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Internet delle cose (IoT) nei cloud pubblici globali: sei lezioni imparate

Il team di Swisscom Global Public Cloud AWS Tiger ha lavorato intensamente sull'Industrial Internet of Things. Abbiamo realizzato un PoC IIoT per dimostrare la fattibilità di alcune sfide tecniche chiave per una futura piattaforma che ha come prerequisito dieci milioni di macchine e molteplici località geografiche. Dobbiamo anche essere in grado di scalare con centinaia di migliaia di utenti e decine di migliaia di produttori di cose. Abbiamo esaminato lo standard aperto OPC UA, i gateway edge e i flussi di analisi. Abbiamo imparato alcune lezioni per la nuova produzione con IIoT nei cloud pubblici globali che vogliamo condividere.

Da Wuming Zhang, Cloud Architect

13 settembre 2018

Una panoramica sull'IoT

L'Internet delle cose (IoT) esiste già da un po', il termine è stato inventato nel 1999 quando la RFID è stata pubblicizzata per la prima volta. Forse stai pensando ad Amazon Echo, Google Nest o Philips Hue. Anche un Fitbit o un wearable è una forma di IoT. Abbiamo avuto l'opportunità di dare un'occhiata più da vicino a un altro tipo di IoT. L'Industrial IoT - un sottoinsieme dell'IoT che si concentra in modo specifico sulle applicazioni industriali come la produzione o l'agricoltura. Si occupa principalmente di due aree: Aumento dell'efficienza e miglioramento della salute e della sicurezza. Un esempio del potenziale dell'IIoT è la manutenzione predittiva. Un macchinario rotto in un processo produttivo può significare milioni di dollari di perdita di produttività mentre la produzione si blocca per risolvere il problema.

Ogni soluzione IoT è composta da tre parti. Il livello edge con gli oggetti che riconoscono e agiscono. Il livello piattaforma, che raccoglie, archivia ed elabora i dati e gestisce i dispositivi IoT. L'ultima parte è il livello aziendale con l'intelligenza basata sull'analisi dei dati. Questo include intuizioni e logica d'azione. L'IIoT non fa eccezione. Il settore pone ulteriori requisiti di sicurezza e interoperabilità.

L'ultimo rapporto di Gartner prevede 25,1 miliardi di unità IoT entro la fine del 2021. L'80% dei PoC non verrà convertito in un'implementazione completa con relativo ammortamento. La convergenza di IT e OT (tecnologia operativa) e la crescente adozione dell'IoT nelle organizzazioni hanno sollevato problemi di interoperabilità, integrazione e sicurezza che le aziende non possono evitare.

Nella produzione di macchine, i vari fornitori si sono accordati su uno standard aperto: l'OPC Unified Architecture. OPC UA può essere utilizzato indipendentemente dalla piattaforma e dal produttore. Migliora la comunicazione da macchina a macchina e da macchina a cloud. È uno degli elementi costitutivi dell'Industria 4.0.

Proof of concept (PoC) di collegamento delle macchine dei clienti

Prima di entrare nei dettagli architettonici, vorrei ricordarti l'idea alla base di questo PoC: Dovrebbe fornirci importanti indicazioni su alcune sfide tecniche previste per una futura piattaforma (SaaS) che dovrebbe supportare milioni di dispositivi, migliaia di utenti e una portata globale. Il PoC deve servire come uno dei criteri per decidere se e come costruire la piattaforma in questione.

Nel nostro PoC, ci siamo collegati al server OPC UA in due modi diversi. Abbiamo collegato due macchine del cliente al Cloud IoT di Swisscom utilizzando la soluzione Telit con il nostro dispositivo gateway autenticato. Sappiamo che questa soluzione è completa. Può fare molte cose, solo per citare alcuni vantaggi: Include la connettività mobile con una scheda sim machine-to-machine. Un'ampia interfaccia per i servizi M2M, anche verso AWS e Azure. Trigger per azioni on-the-edge. Elevata affidabilità delle transazioni e così via.

Il secondo modo è tramite AWS IoT. Gestiamo il gateway del dispositivo con AWS Greengrass Core su Raspberry Pi. Un client OPC UA è stato sviluppato e distribuito come Lambda di lunga durata su Greengrass Core. Il flusso di raccolta dei dati è lo stesso della soluzione Telit, ma poi le somiglianze finiscono, perché AWS IoT ha una filosofia molto diversa. Si tratta di un framework o di un set di strumenti. Non ci offre una soluzione plug-and-play. Dobbiamo mettere insieme tutti i pezzi del puzzle, a volte anche un po' complicati. AWS IoT offre sicurezza e scalabilità, un alto livello di accettazione industriale e, non ultimo, uno sviluppo molto attivo delle funzioni.

Su entrambe le piattaforme, i dati vengono inoltrati a Kinesis Firehose. Si tratta di un servizio di streaming dati di AWS (un prodotto simile al progetto open source Kafka, per esempio). Per il proof of concept, semplifichiamo il processo e scarichiamo i dati in bucket S3. Una volta che i dati arrivano, eseguiamo alcuni processi ETL di base (extract, transform, load) e scriviamo l'output nella destinazione in cui il nostro cliente finale può accedere e vedere le sue macchine e il suo stato. Le linee verdi rappresentano questi processi (vedi grafico sopra). Abbiamo anche sviluppato la procedura "Aggiorna la cosa per ombra". Con questa procedura, puoi prima aggiornare l'ombra del dispositivo (gemello digitale del dispositivo fisico) ed eseguire alcuni test, ad esempio modificare parametri come la "temperatura massima consentita". Poi la nuova configurazione del dispositivo può essere trasferita dal dispositivo ombra al computer reale. Costruiamo il frontend con AWS Cognito per la gestione degli utenti, D3.js e alcuni Javascript per visualizzare i dati in modo interattivo.

Lezione imparata

La mia esperienza personale si divide in argomenti più legati all'organizzazione/processo da un lato e argomenti tecnici dall'altro:

Per un'implementazione di successo di un progetto IoT, un'organizzazione deve raggiungere un certo livello di maturità tra tutti i soggetti coinvolti. Ad esempio, l'IT e l'OT, che hanno punti focali diversi, devono crescere insieme in un modello di responsabilità comune.
Gestire aspetti diversi è difficile. L'IIoT tocca molti aspetti diversi come l'architettura dei dati, la gestione dei dispositivi e l'aggregazione dei bordi. A ciò si aggiungono il ciclo di vita del software, la connettività, la gestibilità e la sicurezza. È quindi necessario prevedere un tempo sufficiente per queste attività di personalizzazione; anche una stretta collaborazione geografica potrebbe essere molto utile.
Prendiamo la questione della proprietà dei dati nella fase iniziale. Più i dati vengono raccolti, più è difficile ridistribuire le autorizzazioni.
Costruisci l'architettura della soluzione IIoT in una fase iniziale. Utilizza le architetture di riferimento di organismi internazionali come l'IIC o Industry 4.0 e non le architetture dei singoli fornitori.
Crea e implementa una visione IoT end-to-end e un piano di test è la chiave del successo!
A proposito: se vuoi costruire una piattaforma completamente nuova, come nel caso di questo progetto, scegli un partner che ti supporti nello sviluppo del concetto di business prima di decidere i prodotti e le tecnologie da implementare. Il business case deve guidare le discussioni, non la tecnologia.

Se hai un progetto IoT o IIoT che vuoi collegare in qualche modo ai cloud pubblici globali e hai bisogno di supporto, il team Global Public Cloud di Swisscom può aiutarti a immergerti in AWS IoT e Azure IoT e molto altro. Contatta i nostri esperti!(apre una nuova finestra)

Wuming Zhang

Cloud Architect

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