IoT, Standard ed Interoperabilità Il Caso Smart Home Riccardo Tomasi Istituto Superiore Mario Boella (IoT Leadership Program Knowledge Partner) 22 Ottobre 2015 Webinar IoT Leadership Program Co-funded by the European Union's Seventh Framework Programme for research, technological development and demonstration under grant agreement No. 318213.
IoT, Standard e Interoperabilità: il caso Smart Home Obiettivi del webinar presentare una panoramica del contesto e dei principali standard in fase di definizione nel mondo IoT fornendo alcuni spunti sulle opportunità e sulle sfide portate dall evoluzioni IoT in corso nel domino Smart Home. Durante il webinar saranno discussi alcuni esempi tratti da iniziative EU ed internazionali, in particolare: Il progetto EU GreenCom http://www.greencom-project.eu/ L associazione Energy@home http://www.energy-home.it 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 2
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ISMB, IoT e Smart Homes Area Pervasive Technologies: un area di ricerca, attiva da circa 10 anni in progetti R&D applicati che sfruttano tecnologie IoT Numerose collaborazioni con aziende (ICT providers, ICT users) interessate a sviluppare sistemi ed applicazioni IoT Collaborazioni industriali dirette, convolgimento e supporto alla progettualità europea, innovation center Contributore attivo alle organizzazioni EU che influenzano le linee di ricerca e sviluppo IoT in Europa Es. leadership di activity chain in IERC AIOTI Partner di Energy@home Es. leadership di WG «Reference Implementation» Knowledge Partner del IoT Leadership Program 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 4
Il Vostro Speaker Doppia laurea (Politecnico di Torino, Institut National Polytechnique de Grenoble) e PhD (Politecnico di Torino) Head of Research Unit presso ISMB (Knowledge partner dell IoT Leadership program) Da circa 10 anni collaboro in progetti R&D volti a sperimentare e valutare l uso di tecnologie IoT in diversi ambiti applicativi (progetti finanziati, collaborazioni con imprese di varie dimensioni) Interesse particolare per le applicazioni in ambito Smart Home/Buildings, Smart Grid e Smart City Chair del Working Group «Demonstration and Reference Implementation» dell associazione Energy@home Riccardo Tomasi, PhD Head of the IoT Service Management Research Unit Pervasive Technologies Area Istituto Superiore Mario Boella tomasi@ismb.it @ric_iot http://www.ismb.it 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 5
IoT, Standard e Interoperabilità: il caso Smart Home L idea di «Smart Home» nasce, ormai diversi decenni fa *, dall idea di applicare tecniche di automazione in contesto domestico La diffusione del paradigma IoT sta creando nuove condizioni intorno al dominio Smart Home, sia dal punto di vista del mercato che dal punto di vista tecnologico Conseguenze: nuove opportunità, ma anche maggiore complessità * Rothfeld, Tech Time Machine: The Smart Home - available at http://goo.gl/7eipcb 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 6
IoT & Smart Home Le tecnologie per la Smart Home intesa come «domotica» hanno un valore di mercato globale significativo*, ma non hanno mai raggiunto (fino ad ora) livelli di diffusione comparabili con le attese. Fino ad oggi, la Smart Home è stata quindi considerata da molti come un mercato di nicchia: consumatori «premium» o appassionati Applicazioni di monitoraggio e controllo remoto installazioni «chiavi in mano», alto costo iniziale * Stima: circa 20 Miliardi di USD nel 2015 (fonte: Statista - http://goo.gl/oypjeb ) 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 7
IoT & Smart Home: Opportunità I trend in corso nel mondo dell IoT stanno influenzando significativamente il panorama Smart Home. Nuovi prodotti connessi in grado di attrarre clientela più vasta Nuovi stakeholder interessati ad entrare in modo «dominante» nel mercato IoT/Smart Home, facilitandone l espansione Disponibilità di infrastruttura e piattaforme che possono ridurre i costi operativi delle soluzioni Smart Home Tecnologie che possono semplificare lo sviluppo e la gestione di prodotti e Servizi Smart Home Opportunità di business completamente nuove, derivate dalla possibilità di collegare mercati verticali diversi 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 8
IoT & Smart Home: Sfide ma stanno portando con sé alcune sfide: I Fattori sociali e legali (privacy, sicurezza) Aumento dell eterogeneità delle soluzioni disponibili Aumento della complessità 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 9
IoT e Standard: Opportunità (1/2) Secondo molti analisti, il mercato IoT ha un forte potenziale atteso nel generare nuove opportunità in diversi mercati Alcuni analisti prevedono un valore di mercato globale stimato dai 4.000 agli 11.000 miliardi di Dollari, enro il 2025* PIL del Giappone: 4.600 mil. USD ** PIL della Cina: 10.300 mil. USD ** il 40% del valore dell IoT risiede nella sua capacità di far interoperare tra loro sistemi eterogenei* L adozione di standard aperti e flessibili in grado di mettere in comunicazione ambiti «verticali» (silos) differenti è uno dei fattori fondanti del paradigma IoT * McKinsey Global Institute. The Internet of Things: mapping the value beyond the Hype, June 2015 - http://goo.gl/yu6wkb ** IMF, "World Economic Outlook Database, April 2015 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 10
IoT e Standard: Opportunità (2/2) Visione di lungo termine: Un contesto dove sistemi di monitoraggio e controllo concepiti in ambiti diversi (= es. sistemi legacy, standard «verticali») si integrano facilmente (seamlessly) in un unico eco-sistema digitale «orizzontale» scalabile, aperto, riconfigurabile e connesso in rete Risultati attesi: Nuove opportunità di ottimizzazione legate alla maggiore quantità di informazione disponibile Possibilità di condividere e sfruttare sistemi, infrastrutture, dati attraverso domini diversi Capacità di catturare la flessibilità tipica dei business ICT Nascita di nuovi modelli di business in grado di intercettare le opportunità generate dalle maggiore integrazione di settori «verticali» diversi 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 11
Un esempio di «nuovi modelli di business»: Greencom In numeri: 42 mesi di durata (termine atteso: Aprile 2016) 7 partner da 5 paesi EU Circa 4.8 Milioni di Euro di budget complessivo di cui circa 3.5 co-finanziati dall UE Highlights Costruito a partire da un noto middleware IoT sviluppato in ambito EU : Linksmart https://www.linksmart.eu ha adottato e contribuito ad alcuni componenti derivati dal progetto JEMMA http://jemma.energy-home.org, l implementazione di riferimento dell associazione Energy@home Goal: sviluppare e provare sul campo una soluzione IoT in grado di far cooperare abitazioni private in una micro-grid virtuale 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 12
Greencom: funzionalità principali Misurazione (quasi) real-time dei consumi (elettrodomestici ecc.) Monitoraggio e controllo di fonti rinnovabili e sistemi di storage (termico/elettrico) Aggregazione ed analisi di dati di consumo: analisi dei trend, previsioni di breve termine, ecc. Aggregazione ed analisi di dati di contesto (es. preferenze degli utenti, condizioni climatiche) Supporto alla gestione della rete (planning, supporto alle decisioni) Servizi di gestione attiva della domanda basata su contratti individuali Infrastruttura ICT sicura ed affidabile per monitoraggio e controllo 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 13
GreenCom: il Pilot Isola di Fur (municipalità di Skive) nord-ovest della Danimarca 24 abitazioni indipendenti abitate da utenti reali, dotate di una combinazione di sistemi di home automation, impianti fotovoltaici, pompe di calore controllabili, storage domestici Il progetto GreenCom ha fornito principalmente la componente IoT/ICT; alcuni acquisti (es. le appliance più costose) sono state co-finanziate dal governo danese, ma con un significativo investimento da parte degli utenti stessi 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 14
GreenCom: il sistema in campo nelle 24 case del Pilot Gateway GreenCom Contorollo Locale, Scheduling Data Management Storage locale, Aggregazione Monitoraggio e Controllo Rete Manutenzione, Aggiornamento Remoto Device Abstraction/Adaptation Dispositivi Home Area Network ModBus Fronius API Dispositivi e Sistemi nella Smart Home 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 15
GreenCom: la micro-grid complessiva Infrastruttura Micro-grid Servizi Micro-grid Management Utenti Sistemi DSO AMR GTM Data Ware House (DWH) Network Monitoring REST HTTP API MGM Broker P2P (LinkSmart) VPN Internet Tradizionale Casa 1 Casa 2 Casa 3 Casa 4 Casa 24 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 16
GreenCom: alcune lezioni apprese (1/2) Gli utenti hanno dato un riscontro positivo all utilizzo dei sistemi «domotici» e delle relative interfacce utenti, ma sono interessati solamente ai consumi degli elettrodomestici più vecchi ed energivori Gli utenti sono più interessati e motivati: Alla possibilità di ottenere prezzi convenienti a fronte della disponibilità a rendere flessibile il loro impianto di riscaldamento (basato su pompe di calore) Alla possibilità di sfruttare e condividere impianti di storage locale (DSO, Aggregatori) alla quantità (e qualità) dell informazione sui carichi e gli storage; allo sfruttamento della flessibilità disponibile 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 17
GreenCom: alcune lezioni apprese (2/2) Il progetto ha riscontrato molte sfide tipiche dell IoT che sono state risolte grazie all approccio IoT Interazioni con sistemi pre-esistenti (AMR, GMT, pompe di calore, contatori, ) da parte di applicazioni orientate ad Internet Installazioni di dispositivi connessi (smart plug) senza alterazioni all impianto pre-esistente Connessione ad internet messa a disposizione dell utente Impianti elettrici anche piuttosto datati Necessità di conciliare le necessità degli utenti domestici con le richieste di stakeholder aggiuntivi: DSO, Aggregatori Necessità di trovare un «middleware» che facilitasse: l integrazione di sistemi anche molto diversi tra loro La gestione remota di un numero considerevole di dispositivi La raccolta di moli significative di dati La resilienza dell infrastruttura ICT durante le operazioni di controllo remoto. 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 18
Standard(s) IoT: Sfide L attuale contesto degli standard IoT è particolarmente complesso e pone diverse sfide, tra le quali: Disponibilità di un grande numero di casi di applicazione desiderati, spesso con requisiti contrastanti Difficoltà tecnologiche intrinseche nel realizzare sistemi eterogenei, complessi, di larga scala Forte sovrapposizione e complementarietà con sistemi legacy o già standardizzati in altri ambiti Necessità di integrare sistemi IoT in domini già consolidati, standardizzati e/o normati Esistenza di un grande numero di stakeholder interessati a «influenzare» la standardizzazione es. grandi player industriali, consorzi, enti di standardizzazione, gruppi di interesse interessati 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 19
Standard(s) IoT: Sfide L attuale contesto degli standard IoT è particolarmente complesso e pone diverse sfide, tra le quali: Disponibilità di un grande numero di casi di applicazione desiderati, spesso con requisiti contrastanti Difficoltà tecnologiche intrinseche nel realizzare sistemi eterogenei, complessi, di larga scala Forte sovrapposizione e complementarietà con sistemi legacy o già standardizzati in altri ambiti Necessità di integrare sistemi IoT in domini già consolidati, standardizzati e/o normati Esistenza di un grande numero di stakeholder interessati a «influenzare» la standardizzazione es. grandi player industriali, consorzi, enti di standardizzazione, gruppi di interesse interessati 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 20
Standard(s) IoT: Sfide L attuale contesto degli standard IoT è particolarmente complesso e pone diverse sfide, tra le quali: Disponibilità di un grande numero di casi di applicazione desiderati, spesso con requisiti contrastanti Difficoltà tecnologiche intrinseche nel realizzare sistemi eterogenei, complessi, di larga scala Forte sovrapposizione e complementarietà con sistemi legacy o già standardizzati in altri ambiti Necessità di integrare sistemi IoT in domini già consolidati, standardizzati e/o normati Esistenza di un grande numero di stakeholder interessati a «influenzare» la standardizzazione es. grandi player industriali, consorzi, enti di standardizzazione, gruppi di interesse interessati 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 21
Standard(s) IoT: stato attuale Situazione attuale (Ottobre 2015): ad oggi non è (ancora) emerso uno standard dominante*. Il contesto degli standard IoT è caratterizzato da un numero di proposte alternative, variatamente compatibili, collegate o sovrapposte tra loro, sostenute o promosse (direttamente o indirettamente) da**: Enti di standardizzazione tradizionali più o meno collegati e/o sinergici tra loro Grandi player industriali e/o alleanze di player interessati a dominare uno o più segmenti di mercato del mondo IoT Policy makers interessati a stimolare il mercato interno Fondazioni e/o progetti open source Nota importante: l overview che segue non mira ad essere esaustiva, ma solo a dare un idea della quantità di effort attualmente in corso. * Christopher Null, The state of IoT standards: Stand by for the big shakeout, 2015 - http://goo.gl/bmte4d ** IEEE Standards Association (IEEE-SA), Internet of Things (IoT) Ecosystem Study, Jan. 2015 http://goo.gl/umzhtp 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 22
Standard IoT nel 2015: enti «tradizionali» Internet Engineering Task Force (IETF) Es. gruppi 6Lo, 6Man, ACE, ROLL, etc. - www.ietf.org Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) IoT Initiative - http://iot.ieee.org P2413 Standard for an Architectural Framework for the IoT https://goo.gl/abicru ITU-T International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Bureau Internet of Things Global Standards Initiative - http://goo.gl/amxirb ISO (International Standards Organization) Special Groups on IoT http://goo.gl/7ykibv ETSI M2M / OneM2M http://goo.gl/opk3ic http://www.onem2m.org/ Open Mobile Alliance (OMA) OMA M2M Enablers http://goo.gl/kmfmd8 NOTA: Il Loghi sono di proprietà dei rispettivi proprietari 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 23
Standard IoT nel 2015: enti «tradizionali» Organization for the Adv. of Structured Information Standards (OASIS) MQTT Standard https://goo.gl/jg1zhp Open Geospatial Consortium (OGC) SensorThings Standard Working Group (SWG) - http://goo.gl/vhzrsx World-Wide Web Consortium (W3C) Web of Things (WoT) initiative http://www.w3.org/wot/ The XMPP Standards Foundation http://wiki.xmpp.org/web/tech_pages/iot_systems E molti, molti altri ancora*, senza considerare gli standard prettamente verticali NOTA: Il Loghi sono di proprietà dei rispettivi proprietari * IEEE SA highlights more than 140 existing IEEE standards related to the IoT domain, RP Conf. 2014 http://goo.gl/fwpcz6 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 24
AIOTI Alliance for IoT Innovation http://www.aioti.eu Allseen Alliance https://allseenalliance.org/ Hypercat http://www.hypercat.io/ Industrial Internet Consortium (IIC) www.iiconsortium.org Internet Protocol Smart Objects (IPSO) Alliance http://www.ipso-alliance.org Lo-Ra Alliance https://www.lora-alliance.org Standard IoT nel 2015: alcune iniziative industriali Open Interconnect Consortium (OIC) http://openinterconnect.org/ OSGi Alliance http://www.osgi.org Thread Group http://threadgroup.org/ ZigBee Alliance http://www.zigbee.org INIZIATIVE INDIVIDUALI NOTA: Il Loghi sono di proprietà dei rispettivi proprietari 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 25
Standard IoT nel 2015: iniziative Open Linux Fundation IoTivity (OIC) - https://www.iotivity.org/ AllJoyn (Allseen) - https://allseenalliance.org Eclipse Eclipse IoT - http://iot.eclipse.org/ Eclipse Kura - http://www.eclipse.org/kura/ Eclipse Smart Home - http://www.eclipse.org/smarthome/ OpenIoT: http://openiot.eu/ Hypercat http://www.hypercat.io/ Nota: gli effort open-source in ambito IoT non sono tipicamente risultato di sviluppi volontari ma sono una parte fondante della strategia di standardizzazione dei consorzi industriali che lo sostengono. NOTA: Il Loghi sono di proprietà dei rispettivi proprietari 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 26
Non-profit Association Networking & pre-competitive tool Scope: smart home & demand side management, not limited to the italian market Goal: create a market for new Value Added Services based upon device-to-device communication and demand side management Approach: International Standards, trials, regulations, scope synergies 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home Credits: http://www.energy-home.it 27
Energy@home WG Standards Application Layer WG Ref Impl Demo ZigBee HA 1.2 WG Use Cases Use Cases TR 62746-2 Data Model IEEE P2030.5 IEC CIM ZigBee SEP 2.x ETSI, Hgi, OSGi, BBF, EEBus, Agora Reference Implementation OSGi Implements RFC 196 Device Abstraction Layer Complies with ZigBee Gateway Device specs Trials Protocols WG Policies ZigBee Pro (in progress) Policies & Regulations 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Credits: Home http://www.energy-home.it 28
JEMMA: La Reference implementation di E@H JEMMA: Java Energy ManageMent Application Obiettivo: prototipazione rapida di applicazioni Smart Energy/Smart Home Prima Release (v0.0.1): Ottobre 2013 Basata su una soluzione sviluppata da molti anni e validata nei trial di Energy@home Current version: v0.9.3 (1.0.0-RC2 disponible per testing) http://jemma.energy-home.org 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 29
Energy@home e il DAL (Device Abstraction Layer) La specifica DAL - Device Abstraction Layer è uno standard OSGi standard (inizialmente RFC 196*, ora incluso nelle Specifiche OSGi Residential (Release 6) Il suo obiettivo è di fornire un API unificata, auto-descrittiva per accedere ai dispositivi Supporta l interconnessione di sistemi compativili con protocolli diversi Espone le funzionalità di qualunque dispositivo in termini di Functions, a loro volta composte da Properties e Operations Implementazioni già disponibili per vari protocolli Smart Home (enocean, z-wave, KNX, ecc.) Supportato in JEMMA/Eneryg@home dalla versione 0.9 (2014) anche come modello per l accesso via REST ai dispositivi https://github.com/osgi/design/raw/master/rfcs/rfc0196/rfc-0196-deviceabstractionlayer.pdf ** http://www.osgi.org/download/release6 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il 22 Ottobre 2015 Caso Smart Home 30
Status La Filosofia del DAL Lavatrice Device OnOff Function Function Property Property Property Device Function Operation OSGi Context Device Device Device Function Metering OnOff Operation Operation Reverse Device Function Function Smart Plug Metering IoT, Standard ed Interoperabilità - Il 22 Ottobre 2015 Caso Smart Home 31
Si tratta dell ennesima specifica? Credits: https://xkcd.com/927/ 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 32
Si tratta dell ennesimo specifica? Sebbene con alcune differenze, approcci simili (se non identici) al DAL sono utilizzati (o in corso di definizione) in molte delle soluzioni descritte finora. Rif.: Smart Appliances REFerence (SAREF) ontology https://sites.google.com/site/smartappliancesproject/ontologies/referenceontology Tali similitudini, congiunta con il fatto che la maggior parte degli standard si appoggiano su protocolli Web aperti (API REST, Websocket, ecc.) fanno supporre che, anche qualora il contesto rimanesse eterogeneo come ora, almeno a livello applicativo l interoperabilità e la convergenza saranno sempre più facilitate. 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 33
Conclusioni (1/3) La Smart Home è stata caratterizzata per molti anni da un grande numero di soluzioni eterogenee L IoT ha peggiorato la situazione. 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 34
Conclusioni (2/3) La novità sta nell aumento della flessibilità e della facilità con la quale si possono «integrare tra loro» i protocolli e le piattaforme di ultima generazione La scelta di qualunque soluzioni aperta (es. protocolli, API, implementazioni, ecc.) e standardizzata, se supportata da piattaforme sufficientemente mature, risulta vantaggiosa nel lungo termine (minore rischio di lock-in, maggiore facilità nel realizzare casi di interoperabilità/mapping con altre piattaforme, ecc.) 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 35
Conclusioni (2/3) La capacità di integrarsi facilmente con i sistemi già installati (e le applicazioni attese dagli utenti) sarà un fattore determinante in ambito Smart Home È probabile che i player e i consorzi in grado di dimostrare di saper sviluppare, installare e gestire con successo installazioni di larga scala in grado di provare vantaggi concreti in domini diversi avranno un influenza significativa su quale soluzioni rimarranno dominanti a lungo termine 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 36
Per approfondire, oltre la Smart Home «AIOTI 6th Board meeting validates 'Internet of Things recommendations to the European Commission' and future strategy» https://ec.europa.eu/digital-agenda/en/news/aioti-6th-board-meeting-validates-internet-things-recommendations-european-commission-and Credit: AIOTI WG 03: IoT Standardization Data di pubblicazione attesa: 26 Ottobre Dove: https://ec.europa.eu/digital-agenda/en/alliance-internet-things-innovation-aioti#latest 22 Ottobre 2015 IoT, Standard ed Interoperabilità - Il Caso Smart Home 37
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