luni , 18 iunie 2018
roen

Art. 01 – Vol. 27 – Nr. 3 – 2017

Platforme IoT – Soluţii actuale şi tendinţe de evoluţie

Gabriel NEAGU
gneagu@ici.ro
Mihnea Horia VREJOIU
mihnea@dossv1.ici.ro
Ştefan Alexandru PREDA
stefanalex@ici.ro
Alexandru STANCIU
alex@ici.ro
Institutul Naţional de Cercetare – Dezvoltare în Informatică, ICI – Bucureşti

Rezumat: Internetul obiectelor/lucrurilor (Internet of Things – IoT) a devenit una din paradigmele definitorii ale lumii de azi, element de transformare revoluţionară, cantitativă şi calitativă, a cunoaşterii şi interacţiunii noastre cu mediul în care trăim şi lucrăm zi de zi. În ultimii ani, au fost dezvoltate numeroase soluţii de interconectare a obiectelor inteligente în sisteme cu diferite scale şi obiective. Vorbim deja despre oraşe inteligente, case inteligente, monitorizare digitală a sănătăţii, a unor procese industriale sau a poluării mediului etc. Lucrarea de faţă prezintă o trecere în revistă şi o analiză a ofertei existente de platforme IoT, precum şi a tendinţelor de evoluţie în domeniul acestora. Au fost studiate câteva soluţii IoT relevante, selectate pe baza rapoartelor şi punctelor de vedere publicate în literatura de specialitate şi pe site-urile unor companii de consultanţă sau publicaţii specializate. Au fost identificate şi selectate criterii de evaluare comparativă a platformelor IoT hardware şi software. Au fost analizate şi sunt prezentate de asemenea câteva perspective de evoluţie a platformelor IoT pe termen scurt şi mediu, atât în contextul dezvoltării tehnologiilor specifice, cât şi sub presiunea cerinţelor comunităţilor ecosistemelor IoT.

Cuvinte cheie: platformă IoT, piaţă IoT, ecosistem IoT, cloud, PaaS, SaaS, protocol de comunicaţie, API de tip REST, confidenţialitate şi securitate a datelor.

Introducere: Sintagma „Internet of Things” – IoT (“Internetul obiectelor/lucrurilor”) denumeşte o reţea de obiecte fizice „inteligente” (smart objects) interconectate, care au încorporată tehnologia necesară pentru a fi capabile de a sesiza şi comunica date despre starea lor internă, precum şi de a interacţiona cu aceasta şi cu mediul extern. Explozia IoT actuală are potenţialul de a schimba substanţial activitatea industrială, mediul şi modul în care oamenii vor lucra şi trăi [1]. Se apreciază că până în anul 2020 numărul diverselor obiecte inteligente interconectate va tinde spre circa 200 de miliarde, de la tablete, telefoane, televizoare şi alte obiecte electrocasnice inteligente, la dispozitive capabile să monitorizeze şi să transmită parametrii de sănătate şi mobilitate a oamenilor sau animalelor, de calitate a apei sau aerului, sau la dispozitive şi elemente de monitorizare şi control al parametrilor unor echipamente industriale complexe sau al produselor aflate în containere pentru livrare etc. [2]. Prioritatea care se acordă domeniului în ultima perioadă este motivată de acest potenţial impresionant de utilizare practică a soluţiilor dezvoltate conform acestui concept.

Schimbarea de viziune pe care o aduce IoT constă în:

  • extinderea diversităţii acestor obiecte prin standardizarea soluţiilor de comunicare şi interacţiune;
  • valorificarea datelor privind evoluţia stării acestor obiecte,
  • prin achiziţia, transmiterea şi stocarea lor în infrastructuri dedicate, centrali-zate sau de tip cloud, precum şi
  • prin analiza avansată a acestora, utilizând servicii specializate, pentru a extrage, sintetiza şi utiliza informaţia relevantă.

În ultimii ani, au fost dezvoltate numeroase soluţii de interconectare a obiectelor inteligente în sisteme cu diferite scale şi obiective. Se vorbeşte deja despre oraşe inteligente (smart cities), case inteligente (smart homes), monitorizare digitală a sănătăţii (digital health), a unor procese industriale sau a poluării mediului etc.

Conform [3], principalele funcţionalităţi oferite de sistemele IoT pot fi grupate în 5 categorii, astfel:

  • culegerea şi pregătirea datelor;
  • conectivitate, protocoale de comunicaţii;
  • servicii de monitorizare, control şi descoperire dispozitive;
  • autentificare, autorizare, controlul integrităţii şi securitatea datelor;
  • analiza şi procesarea datelor, asigurarea interfeţei utilizator pentru acces la funcţiunile sistemului.

Principalele tehnologii implicate, care stau la baza dezvoltării soluţiilor IoT, sunt: reţelele de senzori wireless, cloud computing, big data analytics, protocoale de comunicaţie, dispozitive cu microprocesor încorporat.

Se estimează că următorii ani vor însemna o perioadă de avânt spectaculos pentru sistemele IoT, ale căror complexitate şi potenţiale utilizări vor creşte semnificativ. În Strategia Naţională de Cercetare-Inovare 2014-2020 [4], IoT este vizat în 3 din cele 4 sub-domenii prioritare de dezvoltare a TIC ca domeniu de specializare inteligentă: în primul rând în „Internetul viitorului”, dar şi în „Analiza şi securitatea datelor de mari dimensiuni” şi „Calculul de înaltă performanţă şi noi modele computaţionale”. La nivel european, în cadrul Programului de cercetare-inovare „Orizont 2020”, finanţat de Comisia Europenă, IoT este tratat ca domeniu de interes major (focus area), obiectivul fiind asigurarea dezvoltării durabile, pe termen lung, a acestui domeniu [5]. Pentru perioada 2016-2017, abordarea este bazată pe trei componente: proiecte de scară largă, activităţi suport orizontale, integrare şi platforme IoT.

O platformă IoT implementează funcţionalităţile şi tehnologiile menţionate mai sus, având rolul de a susţine accelerarea valorificării avantajelor unei soluţii IoT pentru organizaţiile beneficiare (întreprinderi industriale, unităţi medicale, unităţi din domeniul transportului şi distribuţiei de energie etc.). Aceste avantaje constau în faptul că utilizatorul se poate concentra pe conectarea echipamentelor, pe selectarea opţiunilor de care are nevoie (accesul la infrastructura de stocare şi regăsire date, selectarea serviciilor de procesare, vizualizare şi analiză a datelor) şi pe utilizarea efectivă a rezultatelor furnizate de platformă. În acelaşi timp însă, acesta trebuie să clarifice modul de integrare a soluţiei în activitatea proprie şi să fie conştient de costurile de exploatare a soluţiei IoT şi a serviciilor de consultanţă pe care aceasta
le necesită.

Există astăzi o abundenţă de soluţii de platforme IoT (compuse din infrastructură şi middleware), care oferă conectivitate la Internet pentru senzori şi elemente de acţionare (actuators), permiţând utilizatorilor finali să interacţioneze cu obiectele inteligente dotate cu astfel de senzori şi/sau elemente de acţionare. Particularităţile şi nivelurie tehnologice pe care se bazează, dar şi măsura în care aceste platforme sunt capabile să satisfacă cerinţele şi aşteptările diferiţilor actori din ecosistemul IoT (furnizori de dispozitive, dezvoltatori de aplicaţii, utilizatori finali etc.), pot constitui atât criterii de evaluare / comparare a lor, cât şi elemente pe baza cărora se pot estima şi direcţiile de evoluţie ale acestora.

Având în vedere toate acestea, în contextul activităţilor de cercetare derulate de colectivul nostru, lucrarea de faţă prezintă oferta de platforme IoT existente, criterii de evaluare
şi tendinţe de evoluţie a acestora în
perioada următoare.

În continuare, lucrarea este structurată după cum urmează: Secţiunea 2 enumeră şi descrie sintetic câteva dintre cele mai reprezentative platforme IoT actuale. În secţiunea 3 sunt trecute în revistă seturi de criterii de evaluare pentru analiza platformelor IoT, inclusiv pentru cazul particular al platformelor orientate software. Secţiunea 4 prezintă o serie de estimări privind evoluţiile viitoare ale platformelor IoT, determinate atât de evoluţiile tehnologice în domeniu, cât şi de necesităţile şi cerinţele comunităţii IoT. În secţiunea finală a lucrării sunt formulate
câteva concluzii.

Vizualizează articolul complet

ACEST ARTICOL POATE FI CITAT CA:
Gabriel NEAGU, Mihnea Horia VREJOIU, Ştefan Alexandru PREDA, Alexandru STANCIU, Platforme IoT – Soluţii actuale şi tendinţe de evoluţie, Revista Română de Informatică şi Automatică, ISSN 1220-1758, vol. 27(3), pp. 5-18, 2017.

Concluzii:  Internetul obiectelor/lucrurilor (Internet of Things – IoT) se constituie într-un catalizator de transformare revoluţionară, cantitativă şi calitativă, a cunoaşterii şi interacţiunii noastre cu mediul în care trăim şi lucrăm zi de zi.

În ultimii ani, au fost dezvoltate numeroase soluţii de interconectare a obiectelor inteligente în sisteme cu diferite scale şi obiective. Se poate afirma că există astăzi o abundenţă de soluţii de platforme IoT, compuse din infrastructură şi middleware, care oferă conectivitate la Internet pentru obiecte inteligente dotate cu senzori şi elemente de acţionare, permiţând utilizatorilor finali să interacţioneze cu acestea.

Platformele IoT oferă cadrul de dezvoltare şi utilizare pentru soluţiile IoT, implementând funcţionalităţi şi facilităţi pentru:

  • culegerea şi pregătirea datelor;
  • conectivitate, protocoale de comunicaţii;
  • monitorizare, control şi descoperire dispozitive;
  • securitate autentificare, autorizare, control al integrităţii şi securitate a datelor;
  • analiză şi procesare a datelor, asigurare a interfeţei utilizator pentru acces la funcţiunile sistemului.

Principalele tehnologii utilizate de soluţiile IoT, sunt:

  • reţele de senzori wireless;
  • Cloud computing;
  • Big Data analytics;
  • protocoale de comunicaţie;
  • dispozitive cu microprocesor încorporat.

Caracteristicile şi funcţionalităţile specifice oferite şi nivelul tehnologiilor încorporate, pe de o parte, dar şi măsura în care pot răspunde necesităţilor şi aşteptărilor diferiţilor actori din ecosistemul IoT (furnizori de dispozitive, dezvoltatori de aplicaţii şi utilizatori finali), pe de altă parte, constituie atât criterii de evaluare / comparare a platformelor IoT, cât şi elemente pe baza cărora pot fi estimate direcţiile de evoluţie viitoare a acestora.

A fost efectuat un studiu în cadrul căruia a fost analizată şi evaluată oferta existentă de platforme IoT, fiind acoperite soluţiile cele mai relevante, selectate pe baza rapoartelor şi punctelor de vedere publicate în literatura de specialitate şi pe site-urile unor companii de consultanţă sau publicaţii în domeniu.

Au fost identificate şi analizate criterii de evaluare comparativă a platformelor IoT hardware şi software.

Au fost estimate de asemenea perspectivele de evoluţie pe termen scurt şi mediu a ofertei de platforme IoT, atât în contextul dezvoltării tehnologiilor specifice cât şi sub presiunea cerinţelor de utilizare.

Din punct de vedere tehnologic au fost avute în vedere tehnologiile considerate esenţiale pentru domeniul  IoT: securitatea, analiza datelor, administrarea şi monitorizarea obiectelor IoT, reţele de putere scăzută pentru arie de acoperire locală sau largă, procesoare IoT, sistemele de operare IoT, procesarea fluxurilor de evenimente în timp real, platformele IoT ca suport tehnologic integrat, ecosisteme şi standarde IoT.

Din punct de vedere al cerinţelor de utilizare, pe baza studierii literaturii de specialitate, au fost identificate principalele clase de cerinţe utilizator, au fost evaluate şi fundamentate decalajele între stadiul actual şi stadiul ţintă de tratare a acestor cerinţe pe fiecare clasă, cu identificarea principalelor probleme ce trebuie abordate şi soluţionate pentru ameliorarea acestor decalaje şi au fost sintetizate unele recomandări în acest sens.

Menţiuni

Prezenta lucrare are la bază parte din activităţile şi rezultatele proiectului PN 1609-0401 [15], derulat la ICI Bucureşti (2016-2017) în cadrul Programului naţional nucleu „COGNOTIC”, finanţat de Ministerul Cercetării şi Inovării.

BIBLIOGRAFIE

  1. LEHONG, H.; ALFONSO, V.: Hype Cycle for the Internet of Things”, Gartner Group, 21.07.2014.
  2. PERERA, C.; ZASLAVSKY, A.; CHRISTEN, P.; GEORGAKOPOULOS, D.: Sensing as a service model for smart cities supported by Internet of Things. Trans. Emerg. Telecommun. Technol., vol. 25, no. 1, 2014, pp. 81-93.
  3. BAHGA, A.; MADISETTI, V.: Internet of Things: A Hands-On Approach. Published by Bahga & Madisetti, ISBN: 978-099605515.
  4. E.C.S.: “Strategia Naţională de Cercetare-Inovare 2014-2020 – versiunea tehnică”. Ministerul Educaţiei şi Cercetării Ştiinţifice, februarie 2014.
    (http://www.cdi2020.ro/wp-content/uploads/2014/02/STRATEGIA_Versiunea-tehnica_Februarie-2014.pdf).
  5. European Commission: Horizon 2020 – Work Programme 2016–2017, (5.i) Information and Communication Technologies. European Commission Decision C (2015) 6776 of 13 October 2015.
    (http://ec.europa.eu/research/participants/data/ref/h2020/wp/2016_2017/main/h2020-wp1617-leit-ict_en.pdf).
  6. SINGH, S.: Top 10 IoT Platforms. Internet of Things wiki, 08.03.2016.
    (http://internetofthingswiki.com/top-10-iot-platforms/634/).
  7. MERCER, C.: Internet of things platforms: Azure, AWS, IBM Watson and more – Which is the best IoT platform for your business? Computerworld, 28.02.2016.
    (http://www.computerworlduk.com/galleries/data/-of-best-internet-of-things-platforms-3635185/).
  8. A.; DE DONATO, W.; PERSICO, V.; PESCAPÉ, A.: Integration of Cloud computing and Internet of Things: A survey. Future Generation Computer Systems 56, 2016, Elsevier ScienceDirect, pp. 684–700.
  9. MINERAUD, J.; MAZHELIS, O.; SU, X.; TARKOMA, S.: A gap analysis of Internet-of-Things platforms. Computer Communications, 2016, Elsevier ScienceDirect, DOI:10.1016.
  10. TARKOMA, S.; AILISTO, H.: The Internet of Things program: the Finnish perspective”. IEEE Commun. Mag. 51 (3)  2013, pp. 10–11, DOI: 10.1109/MCOM. 2013.6476854 (http://ieeexplore.ieee.org/document/6476854/).
  1. DAYARATHNA, M.: Comparing 11 IoT Development Platforms. IoT Zone, 04.02.2016.
    (https://dzone.com/articles/iot-software-platform-comparison).
  2. VAN DER MEULEN, R.; WOODS, V.: Gartner Identifies the Top 10 Internet of Things Technologies for 2017 and 2018. Garner Research. 23.02.2016.
    (http://www.gartner.com/newsroom/id/3221818).
  3. LEWIS, G.; ECHEVERRIA, S.; SIMANTA, S.; BRADSHAW, B.; ROOT, J.: Tactical cloudlets: moving cloud computing to the edge. Proceedings of the IEEE Military Communications Conference (MILCOM), 2014, pp. 1440–1446, doi: 10.1109/ MILCOM.2014.238.
  4. LEA, R.; BLACKSTOCK, M.: CityHub: a cloud based IoT platform for smart cities. Proceedings of the IEEE 6th International Conference on Cloud Computing Technology and Science (CloudCom), 2014, pp. 799–804, doi: 10.1109/ CloudCom.2014.65.
  5. PREDA, Ş. A.; NEAGU, G.; STANCIU, A.; VREJOIU, M. H.; HĂRŢESCU, F.; FLORIAN, V.; ZAMFIR, M. C.: Evaluare şi experimentare pentru platforme „Internet of Things”. Raport de cercetare etapa 1: Cercetări privind platformele dedicate „Internet of Things”, proiect PN 1609-0401, ICI Bucureşti, decembrie 2016.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.