I 9 fattori fondamentali di un’architettura IoT

Ci sono nove fattori che ogni azienda che opera nel campo dell’Internet of Things deve conoscere per raggiungere il successo nei prossimi anni. Sono fondamentali per avere la garanzia che gli strumenti IoT possano connettersi ad altri standard e sistemi, interagendo con il mondo reale, e con la scalabilità necessaria ad affrontare la prova del futuro.

Quindi, cosa va esattamente messo a punto in una rete Internet of Things (IoT)? Le aziende IoT che aderiscono ai nove fattori delineati di seguito avranno sicuramente successo negli anni a venire.

1. L’IoT è naturalmente multi-marca

Il dispositivo di un marchio deve poter parlare con il dispositivo di un altro marchio e questo deve essere controllato da un’app che viene eseguita su un altro dispositivo (anche di un diverso produttore). Il collegamento dei dispositivi è un problema al quadrato. Per connettere i nodi di una rete, sono necessarie tante connessioni quante il numero di dispositivi e app nel sistema, al quadrato. Questo è in genere fatto con le API. Ogni dispositivo o server back-end deve funzionare con tutte le API a cui è connesso. Le modifiche alle API richiedono modifiche al firmware. È impossibile ridimensionare tutte le permutazioni delle API a cui ogni dispositivo potrebbe connettersi.

Più parti hanno bisogno di un modo semplice e comune per interagire con fiducia. Gli strumenti open source sono condivisi dall’intero ecosistema, al contrario di alcune delle piattaforme IoT emergenti che sono controllate e gestite centralmente da un soggetto potenzialmente competitivo. Una rete IoT ottimizzata è progettata intorno alla creazione di comunità in sistemi IoT open source multi-brand.

2. Gli strumenti IoT devono connettersi ad altri standard e sistemi

Matthew Gregory, CEO di Ockam, ha discusso del perché gli sviluppatori odiano l’idea di piattaforme IoT universali, complesse e complete. Gli strumenti e i servizi open source degli sviluppatori cloud sono organizzati in strati specializzati orizzontali che costituiscono gli stack. Gli strumenti IoT devono essere interoperabili con altri livelli in uno stack software e adattarsi ai framework cloud.

Ad esempio, lo standard aperto di identità chiamato DID (decentralized identifiers) semplifica la creazione di identità crittograficamente sicure per una serie di entità. Questa funzionalità non si estende solo ai dispositivi, ma è anche possibile che i DID rappresentino persone, organizzazioni o qualsiasi tipo di entità che si possa pensare sia compatibile con un dispositivo registrato DID. In questo modo, gli sviluppatori sono in grado di codificare facilmente complesse relazioni grafiche tra persone, organizzazioni, dispositivi e risorse e rendere queste relazioni disponibili attraverso lo stack di servizi.

3. L’IoT si basa sulla certezza

I sistemi IoT dovrebbero fare affidamento su un’identità crittografica immutabile e unica che è stata rivendicata da ciascun dispositivo nella rete. Ogni volta che un dispositivo invia dati a un altro dispositivo o a un archivio dati, deve firmare tali dati con la sua chiave di crittografia. Inoltre, uno sviluppatore dovrebbe essere aperto a scegliere qualsiasi metodo di crittografia appropriato per le esigenze di sicurezza e le capacità hardware del proprio dispositivo senza sacrificare l’interoperabilità del sistema.

Ogni dispositivo deve anche sapere che tipo di metodo crittografico è stato utilizzato per firmare i messaggi ricevuti. Questo è risolto tecnicamente e attraverso la disponibilità aperta attraverso il suddetto standard DID. Ciò garantisce che ogni bit di dati che si muove attraverso la rete possa essere considerato affidabile e che ogni dispositivo possa essere certo di chi ha inviato i dati.

4. L’IoT interagisce con il mondo reale

I sistemi IoT richiedono una propagazione rapida e definitiva degli stati di un macchinario, e dati coerenti in tutta la rete. La tecnologia blockchain è un ottimo strumento per diffondere i dati in una rete. Tuttavia, molte reti blockchain possono andare bene con fork temporanee (ovvero partizioni di dati) perché il mondo digitale può essere modificato (e corretto) facilmente. Ma nel caso dell’IoT abbiamo a che fare con il mondo reale, quindi una definizione, anche temporanea, errata, può avere conseguenze nocive.

Si consideri il caso di una diga gestita a distanza. Se un attuatore riceve il comando per aprire il cancello, l’acqua comincia a fluire. Se dopo un paio di minuti l’attuatore viene a sapere che era collegato a una partizione della rete con dati errati, non può tornare indietro e rimettere l’acqua al suo posto. Questo tipo di partizionamento avviene regolarmente in blockchain di finalità probabilistica come Ethereum.

Nei sistemi distribuiti, quanto appena descritto è indicato come il teorema CAP (consistency, availability, partition tolerance). Il teorema CAP afferma che un sistema distribuito non può avere coerenza, disponibilità e tolleranza della partizione tutte allo stesso tempo. È necessario sceglierne a scapito della terza. Molte reti blockchain sono disponibili e tolleranti alle partizioni (“AP”). Tuttavia, poiché l’IoT influisce sul mondo reale, la rete deve essere un sistema orientato alla coerenza e alla tolleranza delle partizioni (CP) in modo tale che vi siano dati coerenti ovunque nella rete.

5. La rete dovrebbe essere vicina al dispositivo

Quanto più un dispositivo è vicino alla rete, tanto più veloce e affidabile è la connessione tra dispositivo e rete. Se la rete è suddivisa in zone, è possibile distribuirle a livello globale, grazie all’impronta globale dell’infrastruttura cloud. Questa vicinanza massimizza le prestazioni tra il dispositivo IoT e la rete.

6 – Raggiungere la scalabilità attraverso un modello Hub-and-Zone

La scalabilità futura è un tema scottante in IoT. Le reti IoT odierne devono elaborare elevati volumi di dati. Quelle di domani, dovranno gestire volumi giganteschi.

Una struttura hub-and-zone risolve questo problema. Con l’aumentare delle richieste dell’IoT, una rete può scalare in maniera orizzontale aggiungendo tutte le zone necessari.

7. I sistemi IoT producono una enorme mole di dati

Come anticipato poco sopra, la blockchain è uno strumento molto valido nella gestione di molteplici macchinari ed ecosistemi. Tuttavia, anche una rete blockchain deve essere ottimizzata per l’IoT in modo che possa accogliere l’enorme volume di dati generato dai dispositivi IoT. In isolamento, questi dati hanno un valore relativamente basso. Tuttavia, il vero valore dell’IoT viene sbloccato quando enormi quantità di dati vanno a inficiare processi di ordine superiore come quelli AI/ML. Una rete blockchain deve avere costi di calcolo molto bassi, in modo che gli sviluppatori possano sfruttare al massimo le loro applicazioni.

In poche parole, lo spostamento di dati in una rete IoT non può costare più del valore dei dati stessi. Quindi, le risorse di calcolo devono essere utilizzate per elaborare le transazioni e non sprecate nel generare consenso attraverso altri meccanismi.

8. Flessibilità di accesso

Il proprietario di un dispositivo potrebbe avere la necessità di condividere i dati solo tra determinati partner commerciali. Tuttavia, è anche plausibile che debba fornire prove o dati filtrati anche ad altri partner, clienti, o collaboratori.

Questo è un altro vantaggio di un sistema di infrastrutture basato sulle zone. Le zone con dati privati mantengono protetti i dati “più sensibili”, ma lasciando la possibilità di esportare una parte di esse a utenti autorizzati.

9. I dispositivi IoT devono convalidare lo stato della rete

La maggior parte dei dispositivi IoT è costruita con tolleranze estremamente ristrette e non ha risorse da risparmiare. I dispositivi wireless a bassa potenza con hardware semplice richiedono una larghezza di banda ridotta per rimanere sincronizzati con lo stato corrente della rete.

È necessario garantire una versione leggera e ottimizzata della rete per dispositivi a bassa potenza. Inoltre, i dispositivi devono essere sincronizzati con lo stato della rete appena vengono accessi e connessi alla rete. Il rilevamento dello stato della rete richiede una progettazione che consenta a un dispositivo a bassa potenza con connettività intermittente non superare pochi kb di consumo.

Conclusioni

Questi sono i nove fattori da tenere a mente quando si costruiscono sistemi IoT di livello produttivo su larga scala. In sintesi, abbiamo visto che gli elementi chiave sono l’adattabilità del sistema, l’accessibilità e la sicurezza dei dati, l’ottimizzazione delle risorse. In fase di progettazione, è bene prendere seriamente in considerazione tutti questi fattori per garantire un sistema affidabile anche nel lungo periodo e su vasta scala.


Gabriele Barbesta

Gabriele Barbesta

Da anni si occupa di tecnologie RFID, con particolare interesse per l'NFC e le sue applicazioni nel mondo sia business che consumer.

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