fi Capacità [Mbit/s] 100 bit/s ,1 0,01 NFC RFID Wi Fi HaLow (2017?) Bluetooth Smart ZigBee Z Wave W MBus KNX Sigfox Distanza [m] Reti Cellulari tradizionali LoRa 13

14 Previsioni di mercato per le diverse soluzioni di connettività Numero Device M2M [Mdi] Fixed and Short Range Serie 1 Serie 2 Serie Source: Machina Research, May 2015 LPWA Cellular gran parte delle connessione saranno via collegamenti fissi o a corto raggio molte connessioni (al 2025 circa 7 Mdi) sono previste tramite rete mobile o soluzioni LPWA Si può cogliere con le reti mobili anche la porzione di mercato LPWA? 14

15 Vantaggi delle soluzioni basate su reti cellulari Estensione globale QoS Ecosistema TCO Scalabilità Flessibilità Sicurezza Source: Ericsson 15

16 Use case diversi hanno. requisiti diversi Trasporti e Logistica Gestione flotte Tracciamento merci Agricoltura Monitoraggio agricoltura bestiame Ambiente Monit. Ambientale (clima, acqua, aria, rumore, ) Industria Monitoraggio e controllo processi Vending machine Massive IoT Imprese pubbliche Smart metering Capillary network Smart City Smart bike Smart ligthing Sensori parcheggio Smart Building Rilev. fumo Sist. allarme Domotica Persone Sensori indossabili Localizz. bambini/animali Monitoraggio medico Source Ericsson rielaborata Automotive V2I, V2V, V2P, V2C Car entertain. SDC Industria Controllo remoto Automaz. fabbrica Collaborative robots Sicurezza Protezione beni e persone Device to device, 3D Droni Cont. Territorio (terremoti/inondazioni) Mission critical IoT Interazione uomo-oggetti Immersive augmented reality Immersive gaming Tactile internet Imprese Pubbliche Smart grid automation Video sorveglianza Medicina Chirurgia remotizzata E-health: life critical Sensori biomedicali basso costo basso consumo bassa capacità elevato numero di apparati Low Power solutions Reti mobili 2G, 3G, 4G, alta disponibilità alta affidabilità bassa latenza alta capacità Titolo della Relazione Nome del Relatore, Nome Struttura 16

17 Soluzioni cellulari per LPWA: gli aspetti da migliorare Estensione Copertura Massive IoT Costo del Device Durata Batteria Scalabilità 17

18 Soluzioni cellulari per LPWA: le proposte EC-GSM Soluzione IoT globale per tutti imercatigsm Massive IoT NB-IoT Applicazioni IoT con bitrate ultra-bassa LTE-M Ampia gamma di applicazioni IoT EC-GSM = Extended Coverage GSM NB-IoT = NarrowBand IoT LTE-M = LTE M2M anche definito come emtc (enhanced Machine Type Communication) 18

19 Soluzioni cellulari per LPWA: le azioni migliorative Estensione Copertura +15dB (LTE-M); +20dB (EC-GSM); +20dB (NB-IoT) Massive IoT Costo del Device 10 25$ (LTE-M); <10$ (EC-GSM); <5$ (NB-IoT) Durata Batteria > 10 anni Scalabilità da 10s a 100s migliaia di device per cella Estensione della copertura Blind Physical Layer Repetition Nuovi canali di controllo Nuove procedure d accesso Costo del device Half duplex Singola antenna Rx, amplificatore Tx integrato chipset Riduzione capacità, memoria Durata della batteria Power Saving Mode Extented Discontinuous Reception Uso efficiente segnalazione e protocolli Scalabilità Miglioramento scalabilità Flessibilità mix use case Priorità accessi 19

20 Soluzioni cellulari per LPWA: le 3 soluzioni EC-GSM ecosistema GSM banda 200kHz/canale banda tipica 2,4 MHz capacità fino a ~ 240 kbit/s (bit rate bidirez. min 160 bit/s) GSM 200 khz stand-alone NB-IoT Evoluzione verso il 5G LTE-M scalabile fino a capacità molto basse soluzione LTE per low power BB IoT banda 180 khz banda 1,4 MHz capacità fino a ~ 250 kbit/s (bit rate bidirez. min 160 bit/s) capacità fino a 1 Mps LTE 180 khz 180 khz guard band LTE in band LTE NB-IoT deployment 20

21 Soluzioni cellulari per LPWA: un portafoglio completo Costo / Capacità Device < 25$ 10 Mbit/s < 10$ 1 Mbit/s LTE CAT-1 LTE-M Smart Grid Processi Industriali Localizzazione bambini/animali < 5$ 10s kbit/s NB-IOT Monitoraggio ambientale Gestione flotte 100 bit/s LPWA bande non licenziate Smart City Illuminazione Gestione rifiuti Smart metering Smart building Smart home 10 km Copertura 21

22 Interoperabilità tra piattaforme IoT Edificio Energia Sicurezza Edificio Energia Sicurezza Infrast. ICT esistente Infrast. ICT esistente Infrast. ICT esistente One M2M Platforms/Clients onem2m Interworkingconvergent convergente OneM2M interworking Device specifici Device specifici Device specifici Device M2M Device M2M Device M2M Frammentazione delle soluzioni, intra- ad inter-dominio Uso di tecnologie specifiche anche quando non opportuno Interoperabilità a livello di protocolli e semantica dei dati Interazione seamless fra applicazioni e device eterogenei 22

23 5G abilita gli use case più sfidanti per l IoT BB ad alta velocità BB experience ovunque Massive IoT (> a km2) Emergenza e sicurezza Affidabilità al 99,999% Bassissima latenza (< 1ms) Accessi Ultra BB 23

24 Conclusioni (1/3) Mercato in forte espansione: Tutti gli analisti concordato sulla rapida crescita di oggetti connessi da 25 a 50 Mdi oggetti). Nel B$ (fonte IC Insights) a livello mondiale e circa 2 Mdi (fonte Osservatorio IoT PoliMI) a livello Italia con +30% rispetto Cisco prevede, per il periodo , un valore di mercato mondiale pari a 19 T$ (mercato diretto + nuovi lavori originati o risparmi procurati da IoT,.) IoT = Cloud + Big Data + Analytics Worldwide Revenue [$B] $70.0 $60.0 $50.0 $40.0 $30.0 $20.0 $10.0 $ 0.0 Revenue for IoT Subsystems (IC Insights) Connected Homes Connected Vehicles Wearable Systems Connected Cities F La combinazione dell IoT, dei social media e dei servizi (anche) di terze Parti darà ulteriore slancio alle applicazioni e produrrà un flusso di dati senza precedenti da trattare in real time o near real time Il cloud computing, lo storage e la capacità di calcolo scalabili e on demand, così come l attivazione di meccanismi di cyber security saranno elementi essenziali per l offerta, in particolare, al mercato business 24

25 Conclusioni (2/3) La connettività cellulare Tra le diverse soluzioni di connessione degli oggetti, in prima fila c è la rete radiomobile per alcune sue caratteristiche fondamentali: opera per standard globali e ha sistemi di interconnessione tecnica e commerciale tra i diversi operatori che consentono di avere una copertura Smart Transportation planetaria ha caratteristiche di scalabilità e flessibilità per servire in modo efficiente applicazioni con esigenze di traffico diverse dispone di standard elevati per la qualità del servizio, la sicurezza e la privacy dei dati Industry 4.0 Smart City ehealthcare Smart Home La varierà delle applicazioni IoT richiede, però, l evoluzione delle soluzioni radiomobili, così da sfruttare al massimo le opportunità di un mercato in espansione e abilitare nuovi «use case» 25

26 Conclusioni (3/3) Many standards no standard? Molte sono le soluzioni (standard o «de facto» standard) esistenti o in corso di definizione, con rischio di eccessivo frazionamento del mercato e di innalzamento dei costi operativi 26

27 Conclusioni (3/3) Many standards no standard? Molte sono le soluzioni (standard o «de facto» standard) esistenti o in corso di definizione, con rischio di eccessivo frazionamento del mercato e di innalzamento dei costi operativi ogni soluzione ha caratteristiche diverse ed il mercato sceglierà le migliori per abilitare e potenziare l Internet of Things la priorità non è tanto avere un unico standard di connettività, quanto garantire l interoperabilità tra le applicazioni sono state avviate, in tal senso, (diverse!) iniziative: 27

28 .tutto per migliorare la nostra vita! Indossi questo sensore così il Direttore potrà controllare la sua salute durante tutto il giorno. Wow! Non sapevo che aveste così a cuore la mia salute. Certamente! L impiegato 179 non ha il respiro affannoso. Presto, diamogli un po di lavoro in più! 28

29 Grazie 29