1 POLITECNICO DI MILANO Facoltà di Ingegneria dei Sistemi Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Gestionale Smart City e Internet of Things: analisi dello scenario applicativo in UK e confronto con l’Italia Relatore: Ing. Angela Tumino Correlatore: Ing. Giulio Salvadori Tesi di Laurea di: Giulio Fratini (817446) Anno Accademico: 2014-2015
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Smart City e Internet of Things: analisi dello scenario ... · Obiettivi e metodologia della ricerca Questa ricerca presenta i risultati ottenuti dallo studio dello scenario attuale
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POLITECNICO DI MILANO
Facoltà di Ingegneria dei Sistemi
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Gestionale
Smart City e Internet of Things:
analisi dello scenario applicativo in UK e
confronto con l’Italia
Relatore: Ing. Angela Tumino
Correlatore: Ing. Giulio Salvadori
Tesi di Laurea di:
Giulio Fratini (817446)
Anno Accademico: 2014-2015
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Al mio Nonno,
Ermanno
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Abstract
Le attuali sfide che le città si trovano ad affrontare a livello organizzativo e di
soddisfacimento dei bisogni dei cittadini hanno portato alla definizione dell’attuale
concetto di Smart City. La crescente urbanizzazione della popolazione comporta, a livello
mondiale, una necessaria trasformazione e un rinnovamento della realtà esistente
mediante il ricorso a soluzioni sempre più innovative. Le tecnologie che abilitano il
paradigma dell’Internet of Things (IoT) costituiscono uno dei campi di ricerca e di
sperimentazione più promettenti.
Da qui nasce il connubio Smart City-IoT che, di fatto, rappresenta il leitmotiv di questo
lavoro. L’attenzione è prevalentemente rivolta allo scenario applicativo nel Regno Unito.
Sono stati raccolti e mappati circa cinquanta progetti in diverse città, seguendo criteri
analoghi a quelli comunemente impiegati dall’Osservatorio Internet of Things del
Politecnico di Milano. Su tutte, Londra è stata la città maggiormente rappresentata
avendovi riscontrato un numero considerevolmente più elevato di progetti.
Compatibilmente con gli obiettivi prefissi di questo lavoro l’analisi effettuata, sia dal
punto di vista quantitativo che qualitativo, ha permesso di ottenere una fotografia
rappresentativa dello stato attuale del Regno Unito, nonché utili indizi sulle linee guida
ed i possibili scenari futuri. La forte presenza di investimenti pubblici, la ricerca di
maggiori performance di efficienza e la non trascurabile frammentazione degli interventi
sono alcuni dei punti emersi con maggior forza.
La seconda parte dell’analisi ha riguardato il confronto e la discussione della situazione
riscontrata nel Regno Unito rispetto allo scenario italiano sulla base delle indagini
effettuate dall’Osservatorio.
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Ringraziamenti
Un sincero ringraziamento va a tutti coloro che, in momenti diversi e in vari modi, mi
hanno prestato il loro aiuto e la loro assistenza nella realizzazione di questo lavoro.
In primo luogo desidero ringraziare il mio relatore Ing. Angela Tumino ed il mio
correlatore Ing. Giulio Salvadori per il loro essenziale e fondamentale supporto
ricevuto in questi ultimi 16 mesi, per i loro suggerimenti, la loro paziente guida e
valutazione critica.
Desidero inoltre esprimere un ringraziamento speciale alla mia famiglia che mi ha
sempre spronato, sostenuto e supportato, rendendo possibile il raggiungimento di
questo importante traguardo della mia vita.
Il mio più grande pensiero e ringraziamento va alla mia Tata...
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Indice
Capitolo 1 - Smart City e Internet of Things ..................................................................... 24
1.1 - Internet of Things ....................................................................................................... 24
1.2 - Smart City .................................................................................................................. 28
Le Smart City costituiscono uno dei maggiori campi di applicazione e sviluppo delle
tecnologie rientranti nella definizione di Internet of Things (IoT). Sinteticamente si tratta
dell’estensione dell’attuale rete internet dalle persone alle cose. Ai nodi terminali della
rete possono infatti trovarsi dispositivi in grado di operare in completa autonomia rispetto
a determinate azioni da intraprendere; il riferimento è ai cosidetti smart object. Di fatto,
praticamente, ogni oggetto con cui si ha a che fare quotidianamente può essere
riprogettato in ottica IoT. In forma minimale è sufficiente che questo sia dotato della
capacità di trasmettere il proprio identificativo per poter essere connotato come smart.
Questo lavoro si focalizza sulle tecnologie IoT principalmente indirizzate all’innovazione
ed al miglioramento dell’ambiente cittadino.
Gli attuali trend di urbanizzazione, unitamente ad una maggior attenzione
all’inquinamento ambientale, al consumo di risorse naturali e più in generale alla
sostenibilità degli stili di vita, rappresentano importanti questioni che devono essere
riconosciute e comprese dalla città. In generale, tutte le tecnologie ICT (Information and
Communication Technology) permettono di guadagnare efficienza e al contempo
migliorare la qualità di vita dei cittadini. In tal senso l’Internet of Things apre ulteriori
soluzioni a riguardo, viste le caratteristiche di tecnologia altamente distribuita e
pervasiva.
In questa tesi sono stati raccolti e discussi i risultati di una ricerca effettuata nel Regno
Unito prendendo a campione alcuni progetti in diverse città distintisi per innovazione,
finanziamento, originalità e benefici. Certamente il Regno Unito è uno stato con una
lunga storia, così come le sue città, che sono da sempre coinvolte in una continua
trasformazione del tessuto urbano per adattarsi ai tempi. L’integrazione di moderne
tecnologie in un contesto preesistente costituisce una sfida e, allo stesso tempo, fornisce
anche una grande opportunità di sviluppo.
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Obiettivi e metodologia della ricerca Questa ricerca presenta i risultati ottenuti dallo studio dello scenario attuale per quanto
riguarda lo sviluppo del settore Smart City-IoT nel Regno Unito. Tra gli obiettivi:
1. Sintesi del quadro applicativo odierno sulla base di un insieme di iniziative prese
in esame e approfondimento dei casi più rilevanti.
2. Confronto dello scenario inglese rispetto allo scenario italiano.
L’attività si è focalizzata su alcune città maggiori e che si sono distinte maggiormente
sotto diversi aspetti: Birmingham, Milton Keynes, Leeds, Liverpool, Londra. Su tutte,
quest’ultima è quella che ha ovviamente richiesto l’attenzione principale, per la varietà
dei problemi affrontati e delle soluzioni sperimentate.
Relativamente al primo obiettivo, per l’analisi dello scenario inglese, si è cercato di
rispondere ad alcune domande inerenti le applicazioni IoT per Smart city, quali:
! Quali sono gli ambiti applicativi di maggior interesse?
! Qual è la distribuzione dei casi a livello geografico?
! Quali sono le principali fonti di finanziamento?
! Esiste una propensione rispetto a determinati benefici attesi?
! Si evidenziano trend o correlazioni di particolare rilievo?
! Quali sono le prospettive future?
La selezione e la raccolta dei dati è avvenuta tramite il campionamento effettivo di 50
progetti (casi nel seguito) attinenti all’ambito IoT-Smart City. Tutte le informazioni
raccolte sono state sintetizzate in un database creato ad hoc su ispirazione di quello
impiegato dall’Osservatorio Internet of Things del Politecnico di Milano nel progetto di
analisi dello scenario italiano, al quale questo lavoro si ispira.
La Figura 1 schematizza come è avvenuta la selezione dei progetti effettivamente
considerati.
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Figura 1-Algoritmo selezione progetti
Mediante ricerche online è stata selezionata e costantemente integrata una rosa di
potenziali progetti e/o contatti da cui partire. A ciascun contatto è stata preliminarmente
richiesta la disponibilità a partecipare a questa indagine mediante una breve intervista
orale o scritta. Parallelamente per ciascun candidato sono stati fatti approfondimenti
tramite fonti secondarie affidabili, quali documenti e materiale reperito in rete. Solo i
progetti per cui è stato raccolta sufficiente informazione (poco sopra il 60% tra quelli
analizzati) sono stati riportati nel database finale. Va sottolineato che il tasso di
partecipazione all’intervista è risultato in generale estremamente basso (<5%) e nullo nel
caso di interlocutori privati. Gli scambi di mail sono tuttavia risultati utili quasi sempre
per reperire ulteriore materiale informativo. Circa il 40% dei casi effettivamente riportati
si basano sul materiale fornitoci, mentre la parte restante della ricerca si fonda
esclusivamente sulle fonti secondarie. In questa fase preliminare è stato di notevole aiuto
un soggiorno a Londra della durata di alcuni mesi, durante il quale mi è stato possibile
sviluppare conoscenze e contatti interpersonali direttamente sul territorio.
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Il database realizzato si compone di 21 voci, tra cui: il luogo/città di interesse; le
motivazioni principali, ovvero i driver del progetto; l’ambito di applicazione; la tipologia
di finanziamento pubblica o privata o ibrida; la dimensione del finanziamento, qualora
presente; i benefici attesi dal progetto; lo stato di avanzamento; le tecnologie impiegate.
Per quanto riguarda il secondo obiettivo, il confronto dello scenario applicativo inglese
con quello italiano è stato possibile grazie alle ricerche portate avanti dall'Osservatorio
Smart City and IoT del politecnico di Milano. La metodologia e i dati da loro raccolti
hanno constituito il punto di partenza e di riferimento di questo lavoro.
Smart City ed IoT: introduzione al contesto inglese
Alcuni settori o aree di intervento sono identificabili come predominanti in termini di
numero di progetti e investimenti in ambito IoT-Smart city. Esempi in tal senso sono il
controllo del territorio, la gestione del traffico ed il trasporto pubblico. Più in generale le
aree che ad oggi appaiono maggiormente interessate dalle azioni portate avanti dal
governo e dalle autorità locali nel Regno Unito riguardano:
ENERGIA. Nel Regno Unito, così come a livello globale, la domanda di energia elettrica,
al netto dei continui miglioramenti di efficienza, è in crescita. Ad oggi ha un incidenza di
circa 3 punti percentuali sul prodotto interno lordo dell’intero stato. Sebbene da un lato la
maggior richiesta può significare un miglioramento delle condizioni di vita della
popolazione, dall’altro questo comporta un aumento dello stress sull’ambiente a causa
dell’incremento della produzione conseguente. Il Regno Unito risulta tra i paesi più
avanzati al mondo negli investimenti relativi alle infrastrutture smart grid. Lo smart
metering implementation programme è forse l’applicazione più rappresentativa degli
ultimi anni sia per l’ammontare degli investimenti in gioco e per gli effetti attesi sia dal
lato dei distributori e degli utenti.
ACQUA. Nel 2011 il governo del Regno Unito, attraverso un documento dal titolo
“Water for Life”, ha posto le basi alla sua visione futura relativamente alla gestione
dell’acqua. In particolare, non potendo agire direttamente, il governo promuove azioni
che rendano il servizio maggiormente efficiente anche e non solo attraverso le nuove
tecnologie.
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TRASPORTO. A causa della presenza di una delle città più moderne e popolate del
mondo, Londra, la gestione del traffico, sia pubblica che privata, è da sempre al centro
dell’attenzione nel Regno Unito. Rispetto ai precedenti punti, quello della gestione del
traffico e del trasporto pubblico è un settore che coinvolge maggiormente le singole realtà
cittadine ed è soggetto a minore regolazione governativa. In generale, l’uso delle
tecnologie IoT ha già permesso di migliorare (e tutt’ora continua a farlo) molti aspetti
inerenti alla viabilità cittadina. A Londra la sharing economy rispetto alla condivisione
dei mezzi di trasporto è una realtà affermata da molti anni. In altre città, che per
dimensione sono comunque caratterizzate da stress minori, quali Cambridge e Milton
Keynes, si stanno investendo risorse per cercare di risolvere i problemi legati al traffico e
ai parcheggi ed ottimizzarne la gestione.
RIFIUTI. La produzione di rifiuti nel Regno Unito è diminuita negli anni dal 2000 in poi.
Come per la gestione del traffico, si tratta di un ambito in cui molta libertà di azione è
lasciata alle diverse autonomie locali, ma, a differenza di questo, negli ultimi anni non
risultano iniziative innovative di rilievo.
HEALTHCARE. Agli attuali tassi di crescita, il governo inglese quantifica in 15 milioni i
cittadini britannici che avranno più di 65 anni nel 2030, mentre 3 milioni saranno sopra
gli 85. All’aumento del benessere della popolazione corrisponde un innalzamento dell'età
media della stessa. Anche per questo, i servizi inerenti la cura della persona e l'assistenza
sociale risultano avere una domanda in forte crescita negli ultimi anni. Questo si traduce
in un aumento dei costi che incide direttamente sui bilanci pubblici dello stato. La
telemedicina e la teleassistenza costituiscono degli strumenti atti a contenere questi effetti
economici. L’NHS (National Health service) è attualmente impiegato nel programma
“Technology Enabled Care Services” (TECS) avente l’obiettivo di favorire l'impiego di
più specifici strumenti di teleassistenza e telemedicina, in grado di trasformare il modo in
cui le persone controllano e gestiscono la propria salute. L’obiettivo finale è duplice:
creare meno disagi all’utenza ed evitare la saturazione delle strutture. Gli investimenti
intrapresi ormai da diversi anni hanno portato il Regno Unito ad essere oggi una delle
nazioni più sviluppate anche grazie ad importanti industrie tecnologiche e a centri di
ricerca medica.
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Risultati: il quadro applicativo
L’analisi aggregata dei dati è stata condotta considerando, sia singolarmente che in forma
incrociata, fattori quali: la distribuzione dei casi, gli ambiti principali, la distribuzione dei
driver, l'anno di inizio, la durata e il finanziamento. Grazie a tale analisi sono stati
evidenziati diversi fenomeni e trend che caratterizzano l’ambito Smart City e IoT nel
Regno Unito. Come era prevedibile, tra tutte le citta in esame, Landra è quella che
presenta il numero di progetti più elevato (Grafico 1). Si tratta di una città che ha
effettuato, e tuttora effettua, ingenti investimenti nella ricerca di soluzioni innovative con
lo scopo sia di affrontare vecchi problemi in chiave moderna, sia di non trovarsi
impreparata rispetto ad attesi scenari futuri. Un’analisi più approfondita (Grafico 2)
mostra tuttavia che Londra non è la sola città ad aver preso in seria considerazione
l’innovazione cittadina.
Grafico 1- Casi analizzati per singole città.
0 5 10 15 20 25 30
Birmingham
Bristol
Cambridge
Coventry
Glasgow
Guilford
Liverpool
London
Manchester
Milton Keynes
Nazionali
Casi analizzaD per ciEà
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Grafico 2- Numero casi per città normalizzato rispetto alla popolazione (in Mln).
Se si rapporta infatti il numero dei progetti alla popolazione residente si osserva che la
città di Milton Keynes presenta la performance migliore insieme a Cambridge, che risulta
anch’essa molto attiva. C’è da dire che quest’ultima deve molto del suo risultato alla
presenza di una prestigiosa università che funge da catalizzatore di finanziamenti e
progetti. A livello nazionale si nota una certa sproporzione nella quantità dei progetti
rispetto ai vari ambiti (Grafico 3). Sicurezza e controllo del territorio, unitamente al
trasporto pubblico, risultano quelli più rappresentati, non solo come numero ma anche
come quantità di finanziamenti (Grafico 4).
0 5 10 15 20 25
Birmingham
Bristol
Cambridge
Coventry
Glasgow
Guilford
Liverpool
London
Manchester
Milton Keynes
Numero casi per milione di abitanD
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Grafico 3- Distribuzione ambiti di interesse.
Grafico 4- Dimensione finanziamento.
La motivazione alla base di molti progetti Smart City risulta essere il miglioramento delle
performance di efficienza (Grafico 5). Potenziali risparmi economici, unitamente a
miglioramenti nei servizi offerti, si dimostrano la motivazione principale che spinge
all’adozione di nuove soluzioni e di innovativi modelli organizzativi. L’ottimizzazione e
la ricerca di una maggiore efficienza è caratteristica peculiare di molti progetti riguardanti
il trasporto pubblico che, non a caso, risulta una delle principali voci di bilancio di molte
città.
Dimensione finanziamento (escluso smart metering and grid)
Educazione
eHealth
Entertainment & Servizi turisDci
0 2 4 6 8
10 12 14 16
Distribuzione ambiD di interesse
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Grafico 5- Distribuzione dei principali driver
Rispetto ai driver e agli ambiti di applicazione non si notano di anno in anno particolari
trend o predilezioni. Tuttavia l’attenzione alle Smart City appare segnare nel Regno Unito
un distinto incremento a partire dagli anni 2009-2010 .
Dal punto di vista finanziario, stando ai dati raccolti, si osserva che le iniziative a
carattere esclusivamente privato sono pressoché nulle. Si assiste, invece, a finanziamenti
di origine totalmente pubblica o in forma mista pubblico-privato. Questo può essere
spiegabile dall’ancora bassa maturità di alcune tecnologie IoT e dal carattere sperimentale
di molte attività, che dunque ne aumentano i fattori di rischio percepiti. La necessità di
finanziamenti pubblici è dunque volta all’apertura di nuove possibilità e futuri mercati,
piuttosto che al ritorno in termini di benefici che non sempre sono in grado di giustificare
lo sforzo economico iniziale. La gestione del traffico ed il trasporto pubblico sono gli
ambiti che hanno ricevuto e stanno tuttora ricevendo gli investimenti maggiori perlopiù
orientati al perseguimento di benefici di efficacia ed efficienza.
Oltre a queste analisi, un punto che emerge con abbastanza chiarezza riguarda la
frammentazione degli interventi. Molte città che lavorano indipendentemente a progetti
analoghi, adottano diverse soluzioni per risolvere gli stessi problemi. Da un lato, questa
varietà è certamente un fattore positivo in quanto, rispetto ad una visione nazionale,
permette un numero maggiore di sperimentazioni; dall’altro, questo modello basato su
interventi autonomi e indipendenti presenta alcuni svantaggi di coordinamento ed
integrazione futura rispetto a tutte le soluzioni adottate.
0 5 10 15 20 25
AdempimenD normaDvi
Benefici di efficacia
Benefici di efficienza operaDva
Innovazione
Sostenibilità ambientale
Distribuzione dei principali driver
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I progetti caratterizzati dal maggior investimento riguardano lo smart metering. In questa
categoria sono raccolti due progetti aventi estensione nazionale, con investimenti
superiori al miliardo di sterline complessivo. In particolare si tratta dello “Smart Metering
Implementation Programme”, avente inizio nel 2013. Energie da fonti rinnovabili ed
efficienza energetica a livello domestico sono alcuni tra gli obbiettivi fondamentali che il
governo del Regno Unito si è posto. Con lo smart metering si persegue principalmente
l’efficienza energetica, aiutando i consumatori a gestire meglio le risorse a disposizione
ed unitamente creando le basi per le future Smart Grids. In questo contesto, più che in
altri, è cruciale la presenza di aziende private, inizialmente per la progettazione e
l’implementazione delle tecnologie necessarie, in futuro per la gestione delle stesse. Nei
casi analizzati, Telefonika Uk ed Arqiva sono le aziende capofila, alle quali è affidata in
primo luogo la responsabilità della piattaforma di comunicazione che permetterà ad
opportuni dispositivi di misurazione casalinghi, gli smart meter appunto, di essere
connessi in rete. Il progetto è inizialmente incentrato sui consumi di corrente elettrica e
gas, ma potrà essere facilmente esteso anche ad altri servizi/utenze. Gli investimenti del
Regno Unito nel settore dello smart metering (elettricità, gas, acqua) hanno attualmente
come orizzonte temporale il 2020. Per tale data è previsto che quasi il 100% della
popolazione impieghi gli smart meter per quanto riguarda gas ed elettricità. L’intento di
questi progetti, come anche di molti altri presentati in questo lavoro, non è solo fine a se
stesso, ma più in generale è quello fornire le piattaforme e spingere le tecnologie verso
sempre nuove applicazioni, con forte riguardo al crescente mercato della comunicazione
M2M (machine-to-machine), di fatto il cuore dell’IoT.
Confronto con lo scenario italiano Innanzitutto è opportuno sottolineare come l’economia inglese sia sotto vari aspetti più
aperta e caratterizzata da una maggiore propensione all’investimento privato rispetto a
quella italiana. Questo fatto è evidente in particolare considerando quei progetti aventi un
interesse collettivo e dove si nota con maggior frequenza la presenza di capitali privati
negli investimenti.
Il miglioramento dei servizi attualmente erogati e della loro qualità risultano i punti che
più degli altri sembrano guidare entrambi i panorami, italiano e britannico. Una maggior
attenzione c'è tuttavia nel Regno Unito verso quei progetti caratterizzati da una natura
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maggiormente innovativa. In relazione alle risposte ottenute in seguito alla
somministrazione dei sondaggi, nella maggioranza dei casi italiani è emersa invece una
forte sensibilità al tema della sostenibilità ambientale.
Complessivamente in Italia a livello di motivazioni sottostante molti progetti, la gestione
della viabilità e della mobilità riveste un ruolo di primo piano, mentre nel Regno Unito è
la sicurezza ed il controllo del territorio a raccogliere il maggior numero di indicazioni,
insieme al trasporto pubblico. In ogni modo quest’ultimo è un ambito al quale entrambi i
paesi guardano con attenzione.
Ulteriore punto analizzato riguarda il tema dei servizi remoti ed in particolar modo della
telemedicina. Il Regno Unito, più che l'Italia, tramite l'NHS (National Heath Service)
vede numerosi progetti volti a favorire il decongestionamento delle strutture pubbliche e
l’introduzione di servizi sia di screening che di assistenza a distanza.
Per quanto riguarda la localizzazione dei progetti in Gran Bretagna, fatta eccezione per la
città di Londra, estremamente attiva, gli altri comuni presentano un approccio al tema in
linea con quello italiano. Esempi in questo senso sono applicazioni sperimentali per il
monitoraggio del traffico, il tracking real time degli autobus, semafori ed illuminazione
intelligente. A livello complessivo, è emerso tuttavia, come in entrambi i paesi molti
progetti si trovino ancora in uno stato sperimentale, mancando dunque di un vero impatto
incisivo, strutturale e sinergico.
Rispetto al tema della gestione della mobilità privata entrambi i paesi adottano politiche
di sperimentazione analoghe, come ad esempio nel caso dello Smart Parking dove sia la
città di Milton Keynes che quella di Pisa si trovano ad implementare soluzioni
estremamente affini.
Infine, un tema importante in tutta questa ricerca, è quello dello smart metering. Questo
rappresenta ancora un ambito che vede attivamente impegnati Regno Unito ed Italia. Si
tratta di un argomento che vede entrambi i paesi fortemente impegnati con il supporto
delle rispettive autorità, AEEGSI (Autorità per l’Energia Elettrica, il Gas e il Sitema
Idrico) per l’Italia e Ofgem (Office of Gas and Electricity Markets) e GEMA (Gas and
Electricity Markets Authority) per il Regno Unito. Nel caso dello smart meter rivolto alla
distribuzione di gas entrambi i paese sono attualmenti impegnato nelle prime fasi di
sperimentazione ed installazione. La soluzione in corso di adozione nel Regno Unito
prevede la presenza di hub domestici unificati rispetto alle diverse utenze: acqua, gas ed
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elettricità. In Italia, invece, la gestione a distanza dei contatori elettrici è già una realtà da
diversi anni e non favorisce l’adozione attuale di un approccio congiunto. Stando alle
previsioni, il programma di Smart Meter Implementation inglese non verrà concluso
prima del 2020.
In sintesi, Italia e Regno Unito sono due paesi che per geografia, società, cultura e
ricchezza si somigliano molto. Questa affinità permane talvolta nelle modalità in cui
viene affrontato il tema dell’innovazione e dell'efficienza cittadina, ovvero lo
sfruttamento delle tecnologie IoT a favore della smart city. Anche le sfide che i due paesi
si trovano ad affrontare hanno molto in comune. Traffico, trasporto, urbanizzazione,
inquinamento ed invecchiamento della popolazione sono solo alcune delle problematiche
principali. Da questo confronto con l’Italia, la situazione del Regno Unito non appare
sostanzialmente troppo differente. In entrambi i casi le priorità sono analoghe, maggiore
efficienza ed efficacia nei servizi offerti risultano le principali motivazioni.
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Capitolo 1 - Smart City e Internet of Things La tecnologia presenta una fantastica opportunità di trasformazione digitale ed una nuova
creazione di valore. L'Internet of Thinghs è al centro di tali trasformazioni del business,
mediante sistemi intelligenti che consentono in tempo reale di raccogliere dati diffusi sul
territorio e di prendere decisioni. Si parla potenzialmente di milioni di oggetti, fino ad
oggi statici, non in grado di dialogare tra loro, ma che oggi hanno le possibilità di avere
un ruolo attivo e soprattutto collaborativo. La gamma di applicazioni possibili è davvero
estesa e ancora oggi il suo limite non risulta completamente definito.
Le Smart City sono uno se non il principale campo di applicazione delle tecnologie IoT.
Fin dai suoi albori l'informatica ha permesso di migliorare la gestione e l'organizzazione
delle città attraverso la semplificazione e la creazione di nuovi servizi, perlopiù virtuali.
Le città sono entità reali e caratterizzate da una natura diffusa e distribuita. I dati, prima
di poter essere analizzati, devono essere raccolti e le emergenti tecnologie IoT
costituiscono appunto la base di questo interessante sviluppo.
1.1 - Internet of Things L’Internet of Things è l’estensione della rete internet nel senso oggi conosciuto, dalle
persone agli oggetti. Più propriamente si tratta della costruzione di una rete che pone gli
oggetti e la loro interazione al centro. Questa è una visione radicalmente diversa dal
consueto, se si pensa alle storie di maggior successo dei servizi del web 2.0 (Wikipedia,
Facebook, YouTube, etc.) che di fatto generano valore a partire dagli utenti e dai
contenuti da essi creati. A testimonianza di ciò, viene evidenziato (Miorandi, Sicari,
Pellegrini, & Chlamtac, 2012) come l’Internet of Things non sia altro che il naturale
passaggio da una Internet da rete di collegamento per end-user-devices ad una rete di
interconnessione diretta di oggetti fisici in grado di comunicare e cooperare tra loro.
Viene anche sottolineato (Atzori, Iera, & Morabito, 2010) il fatto che la locuzione
Internet of Things derivi dall’unione di due visioni di rete, una orientata alla rete e l’altra
orientata agli oggetti. A questi gli autori aggiungono anche una terza via, quella semantic
oriented che trae origine dall'esigenza di coniugare le necessità di rappresentazione,
indirizzamento ed immagazzinamento dei dati scambiati (Figura 2). A seconda degli
attori considerati (industrie, ricercatori, organismi di standardizzazione) si ha tipicamente
una propensione per una di queste tre aree.
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Figura 2- Convergenza delle differenti visioni dell’IoT. (Atzori, et al.,2010)
L'idea alla base dell’Internet of Things è che virtualmente ogni oggetto fisico può essere
connesso ad Internet. Questo non significa che ogni oggetto verrà trasformato in un PC,
ma che implementerà funzionalità di calcolo basilari e tali da permettergli di partecipare
alla rete. Le modalità di accesso non necessariamente devono ricalcare quelle a cui siamo
abituati. Alcune interpretazioni (Mayer, Främling, & Holmström, 2009), definiscono
intelligenti perfino oggetti a cui vengono applicati dei semplici tag in radiofrequenza
(RFID) atti a favorirne il riconoscimento. In linea teorica, per essere definito smart, è
sufficiente che un oggetto sia caratterizzato da un proprio identificativo e sia dotato della
capacità di trasmetterlo.
Nonostante caratterizzazioni variamente inclusive, fattore centrale risulta sempre la
presenza di una struttura protocollare che, a monte, avalli la possibilità di comunicazione
tra gli oggetti della rete. La presenza in rete di questi oggetti fisici, affiancati o meno agli
umani, porta con sé la necessità di ripensare alcuni degli approcci convenzionali che fino
ad oggi hanno caratterizzato i settori della comunicazione, del calcolo, della previsione e
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della gestione dei servizi. L’IoT, nel senso della complementarietà con i servizi attuali,
aggiunge una nuova dimensione, permettendo al mondo fisico e agli oggetti che con esso
direttamente si interfacciano, di generare moli di dati in forma del tutto autonoma.
L’intento è duplice: innovare mediante la creazione di nuovi servizi ed aggiungere valore
a quelli esistenti. In futuro praticamente ogni oggetto, dotato di opportune interfacce, avrà
un indirizzo di rete, sarà connesso e potrà dialogare con gli altri.
Si tratta di un futuro abbastanza prossimo (Gartner, 2011) e la Figura 3 mostra come, di
qui al 2020, il volume di traffico atteso in Internet sarà, per la maggior parte, generato
autonomamente dagli oggetti piuttosto che dagli esseri umani.
Figura 3- Trend di espansione dei dispositivi connessi in rete. (Gartner, 2011)
Mentre le tecnologie IT hanno già portato ad un’automatizzazione delle operazioni di alto
livello gestionali e manageriali, le tecnologie del mondo IoT sono invece maggiormente
focalizzate nella gestione di basso livello, più hardware che software. La rete sensoriale
che l’IoT permette di implementare non comporta esclusivamente un nuovo livello di
risoluzione (temporale e geografica), ma è in grado di produrre dati che, rispetto agli
attuali, sono più affidabili e derivanti da campionamenti statisticamente più rilevanti.
Vengono di fatto abbattute molte delle barriere dovute ai vari passaggi che le
informazioni devono attraversare dal momento della loro acquisizione
all’uso/interpretazione. Tutto questo viene riferito (Fleish, 2010) attraverso l'espressione
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di silent monitoring, inteso come la possibilità di un costante monitoraggio di tutti gli
eventi ed i processi di un determinato ambiente/business.
Sebbene in questo lavoro l'attenzione sia principalmente focalizzata alle città, non
bisogna dimenticare che molte tecnologie IoT, più o meno avanzate, sono già state
adottate con successo anche in molti business privati (Xu, He, & Li, 2014). Un primo
esempio in questo senso è quello della logistica, dove, attraverso un’opportuna
sensorizzazione dei processi, un venditore è in grado di tenere traccia delle proprie
spedizioni in tempo reale e di monitorare i vari passaggi del materiale. Non si tratta
certamente di un’operazione così innovativa rispetto a quanto già fatto negli ultimi anni,
ma il punto è quello di riuscire a realizzarla con un livello di automazione ed
informatizzazione sempre maggiore. E’ possibile riscontrare questa trasformazione
confrontando la logistica di aziende più moderne e dinamiche (es. Amazon) rispetto a
quelle più datate che implementano ancora schemi tradizionali. Per molte attività, un
fattore limitante è dovuto alla necessità di avere una visione di sistema e non più di
singolo processo, riguardando, o, se necessario, ripensando ex novo, l’intera filiera di un
prodotto/servizio. Nei processi industriali possono essere automatizzate molte semplici
operazioni manuali, quali: la gestione carico/scarico, la gestione del magazzino, il
tracciamento attrezzi e/o personale all’interno dell’azienda, la rilevazione dei fallimenti,
l'invio delle notifiche, etc. Grazie all’IoT si può innalzare il livello di efficienza ed
ottenere, in ambito business, un immediato ritorno economico.
A differenza dell'ambito privato, nel caso della gestione cittadina e più in generale dei
settori pubblici, l'assenza di un reale mercato competitivo riduce l'interesse
nell'investimento e nell’adozione di soluzioni più efficienti. Anticipando anche un
risultato (atteso) di questo lavoro, si osserva che nel settore pubblico la spinta principale
agli investimenti in ambito Smart City/IoT è dovuta a finanziamenti che avvengono sulla
base di progetti nazionali o sovranazionali. Nel caso Europeo, attualmente, una forte
spinta innovativa in questo senso è data dal programma Horizon 2020.
Diversi studi (tra cui Nedeltchev, 2014), definiscono come le tecnologie in ambito
Internet of Things cambieranno radicalmente le nostre vite, creeranno nuovi business,
nuovi lavori ed offriranno opportunità fino ad oggi sconosciute, non solo rispetto a grandi
questioni, ma anche migliorando piccoli aspetti della vita delle persone. Un risparmio
anche di pochi minuti nel compiere molte delle azioni quotidiane si può tradurre in minor
stress e in maggior tempo libero alla fine della giornata. Ovviamente non mancano sfide
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da affrontare, quali ad esempio la sicurezza delle informazioni scambiate, la privacy e la
gestione di quella che sarà l’identità digitale. Prendendo a prestito le parole dell’autore
citato: “Every challenge is an opportunity in disguise”. In futuro, molte delle nostre
azioni quotidiane subiranno cambiamenti: il modo in cui guideremo l’auto, pagheremo,
gestiremo la nostra salute, lavoreremo, useremo e risparmieremo l’energia, rispetteremo
l’ambiente, etc.. Allo stato attuale, i settori dell’industria produttiva, della sanità, della
tutela ambientale, dei trasporti e della domotica sono quelli che maggiormente hanno
avviato progetti e sperimentazioni a riguardo. Bisogna infine aggiungere che sono state
discusse (Gubbi, Buyya, Marusic, & palaniswami, 2013) molte potenziali ed attuali
applicazioni nei campi appena citati. Per una trattazione più dettagliata dell’IoT, il suo
contesto di nascita, definizioni più specifiche e una trattazione di quelle che sono le
principali tecnologie abilitanti si rimanda all’appendice di questo lavoro (Appendice A).
1.2 - Smart City Molto attive in ambito Internet of Things risultano essere le città, da sempre luoghi di
opportunità ed innovazione. Recenti stime quantificano in una cifra prossima all’80%, il
PIL a livello mondiale generato in aree urbane (Dobbs, Smit, Remes, Manyika,
Roxburgh, & Restrepo, 2011). Nei paesi economicamente più avanzati l’aggregazione
urbana è già un fenomeno consolidato, mentre si registrano trend di crescita elevati nei
paesi cosiddetti in via di sviluppo. Oltre che per questioni di opportunità sociali, tante
persone sono attratte dalle città; in prima istanza, per ottenere un’educazione scolastica
avanzata e, conseguentemente, vi rimangono per trovare un lavoro coerente con la loro
specializzazione. Nella sola Inghilterra le persone che vivono attualmente in città sono
circa 8 su 10 e stando a diversi report, (UN - Department of Economic and Social Affairs,
2014) (UN - Department of Economic and Social Affairs, 2014), senza eventi di
particolare rilievo che possano radicalmente cambiarne il modello, è atteso un
significativo incremento ulteriore da qui al 2050.
Gli attuali trend di urbanizzazione, unitamente ai fenomeni di cambiamento climatico e di
esaurimento delle tradizionali risorse energetiche, devono essere riconosciuti e compresi
dalla città. Crescendo ed aumentando in termini di complessità, un’infrastruttura
standardizzata ed intelligente di utilizzo e condivisione delle risorse disponibili diviene
sempre più vitale. Parlando di Internet of Things, le città sono i primi potenziali
beneficiari di questa rivoluzione su larga scala. Innumerevoli sono ad oggi i progetti
29
riferiti genericamente come progetti Smart City, tutti macroscopicamente mirati a
migliorare e semplificare la vita cittadina delle persone. Ma cosa si intende effettivamente
con l’esperessione Smart City?
Una chiara ed uniformemente adottata definizione di Smart City non è ad oggi
riscontrabile (Alkandari, alnasheet, & Alshekhly, 2012). Si va da caratterizzazioni
generiche in merito all’organizzazione della città a trattazioni specifiche relativamente a
singoli problemi e soluzioni.
In italiano è utilizzata talvolta l’espressione di “città intelligente”, derivante forse da una
traduzione fin troppo letterale del corrispettivo termine inglese “smart” che invece
abbraccia un significato ben più vario. Di fatto, per quanto riguarda la situazione attuale,
non si può parlare di una vera e propria intelligenza cittadina, ma solo di una
organizzazione più automatizzata e razionale della stessa, volta principalmente al
perseguimento di una maggiore efficienza e/o benessere delle persone che la vivono.
Anche nell'ambito di questa tesi, le espressioni smart city e città intelligente verranno
usati in maniera interscambiabile. E’ opportuno sottolineare comunque che il significato
che viene loro dato è quello che si trova anche nell’Oxford English Dictionary dove
l’aggettivo smart può essere inteso come qualcosa che sia computer-controlled.
Alcuni autori (Naphade, Banavar, Harrison, Paraszczak, & Morris, 2011) hanno
effettuato una trattazione da un punto di vista che va oltre quello prettamente tecnologico;
la presentazione di alcuni progetti in ottica Smart City è usata come espediente per
un’analisi dal punto di vista anche politico e socioeconomico.
Quello che è abbastanza chiaro è che dalle città possono essere estrapolate e messe in
relazioni innumerevoli quantità di dati provenienti da fonti eterogenee. Ciò richiede un
sistema, più o meno gerarchico e stratificato, per la raccolta e la gestione di tali
informazioni. Harrison & Donnelly (2011) prospettarono appunto l’idea di un sistema di
gestione collaborativo urbano unificato per la gestione della mole di dati che
potenzialmente può essere raccolta.
Le ICT e l’IoT, in particolare, permettono alle città di guadagnare efficienza in molti
settori cruciali (trasporti, illuminazione, parcheggio, etc.) con conseguenti risparmi
economici. Nel breve periodo determinate tecnologie possono aiutare a contenere e ad
alleviare problemi che altrimenti richiederebbero tempo ed investimenti infrastrutturali di
maggior rilievo. Ad esempio, una migliore gestione dei parcheggi può evitarne la
30
costruzione di nuovi, oppure una migliore gestione del trasporto pubblico,
automaticamente integrata e affiancata a meccanismi di car sharing e car pooling, può
aiutare a ridurre problemi di traffico, e, parallelamente, di inquinamento ambientale.
L’istituto Forrester Research (Bélissent, 2010) definisce la Smart City come:
A “city” that uses information and communications technologies to make the critical infrastructure components and services of a city — administration, education,
healthcare, public safety, real estate, transportation, and utilities— more aware, interactive, and efficient.
[Una "città" che utilizza le tecnologie dell'informazione e della comunicazione al fine di rendere i
componenti critici e i servizi di una città - amministrazione, istruzione , sanità , sicurezza pubblica,
immobili, trasporto e altri servizi pubblici- più consapevoli , interattivi , ed efficienti.]
L’internet of things rappresenta una soluzione con cui raggiungere questi obiettivi,
sebbene non l’unica. La Figura 4 mostra una schematizzazione di questa realizzazione.
Gli oggetti, diffusi in tutto il territorio, si interfacciano con il mondo e una volta connessi,
danno luogo ad una rete informativa capillare la cui mole di informazioni può essere
amministrata mediante una rete distribuita di server. La modalità di connessione ha in
genere una natura eterogenea a seconda dell’applicazione. Tramite Web o speciali
applicazioni software, tali dati possono essere elaborati al fine di interfacciarsi con gli
utenti finali, professionisti autorizzati ma anche semplici cittadini.
Figura 4- Smart City: rappresentazione schematica.
31
Sebbene non rientri direttamente nelle tecnologie IoT, pur essendo fortemente legato ad
esse, non è un caso che al centro di molte agende comunali vi sia anche la questione
“Open Data”, ovvero quali, quante e in che modo rendere disponibili le informazioni così
raccolte. Sulla disponibilità di questi dati si basa in futuro la possibilità di sviluppare,
anche da parte di privati, servizi innovativi e di pubblica utilità.
Così come accade per le aziende, occorre fare una distinzione tra i nuovi centri urbani, in
costruzione, e quelli già esistenti, con una storia più o meno lunga alle spalle. Mentre i
primi presentano l’indubbio vantaggio di partire da progettazioni eseguite in un’ottica di
perseguimento dell’efficienza secondo le più recenti possibilità, i secondi sono invece
quelli in cui occorre lavorare a partire da una realtà e da infrastrutture già esistenti.
Allo stato attuale alcuni esempi delle soluzioni principalmente studiate e/o adottate in
molte città riguardano:
• Illuminazione e risorse energetiche: Oltre all’uso di lampade a basso consumo
energetico, ulteriori risparmi si possono avere anche con un’illuminazione
pubblica dove tutti i punti luce sono collegati in rete tra loro. I benefici sono sia
una più efficiente modulazione dell’illuminazione rispetto alle reali esigenze, sia
una miglior tempestività nella rilevazione di eventuali guasti.
• Tutela ambientale: gestione ottimale del ciclo dei rifiuti, differenziazione e
tracciamento, misurazione dei livelli di inquinamento in maniera continuativa e
capillare.
• Prevenzione e gestione eventi catastrofici: aumento della tempestività nella
rilevazione di possibili criticità ed efficacia nella attuazione dei piani di
Il Grafico 11 riporta la distribuzione dei driver rispetto agli ambiti di applicazione.
Grafico 11- Driver per ambito di interesse.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Benefici di efficacia
AdempimenD normaDvi
Benefici di efficacia
Benefici di efficienza operaDva
Innovazione
Benefici di efficacia
Benefici di efficienza operaDva
Innovazione
AdempimenD normaDvi
Benefici di efficienza operaDva
Benefici di efficienza operaDva
Sostenibilità ambientale
AdempimenD normaDvi
Benefici di efficienza operaDva
AdempimenD normaDvi
Benefici di efficacia
Benefici di efficienza operaDva
Innovazione
Benefici di efficienza operaDva
Benefici di efficienza operaDva
Sostenibilità ambientale
Benefici di efficacia
Benefici di efficienza operaDva
Innovazione
Sostenibilità ambientale
Educ
azion
e eH
ealth
Entertainm
ent
& Servizi
turisDci
GesDon
e Parche
ggi Ge
sDon
e Traffi
co
Mon
itorag
gio
Ambi
ental
e
Mon
itorag
gio
Territ
orio Si
curezza e Co
ntrollo
territo
rio
Smar t
Buildi
ng
Smart
Metering
& Smart
Grid
Traspo
rto Pu
bblico
Driver per ambito
Total
74
Visto l’elevato numero di classi, tale grafico ha una struttura molto frammentata (i.e. non
tutti i driver compaiono per ogni ambito). La distribuzione osservata è abbastanza
uniforme con dei picchi che mettono in evidenza la ricerca di una miglior efficienza
operativa negli ambiti dell’energia e dei trasporti.
Anno di inizio
Il Grafico 12 riporta la distribuzione degli anni di inizio rispetto ai casi. L’età media dei
progetti raccolti è di 2.6 anni.
Grafico 12- Distribuzione dei progetti rispetto all'anno di inizio.
L’anno 2013 è quello caratterizzato dal valore maggiore di casi avviati.
Complessivamente il periodo 2012-2014 comprende circa il 60% dell’insieme che
complessivamente va dal 2003 ai primi mesi del 2015.
Questa ricerca, ha fin dalle fasi iniziali privilegiato l’approfondimento dei casi che non
fossero già totalmente conclusi, ovvero che avessero ancora una continuazione e/o
un'evoluzione attuale. Sono quindi stati esclusi i progetti conclusisi, senza risultati di
rilievo, prima dell’inizio di questa indagine iniziata nel 2014.
Sviluppi tecnologici importanti in campo Internet of Things, che hanno spinto numerosi
progetti di investimento nelle Smart City, risalgono agli ultimi 5-10 anni. Parallelamente
0
2
4
6
8
10
12
14
16
2003 2006 2007 2010 2011 2012 2013 2014 2015
Distribuzione dei progeY rispeEo all'anno di inizio
Total
75
è cresciuta anche la sensibilità rispetto a certe tematiche che ne ha favorito un dibattito
pubblico sempre più acceso.
Dettagli che riguardino progetti iniziati di recente (meno di un anno), risultano più
difficili da reperire non sempre sono abbastanza maturi da disporre di dati sufficienti ad
essere inclusi nella ricerca.
Incrociando i dati dell’anno di inizio con gli ambiti principali si ottiene il Grafico 13.
Grafico 13- Distribuzione degli ambiti rispetto all’anno di inizio.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Trasporto Pubblico Smart Building Smart Building
Trasporto Pubblico eHealth
Monitoraggio Ambientale Sicurezza e Controllo territorio
Trasporto Pubblico eHealth
Sicurezza e Controllo territorio Smart Metering & Smart Grid
Trasporto Pubblico eHealth
GesDone Traffico Monitoraggio Ambientale
Sicurezza e Controllo territorio Smart Metering & Smart Grid
Trasporto Pubblico Educazione
eHealth Entertainment & Servizi turisDci
GesDone Parcheggi GesDone Traffico
Sicurezza e Controllo territorio Smart Building
Smart Metering & Smart Grid Trasporto Pubblico
eHealth GesDone Parcheggi
Sicurezza e Controllo territorio Trasporto Pubblico
Entertainment & Servizi turisDci Sicurezza e Controllo territorio
200 3 200 6
2007
2010
2011
2012
2013
2014
2015
Ambito rispeEo anno di inizio
76
Dall’analisi di questa rappresentazione non emergono sostanziali valori che mettano in
evidenza trend particolari. Si può dunque concludere che non ci sono periodi temporali
caratterizzati da una particolare predilezione per un ambito di interesse piuttosto che per
un altro. Di fatto, l’unica eccezione è rappresentata dai progetti che riguardano la
sicurezza e il controllo del territorio; essi mostrano una sostanziale crescita nel periodo
2011-2014. Non possiamo stabilire se questo trend stia continuando o meno anche nel
2015, in quanto questa ricerca è stata conclusa entro la prima metà del suddetto anno.
Natura del finanziamento
Il primo parametro analizzato riguarda la natura del finanziamento, in particolare se sia
pubblico, privato o misto. Il Grafico 14 mostra la ripartizione pubblico/privato rispetto a
tutti i casi del database, mentre in Tabella 3 sono riportati i valori assoluti espressi come
quantità di progetti.
Grafico 14- Natura del finanziamento dei singoli casi. Pubblico vs Privato.
Tabella 3- Numero progetti in relazione alla natura del finanziamento.
5, 10%
22, 44%
23, 46%
NATURA DEL FINANZIAMENTO
Privato
Pubblico
Misto
Finanziamento Numero progettiPrivato 5Pubblico 22Misto 23
77
La percentuale di casi in cui il finanziamento è di natura pubblica o mista è molto alta e si
attesta intorno al 90%. I soggetti coinvolti sono spesso rappresentati in primis da
amministrazioni locali, eccetto quelli a carattere nazionale dove l’amministrazione
governativa centrale è coinvolta direttamente.
I progetti caratterizzati da finanziamento misto hanno in generale il supporto di grandi
società leader del settore, non solo a livello nazionale, ma anche internazionale. Nei
progetti maggiormente innovativi si trovano aziende quali Intel, Microsoft, IBM, NEC e
Toshiba. Nel settore delle telecomunicazioni sono presenti Telefonica UK e Arqiva,
nell’energia British Petroleum ed e-ON, mentre nei trasporti Siemens e Nissan
costituiscono i maggiori partner delle singole amministrazioni. Perlopiù la partecipazione
di questi avviene più tramite la fornitura di strumenti, know-how e tecnologie necessarie
che non mediante finanziamenti diretti.
Nel 10% dei casi in cui il finanziamento è di natura totalmente privata, c’è da osservare
che a monte vi sono perlopiù startup operanti con capitali modesti oppure il livello di
rischio è piuttosto contenuto. Il Grafico 15 mostra la componente di startup e progetti in
collaborazione rispetto all’intero insieme.
Grafico 15- Numero di Progetti(P) Startup(S) o Collaborazioni(PC).
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
P P C S
Num. ProgeY(P) Startup(S) o Collaborazioni(PC)
78
Si può osservare che il numero di progetti più cospicuo ha come principale responsabile
una singola entità capofila più che consorzi e/o startup. Per ragioni di trasparenza, è bene
tuttavia ricordare che la partecipazione a questa ricerca è stata volontaria e quindi il basso
numero di iniziative private prese in considerazione può non rappresentare appieno
l’effettiva situazione inglese. La maggior reticenza alla condivisione di informazioni che
non fosse materiale divulgativo/pubblicitario delle realtà private ha impedito a molti
progetti di comparire sul presente database.
Approfondendo l’analisi in merito alla natura dei finanziamenti, ulteriori informazioni
possono essere inferite incrociando la ripartizione con i singoli ambiti principali come
mostrato nel grafico Grafico 16.
Grafico 16- Natura del finanziamento (pubblico/private) rispetto ai singoli ambiti.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
eHealth
Entertainment & Servizi turisDci
Smart Metering & Smart Grid
Trasporto Pubblico
Educazione
eHealth
Entertainment & Servizi turisDci
Monitoraggio Ambientale
Monitoraggio Territorio
Sicurezza e Controllo territorio
Smart Building
Trasporto Pubblico
Educazione
eHealth
Entertainment & Servizi turisDci
GesDone Parcheggi
GesDone Traffico
Sicurezza e Controllo territorio
Smart Building
Smart Metering & Smart Grid
Trasporto Pubblico
Privato
Pubb
lico
Misto
Natura finanziamento rispeEo ai singoli ambiD
79
Vista lo scarso numero di progetti a finanziamento esclusivamente privato, l’attenzione è
rivolta ai casi in cui vi sia anche l’intervento pubblico. Il numero di finanziamenti è un
parametro che, assieme alla loro entità, rispecchia quello che è il progetto futuro o
quantomeno la direzione intrapresa di un paese verso determinati investimenti. La
distribuzione del numero di progetti rispetto agli ambiti è sostanzialmente la stessa sia per
progetti a finanziamento totalmente pubblico che misto. Presumendo che un investitore
privato sia mosso principalmente dal ritorno economico, di lungo o medio periodo, si può
dedurre che determinati progetti Smart City intrapresi siano caratterizzati da una
potenziale profittabilità. L’eccezione è data dai progetti appartenenti all’ambito di
monitoraggio ambientale, per i quali, al momento, gli interi finanziamenti sono
provenienti da istituzioni pubbliche e non vedono direttamente coinvolti attori privati.
Modalità di finanziamento
Sia che si tratti di finanziamento pubblico o privato, diverse sono le modalità con cui esso
si realizza. Il Grafico 17 mostra le modalità di finanziamento che sono state
principalmente riscontrate a riguardo.
Grafico 17- Numero di progetti per modalità di finanziamento.
In confronto a tutte le voci che compongono il database, questa è stata la più difficile da
definire e reperire. I motivi stanno sia nel fatto che questi dati non sono spesso esplicitati
o resi direttamente accessibili, sia nel fatto che per ciascun caso le modalità di attuazione
0 5 10 15 20 25 30 35
Direct
Direct and
Grant
Private finance iniDaDve
Seed funding
Sponsorship
Venture capitalist
Numero di progeY per modalità di finanziamento
80
possono essere molteplici . Per quanto riguarda questa seconda possibilità, si è scelto di
riportare la forma inizialmente dominante.
Come risulta dal grafico, la forma principale di finanziamento è quella pubblica, alla
quale si accompagnano eventualmente sponsorizzazioni private. In questo caso bisogna
ulteriormente osservare che le sponsorizzazioni delle aziende leader di settore si
concretizzano non in contributi economici, ma tramite un sostegno logistico/tecnologico.
Sebbene il Regno Unito abbia una storia economica molto legata agli Stati Uniti, non
sembrano essere altrettanto rilevanti le forme di finanziamento quali seed funding e
sostegni da parte di venture capitalist. Di fatto nella situazione analizzata del Regno unito
il capitale di rischio viene sempre immesso, più o meno direttamente, da operatori
pubblici.
Dimensione finanziamento
Il numero dei progetti rappresentati costituisce un indicatore di interesse rispetto ad
investimenti in determinati ambiti. Un ulteriore parametro (complementare) da tenere
presente è quello della dimensione di questi investimenti. Verranno anche discusse le
cifre, sia singolarmente per ciascun caso, che cumulative per i vari settori. E' doveroso
aggiungere che non è stato possibile stimare questo valore con affidabilità per la totalità
dei casi analizzati.
Qualora espressi in termini monetari, tutti i valori di seguito sono riportati in sterline
britanniche (GBP), applicando un tasso di cambio con l’Euro pari a 0,7 (EUR/GBP), nei
casi in cui si è reso necessario.
La Tabella 4 riporta in dettaglio le cifre; il Grafico 18 ne fornisce una sintesi visiva.
81
Tabella 4- Finanziamento progetti. Valori espressi in GBP.
Nome caso F inanz iamento
UK Smart Metering Implementation Programme 1,500,000,000Arquiva Smart Metering 625,000,000Smart Ci ty Platform for Bris tol 75,000,000Countdown 32,000,000Cycle hi re 25,000,000Future ci ty Glasgow 24,000,000iBus 18,000,000Project Fa lcon 16,900,000SPHERE 15,000,000Future Ticketing Programme 9,700,000Organici ty 5,040,000Living PlanIT Led Consortium 3,000,000CROSS: Manchester Pi lot 1,890,000EECi 2,400,000Hypercat Wireless Project 1,600,000Wireless in Publ ic Bui ldings 1,500,000MK Driveless car 1,500,000HAT (Hub of a l l things ) 1,200,000Eye Hub 1,000,000International a i rport demos 1,000,000IoT Bay 1,000,000The Internet of School Things 1,000,000i-‐Move 1,000,000Stride 1,000,000TaxiCast 680,000MyHealtLondon 120,000IMAGINE MK 2050 90,000Smart Street Project 30,000
82
Grafico 18-Ripartizione dei finanziamenti totali rispetto ai progetti.
Ripar3zione finanziamen3 (complessivo)
UK Smart Metering ImplementaDon Programme Arquiva Smart Metering
Smart City Pla`orm for Bristol
Countdown
Cycle hire
Future city Glasgow
iBus
Project Falcon
SPHERE
Future TickeDng Programme
Organicity
Living PlanIT Led ConsorDum
CROSS: Manchester Pilot
EECi
Hypercat Wireless Project
Wireless in Public Buildings
MK Driveless car
HAT (Hub of all things)
Eye Hub
InternaDonal airport demos
83
Da questi dati si evince che la somma complessiva riscontrata dei finanziamenti risulta
pari a 2.365.650.000 GBP con una media di circa 84 milioni di sterline a progetto.
Tuttavia, (v.Grafico 18) la ripartizione è tutt’altro che uniforme ed è particolarmente
evidente come due soli casi contribuiscano da soli al 90 per cento dell’intera somma. Si
tratta dei due progetti complementari, di caratura nazionale, UK Smart Metering e
Arquiva Smart Metering (entrambi approfonditi in questo lavoro).
Tali progetti fanno parte del programma Smart metering implementation programme e
mirano all’installazione di hub domestici per la misurazione dei consumi in ciascuna
abitazione del Regno Unito.
Nel seguente Grafico 19 riportiamo una nuova ripartizione, escludendo dalla somma
totale i progetti suddetti, aventi un'estensione praticamente nazionale.
Grafico 19- Ripartizione dei finanziamenti escludendo quelli a livello nazionale.
Wikipedia. (2015). Best-effort delivery. Tratto da Wikipedia:
http://en.wikipedia.org/wiki/Best-effort_delivery
Xu, L. D., He, W., & Li, S. (2014). Internet of Things in Industries: A Survey. IEEE
Transactions on Industrial Informatics .
121
Appendice A – Internet of Things in dettaglio IoT: Nascita e contesto di inserimento Sono passati quasi ventiquattro anni dal 6 Agosto 1991 data a cui comunemente si fa
risalire la nascita del World Wide Web nei laboratori del CERN di Ginevra. Circa due
anni dopo, software, linguaggi e protocolli alla base del web vennero resi pubblicamente
disponibili dando il via all’esplosione tecnologica, economica e sociale, alla quale ancora
oggi stiamo assistendo. Il web ha contribuito alla diffusione a livello planetario di internet
tanto che nel linguaggio colloquiale moderno i due termini vengono frequentemente
usati, seppur impropriamente, in maniera interscambiabile. Il successo di Internet è
testimoniato dal fatto che oggi l’accesso alla rete è trattato, in diverse nazioni del mondo,
come un diritto equiparabile a quello dell’accesso ai servizi essenziali di fornitura di
acqua ed elettricità. Internet rappresenta la base su cui il web e tanti altri servizi esistono.
La sua nascita risale agli anni ’60-‘70 e, prima della sua diffusione di massa, i suoi
ristretti ambiti di utilizzo erano confinati a quelli militari ed accademici.
Per dare una definizione di “che cosa è internet”, a livello prettamente tecnico, basta
affermare che si tratta di un insieme di protocolli (pila protocollare) che permette ad un
certo numero di dispositivi eterogenei di poter dialogare tra loro e di scambiarsi
informazioni (Kurose & Ross, 2012). Tra questi il protocollo IP (Internet Protocol) ha un
ruolo di spicco in quanto è quello che assegna un identificativo univoco a ciascun
dispositivo nodo della rete; prerequisito essenziale affinché ciascun membro sia
raggiungibile e, a sua volta, possa raggiungere gli altri. Internet ha una estensione
pressoché mondiale e, in questo senso, ha giocato un ruolo fondamentale il concetto di
neutralità rispetto ai dati e servizi che vi transitano (Krämer, Wiewiorra, & Weinhardt,
2012).
La diffusione di tecnologie “wireless” e la conseguente diffusione di dispositivi con
accesso ad Internet tra cui spiccano gli smartphone, hanno trasformato “la rete” in
qualcosa di ordinario, ovvero quasi indispensabile, nella vita di tutti i giorni. Il livello di
pervasività di Internet è sostanzialmente esploso negli ultimi anni e, insieme si è
sviluppata una pletora di nuovi servizi ad esso più o meno collegati. Nel finire degli anni
'90, l'accesso alla rete era ancora sostanzialmente orientato alla ricerca statica di
122
informazioni (motori di ricerca-siti web) ed alla comunicazione testuale (e-mail e chat).
Oggi, altri aspetti quali “social” ed “e-commerce” hanno una valenza altrettanto
importante e quotidianamente un elevato numero di business passano, del tutto o in parte,
dalla rete. Rispetto agli albori, si tratta in ogni caso di una internet che vede la persona
umana come attore e fruitore principale tramite dispositivi più o meno smart quali PC,
tablet, smartphone. Sarà sempre così? Certamente no e, di fatto, si sta già sviluppando
un'idea di Internet, nella quale praticamente qualsiasi oggetto potrà essere connesso in
rete e messo nelle condizioni di dialogare direttamente con gli altri. Si tratta del modello
Internet of Things (IoT). Dall’interazione (automatica) degli oggetti del mondo reale,
l'intento è quello di far nascere servizi sempre più innovativi. Fino a qualche anno fa si
sentiva parlare del frigorifero connesso ad internet come esempio evocativo di quello che
sarebbe stata la possibile evoluzione della rete del futuro. Oggi, domotica, tutela
ambientale e città sono solo alcune delle aree in cui l'IoT viene applicata con successo.
Sarebbe in ogni modo riduttivo considerare l’IoT come una semplice evoluzione
dell’Internet attuale. Quando il paradigma dell’internet of things venne inizialmente tirato
fuori dalla comunità scientifica, le prime idee erano relative al “sensing the physical
world”, ovvero la costruzione di reti di sensori efficienti ed a basso costo che potessero
aprire le porte a nuove scoperte, benefici ed applicazioni. Sebbene alla base vi sia ancora
questa idea, negli ultimi anni diverse cose sono cambiate e sono stati ideati molti nuovi
utilizzi. Si tratta certamente di uno sviluppo che va di pari passo con le innovazioni
riguardanti l'hardware, le tecnologie di comunicazione ed i software disponibili, mentre
l’impatto e le potenzialità che questi avranno sono ancora tutte da scoprire.
IoT: Definizione In letteratura esistono varie definizioni di Internet of Things, che spaziano da quelle che
forniscono una visione di alto livello e dunque concettuale, a quelle invece molto
specifiche che si limitano a particolari declinazioni di IoT relative ad un campo piuttosto
che un altro. Per prima cosa si evidenzia che l’IoT è sostanzialmente un paradigma, una
visione che coinvolge trasversalmente tutte le discipline ICT (Information and
Communication Technologies). Attenendosi ad una interpretazione quanto più prossima a
quella letterale, l’Internet of Things, può essere descritto come una rete di estensione
mondiale di oggetti interconnessi basata su protocolli di comunicazione standard.
123
Esiste già una notevole quantità di differenti tecnologie di comunicazione per l’IoT,
alcune complementari ed altre in concorrenza tra loro. Non siamo quindi in presenza di
un vero e proprio standard, ma di un vasto insieme di possibilità.
Secondo Miorandi, Sicari, Pellegrini, & Chlamtac (2012), la rete IoT è caratterizzata da
oggetti che abbiano:
" Natura hardware.
" Identificatore univoco.
" Capacità di calcolo, seppure estremamente limitate.
" Efficiente gestione energetica.
" Trasmissione dati limitata.
" Set minimo di funzionalità di comunicazione e/o interfacciamento con altri
dispositivi (non è richiesto invece l’interfacciamento diretto con persone).
" Capacità per cercare e/o scoprire altre entità della rete.
" Sensori e/o attuatori che forniscono capacità di interazione con l’ambiente
circostante.
Sebbene non vi sia una linea di demarcazione netta, di fatto l’ultimo punto della lista è
quello che differenzia in maniera sostanziale questi oggetti dai dispositivi con i quali le
persone si trovano già oggi ad interagire nell’accesso ad Internet (es. PC, smartphone,
etc..).
124
Figura 10- IoT, alcuni attori ed aree coinvolti.
In (Gubbi, Buyya, Marusic, & palaniswami, 2013)
Osservato da una prospettiva di sistema, l’IoT può essere invece descritto come un
ambiente di comunicazione altamente dinamico e fortemente distribuito. In maniera più
radicale si potrebbe definire l’Internet of Things come la massima realizzazione dei più
classici sistemi distribuiti o una estensione della Internet attuale rispetto a come la
conosciamo, sia in termini di funzionalità che di distribuzione geografica (Figura 10).
Nell’IoT molti nodi della rete, in particolare quelli posti ai margini, sono costituiti da
sensori che forniscono i punti di contatto con il mondo fisico e costituiscono la parte più
cospicua delle informazioni in input alla rete. Un esempio è quello del monitoraggio del
territorio e la tutela, la prevenzione e la previsione di possibili fenomeni catastrofici.
Attraverso una o più reti di sensori si possono tenere sotto controllo in modo continuativo
intere aree geografiche rilevando, in maniera più accurata e tempestiva di quanto non
accada oggi, eventuali situazioni di allarme o pericolo.
Quella di acquisire e di analizzare dati del mondo esterno è una operazione che
chiaramente non presenta evidenti effetti collaterali. Quando le tecnologie saranno più
mature ed affidabili, è prevedibile che la rete si evolverà dai nodi-sensori verso un
125
numero sempre maggiore di nodi-attuatori, cioè di dispositivi hardware in grado di
modificare attivamente l’ambiente circostante sulla base delle informazioni
ricevute/analizzate. In maniera limitata, simili tecnologie sono già impiegate nel campo
della domotica e della produzione industriale.
A fianco dei nodi-sensori e dei nodi-attuatori, l’evoluzione dell’IoT è determinata anche
dai nodi interni alla rete. Non avendo interfacce verso il mondo esterno, questi sono
essenzialmente nodi deputati alla raccolta e alla elaborazione delle informazioni. Si tratta
di unità con elevate capacità in termini di calcolo e memorizzazione, assimilabili agli
attuali servizi di cloud computing. Tali capacità, unitamente alla complessità degli
algoritmi che su di essi vengono eseguiti, costituiscono di fatto la vera intelligenza della
rete con focus verso quelle tecniche di automatic reasoning che permettono di elaborare
decisioni razionali in maniera sempre più autonoma.
A livello di sistema la letteratura analizzata (Atzori, Iera, & Morabito, 2010) (Akyildiz,
isola le seguenti caratteristiche peculiari per la Internet of Things:
Scalabilità – La rete deve essere in grado di gestire un numero sempre crescente di
dispositivi (nell’ordine di miliardi) che quotidianamente potranno essere connessi (o
anche disconnessi) dalla rete, senza che questo ne degradi le prestazioni. Il passaggio
dalla versione del protocollo IP dalla 4 alla 6 va proprio nella direzione di allargare il
numero di dispositivi che possono essere connessi contemporaneamente alla stessa rete.
Senza contare configurazioni particolari l’IPv4 è teoricamente in grado di gestire fino ad
un massimo di 2^32 dispositivi (4,3 miliardi circa). L’evoluzione di Internet ha mostrato
ben presto che questo numero, inizialmente considerato sufficiente, non avrebbe retto uno
scenario in cui la partecipazione alla rete non fosse più solo appannaggio dei soli PC, ma
fosse potenzialmente estesa a qualsiasi oggetto. La versione successiva, ovvero l’IPv6,
sebbene non ancora globalmente adottata, è in grado di gestire teoricamente fino ad un
massimo di 2^128 dispositivi (Internet Engineering Task Force, 1998).
Eterogeneità – In linea teorica non ci sono restrizioni in merito alla tipologia di
dispositivi che possono essere connessi. Possono essere i più svariati purché condividano
i medesimi standard, protocolli ed interfacce di comunicazione.
Ottimizzazione energetica – Nell’idea di una rete diffusa da un punto di vista geografico,
in special modo per i nodi più esterni, spesso non forniti da una linea elettrica stabile, è
126
necessario una particolare attenzione al dispendio energetico. Il riferimento è a dispositivi
perlopiù alimentati a batteria e dotati di comunicazione radio. L’esempio classico è quello
di un sensore per il monitoraggio ambientale in luoghi remoti. Tralasciando la questione
della possibilità di sfruttare fonti rinnovabili, moltissimi studi e progetti riguardano la
ricerca di soluzioni che minimizzino il consumo energetico di tali dispositivi, fermo
restando un set base di funzioni che devono essere necessariamente svolte.
Capacità auto-organizzative – La complessità ed il dinamismo che molti scenari IoT
presentano, rendono necessaria una intelligenza che sia distribuita nella rete in modo che
gli oggetti (o quantomeno un sottoinsieme vitale di essi) siano in grado di reagire
autonomamente ad un ampio spettro di situazioni. Già la sola e continua
connessione/disconnessione, accidentale e non, dei nodi della rete crea la necessità di
utilizzare protocolli specifici che permettano di adattarsi a tali eventi, senza la necessità
di una sovrastruttura di coordinamento.
Interoperabilità semantica e gestione dati – Non solo i protocolli di comunicazione
devono essere condivisi, ma anche la rappresentazione dei dati deve essere tale. In
sostanza i vari dispositivi devono potersi scambiare informazioni che siano mutualmente
interpretabili. Questo significa l’adozione di un linguaggio ed una strutturazione dei dati
uniforme o più in generale di una semantica che sia allo stesso tempo condivisa ed aperta
rispetto a modifiche ed estensioni future.
Sicurezza – Sia a livello protocollare che di hardware, le parole chiave sono
autenticazione ed integrità dei dati. Attraverso le attuali soluzioni di cloud computing
questi problemi sono stati in qualche modo già affrontati, sebbene vi sia ancora molta
strada da fare soprattutto in relazione al livello di pervasività che tali tecnologie
raggiungeranno rispetto alla vita delle persone, intese sia a livello di singoli che di
società.
Infine è bene considerare la necessità che siano definiti e dunque rispettati determinati
standard qualitativi in merito al servizio offerto affinché una tecnologia sia proficuamente
sfruttabile, soprattutto a livello di creazione di business. Si parla in questo caso di Quality
of Service (QoS), per riferirsi ai requisiti minimi che la rete deve essere in grado di
garantire rispetto ai vari flussi informativi. Non tutti i servizi infatti avranno la stessa
tolleranza rispetto a ritardi e/o errori di comunicazione. Pur nell’idea di mantenere una
rete per quanto possibile di tipologia best effort (Clark & Fang, 1998), è indubbio che
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nella miriade di servizi ve ne siano alcuni che, per ragioni di sicurezza e/o economiche,
abbiano prelazione sugli altri. Come aggregare al meglio questi flussi e gestirne le
priorità è ancora un campo di ricerca molto attivo, non solo nel mondo IoT ma anche in
quello più generale dell’ICT.
IoT: Tecnologie abilitanti Un punto chiave dell’Internet of Things è quello delle tecnologie abilitanti. In realtà si
tratta di un argomento vastissimo e che da solo potrebbe coprire diversi volumi. Molta
della tecnologia del mondo dell’elettronica, dell’Information Technology e delle
telecomunicazioni è coinvolta e le linee di demarcazione sono sfumate quando non
proprio assenti. Una grossa fetta, se non tutto, della rete Internet odierna è inglobata ed
ancora non sono ben chiari i limiti ed i confini di applicabilità di questa tecnologia. Lungi
dal poter svolgere una trattazione esaustiva, l’attenzione è rivolta esclusivamente a quelle
che sono le tecnologie hardware e software che ad oggi hanno la rilevanza maggiore per
l’IoT.
Due dei blocchi costituenti questa nuova visione di internet sono le Wireless Sensor
Network (WSN) e la tecnologia Radio-Frequency Identification (RFId).
Una rete di sensori è composta di un gran numero di nodi posizionati in prossimità del
fenomeno di cui si vuole avere misurazione. La posizione dei sensori non deve
necessariamente essere conosciuta o determinata a priori, garantendo la massima
flessibilità di posizionamento anche in luoghi di difficile accesso per l’uomo. Ciò
significa che i protocolli di comunicazione devono implementare capacità auto-
organizzative e di cooperazione orientate al funzionamento del sistema nel suo complesso
piuttosto che al singolo dispositivo. Misure quali affidabilità e disponibilità del servizio
riguardano prima di tutto il funzionamento dell’intero complesso di dispositivi e non i
singoli componenti. Ciascun nodo-sensore è dotato di un proprio processore per eseguire
localmente semplici operazioni e trasmettere in maniera sintetica solo quei dati ed
informazioni di interesse. Questo permette un risparmio in termini di consumo di banda e
dunque energetico rispetto ad un sistema che trasmetta tutti i dati in forma grezza (raw).
Grazie ad una rete di sensori si ottiene una migliore comprensione dei fenomeni misurati
in modo da poter avere una base dati adatta per modelli di analisi e previsione sempre più
efficaci ed accurati. Non si tratta di una visione rivoluzionaria; per analogia si può
osservare come di fatto questa architettura sensoristica, tipica della visione IoT, sia la
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stessa adottata negli esseri umani. Semplici cellule recettive, distribuite più o meno
uniformemente in tutto il corpo, costituiscono le terminazioni del sistema nervoso che
vengono sintetizzate e raccolte a vari livelli di aggregazione fino a raggiungere il sistema
nervoso centrale, centro principale di elaborazione e decisione. In teoria dei grafi una
struttura simile viene chiamata struttura ad albero (West, 2001). L’analogia con l’IoT
comunque si ferma all’architettura di sensori, in quanto quest’ultima adotta una
organizzazione matematicamente rappresentabile con grafi più generali e complessi,
strutture distribuite, caratterizzate da più nodi di raccolta e/o elaborazione dei dati.
Visto che ciascun sensore è un'unità con limitate capacità di calcolo è importante che
possa trasmettere i dati a chi abbia le capacità di raccoglierli ed analizzarli. Le wireless
sensor network hanno molto in comune con le più diffuse reti ad hoc (Perkins, 2000).
Tuttavia, come fa notare (Akyildiz, Sankarasubramaniam, & Cayirci, 2001) molti dei
protocolli (e dunque algoritmi) di queste ultime, non sono applicabili al caso delle WSN.
Alcuni dei motivi riguardano:
• L’ordine di grandezza del numero di nodi che compongono una rete di sensori,
qualora si tratti di misurazioni ad alta densità.
• I nodi sono soggetti a guasti che modificano continuamente la topologia di rete.
• Predilezione della comunicazione broadcast piuttosto che una point-to-point.
• Limitatezza hardware dei dispositivi, anche dovuti al risparmio energetico.
• I sensori di misurazione non partecipano come singole entità alla rete IoT (i.e. non
posseggono un indirizzo univoco).
Diversamente dagli altri più comuni tipi di sistemi wireless la comunicazione RFId è di
tipo prettamente asimmetrico, nel senso che una delle due parti coinvolte, chiamato
lettore, ha il ruolo di trasmettitore, mentre l’altra, il transponder (può essere un semplice
RFId-tag) ha il ruolo di risponditore. Punto cruciale del successo della tecnologia RFId è
quello per cui l’entità rispondente in generale lo fa riflettendo, opportunamente modulate,
le onde elettromagnetiche emesse dal trasmettitore.
Il tag (di cui un esempio è riportato in Figura 11) può essere visto come una unità
estremamente semplice e dal basso costo, cosa che peraltro lo rende già diffuso nella vita
quotidiana delle persone, ad esempio in ambito di dispositivi antitaccheggio nei negozi,
129
nelle carte di pagamento contactless, per identificare automaticamente i podisti lungo un
percorso, etc.
Figura 11- Esempio etichetta con tag RFId (Fonte Wikipedia).
Benché ne esistano di dotati di batteria propria e definiti tag attivi, più diffusi ed
interessanti sono quelli definiti passivi che sfruttano totalmente l’energia trasmessa dal
lettore per generare la risposta. In sostanza non sono alimentati da alcuna batteria e la
risposta avrà una portata limitata e non richiederà calcoli particolari.
Si tratta del punto di forza delle tecnologie RFId che riducono i costi di mantenimento
praticamente a zero e dunque, laddove applicabili, vengono preferiti ad altre tecnologie.
Figura 12- Tag RFId
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Se non diversamente specificato, in generale,parlando di tag RFId, si intende quelli di
tipo passivo (Figura 12).
Dal punto di vista hardware un tag RFId è un device composto da tre elementi:
• Antenna: per ricevere e inviare il segnale.
• Condensatore: per immagazzinare l’energia accumulata in ricezione.
• Chip: non si parla di processore in quanto per la maggior parte si tratta di una
semplice macchina di stato che mantiene un identificativo e poco altro.
Tutti i componenti sono rivestiti mediante protezioni più o meno robuste a seconda della
destinazione d’uso del tag.
Sulla base delle tecnologie RFId, si è sviluppato, più recentemente, quell’insieme di
standard e tecnologie che prende il nome di Near Field Communication (NFC). A
differenza dello schema asincrono e dei ruoli fissati tra lettore e ricevitore, l’NFC
permette una comunicazione bidirezionale. Quando due apparecchi NFC vengono
avvicinati entro una certa distanza, si crea tra i dispositivi una rete peer-to-peer, dove
entrambi possono scambiare informazioni e dunque fungere rispettivamente da ricevitore
o trasmettitore. L’NFC ha distanze di trasmissione decisamente più contenute dell’RFId,
ma permette una migliore programmazione dei tag, adattandoli ad esigenze più specifiche
e personali. In generale, essendo una tecnologia caratterizzata da una velocità di
trasmissione non particolarmente elevata, le informazioni scambiate sono contenute e, nel
caso di trasferimenti di grosse moli di dati tra due dispositivi, può essere utilizzata al fine
di sincronizzare i due dispositivi nella fase iniziale, e poi continuare con il trasferimento
dati mediante altre tecnologie quali quella Bluetooth.
La tecnologia Bluetooth è presente già da molti anni soprattutto a corredo di dispositivi
portatili quali cellulari e notebook. Si tratta di un protocollo di trasmissione nato a cavallo
degli anni 2000 e pensato principalmente per tutti quei dispositivi che a vario titolo
entrano a far parte della cosiddetta personal Area Network (PAN). Rispetto al Wi-Fi è
caratterizzato da velocità (teoriche) ridotte, distanze di funzionamento minori, ma anche
un consumo energetico minore. Questo lo rende adatto a connettere tra loro dispositivi
tipo auricolari, speaker, smartwatch o ad una unità centrale quale lo smartphone.
Dalla versione 4.0 il protocollo Bluetooth si pone come tecnologia di comunicazione
valida anche per l’ambito IoT. Infatti, la nuova versione (oggi siamo alla 4.2) definita
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Bluetooth Low Energy (BLE) o Bluetooth Smart ha introdotto una serie di migliorie,
quali:
• Basso consumo energetico, pur mantenendo le prestazioni sul livello delle
precedenti.
• Basso costo di produzione.
• Riduzione delle dimensioni del chipset.
• Tecniche crittografiche più avanzate.
A testimoniarne il livello di diffusione è il fatto che quasi tutti gli attuali smartphone
supportano questo protocollo, pur mantenendo compatibilità anche con le versioni
precedenti. Il Bluetooth LE supporta la topologia di rete denominata a stella (Figura 13) e
dunque risulta ancora una scelta valida per gestire tutti i dispositivi ed applicazioni a
servizio della persona, magari con al centro lo smartphone che funge così da gateway per
l’accesso ad Internet.
Le tecnologie di comunicazione trattate fino ad ora e definite anche machine-to-machine
(M2M) costituiscono quelle più propriamente sviluppate in ottica IoT. Accanto a queste
non sono da dimenticare anche le altre tecnologie quali Wi-fi, Wi-MAX, reti cellulari di
n-ma generazione.
Al di là dell’ambito della ricerca, occorre puntualizzare che quelle che sono e saranno di
fatto le tecnologie di spicco sono decise da fattori che vanno al di là delle reali capacità e
potenzialità di ciascuna di esse, ma dipendono anche e soprattutto da ragioni di mercato.
Non è difficile imbattersi in situazioni dove a seguito di una analisi ex post risulta come il
successo di una tecnologia piuttosto che un’altra sia conseguenza del successo, magari
per altre ragioni, della diffusione dei dispositivi che la implementano.
Figura 13- Hub a stella
132
Oltre ai sensori ed ai protocolli di comunicazione, l’Internet of Things è fatta anche di
applicazioni che usano i dati raccolti dalle varie strutture terminali della rete al fine di
interfacciarsi con gli utenti finali ed offrirgli determinati servizi. A collegare la parte
applicativa a quella hardware c’è uno strato software denominato genericamente
middleware (Figura 14). In pratica possono essere molteplici i livelli che compongono il
middleware e dunque è più corretto parlare di una pila di livelli. Lo scopo del middleware
è quello di nascondere i dettagli delle particolari tecnologie utilizzate ai livelli superiori,
ovvero, uno sviluppatore di applicazioni non dovrà conoscere tutti i protocolli e le
tecnologie dei livelli sottostanti, ma potrà concentrarsi esclusivamente sul servizio di alto
livello che intende sviluppare. Le funzioni offerte dalla rete sottostante verranno
presentate e rese accessibili attraverso interfacce software (in genere APIs - Application
Program Interface). In questo modo si disaccoppiano i due strati, di rete e applicativo, e,
anche cambiando le tecnologie di rete sottostanti, sarà sufficiente agire sul middleware
per mantenere compatibilità con tutti i servizi precedentemente sviluppati.
Figura 14- Middleware.
133
In merito all’IoT le architetture proposte negli anni tendono in larga parte a seguire i
principi SOA (Service Oriented Architecture). Si tratta di un paradigma il cui modello di
riferimento, dato dall’organizzazione OASIS (OASIS, 2015) , lo definisce sinteticamente
come:
“A paradigm for organizing and utilizing distributed capabilities that may be under the
control of different ownership domains. It provides a uniform means to offer, discover,
interact with and use capabilities to produce desired effects consistent with measurable
preconditions and expectations.”
Lo scopo di questo modello è quello di favorire la scomposizione ed il disaccoppiamento
di grandi servizi monolitici come composizione, orchestrata, di un certo numero di servizi
più piccoli. L’uso di interfacce comuni e protocolli standard permette lo sviluppo di
processi anche a livello business senza imporre tuttavia l’uso di tecnologie specifiche per
l’implementazione. Le parole chiave sono semplicità, integrazione, velocità di sviluppo e
riuso dei componenti software.
Sia dal punto di vista hardware che software l’Internet of Things è in ogni caso un
Figura 15- Mappa dei settori coinvolti in IoT. In (Raconteur, 2014)
134
paradigma estremamente innovativo. Oltre a quelle citate, più proprie del cuore IoT, vi
sono molti ambiti coinvolti ed annoverati nella veste di tecnologie “sinergiche”. Si tratta
cioè di quegli ambiti che, in ottica IoT, sebbene non siano essenziali, possono
aggiungervi valore oggi o in un futuro prossimo. Tra queste abbiamo i settori che
riguardano: robotica, biometria, machine vision, tele-presenza, georeferenziazione, etc.
(Figura 15)
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Appendice B – Allegato email
POLITECNICO DI MILANO SCHOOL OF MANAGEMENT
INVESTIGATION ON THE SMART CITY PROJECTS ENABLED
BY THE NEW PARADIGM OF THE INTERNET OF THINGS
INTERVIEW GUIDE
An extended version of the results of the Research shall be sent to all the companies and Public Administrations that will contribute to its implementation.
Definition of the Internet of Things 1 Internet of Things (IoT) applications are all those solutions based on “smart” objects – that is, objects provided with one or several functionalities of self-‐awareness (identification, locating, diagnosis of status), measurement and/or interaction with the surrounding environment and data processing, and capable of connecting to a network to communicate the information possessed, collected and/or processed.
-‐1 For the description of the application fields of the Internet of Things, see Appendix A
“ INTERNET OF TH INGS OBSERVATORY”
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1. THE INTERLOCUTOR
1.1 The name, surname and role of the interlocutor within the Public Administration and the Smart City projects
2. THE PROJECTS AND THE PROGRESS
2.1 Synopsis of the Smart City projects enabled by the Internet of Things:
# Project title Application field* Progress** Start date 1 2 [...]
* See Appendix A ** Progress: preliminary analysis, pilot project, executive project
3. THE DESCRIPTION OF THE PROJECTS
3.1 Description of the projects mentioned in Table 2.1 and of the main technologies adopted (HW, SW, communication)
3.2 Other stakeholders involved (e.g., suppliers of technologies, advisors, etc.) and contribution of each stakeholder within the framework of the projects
4. THE DECISION-‐MAKING PROCESS
4.1 Start-‐up and genesis of the projects (PA as a promoting entity, private citizen's initiative, decision following a consulting project, etc.)
4.2 Roles - within the PA - of the persons responsible involved in the decision (promoter, coordinator, person responsible for defining the objectives, etc.)
4.3 Initial macro-‐objectives of the projects (e.g., cost reduction, external quality improvement, demand for clients / suppliers, etc.)
5. THE BENEFITS AND THE CRITICALITIES DETECTED
5.1 Benefits obtained/expected from the projects (e.g., improvement in the quality of life, cost reduction, level of productivity, etc.), if available in terms of quantity
5.2 Major criticalities, errors to be avoided in the subsequent implementation of new Smart City / IoT projects
6. THE COSTS AND THE METHODS OF FINANCING
6.1 Total costs incurred and indications on the profitability of the projects
6.2 Methods of financing (external financing, direct investment by the PA, private financing) that have allowed the Smart City / IoT projects to be started and developed
6.3 Payment methods for the projects (one-‐off payment or “as a service”)
7. FUTURE PLANS
7.1 As regards the application fields described in Appendix A, specify for each of them whether any projects are scheduled to be started over the next 3 years and, if these are not planned, specify the reasons why (lack of funds, issue not at the top of the agenda, lack of interest, etc.)
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APPEND IX A
INTERNET OF THINGS AND SMART CITY: THE APPLICATION FIELDS CONSIDERED
! Traffic management: measurement of the real urban traffic flow and use of the data collected to prevent congestion, regulate access to controlled traffic zones, manage the traffic light system dynamically, as well as the parking status and duration
! Public transport: locating means (through the on-‐board GPS boxes of vehicles) to provide citizens with reliable information on the waiting times, enable priority at traffic lights and dynamically improve the management of vehicle flows
! Road network: intelligent street lighting, involving the installation of street lamps with self-‐diagnosis of status and powering (turning on / off); monitoring of road conditions to detect any potholes or criticalities in the road surface
! Waste collection: automatic identification of street bins during the emptying step and concurrent weighing for control and reporting purposes; monitoring of the waste quantities in street bins, to correctly determine the emptying needs
! Environment monitoring: detection systems for air pollution and weather parameters and for the detailed monitoring of air and water quality, as well as of microclimate conditions
! Territory safety and control: urban video surveillance systems, accident detection systems, gunshot identification systems, etc.
! Territory monitoring: monitoring of natural risks – fire, landslide, flooding, etc. – within or near the urban areas
! Entertainment & Tourism services: applications aimed at supporting the sightseeing, such as the NFC applications to provide tourists with further information on most interesting urban points (e.g., monuments)
! Smart Metering & Smart Grid: smart meters (Smart Metering) to measure consumption (electricity, gas, water, heat), their correct invoicing and remote management; smart electricity network (Smart Grid) to optimize distribution, managing the distributed production and electrical mobility
! Smart Building: automatic management of any equipment and systems of a building (such as the lighting and air-‐conditioning systems), with special attention to the monitoring of the indoor environment in view of energy saving and personal safety
! eHealth: solutions for the real-‐time remote monitoring of vital signs, thus reducing hospitalization, for diagnosis and care purposes; locating patients to ensure greater freedom of movement and, at the same time, to guarantee control and safety