Gli sforzi a livello di integrazione delle tecnologie orientate all’Internet delle Cose (Internet of Things, IoT) negli ambienti urbani, in corso ad oggi, consentono di rendere una città “intelligente” e possono migliorare la vita quotidiana dei cittadini e dei visitatori che vivono la realtà quotidiana.
Poiché i sistemi IoT producono una quantità molto significativa di dati, fortemente caratterizzati da un’elevata eterogeneità tra di loro, si rende necessario definire un approccio modulare e scalabile per la raccolta e la gestione dei dati basati su IoT. Un caso reale è rappresentato dalla città di Parma, descritto di seguito.
Le nuove tecnologie in ambito smart city
Negli ultimi anni, il concetto di città intelligente si è diffuso rapidamente ed è oggi associato a numerosi contesti urbani, dove emerge l’utilizzo estensivo delle Tecnologie dell’Informazione e della Comunicazione (Information and Communication Technologies, ICT). Questo si è reso possibile grazie alla stretta cooperazione tra il mondo accademico e quello industriale, insieme agli organi di governo delle città, alle istituzioni e, non ultimi, ai cittadini[1].
Osservando la situazione da una prospettiva generale, una città “intelligente” è una città che mira a divenire più vivibile, più sostenibile, e più attraente per i cittadini e i suoi potenziali visitatori. Questo obiettivo richiede alle amministrazioni comunali di considerare il coinvolgimento di diverse entità (ad esempio, imprese, aziende multi-servizi, trasporti pubblici e altri stakeholder legati ai servizi e alle infrastrutture cittadine), che devono cooperare creando gruppi di lavoro con competenze eterogenee, provenienti da diversi ambiti di intervento urbano. Alcune attività esemplificative, che possono aumentare il “grado di intelligenza” di una città, corrispondono alla gestione efficiente dell’energia e delle risorse, al monitoraggio e la protezione ambientale, all’ottimizzazione dell’uso dei veicoli privati e pubblici e dei costi di trasporto (ad esempio, puntando su un modello di mobilità condivisa, includendo mobilità elettrica e car pooling) e molte altre ancora[2].
Le infrastrutture e le tecnologie orientate al paradigma IoT
Le infrastrutture e le tecnologie orientate al paradigma IoT sono emerse in modo significativo negli ultimi anni, supportando una vasta gamma di dispositivi, noti anche come “smart object”, che possono essere utili nel contesto cittadino. Per questo motivo, le tecnologie IoT sono di fatto da considerarsi come aspetti chiave abilitanti l’effettiva implementazione del concetto di “smart city”, in quanto consentono la raccolta di enormi quantità di dati, che possono essere gestiti efficacemente attraverso tecniche di analisi dei dati (in ambito big data) e, in particolare, algoritmi di Intelligenza Artificiale (Artificial Intelligence, AI)[3].
Si nota inoltre ultimamente una sempre maggiore estensione del paradigma IoT in diverse aree urbane, con una crescita continua del numero e della tipologia di dispositivi IoT installati (ed equipaggiati con vari tipi di sensori e attuatori) per il monitoraggio delle città stesse.
Sfide di connettività e integrazione
Considerando questo scenario, è chiaro come anche l’infrastruttura di comunicazione che sovrintende a questi dispositivi IoT sia un ulteriore aspetto chiave da affrontare per la realizzazione delle future città intelligenti, poiché la connettività di rete (per il trasporto dei dati) è generalmente richiesta in modo continuativo nel tempo (sia durante le attività diurne sia durante quelle notturne), nello spazio (sia in ambienti interni, quali edifici pubblici e privati, sia in ambienti esterni, quali strade, parcheggi e parchi, considerando anche la presenza di nodi mobili quali veicoli o biciclette) e per tipologia di dispositivi (spaziando tra dispositivi wireless personali, quali, ad esempio, laptop, smartphone e tablet dei cittadini, fino ai dispositivi IoT con risorse limitate e generalmente alimentati a batteria, installati nell’ambiente cittadino di interesse).
Questa necessità di connettività è ulteriormente motivata dal fatto che gli smart object dispiegati in una città sono spesso caratterizzati da tecnologie eterogenee in termini di comunicazione e caratteristiche tecniche, ed interagiscono con l’ambiente seguendo approcci e paradigmi differenti, quali ad esempio Human-to-Machine (H2M) e Machine-to-Machine (M2M). Tenendo conto dei diversi scenari applicativi che si possono sviluppare in un contesto urbano, può essere adottato un set eterogeneo di tecnologie di comunicazione e diverse architetture di rete, con l’obiettivo di garantire affidabilità ed efficienza a seconda delle caratteristiche specifiche dei servizi da fornire ai cittadini. Nella maggior parte dei casi, comunque, la connettività tra dispositivi IoT è garantita tramite connessioni wireless flessibili e a basso costo, ad esempio, attraverso reti wireless a maglia (mesh)[4],[5].
Tuttavia, nel contesto di una città intelligente, potrebbe rendersi necessario integrare diverse reti mesh e piattaforme eterogenee, ognuna delle quali differente per protocolli di comunicazione, capacità di calcolo, e protocolli di sicurezza. Pertanto, un’architettura a livelli multipli è generalmente richiesta per gestire correttamente una grande quantità di dati eterogenei, raccolti da un’ampia gamma di sensori/attuatori dispiegati in città. Considerando tali scenari, è evidente come l’integrazione di piattaforme IoT in un’infrastruttura cittadina richieda l’adozione di tecnologie e soluzioni standard, che possono facilitare la condivisione delle risorse e migliorare la sostenibilità del sistema.
Il contributo di things2i e city2i
A tale riguardo, lo spin-off things2i s.r.l.[6] dell’Università di Parma è attivo da diversi anni in questo ambito, ed ha sviluppato, in collaborazione con Retelit-Enìa[7], un applicativo, denominato city2i®[8], caratterizzato da un approccio nuovo, modulare e scalabile per gestire la raccolta e l’integrazione dei dati basati su IoT in ambito smart city. Un Proof of Concept (PoC) è attivo per la raccolta di dati reali in diverse aree della città di Parma.
Più nel dettaglio, il componente principale di city2i è rappresentato da un’entità di elaborazione logica che opera in modo simile ad un middleware, ed è progettata per estrarre informazione utile dai dati eterogenei delle città e di condividerla. Tale middleware, basandosi su un’infrastruttura di raccolta dati eterogenea, consente di trasferire flussi dati dai dispositivi IoT al cloud, fornendo alla municipalità, e di conseguenza ai cittadini, uno strumento che, integrando informazioni da sistemi eterogenei, permette di monitorare lo stato dell’intera area urbana da molteplici prospettive e di evidenziare anche eventuali correlazioni “nascoste” tra i dati IoT potenzialmente raccolti da diverse applicazioni verticali.
Infatti, tramite la piattaforma city2i, non solo è possibile integrare le informazioni provenienti da sistemi IoT, ma anche correlarle con dati già disponibili alle amministrazioni comunali tramite software di terze parti tramite appositi connettori (ad esempio, potrebbe essere utile correlare i dati di incidentalità con i dati relativi alla mobilità misurata tramite sensori conta auto).
Caratteristiche della piattaforma city2i
Le principali caratteristiche della piattaforma proposta possono essere riassunte come segue.
- Modularità: la piattaforma city2i è progettata con un’architettura modulare che consente l’aggiunta o la rimozione di componenti in base alle necessità specifiche della città.
- Scalabilità: city2i può essere scalata sia orizzontalmente che verticalmente per gestire il crescente volume di dati e il numero di dispositivi IoT connessi.
- Interoperabilità: la piattaforma city2i supporta l’interoperabilità tra diversi dispositivi e protocolli di comunicazione, facilitando l’integrazione di vari sistemi IoT.
- Flessibilità: la piattaforma city2i è flessibile da adattarsi a diverse esigenze e scenari di applicazione all’interno della città.
- Sicurezza: city2i incorpora meccanismi di sicurezza robusti per proteggere i dati e garantire la privacy dei cittadini.
In conclusione, la piattaforma city2i rappresenta un valido aiuto e verso l’implementazione di una città intelligente, fornendo una soluzione integrata per la raccolta, l’elaborazione e l’analisi dei dati IoT. Questo approccio modulare e scalabile consente ai comuni di monitorare in tempo reale le condizioni della città, ottimizzare l’uso delle risorse e migliorare la qualità della vita dei cittadini.
Note
[1] Rejeb, A., Rejeb, K., Simske, S., Treiblmaier, H., & Zailani, S. (2022). The big picture on the internet of things and the smart city: a review of what we know and what we need to know. Internet of Things, 19, 100565.
[2] Belli, L.; Cilfone, A.; Davoli, L.; Ferrari, G.; Adorni, P.; Di Nocera, F.; Dall’Olio, A.; Pellegrini, C.; Mordacci, M.; Bertolotti, E. IoT-Enabled Smart Sustainable Cities: Challenges and Approaches. Smart Cities 2020, 3, 1039-1071. https://doi.org/10.3390/smartcities3030052
[3] Ugwoke, P. O., Abdulsalam, A., & Ejifor, C. C. (2024). Internet of Things: The Key Enabler of Smart City Development.
[4] Kashyap, R., Azman, M., & Panicker, J. G. (2019, February). Ubiquitous mesh: a wireless mesh network for IoT systems in smart homes and smart cities. In 2019 IEEE International Conference on Electrical, Computer and Communication Technologies (ICECCT) (pp. 1-5). IEEE.
[5] Cilfone, A., Davoli, L., Belli, L., & Ferrari, G. (2019). Wireless mesh networking: An IoT-oriented perspective survey on relevant technologies. Future internet, 11(4), 99.
things2i s.r.l., https://www.things2i.com/
[7] Retelit-Enìa: https://www.retelit-enia.it/
[8] city2i®: https://www.things2i.com/it/city2i-2/
