Il protocollo MQTT per la comunicazione tra dispositivi

Un protocollo di comunicazione definisce il formato e l’ordine dei messaggi che vengono spediti e ricevuti attraverso la rete. Come abbiamo anticipato ve ne possono essere diversi, come ad esempio il protocollo HTTP (Hyper- text Transfer Protocol) che `e sicuramente il pi`u diffuso: viene utilizzato per la trasmissione delle informazioni sul web, tuttavia prevede l’invio di molti byte e questo rappresenta uno svantaggio per la comunicazione machine to machine. L’MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) invece presenta una serie di caratteristiche tecniche, che non andiamo ad approfondire, che lo rendono estremamente adatto alla comunicazione tra dispositivi IoT, soprat- tutto nei casi in cui si `e in presenza di dispositivi, nel nostro caso installati su macchinari o impianti, che hanno una limitata capacit`a di calcolo e che non possiedono un’ampia memoria. Il protocollo MQTT rappresenta quindi una valida soluzione nel caso in cui si ricerchino adeguati livelli di affidabilit`a in termini di certezza di invio e ricezione dati, anche in presenza di una scarsa ampiezza di banda. Il protocollo consente un’elevata affidabilit`a proprio in virt`u della sua “leggerezza”, questo rende efficace il sistema anche in presenza di dispositivi i cui requisiti sono ridotti al minimo e ci`o rappresenta sicuramen- te un vantaggio in tutti quei casi in cui si voglia risparmiare sui costi relativi alla parte hardware. L’MQTT esiste da circa 20 anni ma `e soltanto nel corso degli ultimi 10 anni, con le prime applicazioni dell’Internet of Things, che si `e sviluppato in modo considerevole, basti pensare che i grandi provider come Google con Google Cloud, Amazon con AWS e Microsoft con Azure, utilizzano tutti il protocollo MQTT. `E altres`ı importante evidenziare, sulla base dell’ar- gomento di interesse trattato nella tesi, che l’utilizzo di questo protocollo di comunicazione rappresenta una soluzione molto interessante per l’implemen- tazione di progetti di Industrial IoT nelle piccole e medie imprese, soprattutto per via della sua semplicit`a di implementazione, per il costo e per la flessibilit`a, a differenza di protocolli pi`u complessi che richiedono infrastrutture pi`u rigide e costose (come l’OPC UA).3

4.1.3

Cyber-Physical System

L’applicazione dell’IIoT, ovvero l’utilizzo delle nuove tecnologie che sfruttano internet per comunicare in modo continuo una grande mole di dati, genera un

3_{L’OPC UA `e un protocollo per l’automazione industriale incentrato sulla comunicazione}

sistema definito Cyber-Physical System (CPS), conosciuto anche come Cyber- Physical Production System (CPPS), ovvero un sistema costituito da una serie di elementi in grado di mettere in contatto la parte fisica di un’azienda con quella virtuale; in particolare, pu`o essere definito come “un insieme di sistemi embedded che comunicano ed interagiscono tra loro in una rete di comunica- zione”.4 _{In un sistema CPS avremo quindi dei macchinari che, attraverso dei}

dispositivi installati su di essi, trasmettono in modo continuo una serie di dati di diversa natura che vengono analizzati in tempo reale; attraverso degli algo- ritmi prestabiliti i dati vengono trasformati in informazioni volte a supportare altre attivit`a (come quella manutentiva) oppure a modificare in tempo reale i programmi e le lavorazioni dei macchinari che hanno trasmesso i dati, creando in questo modo un sistema di feedback che va ad ottimizzare la produzione. La differenza tra le tecnologie che possono essere definite “tradizionali” e i sistemi CPS, viene evidenziata da alcuni autori, sottolineando che “il paradigma CPS suggerisce l’uso di dispositivi di monitoraggio secondo la logica dell’internet of things che vanno oltre gli approcci tradizionali per la raccolta, l’elaborazione e la visualizzazione dei dati in loco”.5 _{Infatti, la differenza sostanziale tra le}

tecnologie convenzionali dell’informazione e della comunicazione e queste nuo- ve forme (CPS), `e rappresentata dal fatto che queste ultime permettono delle interazioni in real-time, generando in questo modo una tecnologia molto pi`u potente ed efficace ai fini del processo di decision-making. Il NIST (National Institute of Standards and Technology) afferma infatti che i sistemi hardware e software interconnessi che vanno a costituire il CPS, sono in grado di fornire un supporto intelligente alle decisioni attraverso diverse funzionalit`a che sup- portano l’utente nello svolgimento del processo di decision-making.6 _Infine,

“mentre sia i sistemi CPS che i sistemi ICT elaborano dati e/o informazio- ni, il fulcro del CPS `e il controllo dei processi fisici”7_{, quindi risulta centrale}

nei sistemi CPS l’utilizzo di sensori in grado di ricevere ed inviare, attraverso internet (generalmente mediante l’utilizzo di moduli wi-fi), informazioni ri- guardanti parametri fisici in tempo reale. Oltre all’utilizzo di sensori, l’IIoT implica anche l’uso di attuatori8 _{che vengono attivati in modo tale da creare}

4_{Biesinger, F., Meike, D., Kraß, B., & Weyrich, M. (2019). A digital twin for production}

planning based on cyber-physical systems: A Case Study for a Cyber-Physical System-Based Creation of a Digital Twin. Procedia CIRP, 79, p. 357.

5_{Mourtzis, D., Vlachou, E., & Milas, N. (2016). Industrial Big Data as a result of IoT}

adoption in Manufacturing. Procedia CIRP, 55, p. 291.

6_{NIST - National Institute of Standards and Technology. (2013). Foundations for}

Innovation in Cyber-Physical Systems. Workshop Report.

7_{Boyes et al., 2018:2}

8_{Viene definito attuatore un dispositivo capace di trasformare un segnale di input}

un sistema automatizzato in grado di modificare parametri relativi alla pro- duzione sulla base dell’elaborazione delle informazioni provenienti dallo stesso ambiente produttivo.

4.2

L’IoT come elemento alla base della Big