Tutti i livelli d’architettura di un sistema IoT
Ogni progetto di Internet of Things presenta un’architettura IoT composta da diversi livelli a seconda della complessità. In questo articolo vedremo il ruolo di ogni livello all’interno di un sistema IoT.
Architettura dei sistemi IoT
Nella maggior parte dei casi un sistema IoT è composto da 4 livelli:
- Sensori e attuatori
- Gateway e sistemi per l’acquisizione dei dati
- Pre-elaborazione dei dati raccolti
- Analisi approfondita dei dati
Il flusso di dati viaggia in entrambe le direzioni, se l’obiettivo è raccogliere dati per conoscere, ad esempio, la qualità dell’aria presente nell’ambiente (data collection), il flusso di dati parte dai sensori e arriva al livello di analisi approfondita dei dati.
Al contrario, se, a seguito dell’analisi dei dati, è necessario purificare l’aria, il flusso dati partirà dal livello 4 (vedi img sopra) e arriverà fino agli attuatori con il comando per attivare il purificatore (data actuation).
Ma vediamo nel dettaglio i 4 livelli citati.
Sensori e attuatori
Rappresenta l’inizio del sistema IoT, senza sensori o attuatori un dispositivo non può essere considerato IoT.
I sensori hanno il compito di raccogliere i dati dall’ambiente circostante o dal dispositivo e inviarli al livello successivo.
Gli attuatori ricevono ed eseguono comandi dal livello precedente.
Il tempo di latenza tra raccolta dati (sensore) ed esecuzione del comando (attuatore) varia a seconda dell’ambito d’applicazione, in certi casi non viene richiesta alcuna elaborazione del dato, come il bloccaggio di un macchinario in caso di malfunzionamenti; in altri casi è necessaria un’analisi di uno o più dati prima dell’attivazione dell’attuatore, come per la purificazione dell’aria.
Gateway e sistemi di acquisizione dati
Quando i dati vengono raccolti dai sensori sono grezzi, questo significa che sono probabilmente incomprensibili senza un’elaborazione corretta.
In questo livello avviene la trasformazione del dato da analogico a digitale e il conseguente invio, attraverso un gateway, al livello successivo dell’architettura IoT.
Altro processo presente in questo livello è la filtrazione e compressione dei dati raccolti; questo perché i sensori raccolgono tutti i dati senza distinzioni e inviarli tutti al livello successivo comporterebbe l’aumento del tempo di trasmissione e analisi.
I dati grezzi sono informazioni che non sono pronte per essere rappresentate. L’esempio classico di dato grezzo è il codice binario: preso da solo è una serie di 0 e 1 incomprensibili, se elaborato da un computer fornisce informazioni comprensibili a tutti.
Trasportando l’esempio nel mondo IoT, i dati raccolti dai sensori diventano comprensibili e utili solo se elaborati e trasformati in grafici o altre forme di rappresentazione.
Pre-elaborazione
La fase di pre-elaborazione ha l’obiettivo di ridurre ulteriormente il volume dei dati ricevuti dal livello precedente prima di inviarli al cloud; qui l’apprendimento automatico è molto utile in quanto migliora costantemente la qualità e la coerenza dei dati inviati al cloud.
Generalmente questa operazione viene effettuata da un dispositivo posizionato in prossimità dei sensori.
Analisi approfondita nel cloud o nel data center
Rappresenta l’ultima fase dell’architettura dei sistemi IoT e si pone come obiettivo quello di analizzare, gestire e archiviare i dati in modo sicuro.
È questo il momento in cui i dati provenienti da diverse fonti vengono combinati per fornire un quadro più ampio della situazione.
Tornando all’esempio precedente, i dati sulla qualità dell’aria raccolti da una singola stanza possono essere aggregati a tutte le altre stanze e dare una panoramica generale dell’edificio; o addirittura si possono confrontare diversi edifici sparsi sul territorio.
Da queste analisi partono successivamente delle soluzioni che percorreranno i livelli del sistema IoT appena descritti per portare un comando preciso agli attuatori.
Cybersecurity, livello fondamentale per un sistema IoT
La sicurezza non rappresenta un livello preciso dell’architettura di un sistema IoT, questo perché deve essere presente in tutti i livelli a partire dai dispositivi fino ad arrivare al cloud.
Semplificando, possiamo individuare 3 aree principali sulle quali porre particolare attenzione:
- Dispositivi
Non si parla solo di protezione da eventuali manomissioni o agenti atmosferici, ma, soprattutto, di protezione del software presente all’interno del dispositivo in quanto rappresenta un punto d’accesso al sistema aziendale.
È necessario crittografare il disco per proteggere i dati al suo interno e adottare politiche di sicurezza a livello di sistema operativo per permettere l’accesso solo al personale autorizzato.
- Comunicazioni
Un attacco hacker molto frequente è il cosiddetto Man in the Middle; questo attacco permette di intercettare i dati nel momento in cui vengono trasferiti dal dispositivo alla piattaforma.
In questo caso esistono diverse soluzioni, in funzione del sistema IoT e del rapporto costo/rischio che si è disposti a correre; tra le più utilizzate troviamo l’utilizzo del protocollo TLS (Transport Layer Security) e l’utilizzo di VPN per connettere ulteriormente le LAN su una WAN invece di fare affidamento su Internet.
- Dati
Abbiamo visto come vengono protetti i dati nel dispositivo e durante i trasferimenti dispositivo/cloud; in realtà esistono casi in cui i dati non sono così importanti da dover essere protetti da sistemi costosi e quasi infallibili.
È il caso, ad esempio, di un sensore di temperatura domestico, se il dato viene intercettato ma non contestualizzato non può arrecare danno; questo significa che puoi decidere di proteggerlo con una soluzione semplice ed economica.
Al contrario, lo stesso dato rilevato da un sensore posizionato in una struttura ospedaliera ha un impatto decisamente maggiore in caso di attacco, furto e manipolazione.
Come sfruttare al massimo i dati raccolti dal sistema IoT?
Tutto il processo descritto in precedenza non sarebbe possibile senza una piattaforma IoT in grado di fornire connettività tra le diverse fasi per raccogliere e gestire i dati provenienti da ogni singolo sensore collegato.
La piattaforma IoT Trackle ti permette di monitorare e gestire i dispositivi connessi attraverso una console di gestione semplice e intuitiva. In questo modo potrai offrire ai tuoi clienti un prodotto migliore, aggiungendo anche dei servizi a corredo come la manutenzione preventiva in funzione dei dati di funzionamento raccolti.
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