Una guida completa all'hardware IoT e al suo posto nell'ecosistema IoT
L'Internet degli oggetti ha facilitato notevolmente la vita degli esseri umani, creando un vasto ecosistema di dispositivi controllabili a distanza. Allo stesso tempo, il progresso non si ferma e si prevede che il mercato globale dell'IoT crescerà fino a 24,1 miliardi di dispositivi nel 2030, generando 1.500 miliardi di dollari di fatturato annuo. L'Internet degli oggetti sta letteralmente rendendo intelligente tutto ciò che ci circonda, alimentando ogni aspetto della vita con dati, algoritmi di intelligenza artificiale e reti. Qualcosa di molto semplice e complicato allo stesso tempo, come rilevare quando la macchina del caffè sta esaurendo i chicchi di Arabica ed effettuare un nuovo ordine al fornitore preferito, è ora possibile grazie all'interrelazione di soluzioni hardware IoT, software e connettività wireless. Quando si guarda al successo dell'implementazione di qualsiasi soluzione IoT, tutto inizia, ma ovviamente non finisce, con l'hardware.
Il posto dell'hardware nell'ecosistema IoT
La gamma di componenti che formano soluzioni IoT complete sta crescendo alla velocità della luce ed è essenziale dividerli in livelli separati. Esaminiamo i cinque principali livelli o componenti dell'IoT che ruotano attorno ai dati preziosi estratti dall'hardware e trasmessi al cloud.
Principali tipi di hardware IoT e attori chiave
Coprendo un insieme eterogeneo di dispositivi come sensori di umidità, dispositivi elettronici indossabili o dispositivi di base come smartphone e moduli separati, l'hardware IoT svolge molteplici funzioni: avvio e sicurezza del sistema, specifiche delle azioni, comunicazione e rilevamento di obiettivi e azioni specifiche di supporto. Passiamo in rassegna i principali tipi di dispositivi abilitati all'IoT:
I sensori IoT sono una sorta di "pelle" dell'IoT che rileva i cambiamenti ambientali e raccoglie dati. Tra i moduli chiave che li compongono vi sono i moduli di rilevamento, di energia, RF e di gestione dell'alimentazione. Possiamo distinguere due tipi di sensori: attivi (che utilizzano la propria energia per raccogliere dati in tempo reale, come i raggi X o il GPS); passivi (che utilizzano energia esterna, come le telecamere). È inoltre importante distinguere i sensori in base a posizione, velocità, pressione, flusso, luce e radiazione.
Processori. I processori e i chipset, come i microcontrollori o i microcomputer, sono il "cuore" del sistema IoT. Questi dispositivi lavorano con i dati grezzi raccolti dai sensori ed estraggono le informazioni più preziose. Il gateway IoT è un dispositivo (a volte un programma software) che collega il cloud, i controllori e i nodi sensore con il WWW. In questo modo, tutti i dati provenienti dal dispositivo IoT passano attraverso il gateway IoT per arrivare al cloud.
I dispositivi elettronici indossabili sono indossati da milioni di persone su piedi, collo, braccia e altre parti del corpo. Orologi da polso, occhiali, zaini e persino calzini. L'hardware IoT è arrivato quasi ovunque.
Dispositivi di base. Non ignoriamo i dispositivi che tutti noi utilizziamo ogni giorno, come telefoni cellulari, tablet, desktop, telecomandi o router.
Moduli IoT aggiuntivi. Hardware in grado di trasformare i dispositivi esistenti non alimentati con tecnologia IoT in dispositivi intelligenti. Gran parte del mercato è costituito dai moduli cellulari IoT, che si prevede raggiungeranno una crescita a due cifre nel 2021. Di seguito è riportato l'elenco dei principali fornitori di moduli IoT cellulari disponibili sul mercato.
L'Internet delle cose è in costante sviluppo ed espansione in nuove aree, con un numero sempre maggiore di dispositivi connessi a reti geografiche basate su tecnologie cellulari o LPWA.
Il numero di potenziali oggetti che possono essere collegati in rete è imprevedibile, mentre il costo della connettività sta diminuendo. Le tecnologie LPWA offrono maggiori opportunità in settori quali i contatori di energia, i veicoli a motore e gli edifici. Circa 3,3 miliardi di contatori consentono la fatturazione basata sul consumo come base di guadagno per le industrie dell'elettricità, del gas e dell'acqua, mentre più di 1,4 miliardi di veicoli a motore trasportano persone e merci a livello globale. Centinaia di milioni di edifici danno alloggio e spazio di lavoro a oltre otto miliardi di persone. Si tratta di mercati di grandi dimensioni, in cui le categorie di dispositivi variano ancora di più.
Fonte: Berg Insights
Qual è la differenza tra hardware IoT e software IoT?
L'hardware IoT comprende una serie di elementi e dispositivi che insieme consentono la connettività, come gateway, sensori, protocolli di comunicazione, ecc. Al contrario, il software IoT esegue programmi e compiti specifici sull'hardware, assicurando che tutti i dati vengano elaborati e analizzati correttamente. Per una visione completa, ecco un confronto tra hardware e software IoT:
I dispositivi IoT comunicano in vari modi attraverso protocolli specifici a seconda di cosa sono, di quali altri dispositivi e sistemi devono comunicare e di cosa devono dire esattamente. Non esiste un unico protocollo per tracciare il percorso dall'inizio alla fine, e la differenza principale è proprio in questi linguaggi, dove la connettività stessa è un collante tra il dispositivo e il cloud. La missione unificata di hardware, software e connettività è quella di fornire dati dal punto A al punto B. 1NCE fornisce accesso alla rete con copertura globale e dati da 500 megabyte. Utilizzando il software 1NCE OS o un'altra piattaforma, è possibile definire quali dati vengono inviati e quale protocollo viene utilizzato. In questa fase è possibile utilizzare anche applicazioni di intelligence come Device Locator o Energy Saver. Per inviare i dati dal dispositivo direttamente al cloud, di solito si utilizzano MQTT e HTTPS, mentre 1NCE OS funge da traduttore offrendo UDP, CoAP e M2M leggero. È adatto ai dispositivi con vincoli e traduce tutto questo in protocolli più adatti al mondo del cloud, ad esempio HTTP o HTTPS.
Ci sono alcune trappole che possono emergere quando si utilizzano diversi tipi di protocolli con NB-IoT, che possono essere trovate nel nostro articolo pubblicato per la prima volta da Embedded Computing Design, intitolato How MQTT on Narrowband-IoT Can Ruin Your Project - Embedded Computing Design.
Quale tipo di connettività può alimentare l'hardware?
La connettività dell'Internet degli oggetti è rappresentata da due categorie: soluzioni wireless e cablate, suddivise in standard di connettività a lungo e corto raggio.
A seconda dell'azienda, del budget, della quantità di prodotti e del consumo energetico, la scelta di un'opzione di connettività IoT varia. In questo modo, è meglio stilare un elenco dei requisiti della soluzione offerta, ad esempio:
Velocità. Assicurarsi di scegliere una rete di connettività in grado di gestire la quantità di dati che i dispositivi invieranno e acquisiranno.
Copertura. La distanza tra i dispositivi è importante, quindi la rete deve offrire una portata adeguata.
Consumo di energia. Batteria o cavo? Avete esigenze di larghezza di banda ridotte? Valuta questi fattori e tieniti al passo con le innovazioni IoT.
Come ridurre il consumo energetico dei dispositivi IoT?
L'ottimizzazione del consumo energetico dei dispositivi IoT non è qualcosa che si può fare con un clic. Comporta molte variabili e processi che lasciano perplessi tutti i soggetti coinvolti, dai progettisti alle aziende di connettività IoT, finché l'obiettivo comune di aumentare l'affidabilità della trasmissione e del controllo dei dati rimane invariato. Con l'aumento del numero di dispositivi connessi, la pressione sulle reti cellulari è enorme. Inoltre, questi dispositivi richiedono un basso consumo energetico, poiché sono spesso scollegati. Ecco alcuni aspetti di risparmio energetico da tenere in considerazione:
Assicurarsi che il dispositivo sia compatibile con la scheda SIM IoT
Due mondi, quello dell'hardware e quello del software, che si uniscono l'uno all'altro con la connettività a fare da collante. Per creare un flusso di dati fluido da sensori, gateway, moduli e chip al cloud, è essenziale verificare la compatibilità del dispositivo con una determinata opzione di connessione. Ciò include sia gli elementi incorporati che i moduli aggiuntivi, nonché le peculiarità di alcuni operatori in luoghi diversi. Un altro consiglio importante è quello di prendere in considerazione il fattore di forma della scheda SIM IoT, il tipo di dispositivo e l'ambiente - se si tratta di un veicolo, di un tablet o di un GPS, se può essere riscaldato o meno, ecc. In base alle esigenze specifiche, è possibile scegliere Mini-SIM, Micro-SIM, Nano-SIM o Embedded SIM. Per saperne di più sulla compatibilità delle SIM e sui diversi geo, consulta la Guida alle schede SIM IoT.
Ecco gli strumenti 1NCE progettati per semplificare il flusso dei dati
1NCE aiuta a connettersi all'hardware IoT nelle aree più difficili da raggiungere, con un minor consumo di batteria e una maggiore capacità di analizzare i dati senza problemi. Scopri di più sulle soluzioni software 1NCE che possono far crescere la tua attività.
Device Authenticator consente di autenticare e identificare facilmente i dispositivi nel cloud.
IoT Integrator offre una serie di strumenti di interazione conformi agli standard aperti.
Device Inspector aiuta a monitorare il parco dispositivi da remoto.
Device Locator fornisce informazioni sui dati geografici dei dispositivi senza GPS.
Energy Saver aiuta a ottimizzare il consumo energetico dei dispositivi alimentati a batteria
Cosa ci aspetta?
L'IoT è diventato un settore dinamico con un'impennata di hardware, software e connettività. Oggi siamo più connessi che mai e questo è solo l'inizio dell'era dell'IoT. Nei prossimi anni nasceranno nuove soluzioni per la gestione dei dati e la connettività, il che significa opportunità inesauribili e allo stesso tempo responsabilità per la raccolta e la gestione dei dati.
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