Master complessità nel software di distribuzione IoT
Guida per l'utente
Master complessità nel software di distribuzione IoT
Gestione dei dispositivi: come padroneggiare la complessità nelle implementazioni IoT
Una guida per una corretta gestione del ciclo di vita dei dispositivi IoT
Libro bianco | ottobre 2021
Introduzione
L'Internet of Things (IoT) ha il potere di aumentare notevolmente l'efficienza delle aziende in numerosi domini e di creare modelli di business completamente nuovi. Attraverso la comunicazione bilaterale in tempo reale con i dispositivi smart connessi, non solo riceverai dati preziosi raccolti dai dispositivi, ma potrai anche adempiere alla loro manutenzione e gestione in modo automatico e da remoto. Pertanto, per implementare con successo una soluzione IoT per un'impresa, è fondamentale considerare il fondamento di qualsiasi soluzione IoT: la gestione dei dispositivi.
Le aziende possono aspettarsi un complesso panorama di dispositivi IoT con dispositivi eterogenei che devono essere gestiti durante l'intero ciclo di vita del dispositivo. Gli scenari relativi all'IoT stanno diventando più complessi e richiedono l'esecuzione di comandi più sofisticati. Analogamente ai sistemi operativi dei nostri computer desktop, smartphone e tablet, i gateway IoT e i dispositivi perimetrali richiedono cure frequenti sotto forma di aggiornamenti software o modifiche alle configurazioni al fine di migliorare la sicurezza, distribuire nuove applicazioni o estendere le funzionalità delle applicazioni esistenti. Questo white paper mostrerà perché una solida gestione dei dispositivi è fondamentale per una strategia IoT aziendale di successo.
8 casi d'uso della gestione dei dispositivi IoT
Gestione dei dispositivi: la chiave per implementazioni IoT a prova di futuro
Leggi il rapporto
Bosch IoT Suite è stata classificata come la piattaforma IoT leader per la gestione dei dispositivi
Uno scenario di soluzione IoT include generalmente la connessione dei dispositivi. Web-i dispositivi abilitati possono essere collegati direttamente, mentre quelli che non lo sono web-enabled sono collegati tramite un gateway. L'eterogeneità e la diversità dei dispositivi in continua evoluzione è un fattore determinante di un'architettura IoT aziendale.
La complessità della distribuzione IoT aziendale
2.1. Diversità di dispositivi e software
Durante la prototipazione iniziale stage, l'obiettivo principale è mostrare come collegare i dispositivi e quali valori si possono ottenere dall'analisi dei dati del dispositivo. Le aziende che si schierano in questo primo stagSenza considerare una soluzione di gestione dei dispositivi ricca di funzionalità, presto non saranno in grado di gestire il numero crescente di configurazioni di dispositivi e software. Con l'espansione dell'iniziativa IoT dell'azienda, la sua soluzione IoT sarà costretta a includere un mix variegato di dispositivi e meccanismi di connessione. Con dispositivi diversi e distribuiti, il team operativo dovrà anche occuparsi di più versioni del firmware.
Di recente, c'è stato anche uno spostamento verso l'esecuzione di più elaborazioni e calcoli all'edge poiché i dispositivi edge più grandi sono in grado di gestire comandi più complessi. Il software per questo deve essere costantemente aggiornato se vuole estrarre il massimo valore dall'analisi e il team operativo avrà bisogno di uno strumento centrale per consentire un'efficiente manutenzione remota. Fornire un servizio che consente a tutte le diverse parti della soluzione di utilizzare una piattaforma comune di gestione dei dispositivi sblocca l'efficienza operativa e riduce significativamente il time-to-market.
Lo sapevate? Più di 15 milioni di dispositivi in tutto il mondo sono già connessi tramite la piattaforma IoT di Bosch.
2.2. Scala
Molti progetti IoT iniziano con un proof of concept e sono spesso seguiti da un progetto pilota con un numero limitato di utenti e dispositivi. Tuttavia, poiché sempre più dispositivi devono essere integrati, l'azienda ha bisogno di un'applicazione o di un'API che le consenta di gestire, monitorare e proteggere facilmente il numero crescente di dispositivi connessi diversi e distribuiti a livello globale. In breve, deve trovare una soluzione di gestione dei dispositivi in grado di scalare dal primo giorno ai vari scenari di implementazione. Un buon consiglio qui è pensare in grande ma iniziare in piccolo.
2.3. Sicurezza
La sicurezza è uno dei motivi più ovvi per cui una piattaforma di gestione dei dispositivi è necessaria anche per implementazioni su piccola scala. I governi stanno introducendo una legislazione che richiede che tutti i prodotti IoT siano patchabili e soddisfino i più recenti standard di sicurezza del settore. Con questo in mente, qualsiasi soluzione IoT dovrebbe essere progettata con la sicurezza come requisito fondamentale. I dispositivi IoT sono spesso vincolati a causa di fattori di costo, che possono limitare le loro capacità di sicurezza; tuttavia, anche i dispositivi IoT vincolati devono avere la possibilità di aggiornare il firmware e il software a causa di modifiche alla sicurezza e correzioni di bug. Non puoi permetterti di lesinare sulla sicurezza.
Gestione del ciclo di vita dei dispositivi IoT
Poiché i sistemi IoT aziendali dovrebbero durare molti anni, è fondamentale progettare e pianificare l'intero ciclo di vita di dispositivi e applicazioni.
Questo ciclo di vita include sicurezza, pre-commissioning, commissioning, operazioni e disattivazione. La gestione del ciclo di vita dell'IoT presenta un elevato livello di complessità e richiede un'ampia gamma di capacità. Miriamo qui a evidenziare alcuni componenti generali del ciclo di vita dei dispositivi IoT; tuttavia, i dettagli dipendono anche dal tipo di protocollo di gestione del dispositivo utilizzato.
3.1. Sicurezza end-to-end
L'autenticazione del dispositivo è particolarmente importante quando si stabiliscono collegamenti di comunicazione protetti. I dispositivi IoT devono essere autenticati utilizzando credenziali di sicurezza specifiche del dispositivo. Ciò consente quindi al team operativo di identificare e bloccare o disconnettere i dispositivi ritenuti una minaccia. Un modo per autenticare i dispositivi consiste nel fornire chiavi private specifiche del dispositivo ei certificati digitali corrispondenti del dispositivo durante la produzione (ad es. X.509) e fornire regolari aggiornamenti sul campo di tali certificati. I certificati consentono il controllo dell'accesso al back-end basato su meccanismi di convalida consolidati e standardizzati come il TLS reciprocamente autenticato, che garantisce la crittografia per tutti i tipi di connettività. Una soluzione di gestione dei dispositivi dovrebbe anche essere in grado di revocare i certificati, se necessario.
3.2. Pre-messa in servizio
La gestione dei dispositivi richiede la distribuzione di un agente sui dispositivi connessi. Questo agente è un software che funziona in modo autonomo per monitorare i dispositivi. Consente inoltre al software di gestione del dispositivo remoto di comunicare con il dispositivo, ad esample, per inviare comandi e ricevere risposte quando richiesto. L'agente deve essere configurato per connettersi automaticamente al sistema di gestione dei dispositivi remoti con credenziali valide per l'autenticazione.
3.3. Messa in servizio
3.3.1. Registrazione del dispositivo
Un dispositivo IoT deve essere registrato nel sistema prima di essere connesso e autenticato per la prima volta. I dispositivi vengono generalmente identificati in base a numeri di serie, chiavi precondivise o certificati di dispositivo univoci emessi da autorità attendibili.
3.3.2. Approvvigionamento iniziale
I dispositivi IoT vengono spediti ai clienti con le impostazioni di fabbrica, il che significa che non hanno configurazioni software, impostazioni e così via specifiche del cliente. Tuttavia, un sistema di gestione dei dispositivi può abbinare l'utente al dispositivo IoT ed eseguire un processo di provisioning iniziale al fine di distribuire automaticamente i componenti software richiesti, le configurazioni, ecc. senza alcun coinvolgimento dell'utente.
3.3.3. Configurazione dinamica
Le applicazioni IoT possono iniziare in modo molto semplice e diventare più mature e complesse nel tempo. Ciò potrebbe richiedere non solo aggiornamenti software dinamici, ma anche modifiche alla configurazione da eseguire senza coinvolgere l'utente o interrompere il servizio. La distribuzione di una nuova logica o l'esecuzione degli aggiornamenti delle applicazioni di servizio devono essere completati senza tempi di inattività. La configurazione dinamica può essere applicata a un solo dispositivo IoT specifico, a un gruppo di dispositivi IoT o a tutti i dispositivi IoT registrati.
3.4. Operazioni
3.4.1. Monitoraggio
Con il complesso panorama dei dispositivi IoT, è necessario disporre di un dashboard centrale che visualizzi un overview dei dispositivi e ha la possibilità di configurare regole di notifica in base allo stato del dispositivo o ai dati del sensore. A causa della scala e della diversità delle risorse, essere in grado di creare gruppi di dispositivi in modo flessibile e dinamico utilizzando criteri specifici è importante per operazioni efficienti e il monitoraggio della flotta.
Come per i dispositivi stessi, è importante anche disporre di un watchdog per garantire che, in caso di malfunzionamento, possano almeno riavviarsi automaticamente o, preferibilmente, risolvere il problema in autonomia.
3.4.2. Tipi di dispositivi gestibili Gli scenari di distribuzione IoT possono variare a seconda del dominio e dell'applicazione. I moderni dispositivi perimetrali differiscono in termini di capacità e metodi di connettività e una soluzione IoT deve supportare una varietà di tipi di piattaforma di destinazione.
Le soluzioni IoT aziendali spesso devono fare i conti con tipi più piccoli di dispositivi perimetrali, che hanno capacità limitate e non possono essere collegati direttamente a Internet, ma piuttosto tramite un gateway. Nella sezione seguente, elenchiamo i tipi più comuni di dispositivi IoT:
1. Piccoli microcontrollori
I microcontrollori di piccole dimensioni sono dispositivi economici e con vincoli energetici, generalmente alimentati a batteria, e sono molto adatti per funzionalità edge di base, ad esempio casi d'uso di telemetria. Sono specifici del cliente, di solito incorporati e il loro software viene sviluppato come parte del processo di progettazione del prodotto. Ciò consente di ridurre la personalizzazione necessaria per rendere un dispositivo pronto per l'IoT. I microcontrollori di piccole dimensioni supportano funzionalità di gestione dei dispositivi come la configurazione remota e l'aggiornamento del firmware.
- Sistema operativo: sistemi operativi in tempo reale, come FreeRTOS, TI-RTOS, Zypher
- Dispositivi di riferimento: schede ESP, STMicro STM32 Nucleo, NXP FRDM-K64F, SiliconLabs EFM32GG-DK3750, XDK Cross Domain Development Kit
2. Potenti microcontrollori
I potenti microcontrollori sono simili ai gateway in termini di hardware ma differiscono in termini di software, essendo dispositivi piuttosto monouso. Forniscono funzionalità avanzate di edge computing, come l'astrazione di risorse e dispositivi, cronologia, aggiornamenti software e firmware, gestione dei pacchetti software, configurazione remota, ecc.
- Sistema operativo: Linux integrato
- Dispositivi di riferimento: master di sistema B/S/H
3. Gateway
Gateway o router sono molto comuni nelle case intelligenti, negli edifici intelligenti e negli ambienti industriali. Questi dispositivi possono essere molto potenti in quanto devono connettersi con una moltitudine di dispositivi periferici utilizzando protocolli di comunicazione diversi. I gateway forniscono funzionalità avanzate di edge computing, come astrazione di risorse e dispositivi, cronologia, analisi, aggiornamenti software e firmware, gestione dei pacchetti software, configurazione remota, ecc. È inoltre possibile eseguire la gestione del firmware sui dispositivi collegati tramite un gateway. Possono anche essere aggiunti al setup in un secondo momentotage e possono servire a scopi diversi che cambiano nel tempo.
- Sistema operativo: Linux integrato
- Dispositivi di riferimento: Raspberry Pi, BeagleBone, iTraMS Gen-2A, Rexroth ctrl
4. Dispositivo mobile come gateway
I moderni smartphone possono essere utilizzati come gateway e sono molto convenienti per scenari di casa intelligente. Forniscono connettività come proxy per dispositivi WiFi e Bluetooth LE, che richiedono aggiornamenti regolari. Se utilizzati come gateway, i dispositivi mobili consentono l'aggiornamento e la configurazione remota dell'agente del dispositivo.
- Sistema operativo: iOS o Android
- Dispositivi di riferimento: dispositivi smartphone tradizionali
5. Nodo perimetrale 5G Adatti per scopi industriali ed esigenze ambientali specifiche, i nodi perimetrali 5G sono spesso utilizzati nei data center in loco e possono essere implementati su dispositivi esistenti come estensione 5G. Forniscono funzionalità popolari come astrazioni di risorse e dispositivi, cronologia, analisi, aggiornamenti software e firmware, configurazione remota, gestione dei pacchetti software, ecc.
- Sistema operativo: Linux
- Dispositivi di riferimento: hardware con alimentazione x86
Un sistema di gestione dei dispositivi deve essere in grado di gestire un mix di tutti questi tipi di dispositivi IoT, che possono essere collegati tramite diversi protocolli di rete come HTTP, MQTT, AMQP, LoRaWAN, LwM2M, ecc. In alcuni casi può anche essere necessario implementare protocolli di gestione proprietari.
Ecco una breve descrizione di alcuni protocolli di connettività popolari:
MQTT Un protocollo di connettività IoT leggero di pubblicazione/sottoscrizione, utile per le connessioni con posizioni remote in cui è richiesto un footprint di codice ridotto. MQTT può eseguire determinate operazioni di gestione dei dispositivi come gli aggiornamenti del firmware ed è disponibile per diversi linguaggi di programmazione come Lua, Python o C/C++.
LwM2M
Un protocollo di gestione dei dispositivi progettato per la gestione remota dei dispositivi vincolati e la relativa abilitazione del servizio. Supporta operazioni di gestione dei dispositivi come aggiornamenti firmware e configurazione remota. È caratterizzato da un design architettonico moderno basato su REST, definisce una risorsa estensibile e un modello di dati e si basa sullo standard di trasferimento dati sicuro CoAP.
Protocolli LPWAN (LoRaWAN, Sigfox)
I protocolli IoT sono adatti per dispositivi vincolati in reti geografiche come le città intelligenti. Grazie alla loro implementazione di risparmio energetico, si adattano bene ai casi d'uso in cui la capacità della batteria è una risorsa limitata.
3.4.3. Gestione di massa dei dispositivi
La gestione dei dispositivi di massa, nota anche come gestione dei dispositivi di massa, è spesso trascurata nelle implementazioni IoT più piccole che non sono ancora state ampliate. All'inizio, semplici misure di gestione dei dispositivi possono essere sufficienti, ma saranno limitanti poiché i progetti IoT con vari dispositivi crescono in termini di dimensioni e diversità. Essere in grado di creare facilmente gerarchie dinamiche e raggruppamenti logici arbitrari di risorse, in modo che le misure di gestione dei dispositivi possano essere applicate su larga scala, contribuirà ad aumentare l'efficienza di distribuzione e manutenzione. Tali misure possono variare da aggiornamenti firmware e software all'esecuzione di script complessi che tengono conto dell'input dei singoli dispositivi. Inoltre, le misure di gestione dei dispositivi di massa possono essere perfezionate attraverso una serie di scenari di esecuzione impostati come attività una tantum o regole ricorrenti e automatizzate, avviate istantaneamente e incondizionatamente o attivate da eventi, programmi, vincoli e condizioni predefiniti. Tale funzionalità chiave sarà anche di vantaggiotage quando il team di sviluppo esegue test A/B e campgestione degli affari.
3.4.4. Gestione e aggiornamenti software e firmware
La gestione dei dispositivi richiede la capacità di aggiornare centralmente software e firmware sui dispositivi distribuiti a livello globale. Ciò include il push del firmware nel parco dispositivi e, con l'avvento di complesse elaborazioni perimetrali, il push di pacchetti software indipendenti dai pacchetti firmware. Tali implementazioni di software devono essere staged attraverso un gruppo di dispositivi per garantire l'affidabilità anche quando la connettività si interrompe. Le soluzioni IoT a prova di futuro devono poter essere aggiornate via etere, poiché la maggior parte delle risorse viene distribuita in ambienti remoti distribuiti in tutto il mondo. Per un'efficace manutenzione continua del software e del firmware, è di fondamentale importanza poter creare raggruppamenti logici personalizzati e automatizzare queste attività.
Gestore remoto IoT Bosch
Lo sapevate? Bosch IoT Suite è il principale abilitatore degli aggiornamenti over-the-air del firmware di Daimler. Circa quattro milioni di proprietari di automobili ricevono già nuove versioni di software per veicoli, ad esample, il sistema di infotainment si aggiorna in modo comodo e sicuro tramite la rete cellulare. Ciò significa che non devono più visitare il proprio rivenditore esclusivamente per ottenere un aggiornamento del software. Bosch IoT Suite è l'hub di comunicazione per i veicoli che ricevono aggiornamenti wireless.
3.4.5. Configurazione remota
La possibilità di modificare le configurazioni da remoto è fondamentale per il team operativo. Una volta implementati, i dispositivi sul campo devono essere aggiornati spesso in modo da tenere il passo con l'evoluzione dell'ecosistema. Ciò può includere qualsiasi cosa, dalla modifica del lato cloud URLs alla riconfigurazione dell'autorizzazione del client, all'aumento o alla diminuzione degli intervalli di riconnessione, ecc. Le funzionalità di gestione di massa completano tutti i lavori relativi alla configurazione, poiché la capacità di attivare misure di massa basate su regole complesse ed eseguirle a orari programmati in modo ripetibile è di fondamentale importanza per le operazioni.
3.4.6. Diagnostica
L'implementazione dell'IoT è un processo continuo che prevede monitoraggio e diagnostica costanti con l'obiettivo di ridurre al minimo i tempi di inattività e ottimizzare le operazioni. Quando i dispositivi si trovano in posizioni remote, l'accesso ai registri di controllo amministrativo, ai registri di diagnostica dei dispositivi, ai registri di connettività e così via è una delle funzionalità più importanti per la risoluzione dei problemi. Se sono necessarie ulteriori analisi, il sistema di gestione del dispositivo dovrebbe essere in grado di attivare in remoto la registrazione dettagliata e scaricare il registro files per l'analisi, risparmiando tempo prezioso e migliorando l'efficienza delle operazioni.
3.4.7 Integrazione
A meno che non si adotti un servizio pronto all'uso, le soluzioni IoT aziendali richiedono solitamente l'accesso per elaborare funzionalità di gestione attraverso un ricco set di API, che consentono di integrare servizi esterni o personalizzare interfacce utente e flussi di lavoro. In tempi di sviluppo open source, la fornitura di API REST e specifiche del linguaggio come l'API Java è uno standard per soddisfare casi d'uso di gestione e connessione remota.
3.5. Disattivazione
Il decommissioning potrebbe interessare l'intera soluzione IoT o solo i componenti dedicati; per esample, la sostituzione o la disattivazione di un singolo dispositivo. I certificati dovrebbero quindi essere revocati e altri dati riservati o sensibili dovrebbero essere eliminati in modo sicuro.
Conclusione
Rendere l'Internet delle cose una realtà è un viaggio di trasformazione che ispira molteplici innovazioni aziendali.
Dato il numero crescente di innovazioni IoT, è fondamentale per le aziende selezionare la piattaforma di gestione dei dispositivi ottimale proprio all'inizio di questo percorso. Questa piattaforma deve essere in grado di far fronte all'eterogeneità e alla diversità di un panorama IoT aziendale in continua evoluzione e deve essere in grado di gestire il numero crescente di dispositivi connessi durante l'intero ciclo di vita.
Bosch IoT Suite è una piattaforma software completa, flessibile e open source per soluzioni IoT. Fornisce servizi scalabili e ricchi di funzionalità per affrontare gli scenari di gestione dei dispositivi durante l'intero ciclo di vita del dispositivo, inclusa la gestione delle risorse e del software. Bosch IoT Suite affronta la gestione dei dispositivi con soluzioni dedicate per implementazioni on-premise e cloud.
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