Beeno: monitoraggio e analisi IoT

 

Per eseguire Data Analysis rilevanti in ambito IoT, è bene avvalersi di una soluzione in grado di fornire intelligence per gestire e contestualizzare dati aziendali al fine di produrre indicatori e approfondimenti attuabili che aiutino a pianificare e gestire i propri servizi in modo più efficace.

In questo articolo desideriamo introdurre Beeno, una piattaforma tutta italiana che offre un servizio di monitoraggio e analisi dei dati sensoristici collezionati e classificati dalla flotta dei dispositivi Internet of Things connessi.

Con l’auspicio che possa risultare utile a makers appassionati e professionisti del settore, vi auguriamo buona lettura.

ANTEFATTO (il ruolo delle API in ambito IoT)

Tutte le organizzazioni desiderano sfruttare l’enorme ricchezza rappresentata dai dati per creare nuovi prodotti, servizi innovativi e costruire nuovi ecosistemi intelligenti.

Le APIs consentono di massimizzare l’innovazione tecnologica e ottimizzare l’efficienza della condivisione delle informazioni per fornire servizi a valore aggiunto.

Un potenziale che aumenta vertiginosamente nel campo dell’Internet of Things dove le APIs ne guidano senza dubbio l’evoluzione giocando un ruolo fondamentale in un contesto di trasformazione digitale.

IoT APIs – Solution Overview

Nell’ambito di monitoraggio attivo da remoto, la piattaforma Beeno desidera esprimere il massimo potenziale offerto dall’architettura micro-servizi API oriented e cloud native, per gestire il Big Data in totale sicurezza.

LA PIATTAFORMA BEENO

Accoglie, classifica e rappresenta i dati offerti dalla soluzione hardware impiegata nel progetto di monitoraggio operando le estrazioni necessarie per ulteriori approfondimenti e sovrapposizioni analitiche come il rilevamento di anomalie o la manutenzione preventiva.

La soluzione ha come principale obiettivo, quello di aumentare l’efficienza dei processi produttivi attraverso la massima flessibilità infrastrutturale, nella raccolta e trasmissione dei dati, in maniera indipendente e senza vincoli di sistema.

Gli sviluppi sul campo

Dopo i primi collaudi interni dei componenti principali, abbiamo cercato e trovato partner esterni per testare adeguatamente la soluzione in determinati ambienti operativi, utilizzando la piattaforma come punto alternativo e di ridondanza alla soluzione iniziale del progetto pilota che incontravamo.

L’approccio con il monitoraggio strutturale e geotecnico è stato molto istruttivo per comprendere l’ampio spettro delle problematiche nella progettazione ingegneristica, risultato da subito chiaro che dovevamo mettere in campo una soluzione fortemente scalabile e aperta in grado di fornire un efficiente sistema di monitoraggio con affidabili strumenti per l’analisi dei dati.

Lungo il nostro percorso abbiamo incontrato non solo progettisti ma appassionati makers, abili nel costruire il loro strumento ideale con l’ausilio di quella che era universalmente già riconosciuta come la più diffusa scheda di prototipazione rapida in circolazione. Chiaramente parliamo di Arduino.

Progetto Smart Structure

Tanto il modello UNO quanto il Mega erano stati letteralmente spremuti per riuscire nell’obiettivo di acquisizione del dato in locale prima e nel migliore dei casi, anche di trasmissione sul web poi attraverso schede GSM.

L’elemento che accomuna molte delle soluzioni visionate era l’architettura server PHP-MYSQL, una soluzione che, per quanto utile allo scopo iniziale del progettista, presenta diversi limiti oggettivi. Primo su tutti il rallentamento a tendere, delle risposte alle query sul database, con l’aumento esponenziale dei dati ingeriti.

Pertanto, basandosi sul modello architetturale offerto dalla API Factory, abbiamo deciso di utilizzare due differenti tipi di database, ciascuno con uno scopo specifico. Un database NoSQL per l’archiviazione dei metadati dei dispositivi e un Time Series Database per i dati inviati dai dispositivi.

Questa scelta ha consentito di aumentare significativamente le performance di ingestione dei dati, grazie alla maggiore libertà matematica con l’impiego di una moltitudine di nuove funzioni, per elaborare i dati in tempo reale, pronti per essere restituiti in modalità Data as a Service.

Beeno SHM (ver beta 2019)

Per il linguaggio di scripting è stato naturale mantenere JavaScript in quanto decisamente indicato per una soluzione full-stack (vedi Node.js) che, come vedremo in seguito, risulta estremamente versatile ed efficace, non solo per il trasporto del dato in formato JSON ma soprattutto per lo sviluppo di codice a bordo di dispositivi Linux based con la vocazione del servizio Gateway.

In ultimo, il protocollo di comunicazione device-application server che, oltre l’HTTP(S), vede affiancarsi un WebSocket per garantire un throughput più elevato e l’MQTT dedicato alla trasmissione dei dati telemetrici machine-to-machine e utilizzato per la bidirezionalità dei flussi nel controllo di un dispositivo in remoto inviando comandi per la sua configurazione.

Durante il periodo di beta test sui progetti pilota, l’offerta in piattaforma si è arricchita di nuove funzionalità per accogliere e digerire il più ampio spettro di misurazioni possibili ed elementi grafici quali dashboard dinamiche e widget alert con notifica tramite e-mail e app di messaggistica.

Beeno 1st release Q2-2021

Il front-end applicativo rappresenta una certezza sempre presente nelle nostre soluzioni, trattasi infatti di una Progressive Web App progettata in linguaggio visuale Material Design​, fruibile da qualsiasi dispositivo tramite web browser.

Dalla statica alla dinamica

Dopo aver consolidato la prima release con quanto appreso sui monitoraggi strutturali, si è presentata l’opportunità di operare in ambito monitoraggio della qualità dell’aria per il controllo delle molestie olfattive.

Dapprima le specifiche incontrate vedevano queste applicazioni prendere vita su impianti statici che trovano una collocazione fissa esclusivamente outdoor, per mezzo di centraline multiparametriche in grado monitorare la concentrazione degli inquinanti atmosferici (particolato atmosferico e composti gassosi) quali PM10, PM2.5, PM1, O3, NO2, NO, SO2, H2S, NH3, CO, CO2, COV.

Data la complessità oggettiva presentata dal cambio architetturale sul device da utilizzarsi, si è scelto di mettere in campo un’altra scheda di prototipazione molto diffusa e amata da makers e professionisti, vale a dire Raspberry PI.

Air pollution

Dal punto di vista applicativo, Il modello rappresentativo dei dati su mappa doveva necessariamente adattarsi allo scopo di progetto preposto, questo ha aperto la strada verso l’analisi spaziale con sviluppo in soluzione dell’interpolazione dati attraverso il metodo della Distanza Inversa Ponderata (IDW).

A seguire, si è presentata la possibilità di modulare la soluzione per garantire l’operatività in modalità dinamica di una centralina portatile a bordo di un veicolo o velivolo, in modo da poter incrociare i dati fissi a terra con quelli raccolti in aria, per meglio dire…in volo.

Nasce così il progetto interno chiamato BeenoWay che ha come principale obiettivo il controllo remoto di un apparato Gateway, dotato di multi connettività e del codice atto a garantire la migliore integrazione possibile per la trasmissione M2M con il sistema centrale in cloud.

A garantire la connettività internet al dispositivo, fisso o mobile che fosse, è stata applicata una soluzione hardware integrata per sfruttare il modem presente sul componente adottato, il SIMCOM LTE Cat-4 4G dotato di GNSS Positioning che, ad esempio, attualmente in modalità dinamica a bordo di Droni, riesce a operare correttamente in condizioni ottimali alla frequenza di 1Hz.

Heatmap Aerial Data Analytics

Il widgets che ne sono derivati, forniscono di un sistema di filtri per gestire le trasparenze in mappa e il gradiente di concentrazione della misurazione per mezzo di scala valori modulabile a colori, consentendo il monitoraggio dell’andamento in tempo reale con una consultazione dei dati per concentrazione delle singole sostanze o aggregata come indice di qualità dell’aria.

Componenti principali di Beeno

Fondamentalmente tre: il device manager, il sistema di monitoraggio e analisi, i bridge del protocollo API:

• Un gestore dispositivi per la registrazione dei dispositivi al servizio, in modo da poterli monitorare e configurare;

• Un sistema di monitoraggio e analisi per interrogare e visualizzare i dati inviati dai dispositivi;

• Due bridge di protocollo API (MQTT e HTTPs) che i dispositivi possono utilizzare per connettersi in piattaforma.

Beeno Service components and data flow

Caratteristiche e maggiori funzionalità

Sono attualmente disponibili in ver 1.5 della piattaforma:

• Setup dispositivi e parametrizzazione della sensoristica.

• Elaborazione e trasformazione dati in tempo reale.

• Mathematics con funzioni e operazioni aggregate per la trasformazione delle serie di dati.

• Indicatore stato operativo dei dispositivi Offline/Online.

• Programmazione alert per criticità su dispositivi e sensori (via e-mail e Telegram).

• Tracciamento consumo dati dettagliate al singolo dispositivo.

• Controllo remoto del dispositivo over MQTT (bi-direcitonal data exchange).

• Funzione data export di grafici, mappe e tabelle.

• Condivisione tramite link per la condivisione pubblica del monitoraggio.

• Dashboards personalizzabili attraverso widgets dinamici.

Widgets

Oltre i tradizionali strumenti di controllo quali tabelle dati, grafici (Line, Scatter e Bar) e altri di uso comune, segnaliamo i recenti sviluppi:

• IDW map per il metodo di interpolazione dati con Distanza Inversa Ponderata.

• Route map per il monitoraggio del dispositivo in assetto dinamico.

• Heatmap per l’analisi geospaziale dei dati.

Docs&Support

A pieno supporto degli sviluppatori, il portale pubblico offre una dettagliata documentazione, completa di alcuni How-to dedicati al codice utile a muovere i primi passi tra le schede di prototipazione e linguaggi più diffusi. Il tutto consultabile online su https://beeno.it/docs/fundamentals/getting-started.

Online Docs

STATO DELL’ARTE E PROSSIMI PASSI

Molti degli strumenti ad oggi presenti su Beeno sono frutto di ricerca e sviluppo, con l’obiettivo di contribuire all’individuazione di una soluzione che soddisfi i requisiti di partenza definiti dai progettisti che, al nostro fianco, sono riusciti nell’intento di potenziare la loro offerta innovativa di prodotto e servizio, in alcuni casi operando una vera e propria trasformazione digitale da proporre ai propri clienti finali.

Essendo per natura integratori di sistemi e al fine di garantire scalabilità e modularità di soluzione, proseguiremo con gli sviluppi del migliore codice su SBC linux like e non, per supportare, in particolare, quei Proof of Concept di progetto che spesso prevedono l’utilizzo di Open Payloads.

Come piattaforma inoltre si prevede di estendere la soluzione con funzionalità AI/ML ed EDGE AI per consolidare gli aspetti legati alla manutenzione preventiva e predittiva.

Asset architetturale

SIAMO TUTTI MAKERS

Nell’era dell’Internet of Everything, l’efficacia della trasformazione digitale in atto, dipenderà dalla capacità di sostenere una tecnologia che metta al centro la risorsa più preziosa: il capitale umano.

Desideriamo supportare le giovani realtà emergenti come makers, studenti e al loro corpo docenti per la formazione dei nuovi specialisti del digitale, valorizzando e facilitando la libera innovazione degli sviluppatori. Perchè come da sempre sosteniamo…”Linnovazione non si predica, si pratica!”

Omaggio dedicato ai lettori di Futuranet.it

A voi è dedicato un piano trial free di 30 giorni (senza obbligo di abbonamento successivo) da attivarsi entro il 31 dicembre 2022, inserendo in fase di registrazione il codice ‘futuranet’ che, per praticità, abbiamo già tracciato nel seguente link di registrazione:

https://iot.beeno.it/signup?utm_source=futuranet

Questo il bundle risorse a disposizione:

• setup di 3 dispositivi con 5 sensori per device con un totale di 15 sensori da monitorare;

• Data Ingress (Ingestion) 100.000 dots;

• Data Egress (Extraction) 200.000 dots;

• Invio dati ogni 5 secondi.

CONCLUSIONI

Gli operatori del futuro necessitano di validi ed accessibili strumenti di riferimento per accrescere le proprie competenze. API FORGE con le sue verticalizzazioni in ambito IoT si candida partner di progetto abilitando la ricerca e lo sviluppo.

A studenti e makers l’invito a preparare le loro schede di prototipazione per avviare il proprio percorso di apprendimento e sperimentazione sul campo a bordo di Beeno.

Ai professionisti di settore offriamo un prodotto in fase MMP, pronto per la rapida verticalizzazione, attingendo dal nostro ecosistema applicativo per costruire le vostre soluzioni PaaS e SaaS.

Non importa quanto grande è il vostro business. L’unica cosa che conta è adattarsi rapidamente per cogliere le opportunità offerte dalla New Economy, ricordandoci che…”Se non lo si può misurare, non può migliorare!”