photo of sailboat on sea during daytime
Photo by Andrew Neel on Pexels.com

Progetto Smart Boat 

Smartboat si concentra sul portare le funzionalità Cloud alle barche e ai porti turistici. Dotare le barche di dispositivi IoT in grado di raccogliere dati dai sensori dell’imbarcazione e dalla loro posizione è essenziale, ma aggiungere dispositivi di elaborazione sulle barche che possono essere utilizzati in modo collaborativo insieme al Cloud è ancora meglio. Le possibilità di sfruttare questo tipo di rete boat-cloud sono innumerevoli dal punto di vista della raccolta e dell’elaborazione dei Big Data o dello sviluppo di applicazioni e servizi al di sopra di questa infrastruttura. Questa è la motivazione principale per l’utilizzo della piattaforma mF2C che copre e semplifica in modo ordinato alcuni dei più grandi requisiti che stiamo cercando di soddisfare.

Sensori, IoT, Fog e Cloud layer Il
Il dispositivo sensoriale è Sentinel, un sistema di monitoraggio dell’imbarcazione sviluppato da Sentinel Marine Solutions. Questo dispositivo per scopi speciali si collega alla barca e consente il monitoraggio di elementi vitali come la batteria, il livello dell’acqua di sentina e altro ancora.

[Comunicazione dei componenti del sistema Smart Boat] 

Il progetto è volto a fornire l’hardware e il software intermedi che collegheranno questo dispositivo alla piattaforma mF2C in modo fluido. Portare le funzionalità sulla barca con un’ulteriore elaborazione e un dispositivo di rete installato. Il componente di elaborazione sarà in grado di filtrare e gestire i dati mentre il proxy di rete si occuperà dei protocolli di comunicazione per comunicare verso il Cloud, altre barche e porti turistici utilizzando la rete WiFi, LoRa e 4G. Il progetto copre la connessione di barche smart per condividere la Internet, aggregare i dati sensori e risparmiare larghezza di banda durante la trasmissione.

Attualmente stiamo lavorando per collegare i sensori Sentinel al dispositivo periferico che gestirà la comunicazione con mF2C. Ciò include i sensori Sentinel e un mini computer Raspberry Pi che agisce come una centralina mF2C su cui i sensori Sentinel sono collegati tramite Bluetooth. Per la comunicazione a lunga distanza tra Raspberry iIs stiamo anche testando il sistema LoRa  (Long Range) che consentirà una portata migliore rispetto a WiFi o Bluetooth.

Sviluppo HW
Le capacità LoRa provengono da un modulo di Cooking Hacks collegato al Raspberry Pi.

[Cooking Hacks modifica il modulo Raspberry PI LoRa.]

Il team di Sentinel ci ha fornito un dispositivo Boat Monitor, che normalmente comunica con i propri sensori Sentinel presenti su una barca. Aggrega tutti i dati del sensore e li trasmette al loro sistema cloud o a un telefono Android se è connesso tramite la loro app Bluetooth.

[Da sinistra a destra: il dispositivo Sentinel Boat Monitor, esempio di dati raccolti da boat monitor e mappa che traccia la rotta di navigazione.]

[sensori, monitor e hub sentinel.]

[Raspberry PI 3 versione B in custodia di plastica con finestra di plastica trasparente.]

[La figura illustra i diversi percorsi di comunicazione utilizzati per fornire informazioni dal Cloud.]

[La figura illustra l’utilizzo dei servizi mF2C anche in caso di connettività limitata al cloud.]

[Due RaspberryPI con moduli LoRa nelle immediate vicinanze per testare la comunicazione.]

Abbiamo progettato più opzioni per la comunicazione tra Smart Boats e Cloud. Possiamo avere hardware diverso su ogni Smartboat con uplink diversi al Cloud. In uno scenario normale, Smartboat accederanno al Cloud tramite la rete cellulare. Tutte le Smartboat sono dotate di radio LoRa che può funzionare in modalità ricevente o trasmittente. Stiamo utilizzando i moduli LoRa del modello Microchip RN2483A.

La selezione della modalità viene effettuata in base alla connessione al cloud, se Smartboat non ha una connessione al cloud, commuta la radio LoRa in modalità di trasmissione e invia i dati sulla modalità di rete LoRa da Smartboat a Smartboat fino a quella che ha una connessione ai dati del cloud relay. Attualmente stiamo lavorando a una soluzione per inviare la conferma a Smartboat senza una connessione diretta a Cloud, che i dati sono stati trasmessi con successo a Cloud.

Sviluppo SW

I dispositivi Sentinel utilizzano il Bluetooth per comunicare con i client. Originariamente solo i dispositivi supportati sono quelli che eseguono il sistema operativo Android. Il nostro obiettivo è connettere i dispositivi Sentinel per poter leggere i dati dei sensori nel nostro dispositivo Raspberry Pi. Ciò consentirà il trasferimento sicuro dei dati del sensore dell’imbarcazione al cloud sfruttando il framework mF2C.

La comunicazione verso mF2C è possibile anche tramite radio LoRa, perché utilizzano la porta UART per i comandi e la trasmissione dei dati. Ciò li rende semplici da utilizzare anche con i contenitori Docker.

L’obiettivo a lungo termine di questo esercizio è connettere i flussi esistenti di dati dei sensori provenienti dalle barche a una struttura potente che consentirà funzionalità finora inedite, portando nuovo valore ai dati della barca. L’mF2C offre una struttura di questo tipo che promette modularità e semplicità per l’implementazione di moduli di elaborazione e calcolo dei dati da eseguire nella nebbia, offrendo allo stesso tempo stabilità delle operazioni e sicurezza delle trasmissioni dei dati. Ogni marina da diporto dovrebbe avere una stazione del genere.

[Stazione di monitoraggio della Marina da diporto.]

Costi

Il costo di un retrofit Smartboat non dovrebbe superare i 500 euro, escluso il modulo sentinel
Il modulo Sentinel costa 984 dollari (app e Hub), i sensori circa 100 euro l’uno.

E’ possibile rendere smart e comunicante una barca con circa 2000 euro, circa lo stesso per la Marina.


Dott Claudio G. Torbinio

Medicine, Economics and IT analysis