Edge Gateway: che cosa è e quando si usa

Negli ultimi anni, il mondo dell’Internet of Things (IoT) ha subito un’evoluzione straordinaria, diventando una componente cruciale in numerosi settori, dalla produzione industriale alla gestione delle smart cities. In questo contesto, il ruolo degli Edge Gateways assume un’importanza fondamentale. Questi dispositivi rappresentano un vero e proprio ponte tra il mondo fisico e quello digitale, permettendo la raccolta, l’analisi e la trasmissione dei dati generati dagli innumerevoli dispositivi IoT.

L’Edge Gateway, situato al confine (“edge”) della rete, svolge un ruolo chiave nel trattamento dei dati sul posto, riducendo così la necessità di trasmettere grandi volumi di informazioni verso il cloud o un data center centralizzato. Questa capacità non solo migliora l’efficienza e la velocità nella gestione dei dati, ma offre anche soluzioni più sicure e affidabili, aspetti fondamentali in molti ambienti IoT.
Inoltre, con l’aumento esponenziale dei dispositivi connessi e la crescente complessità delle reti IoT, gli Edge Gateways si rivelano strumenti indispensabili per gestire questa complessità, garantendo al contempo una rapida elaborazione e una risposta tempestiva ai dati raccolti. Questi dispositivi, quindi, non sono solo cruciali per il funzionamento efficiente delle infrastrutture IoT attuali, ma sono anche pilastri fondamentali per il futuro sviluppo di queste tecnologie, guidando innovazione e efficienza in un mondo sempre più connesso.

Nell’articolo che segue, esploreremo in dettaglio cos’è un Edge Gateway, il suo ruolo nell’ambito dell’IoT, e come esso si distingue all’interno dell’ecosistema tecnologico attuale.

Cosa si intende per gateway?

In un contesto IoT, un gateway agisce come un nodo di interconnessione che facilita la comunicazione tra due reti diverse, spesso trasformando i protocolli di comunicazione da una rete all’altra. In termini più semplici, un gateway è un dispositivo che serve da ponte tra i dispositivi IoT locali, come sensori e dispositivi intelligenti, e una rete più ampia o Internet.

Nel dettaglio, un gateway IoT svolge diverse funzioni cruciali:

• Traduzione dei Protocolli: I dispositivi IoT possono utilizzare una vasta gamma di protocolli di comunicazione. Un gateway converte questi protocolli in formati compatibili con altri sistemi, assicurando così la comunicazione fluida tra dispositivi diversi.
• Elaborazione e Pre-Analisi dei Dati: Molti gateway (vedi sotto “Che cos’è un Edge Gateway?”). Questo significa che possono eseguire una prima analisi dei dati raccolti dai sensori prima di inviarli alla rete centrale o al cloud. Tale funzionalità è particolarmente utile per ridurre il carico sulla rete e per rispondere rapidamente a determinate condizioni.
• Sicurezza: I gateway svolgono un ruolo importante nella sicurezza delle reti IoT. Fungono da barriera per proteggere la rete interna e i dati da accessi non autorizzati, garantendo al contempo la sicurezza nella trasmissione dei dati.
• Gestione dei Dispositivi: Attraverso un gateway, è possibile monitorare e gestire i dispositivi IoT collegati. Questo include l’aggiornamento del firmware, la diagnosi e la risoluzione dei problemi, migliorando così la gestione e l’efficienza della rete IoT.

In sintesi, i gateway IoT sono componenti essenziali in qualsiasi rete IoT, fungendo da intermediari critici che non solo facilitano la comunicazione e l’interoperabilità tra diversi dispositivi e sistemi, ma migliorano anche l’efficienza, la sicurezza e la gestione complessiva dell’ecosistema IoT.

Cos’è un Edge Gateway?

Un Edge Gateway rappresenta una specifica categoria di gateway utilizzata prevalentemente in ambienti IoT.

Situato all’orlo (“edge”) della rete, vicino ai dispositivi IoT, l’Edge Gateway svolge funzioni cruciali di elaborazione dei dati, traduzione dei protocolli e connettività, ma con una specifica enfasi sull’elaborazione dei dati a livello locale. Questo riduce la latenza e migliora l’efficienza, poiché una quantità significativa di dati può essere processata direttamente dove viene generata, anziché essere inviata a un server centrale o al cloud per l’analisi.

Funzioni e Applicazioni di un Edge Gateway

Elaborazione Dati in Tempo Reale: gli Edge Gateways sono progettati per elaborare dati in tempo reale, permettendo decisioni rapide e azioni immediate basate sui dati raccolti dai sensori (vedi più avanti “Cos’è l’Edge Computing?”). Questo è particolarmente utile in applicazioni critiche come il monitoraggio delle condizioni delle macchine in ambienti industriali o la gestione del traffico in città intelligenti.

Riduzione del Traffico di Rete: inviando solo dati rilevanti o già parzialmente analizzati al cloud o al server centrale, gli Edge Gateways riducono il carico sulla rete, migliorando l’efficienza e riducendo i costi associati alla trasmissione dei dati.

Sicurezza e Privacy dei Dati: l’elaborazione dei dati a livello locale può migliorare la sicurezza e la privacy, riducendo il rischio di intercettazioni durante la trasmissione dei dati.

Flessibilità e Scalabilità: gli Edge Gateways permettono una maggiore flessibilità nelle reti IoT, facilitando l’integrazione di nuovi dispositivi e tecnologie.

Edge Gateway Programmabile e Configurabile

Gli Edge Gateways sono disponibili in diverse varianti, con livelli variabili di programmabilità e configurabilità:

Programmabilità: gli Edge Gateways Programmabili offrono capacità avanzate di programmazione, permettendo agli utenti di implementare algoritmi personalizzati o applicazioni specifiche per l’elaborazione dei dati. Questo permette una maggiore personalizzazione in base alle esigenze specifiche dell’ambiente IoT.

Caratteristiche e Vantaggi dei Gateways programmabili basati su Docker
Rientrano tra i gateways programmabili quelli basati sul sistema di virtualizzazione Docker.
Una tendenza che potrebbe affermarsi nel prossimo futuro è la progressiva trasformazione di componenti hardware in applicazioni software, facenti le stesse identiche funzioni. L’hardware invecchia, il software può invece essere upgradato più velocemente con costi minori e riducendo parecchio i fermi macchina.
L’ambiente Docker è un sistema basato sui “Container” che sono in sostanza delle piccole macchine virtuali in grado di ospitare tutte queste appliance software farle comunicare tra di loro  garantendo comunque una separazione tra l’una e l’altra.
Un unico Hardware con un solido sistema operativo dove si potrebbero installare un numero imprecisato di container/applicazioni fino a comporre esattamente tutte le funzionalità di cui l’ impianto necèssita ( es: dispositivi di teleassistenza, Gateway OT/IT, Gateway OT/OT, Database, editor HTML, web server, softPLC  etc).
Esistono già sistemi software basati su cloud in grado di monitorare e tenere manutenute tutte queste applicazioni “dockerizzate” in maniera centralizzata e da remoto , come il Net field della Hilscher. 
Aziende che vendono macchine industriali in tutto il mondo potrebbero molto velocemente aggiornare le macchina presso  clienti , intervenire con aggiornamenti periodici per tenere la macchina sempre aggiornata in termini di funzionalità e di cyber security, riducendo costosi interventi di manutenzioni in loco.

Configurabilità: gli Edge Gateways Configurabili hanno la capacità di adattare facilmente l’Edge Gateway a diverse configurazioni di rete e tipi di dispositivi. Questo aspetto è cruciale per garantire che il gateway possa funzionare efficacemente in diversi scenari di utilizzo.

Tipi di Edge Gateways

Esistono diversi tipi di Edge Gateways, progettati per vari settori e applicazioni. Alcuni sono specializzati per ambienti industriali, altri per applicazioni consumer o per la gestione delle infrastrutture urbane.

In pratica, gli Edge Gateways rappresentano una componente essenziale nelle moderne reti IoT. Con la loro capacità di elaborare dati in loco, ridurre il traffico di rete, migliorare la sicurezza e offrire flessibilità e personalizzazione, svolgono un ruolo fondamentale nel garantire il successo e l’efficienza delle implementazioni IoT.

Cos’è l’Edge Computing?

L’Edge Computing è una forma di elaborazione che prevede il trattamento dei dati il più vicino possibile alla loro fonte, ovvero all’“edge” (margine) della rete. Invece di inviare enormi quantità di dati dai dispositivi IoT a un data center o al cloud per l’analisi e l’elaborazione, l’Edge Computing permette di processare questi dati direttamente sul luogo in cui vengono generati. Questo approccio porta diversi benefici, tra cui riduzione della latenza, minor carico sulla rete, e miglioramento della privacy e sicurezza dei dati.

Edge Computing e Cloud Computing a confronto

In base alla Posizione dell’Elaborazione dei Dati si parla di:

• Edge Computing: L’elaborazione avviene a livello locale, direttamente nei dispositivi o in un server locale. Questo riduce la latenza, poiché i dati non devono viaggiare lunghe distanze.
• Cloud Computing: L’elaborazione avviene in server remoti situati in data center. I dati devono essere trasmessi su Internet, potenzialmente causando ritardi.

Latenza e Tempi di Risposta:

• Edge Computing: Offre tempi di risposta rapidi e bassa latenza, essenziali per applicazioni in tempo reale come il monitoraggio medico o il controllo industriale.
• Cloud Computing: Può avere tempi di risposta più lunghi a causa della distanza tra i dispositivi e i server.

Gestione dei Dati e Privacy:

• Edge Computing: Migliora la privacy e la sicurezza dei dati, elaborando i dati sensibili localmente e riducendo la necessità di trasmetterli attraverso la rete.
• Cloud Computing: Richiede una protezione più rigorosa dei dati durante la loro trasmissione e memorizzazione, poiché i dati viaggiano su Internet.

Scalabilità e Risorse:

• Edge Computing: Meno scalabile in termini di risorse di elaborazione rispetto al cloud, ma più efficiente per applicazioni specifiche e localizzate.
• Cloud Computing: Offre scalabilità quasi illimitata e risorse di elaborazione, ideale per applicazioni che richiedono un’enorme capacità di elaborazione.

Costi e Manutenzione:

• Edge Computing: Può richiedere un investimento iniziale più elevato per l’hardware locale, ma riduce i costi di trasmissione dei dati e di utilizzo del cloud.
• Cloud Computing: Riduce i costi hardware iniziali, ma può comportare costi operativi più elevati per la gestione dei dati e la larghezza di banda.

In sintesi, mentre l’Edge Computing si concentra sull’elaborazione dei dati a livello locale per migliorare la velocità e la sicurezza, il Cloud Computing si basa su data center remoti per offrire una maggiore capacità di elaborazione e scalabilità. La scelta tra questi due approcci dipende dalle specifiche esigenze dell’applicazione e dai requisiti di elaborazione dei dati.

I Vantaggi dell’Edge Computing

L’Edge Computing offre diversi vantaggi rispetto al tradizionale Cloud Computing, specialmente in contesti dove la velocità di elaborazione e la gestione efficiente dei dati sono cruciali.

Alcuni dei principali benefici sono:

Riduzione della Latenza – Uno dei maggiori vantaggi dell’Edge Computing è la notevole riduzione della latenza. Elaborando i dati vicino alla loro fonte, si eliminano i ritardi causati dal trasferimento di dati verso e dal cloud, garantendo una risposta quasi immediata. Questo è essenziale in applicazioni come il controllo industriale in tempo reale o i sistemi di assistenza alla guida.

Miglioramento della Privacy e Sicurezza dei Dati – Poiché l’Edge Computing elabora i dati localmente, riduce la necessità di trasmettere dati sensibili su reti potenzialmente insicure. Questo aiuta a minimizzare i rischi di violazioni di dati e a migliorare la privacy.

Riduzione dei Costi di Trasmissione dei Dati – Trasferire grandi quantità di dati verso il cloud può essere costoso, specialmente per le applicazioni che generano un’enorme quantità di dati. L’Edge Computing permette un risparmio sui costi di trasmissione dei dati e sulla larghezza di banda necessaria.

Affidabilità e Continuità Operativa – In situazioni in cui la connessione al cloud è instabile o assente, l’Edge Computing garantisce che i dispositivi possano continuare a operare efficacemente. Questo è particolarmente vantaggioso in ambienti remoti o in situazioni di emergenza.

Efficienza nel Trattamento dei Dati – Con l’Edge Computing, è possibile filtrare e analizzare i dati a livello locale, inviando al cloud solo le informazioni più rilevanti. Questo rende l’elaborazione dei dati più efficiente e riduce il sovraccarico di rete.

Scalabilità – Mentre il cloud offre risorse praticamente illimitate, l’Edge Computing offre una scalabilità più flessibile e adattabile alle necessità locali, permettendo di gestire meglio l’aumento progressivo dei dispositivi IoT.

Supporto per Applicazioni in Tempo Reale – Per applicazioni che richiedono decisioni e azioni immediate, come i sistemi di sicurezza o la gestione del traffico, l’Edge Computing è ideale grazie alla sua capacità di elaborazione dati in tempo reale.

Personalizzazione e Flessibilità – L’Edge Computing permette una maggiore personalizzazione dell’elaborazione dei dati in base alle specifiche esigenze dell’ambiente in cui viene implementato.

In conclusione, l’Edge Computing si sta affermando come una soluzione indispensabile per gestire l’enorme flusso di dati generati dai dispositivi IoT, offrendo velocità, sicurezza, efficienza e flessibilità superiori rispetto al tradizionale Cloud Computing. Questi vantaggi lo rendono ideale per una vasta gamma di applicazioni, dal settore industriale alla gestione delle infrastrutture urbane, fino alla sanità e oltre.

Quando Usare l’Edge Computing?

L’Edge Computing si rivela particolarmente vantaggioso in una varietà di scenari e casi d’uso, dove la velocità di elaborazione dei dati, la riduzione della latenza e la sicurezza sono di fondamentale importanza.

Ecco alcuni esempi significativi:
Ambienti Industriali: nell’industria 4.0, l’Edge Computing è fondamentale per il monitoraggio e il controllo in tempo reale di macchinari e processi produttivi. Può rilevare anomalie, prevenire guasti e ottimizzare le operazioni, riducendo tempi di fermo e migliorando l’efficienza produttiva.
Città Intelligenti: nei contesti urbani, l’Edge Computing supporta la gestione del traffico, il monitoraggio ambientale, la sicurezza pubblica e altri servizi urbani. Ad esempio, può aiutare a ottimizzare i flussi di traffico in tempo reale o gestire sistemi di sorveglianza intelligente.
Sanità: nel settore sanitario, l’Edge Computing può essere utilizzato per monitorare i pazienti in tempo reale, analizzando dati vitali attraverso dispositivi indossabili. Questo consente un intervento rapido in situazioni critiche e migliora la gestione della salute dei pazienti.
Veicoli Autonomi e Assistenza alla Guida: l’Edge Computing è essenziale per l’elaborazione rapida dei dati necessari ai veicoli autonomi, come la percezione dell’ambiente circostante, la decisione e l’azione in frazioni di secondo per garantire la sicurezza.
Retail e Gestione degli Inventari: negozi e magazzini possono utilizzare l’Edge Computing per monitorare le scorte in tempo reale, ottimizzare la logistica e migliorare l’esperienza del cliente attraverso la personalizzazione.
Gestione dell’Energia e delle Utilities: nell’ambito energetico, l’Edge Computing può aiutare a monitorare e gestire in modo efficiente le reti di distribuzione, prevedendo la domanda e ottimizzando l’uso delle risorse.
Agricoltura Intelligente: l’Edge Computing può essere impiegato nell’agricoltura per monitorare le condizioni del terreno, del clima, e della salute delle colture, permettendo interventi tempestivi e una gestione più efficiente delle risorse.
Sicurezza e Monitoraggio: per il monitoraggio di sicurezza in tempo reale, l’Edge Computing offre la possibilità di analizzare i flussi video sul posto, rilevando anomalie o potenziali minacce senza ritardi.

In ciascuno di questi scenari, l’Edge Computing fornisce una soluzione efficace per gestire grandi quantità di dati generati localmente, garantendo una risposta rapida e migliorando l’efficacia delle operazioni. Con la sua flessibilità e capacità di adattarsi a diversi contesti, l’Edge Computing sta emergendo come una componente chiave nell’evoluzione dell’IoT e delle tecnologie digitali.

Conclusioni sugli Edge Gateway e il loro utilizzo in ambito IoT

Abbiamo esplorato il ruolo e l’importanza degli Edge Gateways nell’ambito dell’Internet of Things (IoT). Abbiamo visto come gli Edge Gateways agiscano come ponti critici tra i dispositivi IoT e le reti più ampie, svolgendo funzioni essenziali come la traduzione dei protocolli, l’elaborazione e la pre-analisi dei dati, la gestione dei dispositivi e la protezione della sicurezza della rete.

Abbiamo approfondito il concetto di Edge Computing, evidenziando le sue differenze rispetto al Cloud Computing. L’Edge Computing emerge come una soluzione potente per ridurre la latenza, migliorare la privacy e la sicurezza dei dati, e gestire in modo efficiente la crescente quantità di dati generata dai dispositivi IoT.

Abbiamo discusso vari scenari di utilizzo dell’Edge Computing, sottolineando la sua flessibilità e la sua capacità di adattarsi a diverse esigenze e contesti applicativi. L’Edge Computing si afferma come una tecnologia fondamentale per l’elaborazione di dati in tempo reale, essenziale per le operazioni critiche e per migliorare l’efficienza operativa.

Da tutto ciò possiamo dedurre che gli Edge Gateways e l‘Edge Computing rappresentano una parte vitale dell’ecosistema IoT. Offrono soluzioni innovative per gestire le sfide poste dalla crescente complessità e dal volume dei dati nell’IoT. Integrando questi sistemi, le aziende possono non solo migliorare l’efficienza e la sicurezza delle loro operazioni, ma possono anche sfruttare nuove opportunità per innovazioni e miglioramenti nell’ambito della digitalizzazione e della trasformazione tecnologica.