Protocolli dell'Internet of Things (Internet delle cose)

Attualmente, l'adattamento di Internet per IoT costituisce una delle maggiori priorità per molti enti di standardizzazione globale. 

Se il sistema in uso non richiede le caratteristiche di TCP e può sussistere con le più limitate funzionalità UDP, la rimozione completa del modulo TCP aiuta a ridurre considerevolmente le dimensioni totali dell'ingombro del codice del prodotto. Questo è un vantaggio di cui l'universo IoT può usufruire grazie a 6LoWPAN (per WSN) e CoAP (protocollo Internet leggero).

CoAP

Anche se l'infrastruttura Web è disponibile e utilizzabile per dispositivi IoT, è troppo pesante per la maggior parte delle applicazioni IoT. Nel luglio 2013, IETF ha rilasciato il Constrained Application Protocol (CoAP) per l'utilizzo con reti e nodi (vincolati) con perdita di dati e a basso consumo energetico (LLN). CoAP, come HTTP, è un protocollo RESTful.

CoAP è semanticamente allineato con HTTP e dispone perfino di una mappatura one-to-one bidirezionale con HTTP. I dispositivi di rete sono vincolati da microcontroller di dimensioni minori con piccole quantità di memoria flash e RAM, mentre i vincoli su reti locali, ad esempio 6LoWPAN, sono dovuti a percentuali di errore di pacchetto elevate e a una bassa velocità di elaborazione (decine di kilobit al secondo). CoAP può essere un buon protocollo per dispositivi a batteria o con approvvigionamento energetico.

Caratteristiche di CoAP: CoAP utilizza UDP

 Poiché CoAP utilizza UDP, alcune delle funzionalità TCP sono replicate direttamente in CoAP. Ad esempio, CoAP distingue tra messaggi confermabili (che richiedono un riconoscimento) e non confermabili.

•   Richieste e risposte vengono scambiate in modo sincrono su messaggi CoAP (a differenza di HTTP, dove viene utilizzata una connessione TCP).

•   Tutte le intestazioni, i metodi e i codici di stato hanno una codifica binaria, aspetto che riduce l'overhead del protocollo. Tuttavia, ciò richiede l'utilizzo di un analizzatore del protocollo per la risoluzione dei problemi di rete.

•   A differenza di HTTP, la capacità di memorizzare risposte CoAP nella cache non dipende dal metodo di richiesta, bensì dal codice della risposta.

  CoAP soddisfa pienamente le esigenze di un protocollo estremamente leggero e con una connessione di natura permanente. Tale protocollo ha familiarità semantica con HTTP ed è RESTful (risorse, identificatori di risorse e manipolazione di tali risorse tramite interfaccia di programmazione delle applicazioni (API) uniforme). Se si dispone di una certa esperienza con il Web, l'utilizzo di CoAP è relativamente semplice.

  MQTT

  MQ Telemetry Transport (MQTT) è un protocollo open source sviluppato e ottimizzato per dispositivi vincolati e reti a bassa ampiezza di banda, ad alta latenza o inaffidabili. È un protocollo di trasporto di messaggistica publish/subscribe estremamente leggero e ideale per la connessione di dispositivi di piccole dimensioni a reti con ampiezza di banda minima. MQTT è efficiente in termini di utilizzo dell'ampiezza di banda, è indipendente dai dati e dispone di un riconoscimento continuo delle sessioni poiché utilizza TCP. Questo protocollo è mirato a ridurre al minimo i requisiti delle risorse dei dispositivi tentando al contempo di garantire affidabilità e un certo livello di garanzia di consegna con gradi di servizio.

  MQTT è destinato a grandi reti di dispositivi di piccole dimensioni che devono essere monitorate o controllate da un server back-end su Internet. Non è progettato per il trasferimento tra dispositivi, né per il multicast dei dati a molti ricevitori. MQTT è semplice e offre poche opzioni di controllo. In genere, le applicazioni che utilizzano MQTT sono lente, ovvero la definizione di "tempo reale" in questo caso è misurata solitamente in secondi.

  Confronto tra protocolli IoT potenziali

  Cisco è un elemento centrale nella rete Internet, poiché le sue apparecchiature IP sono ovunque. Tuttavia, questa azienda non partecipa attivamente all'evoluzione di IoT. Cisco scorge le potenzialità insite nella connessione di oggetti fisici, nell'ottenimento di dati dal nostro ambiente e nell'elaborazione di questi dati per migliorare i nostri standard di vita.

• Questi protocolli IoT specifici di Internet sono stati sviluppati per soddisfare i requisiti di dispositivi con piccole quantità di memoria e reti con bassa ampiezza di banda e alta latenza.

• HTTP può essere un protocollo pesante per un dispositivo IoT. I suoi messaggi sono di grandi dimensioni perché vengono inviati in formato leggibile dagli utenti. Per i dispositivi IoT, le dimensioni di payload costituiscono spesso un vincolo. Per una grande famiglia di dispositivi, le funzionalità di segnalazione e accettazione di comandi possono essere eseguite in modo più efficiente con un protocollo molto più leggero. MQTT è stato proposto come la risposta a questi problemi. Tale protocollo non è uno standard IETF ed è sviluppato da IBM ed Eclipse Foundation.

  Conclusione

  La locuzione "Internet of Things" ("Internet delle cose") contiene Internet. Alcune aziende potrebbero offrire apparati definiti "dispositivi IoT" senza l'uso del protocollo Internet. È prevedibile: oggi IoT è un termine così potente (alcuni potrebbero dire "la moda del momento") che ogni produttore vuole sfruttarne l'enorme copertura mediatica.

  Il protocollo Internet (IP) è un vettore, ovvero può racchiudere tanti protocolli per l'IoT quanti ne comprende attualmente per il Web. Molti esperti del settore richiedono che venga realizzata una standardizzazione dei protocolli. Ma se i protocolli per il Web sono così numerosi, perché non dovrebbero esisterne altrettanti per l'IoT? Ognuno sceglie i protocolli da utilizzare in base alle proprie esigenze. L'unica differenza è che i protocolli IoT hanno ancora un'origine piuttosto recente e devono ancora dimostrare la propria affidabilità. Occorre ricordare che Internet divenne una realtà grazie all'IP versione 4. Attualmente è in atto la distribuzione massiva dell'IP versione 6 e l'IoT è l'applicazione vincente che i vettori delle telecomunicazioni aspettavano da tempo per giustificare l'investimento richiesto.

  Il posizionamento per ciascun protocollo IoT richiede un'analisi simile. Ad eccezione di HTTP, tutti questi protocolli sono posizionati come protocolli IoT publish-subscribe in tempo reale, con il supporto per milioni di dispositivi. A seconda della definizione di "tempo reale" (secondi, millisecondi o microsecondi) e delle "cose" (nodi WSN, dispositivi multimediali, dispositivi indossabili personali, scanner medici, controllo motori e così via), la selezione del protocollo per il proprio prodotto è fondamentale. Di base, questi protocolli sono tutti molto diversi tra loro.

  Oltre alla progettazione di software e hardware, tuttavia, esiste quella dei sistemi di dati IoT. È necessario separare i dati dall'applicazione in modo da poter conseguire con essi nuovi obiettivi che non abbiamo ancora mai immaginato. Per il tipico sviluppatore di sistemi integrati, pensare specificatamente ai dati generati dal sistema richiede una mentalità nuova. Questi dati costituiscono un valore. Nella progettazione di sistemi integrati, comprendiamo molto bene come realizzare l'architettura della Cosa, la rete locale e perfino il gateway. Il processore, il sensore, la connettività wireless, il gateway, la rete IP e la sicurezza sono tutti elementi ben noti allo sviluppatore dei sistemi integrati.

  La nuova sfida per la comunità che opera con i sistemi integrati è sfruttare il valore inerente ai nostri dati utilizzando al meglio un certo tipo di cloud computing. Per poter monetizzare i dati del sistema integrato è assolutamente necessario un determinato tipo di cloud computing, che sia privato, in outsourcing o pubblico. Questo è un nuovo paradigma per la comunità operante nel settore dei sistemi integrati.

  Attualmente si sta effettuando il test e la distribuzione dell'infrastruttura, della tecnologia software e di quella hardware dei sistemi integrati e del cloud computing, agevolando così l'emergere dell'Internet of Things. Per conseguire il successo e realizzare i 50 miliardi di dispositivi che verranno sviluppati entro il 2020, abbiamo bisogno degli stessi standard aperti, dello sviluppo e della collaborazione che hanno supportato la creazione dell'Internet of People (Internet delle persone), noto anche come il Web. La IPSO Alliance sta promuovendo gli standard IP e li utilizza per creare le architetture di riferimento ricercate dagli sviluppatori di prodotti.

  L'IoT per sistemi integrati rappresenta la nuova rivoluzione industriale. Le potenzialità di crescita del settore dei sistemi integrati sono enormi. Per realizzare tale potenziale, il settore dei sistemi integrati deve adottare il nuovo paradigma IoT. Ora comprendiamo ciò che è necessario intraprendere. Non abbiamo ancora definito al meglio e stabilito standard per ciascun elemento strutturale dei futuri sistemi IoT come la facilità di configurazione o l'aggiornamento di firmware remoto sicuro, ma questo non dovrebbe impedire a nessuno di creare un sistema in grado di fornire valore ai propri clienti.