Что такое интернет вещейInternet of Things, IoT. Интернет вещей: что это, зачем и как работает LPWAN - будущее IoT концепции
Сейчас многие говорят про интернет вещей, но не все понимают, что это такое.
Если верить «Википедии», это концепция вычислительной сети физических объектов («вещей»), оснащённых встроенными технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой, рассматривающая организацию таких сетей как явление, способное перестроить экономические и общественные процессы, исключающее из части действий и операций необходимость участия человека.
Говоря простым языком, интернет вещей - это некая сеть, в которую объединены вещи. Причём под вещами я подразумеваю всё что угодно: автомобиль, утюг, мебель, тапочки. Всё это сможет «общаться» друг с другом без участия человека при помощи передаваемых данных.
Появление подобной системы было ожидаемо, ведь лень - двигатель прогресса. Не придётся утром идти к кофеварке, чтобы сделать кофе. Она уже знает, когда вы обычно просыпаетесь, и к этому времени сама сварит ароматный кофе. Классно? Пожалуй, но насколько это реально и когда появится?
Как это работает
picjumbo.comМы находимся в начале пути, и об интернете вещей пока говорить рано. Возьмём для примера кофеварку, о которой я писал выше. Сейчас человеку приходится самостоятельно вводить время своего пробуждения, чтобы она сварила ему утром кофе. Но что произойдёт, если в это время человека не будет дома или он захочет чай? Да всё то же самое, так как он не поменял программу и бездушная железка снова сварила свой кофе. Такой сценарий интересен, но это скорее автоматизация процесса, чем интернет вещей.
У руля всегда стоит человек, он центр. Умных гаджетов с каждым годом становится всё больше, но они не работают без команды человека. Эту несчастную кофеварку придётся постоянно контролировать, менять программу, что неудобно.
Как это должно работать
picjumbo.com
Интернет вещей подразумевает, что человек определяет цель, а не задаёт программу по достижению этой цели. Ещё лучше, если система сама анализирует данные и предугадывает желания человека.
Едете вы с работы домой, уставший и голодный. В это время автомобиль уже сообщил дому, что через полчаса привезёт вас: мол, готовьтесь. Включается свет, термостат настраивает комфортную температуру, в духовке готовится ужин. Зашли в дом - включился телевизор с записью игры любимой команды, ужин готов, добро пожаловать домой.
Вот в чём главные особенности интернета вещей:
- Это постоянное сопровождение повседневных действий человека.
- Всё происходит прозрачно, ненавязчиво, с ориентацией на результат.
- Человек указывает, что должно получиться, а не как это сделать.
Скажете, фантастика? Нет, это ближайшее будущее, но, чтобы добиться таких результатов, необходимо ещё многое сделать.
Как этого добиться
picjumbo.com
1. Единый центр
Логично, что в центре всех этих вещей должен стоять не человек, а какой-то девайс, который и будет передавать программу по достижению цели. Он будет контролировать другие устройства и выполнение задач, а также собирать данные. Такой девайс должен стоять в каждом доме, офисе и других местах. Их объединит единая сеть, через которую они будут обмениваться данными и помогать человеку в любом месте.
Зачатки такого центра мы уже видим сейчас. Amazon Echo, Google Home, да и вроде тоже работает над чем-то подобным. Такие системы уже сейчас могут выполнять роль центра умного дома, хотя их возможности пока ограничены.
2. Единые стандарты
Это станет, пожалуй, главным препятствием на пути к глобальному интернету вещей. Для масштабной работы системы необходим единый язык. Над своей экосистемой сейчас работают Apple, Google, Microsoft. Но все они двигаются по отдельности, в разные стороны, а значит, в лучшем случае мы получим локальные системы, которые сложно объединить даже на уровне города.
Возможно, какая-то из систем станет стандартом, либо каждая сеть так и останется локальной и не перерастёт в нечто глобальное.
3. Безопасность
Естественно, разрабатывая такую систему, необходимо позаботиться о защите данных. Если сеть взломает хакер, он будет знать о вас абсолютно всё . Умные вещи сдадут вас злоумышленникам с потрохами, так что над шифрованием данных стоит серьёзно поработать. Конечно, над этим работают уже сейчас, но периодически всплывающие скандалы говорят о том, что до идеальной безопасности ещё далеко.
Что нас ждёт в ближайшем будущем
Mitch Nielsen/unsplash.com
В ближайшем будущем нас ждут умные дома, которые будут сами открывать двери для владельцев при приближении, поддерживать комфортный микроклимат, самостоятельно пополнять холодильник и заказывать необходимые лекарства, если человек заболел. Причём перед этим дом получит показатели с умного браслета и отправит их врачу. По дорогам будут ездить беспилотные автомобили, а на самих дорогах больше не останется пробок. Интернет вещей позволит разработать более продвинутую систему контроля трафика, которая сможет предотвращать появление пробок и заторов на дорогах.
Уже сейчас многие гаджеты работают в связке с различными системами, однако в ближайшие 5–10 лет нас ждёт настоящий бум развития интернета вещей. Вот только в будущем возможен расклад как в мультике «ВАЛЛ-И», где человечество превратилось в беспомощных толстяков, обслуживаемых роботами. Так себе перспектива. А что думаете вы?
Вспомните фантастические фильмы, где умный дом угадывает желания хозяев, заказывает продукты, следит за бытовой техникой. Это может стать реальностью быстрее, чем вам кажется. Взять хотя бы нашу новую систему умного микроклимата – это один из шагов в сторону технологичного будущего. А в основе всех «умных» технологий лежит понятие «интернет вещей». Что это такое, как появилось и к чему приведет – об этом ниже.
Что такое интернет вещей
На английском «интернет вещей» звучит как the Internet of Things, или просто IoT. Запомните эту аббревиатуру, она будет все чаще появляться в СМИ и на просторах мировой сети.
Говоря простыми словами, интернет вещей – это сеть, объединяющая все объекты вокруг вас. К сети из компьютеров, планшетов, смартфонов и даже телевизоров уже все привыкли. А что если в эту сеть включить тостеры, кофе-машины, холодильники, зубные щетки, водопровод, электросеть, датчики артериального давления? Представьте, насколько изменится мир, если каждой вещью вы сможете управлять по беспроводной сети!
К примеру, вы стоите в душной пробке после тяжелого дня в офисе и мечтаете скорее попасть домой, в приятную прохладу, принять теплую ванну и выпить чашку свежего кофе. Все, что вам нужно, это озвучить смартфону все свои пожелания. А дальше он сам раздаст команды климатической технике, водопроводу и кофе-машине. К вашему приезду бризер сделает воздух свежим, кондиционер – прохладным, ванна наполнится водой комфортной температуры, а на столе будет ждать свежий американо. Неплохо звучит?
Но прежде чем фантазировать о будущем, бросим взгляд в прошлое интернета вещей.
Еще в 1926 году известный физик Никола Тесла предсказал, что радио вырастет в «большой мозг», который объединит вещи в одно большое целое. Причем все это будет возможно благодаря инструментам настолько компактным, что они поместятся в кармане.
Еще один человек, кто высказывал похожие идеи – советский военачальник Николай Васильевич Огарков. Ему принадлежит авторство так называемого сетецентрического подхода к боевым действиям. Суть принципа: все ресурсы для решения конкретной задачи должны быть в одной информационной сети и должны постоянно обмениваться данными. Чем не интернет вещей?
Но это все общие слова. Конкретика началась чуть позже. В 1990 году выпускник MIT Джон Ромки подключил к интернету свой тостер. Это первый официально зарегистрированный объект из мира интернета вещей.
К слову, Джон Ромки – один из отцов протокола TCP/IP, того самого, который лежит в основе интернета как такового. Через 9 лет после интернет-тостера другой выпускник MIT, Кевин Эштон, придумал, как управлять промышленными объектами через интернет. Эштон и стал автором термина «интернет вещей».
В том же 1999 году и в том же MIT появился Центр автоматической идентификации (Auto-ID Center). В нем исследователи развивали два основных направления: радиочастотную идентификацию (RFID) и сенсорные технологии. Об этих технологиях мы расскажем в следующий раз. Сейчас отметим только, что именно благодаря стараниям Центра автоматической идентификации концепция интернета вещей стала известной во всем мире.
Ключевое событие в развитии интернета вещей произошло не так давно, в 2008-2009 годах. Именно тогда и произошел официальный переход от интернета людей к интернету вещей. Как это определили? Очень просто: в 2008-2009 годах в интернете стало больше предметов, чем людей.
И дальше количество устройств, подключенных к интернету, только росло. Причем сумасшедшими темпами. Уже сегодня к интернету подключено 20 миллиардов самых разнообразных устройств: от промышленных станков до смартфонов.
Некоторые примеры реальных интернет-вещей в нашем мире:
- Радиометки на теле животных
- Миска для собак с модулем wi-fi, которая дает собаке задания и за правильные ответы награждает кормом
- Мусорный бак на солнечных батареях, который сам уплотняет мусор и сигналит дворникам, когда наполнится
- Умные сенсоры и водные счетчики в инфраструктуре Сан-Паулу, Пекина и Дохи сократили утечки и расходы на 50%
- Автоматические системы сбора штрафов и оповещений об авариях и пробках на дорогах
В том, что появились «умные» вещи, нет ничего удивительного. Ведь известно, что прогресс зачастую двигает лень. Изобретение колеса, рычага, замена рычагов на кнопки, появление пультов дистанционного управления – все это человек придумал, чтобы вместо него работали механизмы и устройства.
И сейчас многие устройства из мира интернета вещей, по сути, выполняют ту же функцию, что и пульт дистанционного управления. Если раньше лампочка загоралась только после того, как человек нажмет на выключатель, то теперь свет включает и выключает запрограммированный компьютер. А человек управляет компьютером со смартфона.
Лампы стали энергоэффективными, включаются они не вручную, а через мобильное приложение. Но сам подход остался прежним: человек все еще управляет лампочкой. Как и большинством других современных интернет-устройств.
В будущем интернет вещей будет все дальше уходить от команд типа
«сделать так» к командам типа «должно быть так».
Перспективы и проблемы интернета вещей
Специалисты обещают, что к 2020 году к интернету будет подключено больше 50 миллиардов различных устройств. Раньше для всех них попросту не нашлось бы столько IP-адресов. Но сейчас новый интернет-протокол IPv6 дает фактически бесконечное количество IP-адресов. Так что с «пропиской» у интернет-устройств проблем не будет.
Другая серьезная проблема интернета вещей – бесперебойное питание приборов, без него они выпадут из сети, и все связи между ними нарушатся. Постоянно менять миллиарды батареек в миллиардах устройств расточительно, для этого нужно слишком много времени, внимания и ресурсов для создания и утилизации батареек.
Вывод : интернет-вещи должны получать энергию сами – от солнечного света, вибраций, воздушных потоков. Недавно в этой области был совершен значительный прорыв. В 2011 году ученые представили гибкий чип, наногенератор для создания энергии из любых движений человека. Так что ждем в будущем появления абсолютно автономных интернет-вещей, которым не нужны батарейки.
Третье препятствие на пути у интернета вещей – это связь приборов с самим интернетом. Далеко не в каждое устройство можно вставить модуль Wi-Fi, хотя бы из-за небольших размеров этого устройства. Но и тут достижения ученых вселяют оптимизм. Они создали микрочип размером всего 1 мм 2 с очень низким энергопотреблением. С ним выйти в сеть сможет прибор любого размера.
Наконец, главная проблема сегодняшнего интернета вещей – отсутствие единого стандарта . Сейчас система одной компании управляет отоплением, другой – светом, третья компания управляет микроклиматом. В конце концов, все эти сети объединятся в одну. Есть даже специальные организации, которые стремятся подогнать под один шаблон разрозненные сети интернет-вещей.
Облачный сервис получает данные о скорости тысяч автомобилей и строит карту загруженности дорог города, помогая автомобилистам найти быстрый маршрут. Браслет на ноге юноши-футболиста отслеживает его активность во время тренировки и загружает данные в приложение, отбирающее наиболее успешных юниоров в национальную сборную по футболу. «Умные» счетчики передают показания онлайн, сообщают об утечках, помогают сэкономить на ресурсах и снизить оплату ЖКХ. А конвейеры с интеллектуальной начинкой предупреждают оператора о симптомах приближающегося износа агрегата, предотвращают остановку производства и снижают издержки на ремонт.
Все это - «Интернет вещей» или Internet of Things (IoT).
Как появился «Интернет вещей»
Концепция Интернета вещей была предугадана в начале XX века Николой Тесла - физик пророчил радиоволнам роль нейронов «большого мозга», управляющего всеми предметами. А инструменты его контроля должны будут легко умещаться в кармане. Великий изобретатель не был фантастом, просто он понимал то, что его современники не могли и представить.
Сто лет спустя термин «Интернет вещей» ввел в широкий оборот сотрудник исследовательского агентства при Массачусетском технологическом институте Кевин Эштон. Он предложил увеличить эффективность логистических процессов без вмешательства человека: с помощью радиодатчиков собирать информацию о наличии товаров на складах предприятия и отслеживать их движение к торговым точкам. Каждая метка отправляла в сеть данные о своем местонахождении в настоящий момент времени. Использование RFID-меток ускорило реакцию поставщиков и ритейлеров на изменение спроса и предложения: товары не лежали на складе, а отправлялись туда, где они действительно необходимы. Эффект от введения маркировки оценили, и с января 2007 года все поставщики крупнейшей американской розничной сети производят товары только с радиометками.
Концепция Интернета вещей базируется на принципе межмашинного общения: без вмешательства человека электронные устройства «общаются» между собой. Интернет вещей - это автоматизация, но более высокого уровня. В отличие от «умных» домов узлы системы используют TCP/IP-протоколы для обмена данными через каналы глобальной сети Интернет.
Такой метод коммуникации дает серьезное преимущество - возможность объединять системы между собой, строить «сеть сетей». Это позволяет изменить бизнес-модели отраслей и даже экономики целых стран.
Интернет вещей не только меняет существующие правила, но и формирует новые правила экономики совместного использования» (shared economy), исключая посредников из бизнес-модели.
Менее чем за 20 лет Интернет вещей стал трендом рынка информационных технологий. Аналитики прогнозируют колоссальное количество IoT устройств через несколько лет - свыше 50 миллиардов. Развитие производства электронных компонентов позволяет «штамповать» миллионы дешевых чипов для всевозможных устройств. От радиочипов, нанесенных на складские коробки, IoT трансформировался в глобальную «интернетизацию» окружающих нас предметов, воспринимаемый людьми как глобальная «оцифровка» реальности.
Интернет вещей «на пальцах»
Для широкой публики Интернет вещей - это холодильник, публикующий фото ваших продуктов в Instagram, или стиральная машина, которая постит в Facebook: «У меня была сегодня чумовая стирка». Из 28 миллиардов ожидаемых подключений менее половины придется на пользовательские гаджеты, которые составляют «customer IoT»: смартфоны и планшеты, носимые датчики для фитнеса и амбулаторной медицины.
Более 15 миллиардов устройств будут работать в бизнесе и промышленности: разнообразные датчики для оборудования, терминалы для продаж, сенсоры на производственных агрегатах и общественном транспорте.
Интернет вещей станет тем инструментом, с помощью которого можно дешево, быстро и масштабно решать конкретные бизнес-задачи в конкретных отраслях.
Промышленный IoT (Industrial IoT, IIoT) объединяет концепцию межмашинного общения, использование BigData и проверенные технологии автоматизации производства. Ключевая идея IIoT в превосходстве «умной» машины над человеком в точном, постоянном и безошибочном сборе информации. Интернет вещей повысит уровень контроля качества продукции, выстроит процесс бережливого и экологичного производства, обеспечит надежные поставки сырья и оптимизирует работу заводского конвейера.
Интернет людей - всемирная паутина, которая «высасывает» не только наши деньги, но и время. Мы проводим по несколько часов в неделю в соцсетях, онлайн-играх или на сайтах. Покупаем в интернет-магазинах вещи, которые нам зачастую не нужны, просто потому, что это легко и доступно - в два клика.
В отличие от традиционного «человеческого» интернета IoT применяется для рационального и практичного подхода. Его ключевая задача - автоматизация, оптимизация, сокращение материальных и временных затрат.
Применение IoT в промышленной индустрии и транспорте сокращает затраты за счет снижения аварийности, уменьшения потерь сырья и количества использованных ресурсов. В сфере энергетики - повышает эффективность выработки и распределения электроэнергии.
Интернет вещей экономит не только деньги, но и время: машины заменили человека на рутинной работе и освободили от выполнения рискованных или стандартных задач. Интеллектуальные системы следят за промышленным конвейером, считают товар на складах и регулируют движение вместо человека. В любую погоду, круглосуточно и без выходных.
Нас окружают разнообразные «подключенные» устройства: на улице работают системы безопасности и экомониторинга. Интернет вещей начинает использоваться в быту, в ЖКХ и индустриальной сфере, транспорте, сельском хозяйстве и медицине.
Пример 1. Яндекс.Навигатор - тоже IoT
Знакомый всем пример - Яндекс.Навигатор. Водители по всей России и СНГ пользуются этим сервисом. Смартфоны и планшеты передают координаты, направление движения и скорость в службу Яндекс, а принятая от пользователей информация анализируется на сервере компании. Получив сведения о заторе, приложение автоматически предлагает водителю варианты объезда и отображает маршрут на экране телефона или планшета. Мобильные устройства, центры обработки данных и приложение Яндекса обмениваются данными без вмешательства человека, являя собой отличный пример Интернета вещей.
Как результат - водители тратят меньше времени в пробках, выбирая оптимальные маршруты объезда.
Еще немного и искусственный интеллект Яндекса начнёт перераспределять нагрузку на дорогах городов. Учитывая накопленную статистику, он будет предлагать такие маршруты, которые оптимально загрузят магистрали и минимизируют пробки.
Пример 2. Спортивный IoT
В спорте Интернет вещей используют для накопления статистики и анализа данных. Применение IoT-решений разнообразно: от мобильных приложений для любителей утренних пробежек, следящих за расходом калорий, до производительных информационно-вычислительных систем в профессиональном спорте.
Командное IoT-решение отслеживает состояние отдельных спортсменов и всего коллектива. Информация о перемещении, пульсе считываются датчиками, встроенными в жилет, надетый игроком. Координаты и медицинская телеметрия отправляются на облачную платформу, снабжая оперативной информацией руководство и вспомогательные службы команды. Тренер строит тактику игры, не дожидаясь тайм-аута для оценки состояния коллектива и переигрывает соперников за счет быстрого реагирования на окружающую обстановку.
Ранее у тренерского состава и спортивных аналитиков не было иного выбора, кроме как просматривать после игры заметки и десятки часов видеозаписи для оценки поведения игрока на поле и его работоспособности. Теперь информация предоставляется онлайн и голевой момент матча всегда можно «вытащить» из хранилища и проанализировать. Интернет вещей обрел популярность не только среди тренеров, но и у медиков - бригады оказания первой помощи мгновенно реагируют на критические показания здоровья подопечных.
Пример 3. «Умные» счетчики
В жилищно-коммунальном хозяйстве IoT-технологии нашли применение в системах интеллектуальной диспетчеризации - «умных» приборов учета ресурсов . Подключенные к Интернету счетчики передают показания в «облако», а диспетчер видит расход воды, электричества или газа в отдельном доме, квартале или в целом городе. Это дает возможность, не заглядывая в квартиры собственников, в режиме реального времени, иметь полную картину потребления ресурсов, удаленно управлять приборами учета, оперативно выставлять счета жильцам. Без обходчиков, без обработчиков и без временных потерь.
Такой подход позволит изменить механизм учета ресурсов. Сегодня управляющие компании собирают показания с приборов учета, обрабатывают данные, выставляют счета и собирают оплату за ЖКУ. В случае внедрения «умных» счетчиков в масштабах города, структуры, обслуживающие жилые дома, превращаются в ненужных посредников и «выходят из игры». Что сегодня мы и наблюдаем в некоторых регионах России, где водоканалы переходят на прямые договоры с жильцами. Электросетевые компании, кстати, уже давно применяют такую схему расчетов, но по инерции нанимают обходчиков или требуют данные с жильцов.
Прямой диалог между счетчиками в домах и «ресурсниками» стал возможен благодаря IoT-решениям - беспроводной автоматизированной диспетчеризации. Это отличный пример того, как Интернет вещей меняет бизнес-модель в отрасли.
Аналогично - UBER, который за счет концепции Интернета вещей исключил таксомоторные компании из бизнес-модели частного извоза. Крупные структуры стали просто не нужны и сейчас клиент напрямую общается с водителем.
За счет точного учета, оповещениях о перерасходе ресурсов или авариях подключенные к Интернету приборы учета ЖКХ сохраняют до 30% ресурсов в каждом многоквартирном доме. А помимо удобства, дополнительное преимущество для конечного потребителя - сэкономленные на содержании ненужной «прослойки» деньги.
Диспетчеризация приборов учета воды и удаленного съема показаний - один из наиболее удачных примеров применения технологии Интернета вещей в сфере жилищно-коммунального хозяйства.
Организации, внедрившие IoT-решения для управления многоквартирными жилыми домами, получили эффективный инструмент контроля и учета ресурсов. Такая система автоматизирует трудоемкие операции по сбору и обработке показаний, которые ранее требовали участия половины штата сотрудников. Имея на руках прозрачные данные, управляющая компания выявляет потери и минимизирует расходы на общедомовые нужды (ОДН).
Пример 4. Сельское хозяйство
Более половины производителей томатов и треть хлопководов Израиля используют систему для мониторинга влажности, температуры грунта и других характеристик почвы . Датчик, «закрепленный» за отдельным растением или участком с посевами, отправляет информацию на облачный сервер, откуда данные поступают оператору, выводя на экран состояние саженца и рекомендации по улучшению его плодоносных свойств.
В США сформировали интересный симбиоз такой «пахучей» сферы агротехники как удобрение полей и IoT. Фермер оснастил трактора-распрыскиватели, обслуживающие угодья в радиусе 121 километра от станции, решением на базе беспроводных технологий. Водитель-оператор насосной установки удаленно отслеживает и распределяет подачу органических удобрений на поля, а владелец контролирует расход с экрана своего смартфона.
Пример 5. «Умные» заводы
Зарубежные владельцы заводов уже осознали преимущества IoT в сокращении расходов и увеличении прибыльности индустриального бизнеса. В электроэнергетике и легкой промышленности интерес к применению Интернета вещей есть. С помощью IoT-технологий операторы морских ветрогенераторов удаленно контролируют износ роторов и турбин, отслеживают их производительность. За счет своевременного обслуживания минимизируется риск остановки «ветряков» и отпадает необходимость в отправке бригад на удаленные морские платформы.
Швейцарская компания, выпускающая станки и двигатели, реализовала мечту производственных инженеров - проведение упреждающего техобслуживания (ТО).
Более 5000 единиц оборудования на производственных площадках подключили к IoT-платформе изготовителя, сигнализирующей о необходимости ТО для профилактики возможной поломки. Несколько лет назад компания командировала выездные бригады техников для диагностики на местах.
Сейчас эксплуатант станка или электродвигателя отслеживает состояние оборудования онлайн и вовремя узнает о возможных авариях. Такой «проактивный» мониторинг сократил расходы за счет снижения издержек и ликвидации простоев. Традиционно, ППР (планово-предупредительные ремонты) требовали остановки производственных линий и организовывались по графику, независимо от того, была в них необходимость или нет.
Внедрение IoT-технологии позволило проводить упреждающее техобслуживание тогда, когда оно действительно нужно, и ремонтировать машины до того, как они сломаются. Интернет вещей обеспечил не только непрерывность производства, но и сэкономил на планировании предупредительных работ - затраты на планирование составляют 30-40% от объема ремонтного фонда предприятия.
В ближайшее время бизнес станет первым и основным потребителем IoT-технологий. Топ-менеджеры корпораций рассматривают Интернет вещей в первую очередь как инструмент для снижения расходов и увеличения производительности. Предприниматели хотят использовать инновационную концепцию для вхождения в новые рынки и расширить свой ассортимент за счет использования подключенных устройств.
Промышленники понимают: новые технологии оптимизируют производственный процесс и уберут из него человеческий фактор, а вместе с ним и лишние риски.
Пример 6. «Носимый» IoT
Крупные ИТ-компании начали инвестировать в развитие медицинского Интернета вещей. Одно из таких решений отслеживает динамику болезни и выздоровления пациентов в режиме 24/7 посредством носимого на теле датчика. Мониторинг происходит в режиме реального времени, начиная от сбора показаний в стационаре и дома, завершая направлением данных лечащему врачу и в лаборатории для анализа и принятия решений.
В медицине есть проекты, развернутые в рамках лечебного учреждения и предупреждающие персонал об истощении запаса медикаментов или инструментов.
В обеспечении физической безопасности применение IoT-концепции скорее экзотично, чем привычно. В октябре 2016 года технологию Интернета вещей в прямом смысле «взяла на вооружение» оборонная промышленность - для охраны Крымской военно-морской базы Минобороны РФ закупило комплекс охраны «Часовой-1».
Комплекс, в состав которого входят вибробраслеты, гарантирует безопасность бойцов, охраняющих объекты и проверяющих автотранспорт на «блоках». Каждый браслет оснащен датчиком «неподвижности». Как только часовой прекращает движение более чем на 30 секунд, система посылает на его браслет вибросигнал. Если в течение 15 секунд после предупреждения боец не «оживет» - в караульном помещении объявляется тревога.
IoT - это новый этап развития сети Интернет, который проникает в ранее недоступные сферы, привнося качественные изменения, делая жизнь людей проще, а работу компаний - эффективней.
Интернет вещей будущего
IoT стал всемирным трендом, и скоро возможность «интернетизации» станет обязательным требованием для продуктов и услуг широкого потребления. Устройства будут выходить с конвейера с уже встроенными интеллектуальными и коммуникационными возможностями.
За счет увеличения масштаба производства и удешевления компонентной базы стоимость умных устройств снизится до минимума. IoT проникнет в автомобили, грунт, море и реки, в тело человека. Датчики станут настолько миниатюрными, что будут помещаться в мелких бытовых предметах или продуктах питания.
Соответственно устройствам уменьшатся в размерах и аккумуляторы, а затем они и вовсе исчезнут - «умные» датчики научатся получать энергию из окружающей среды: от вибрации, света или воздушных потоков и станут полностью автономными.
Интернет вещей станет гетерогенной средой, которая будет существовать как отдельный живой организм. Наступит время машин.
Сложности с компонентной базой ушли в прошлое, появился новый вызов: необходимо объединить миллиарды «умных» приборов в единую сеть.
Интеллектуальный станок, датчик температуры масла на промышленном агрегате, смарт холодильник - всем этим устройствам необходима среда для общения. В противном случае они так и останутся «немыми»: обычным счетчиком или датчиком, отличающимся от своих собратьев только «космическим» дизайном.
Если оставить прогнозы о «количестве устройств Интернета вещей к 2020 году» ясно, что IoT-индустрия растет. Инженерам уже не интересно, сколько, 50 миллиардов датчиков и смартфонов будет в сети или 100 миллиардов. Порядок уже ясен, как и цель - подключение «армии» устройств к Интернету.
Для передачи данных разрабатывалось множество протоколов, но каждый из них был «заточен» под определенную задачу: GSM для голосового общения, GPRS для обмена данными с мобильных телефонов, ZigBee - создания локальной сети и управления «умными» домами, а Wi-Fi для беспроводных локальных сетей с высокой скоростью передачи данных.
Эти технологии могут быть применены для решения нецелевых задач и по-разному с ними справляться.
К примеру, Яндекс.Навигатор сможет работать через GPRS/3G/4G и никакая другая связь для такого приложения не подойдет. Мы, конечно, можем подключить смартфон к Wi-Fi и запустить Навигатор, но как только автомобиль отъедет на 100 метров от точки доступа - приложение «закончится». А в «умном» доме не «приживутся» автономные GPRS-датчики - через два дня в них сядут батарейки. Поэтому в интеллектуальном жилище лучше всего подойдет энергоэффективный ZigBee.
Набирая обороты, Интернет вещей выдвигает свои требования:
- Небольшой объем данных: датчикам и сенсорам не нужно передавать мега- и гигабайты, как правило это биты и байты.
- Энергоэффективность: подавляющая часть датчиков автономны и должны будут работать годами.
- Масштабируемость: в сети должны уживаться миллионы различных устройств, и добавление одного-двух миллионов не должно вызывать сложностей.
- Глобальность: нужен широкий территориальный охват и как следствие передача информации на большие расстояния.
- Проникающая способность: устройства в подвалах, шахтах должны передавать сигнал наружу.
- Стоимость устройств: устройства должны быть дешевы и доступны для пользователя, а готовые решения рентабельны для бизнеса.
- Простота: принцип «поставил и забыл»: пользователь выберет понятные и дружелюбные устройства.
Казалось бы, сотовые сети - очевидные кандидаты на построение развернутой на десятки километров беспроводной IoT-среды. Однако ни стандарт GSM, ни инфраструктура мобильных операторов изначально не создавались для М2М-диалога. Протоколы сотовой связи предназначены для общения людей: большой объем трафика и высокая скорость обмена данными в густонаселенных районах.
Разработчики изначально не предполагали возможность обмена небольшими объемами данных между разнесенными «умными» сенсорами. Датчику с WiFi необходимо постоянное питание, а элемент умного GSM устройства продержится 2-3 недели. Мы не готовы ежемесячно менять батарейки в десятках устройствах или монтировать к ним проводную систему питания.
Подключение всевозможных устройств к мобильным сетям еще можно представить в населенных пунктах, но за пределами оживленных трасс и урбанизированных территорий протоколы GSM, 3G, LTE не позволяют создавать масштабные IoT проекты - слишком дорого разворачивать и обслуживать инфраструктуру сотовой сети.
В городе сотовая связь ограничена низкой проникающей способностью сигнала. А «умные» датчики или счетчики зачастую будут находиться за несколькими стенами, в техколодцах или на цокольных этажах, где уже не берет GSM.
Фундаментом масштабных проектов станет энергоэффективная сеть, которая удовлетворит запросы промышленников, сельхозпроизводителей, государственные компании в масштабности и невысокой стоимости эксплуатации. Интернету вещей нужен стандарт связи с возможностью широкого территориального охвата, высокой энергоэффективностью, дешевой инфраструктурой и не требующей высоких эксплуатационных расходов.
LPWAN - будущее IoT концепции
С учетом перечисленных требований и ограничений, решением проблемы стало использование технологии на стыке высокой дальности и низкого энергопотребления. Она получила название Low-Power Wide-Area Network (сокращенно – LPWAN) или энергоэффективная сеть дальнего радиуса действия.
LPWAN разрабатывался специально для межмашинного общения, и стал двигателем дальнобойного Интернета вещей.
Отсутствие высоких требований к объему передаваемой информации позволило сконцентрироваться на других, более важных параметрах технологии и обеспечить 50 километровую дистанцию взаимодействия между разнесенными устройствами, высокую энергоэффективность, проникающую способность и масштабируемость.
Дальнобойная и энергоэффективная, LPWAN отлично подходит для IoT, как в бытовом, так и в промышленном секторе, где имеется потребность в автономной передаче телеметрии на дальние расстояния.
LPWAN гораздо лучше соответствует запросам М2М-сетей, чем та же сотовая связь - тысячи квадратных километров могут быть покрыты одной базовой станцией. Построение такой сети проще, а обслуживание - дешевле. Подобный подход становится единственной альтернативой в случае, когда датчики разнесены по большой территории. Как, например, счетчики воды в пределах одного квартала или датчики влажности почвы, размещенные сразу на нескольких полях.
Резюме
Уже сейчас IoT меняет правила игры в отдельных отраслях: проникает в недоступные и невозможные ранее сферы, улучшая качество жизни и увеличивая эффективность бизнеса. Технологии Интернета вещей нашли применение там, где они выгодны бизнесу и удобны людям.
LPWAN - двигатель «дальнобойного» беспроводного IoT
Преимущества LPWAN-технологии хорошо вписываются в потребности масштабного внедрения IoT в промышленности, транспорте, сфере безопасности и десятках других отраслей. Большой радиус действия, высокая автономность конечных устройств, простота развертывания LPWA-сети и низкая стоимость инфраструктуры даст толчок крупномасштабным проектам и развитию Интернета вещей.
«Интернет вещей», Internet of things (IoT) - это модное сегодня словосочетание является одним из наиболее цитируемых терминов в ИТ-публикациях. Аналитики говорят о быстрорастущем рынке IoT, о влиянии на него социальных, облачных и, конечно, мобильных технологий, при этом не совсем очевидно, что к этому IoT-рынку относится. С толкованием самого термина тоже не всё однозначно. От вендора к вендору, от автора к автору определения различаются весьма существенно. Причем в зависимости от толкования само явление представляется либо грядущей перспективой, либо свершившимся фактом. Автор данной статьи предпринял попытку сделать сравнительный анализ публикаций на данную тему, разобраться, что же относится к понятию «рынок IoT» и почему в последнее время ему уделяется повышенное внимание.
IoT-концепция и технология
Прежде чем говорить о рынке, необходимо выяснить, что такое IoT, и понять, существует ли определение данного термина. Впрочем, проблема не в отсутствии определений, а напротив, в их избытке. Просмотрев несколько десятков статей и отчетов на тему Internet of things, автор убедился в наличии серьезных расхождений в трактовке этого термина. Действительно, приведем определения из наиболее уважаемых источников. Аналитическая компания Gartner трактует понятие «Интернет вещей» (Internet of Things) как сеть физических объектов, содержащих встроенную технологию, которая позволяет этим объектам измерять параметры собственного состояния или состояния окружающей среды, использовать и передавать эту информацию. Заметим, что в этом определении, кстати, наиболее часто цитируемом, слово «Интернет» вообще отсутствует. То есть, говоря о сети «Интернет вещей», не утверждается, что она является частью Интернета. Более того, согласно выражению одного из специалистов по технологии IoT Мэта Трака (Matt Turck), управляющего директора компании FirstMark Capital, «по иронии, несмотря на название “Интернет вещей”, сами вещи часто связаны с помощью M2M-протоколов, а не самого Интернета». Впрочем, наличие или отсутствие подключения к Интернету - не единственное расхождение в определениях. Согласно толкованию специалистов из компании Cisco Business Solutions Group (CBSG), IoT - это состояние Интернета начиная с момента времени, когда количество «вещей или объектов», подключенных к Всемирной сети, превышает население планеты. CBSG подкрепляет свои выводы расчетами. По данным компании, взрывной рост смартфонов и планшетных компьютеров довел число устройств, подключенных к Интернету, до 12,5 млрд в 2010 году, в то время как число людей, живущих на Земле, увеличилось до 6,8 млрд; таким образом, количество подключенных устройств составило 1,84 единиц на человека. Исходя из этой несложной арифметики, Cisco Business Solutions Group фактически определило саму точку наступления эры «Интернета вещей» (рис. 1). Где-то между 2003-м и 2010-м годом количество подключенных устройств превысило население планеты, что и ознаменовало переход в состояние «Интернет вещей». При этом авторы исследования считают, что количество подключенных устройств на одного человека из числа интернет-пользователей в 2010 году составило 6,25 штук.
Рис. 1. Рост числа подключенных устройств на одного человека
(источник: Cisco Business Solutions Group)
Если Cisco упоминает в связи с термином IoT о взрывном росте смартфонов, подключенных к Сети, то IDC, например, четко говорит, что устройства в концепции IoT должны быть автономно подключены к Интернету и передавать сигналы без участия человека. А потому смартфон, управляемый пользователями, к IoT-устройствам отнесен быть не может.
Согласно IDC, «Интернет вещей» (IoT) - это проводная или беспроводная сеть, соединяющая устройства, которые имеют автономное обеспечение, управляются интеллектуальными системами, снабженными высокоуровневой операционной системой, автономно подключены к Интернету, могут исполнять собственные или облачные приложения и анализировать собираемые данные. Кроме того, они обладают способностью захватывать, анализировать и передавать (принимать данные) от других систем.
Очевидно, что если аналитики оперируют понятием «объем рынка IoT», то опираться на столь расплывчатое определение, как «некое новое состояние Интернета», невозможно. При этом об IoT, как о неком переходе Интернета в новое качество, говорят не только специалисты из CBSG. Обратим внимание на рис. 2, взятый из отчета Internet of Things (IoT) & Machine-To-Machine Communication Market By Technologies & Platforms (marketsandmarkets.com). Он также харакетризует IoT как этап в развитии Интернета, «когда не только люди, но и вещи начинают взаимодействовать между собой, инициировать транзакции, оказывать влияние друг на друга».
Рис. 2. Этапы развития Web 1.0, Web 2.0, Web 3.0
(источник: Internet of Things (IoT) & Machine-To-Machine (M2M) Communication Market
By Technologies & Platforms (marketsandmarkets.com))
В этом плане показательна еще одна схема: иллюстрация из статьи корейского автора Sunsig Kim, опубликованная в 2012 году на сайте i-bada.blogspot.ru/. Здесь состояние IoT представляется как точка перехода - это следующая ступень, по сравнению с технологией M2M (рис. 3). Напротив, в публикациях ряда авторов, включая IDC, можно прочитать, что M2M - это технология, которая, будучи предшественницей технологии IoT, в настоящее время является ее составной частью.
Рис. 3. Переход от технологий M2M к технологиям IoT (источник: Sunsig Kim 8th August 2012 i-bada.blogspot.ru/)
Если описанные нами определения говорят об имеющем место явлении, то, например, в формулировке Кайвана Карими (Kaivan Karimi), исполнительного директора по глобальной стратегии и развитию бизнеса Freescale Semiconductor, IoT - это скорее перспектива: миллиарды умных подключенных «вещей», формирующих своего рода универсальную глобальную нейронную сеть, которая будет включать все аспекты нашей жизни. IoT состоит из умных машин, взаимодействующих и общающихся с другими машинами, объектами, окружающей средой и инфраструктурой. В такой системе будут генерироваться огромные объемы данных, обработка которых может использоваться для управления и контроля за вещами, чтобы сделать нашу жизнь удобнее и безопаснее, а также снизить наше воздействие на окружающую среду.
Почему же так много определений, и все они разные?
Вопервых, технологии развиваются так быстро, что постоянно появляется новое наполнение термина, которое не всегда стыкуется с предыдущими толкованиями. Это красноречиво иллюстрирует рис. 4, где эволюция IoT отождествляется с несколькими стадиями и, по сути, с разными технологиями.
Рис. 4. Эволюция технологии «Интернет вещей»
Вовторых, очень часто новую технологию определяют как совокупность факторов, отличающую ее от предшествующей, а потом эту предшествующую технологию включают в новое понятие. Движимые маркетинговыми устремлениями вендоры хотят старые технологии называть новыми именами. Аналитики тоже, следуя моде и стремясь продемонстрировать значимость описываемого рынка, используют один так называемый зонтичный термин, совмещая в нем несколько понятий.
Аналогичная ситуация наблюдается и в отношении других новых терминов. Возьмем, к примеру, термин SaaS, возникший для обозначения следующей ступени развития технологии ASP. Сегодня в ряде публикаций ASP-проекты стали включать в рынок SaaS, что, строго говоря, некорректно.
Примерно то же происходит и с термином IoT: с одной стороны, это следующая ступень развития M2M-технологий, с другой стороны, во многих источниках говорится, что рынок M2M-решений является подмножеством IoT, а в некоторых источниках используют аббревиатуру IoT/M2M.
Еще одна причина неоднозначности термина заключается в том, что на базе IoT решаются разные классы задач. В частности, Кайван Карими говорит о наличии, как минимум, двух классов задач, которые объединяет термин IoT. Первая задача - это удаленный мониторинг и управление набором взаимосвязанных сетевых устройств, каждое из которых может взаимодействовать с объектами инфраструктуры и физической среды. Например, датчик температуры и влажности контролирует сеть приборов, которые управляют системой климата умного здания (окон, жалюзи, кондиционеров и пр.). Более экзотический пример - датчик на руке владельца умного дома подает сигнал о психофизическом состоянии хозяина всем умным устройствам, находящимся в сети; каждое из них реагирует определенным образом, в результате чего меняется освещенность, фоновая музыка, кондиционирование. Здесь основная функция не аналитическая, а именно управляющая. Вторая задача - это использование данных, получаемых с конечных узлов (смартустройств с возможностью подключения и зондирования) для интеллектуального анализа с целью выявления тенденций и взаимосвязей, которые могут генерировать полезную информацию для обеспечения дополнительной выгоды в бизнесе. Например, отслеживание поведения посетителей в магазине с помощью бирок на товарах: сколько времени и возле каких товаров останавливаются посетители, какие товары берут в руки и т.п. На основании данной информации можно изменить расположение товаров в зале и увеличить объем продаж. Еще один пример - из сферы автострахования. Размещение в автомобилях устройств, снабженных акселерометром, позволит страховой компании собирать данные о степени аккуратности вождения клиента. Фиксироваться могут не только столкновения, но и, например, резкий наезд на предмет или бордюр. Чем аккуратнее водит клиент, тем дешевле страховка, а лихач платит больше. В последних примерах не стоит задача управления - здесь выполняется сбор данных и их обработка методами современной аналитики. Статистическая информация обо всех клиентах позволит компании правильно прогнозировать свои риски.
В работе «What the Internet of Things (IoT) Needs to Become a Reality» (“Что требуется IoT, чтобы стать реальностью») Кайван Карими пытается представить обобщенную схему IoT-решения (рис. 5). Согласно данной схеме, это стек, в который входит шесть слоев: устройства зондирования и/или смартустройства, узлы подключения, слой встроенных узлов обработки, слой удаленной облачной обработки данных; шестой слой может выполнять две функции. Первая, обозначенная как «приложение/действие» означает, что решение используется для того, чтобы осуществлять удаленное управление устройством либо автоматически управлять процессом на основе зондирующих устройств. Второй вариант - «аналитика/большие данные» подразумевает, что задача нацелена на использование данных, получаемых с зондирующих устройств для анализа и выявления тенденций и взаимосвязей, которые могут генерировать полезную бизнес-информацию.
Рис. 5. Типовая архитектура IoT-решения (источник: Freescale Semiconductor)
Сходную типовую архитектуру IoT-решения дает компания Microsoft (рис. 6).
Рис. 6. Типовая архитектура IoT-приложений (источник: Microsoft)
В своих работах Кайван Карими представляет не только изображение типовой архитектуры, но также графическую интерпретацию всей экосистемы IoT (рис. 7).
Рис. 7. Экосистема «Интернета вещей»
Рис. 8. IoT как «Сеть сетей» (источник: CBSG)
Рынок IoT и его участники
Что же такое IoT-рынок? Как его подсчитать? Кого причислить к его участникам? Если подсчитать все проекты, которые подпадают под схему, представленную на рис. 5, то рынок окажется весьма небольшим. Если же подсчитать оборот компаний, занятых созданием элементов, которые потенциально могут быть реализованы в данной схеме, то получится совсем другая цифра. Исходя из публикаций видно, что аналитики выбирают второй подход: они представляют рынок как совокупность бизнеса всех игроков, которые создают подключаемые смартустройства и сенсоры, готовят платформы для построения IoT-решений, разрабатывают технологии соединения «Интернета вещей» в сеть и предоставляют вспомогательные сервисы. То есть аналитики рассматривают не столько рынок IoT-решений (в узком понимании), сколько бизнес всех участников экосистемы провайдеров сервисов и технологий вокруг построения IoT-решений.
Похоже, именно по этому пути идут компании, которые оперируют термином «рынок IoT». В частности, компания IDC выделяет целых пять сегментов IoT-рынка и соответствующих игроков.
К первому («Устройства /Интеллектуальные системы») относятся производители смартустройств и сенсоров, обладающих возможностью подключения к проводным/беспроводным сетям, способным захватывать и передавать данные, исполнять собственные или облачные приложения, взаимодействовать с интеллектуальной системой в автоматическом режиме.
Второй сегмент носит название «Средства обеспечения подключения и поддержки IoT-сервиса». Это потенциальный бизнес для телекомпровайдеров, которые могут предоставлять сервис обеспечения связи на базе разных технологий, включая проводную, сотовую связь (2G, 3G, 4G), Wi-Fi и дополнительные сервисы, например управление билингом.
В третьем сегменте под названием «Платформы» IDC выделяет платформы обеспечения работы устройств, сетей и приложений.
Платформы обеспечения работы устройств представляют ПО, ответственное за обеспечение потока данных на конечные устройства и с них, включая функции активации, управления и диагностики.
Платформы обеспечения сетевого взаимодействия предоставляют клиентам программное обеспечение для подключения IoT/M2M-устройств с целью осуществления сбора и анализа информации. Платформа дает возможность управлять подпиской, контролировать тарифные планы и управлять ими. Этот слой предоставляет клиентам соглашение об уровне обслуживания, нацелен на улучшение качества и обеспечение безопасности решений.
Платформы обеспечения работы приложений представляют собой горизонтально ориентированные решения по интеграции корпоративных приложений и конкретных IoT-приложений.
Четвертый сегмент, «Аналитика» - представляет решения, которые позволяют увеличить эффективность бизнеса на основе принятия более эффективных решений на базе собранных с помощью IoT-технологии данных, в том числе с применением технологии Big Datа. К данному сектору также относятся появляющиеся аналитические решения, которые позволят обеспечивать интеграцию данных, полученных на базе мониторинга IoT и социальных сетей.
И наконец, пятый сегмент - приложения для поддержки вертикальных решений, которые реализуют специфические для различных индустрий функции.
Автор карты «Экосистема “Интернета вещей”» Мэт Трак (Matt Turck), управляющий директор FirstMark Capital, представляет не только сегментацию рынка, но и приводит конкретные имена наиболее значимых игроков в каждом из сегментов (рис. 9). Эта работа переводит разговор об участниках рынка IoT в более практическую плоскость.
Рис. 9. «Экосистема “Интернета вещей”» (источник: Matt Turck, Sutian Dong & First Mark Capital)
Мэт Трак также дает ответ на вопрос, почему рынок IoT привлекает внимание именно в последние годы. Он отмечает, что рост интереса к рынку и само его развитие происходит благодаря слиянию нескольких ключевых факторов. Вопервых, стало проще и дешевле производить смартустройства, появляются компании-дистрибьюторы и компании, заинтересованные в финансировании подобного рода проектов. Вовторых, на протяжении последних нескольких лет резко продвинулись в своем развитии технологии беспроводной связи. Сегодня каждый пользователь имеет мобильный телефон или планшет, который может использоваться как универсальный пульт дистанционного управления для интернет-вещей. Повсеместное подключение становится реальностью (Wi-Fi, Bluetooth, 4G). В-третьих, «Интернет вещей» в состоянии применять всю инфраструктуру, которая возникла в смежных областях. Облачные вычисления позволяют создавать упрощенные и дешевые конечные устройства, поскольку интеллектуальную составляющую можно перенести с конечных устройств в облако. Инструменты Big Data, в том числе программы с открытым исходным кодом, такие как Hadoop, позволяют анализировать огромные массивы данных, захватываемые IoT-устройствами.
В экосистеме (см. рис. 9) автор выделяет практически те же элементы рынка, что и компания IDC, при этом они по-другому разбиты на сегменты. Мэт Трак выделяет три крупные части: горизонтальные платформы, вертикальные приложения и «строительные блоки». Автор экосистемы подчеркивает, что, несмотря на активный бизнес в области создания вертикальных решений, амбициозные игроки рынка нацелены на то, чтобы стать горизонтальной платформой, на базе которой будут строиться все вертикальные решения из области Internet of Things. Так, несколько игроков из сектора домашней автоматизации (SmartThings, Ninja Blocks и т.д.) выступают разработчиками горизонтальных программных платформ. Крупные корпорации, например GE и IBM, активно ведут разработку своих платформ. Телеком-компании, такие как AT&T и Verizon, также имеют хорошие перспективы и принимают участие в этой гонке. Открытым остается вопрос, насколько легко горизонтальная платформа, построенная под один класс вертикальных решений, может быть приспособлена под вертикальные решения другого класса. Пока неочевидно также, какие платформы - закрытые или открытые, имеют перспективы занять лидирующие позиции в этой области.
Вертикальных решений на рис. 9 отмечено достаточно много, они сгруппированы в более мелкие блоки. В рамках обзорной статьи прокомментировать все из них не представляется возможным, поэтому остановимся лишь на некоторых.
Например, в разделе «носимые компьютеры» отмечено новомодное устройство Google Glass, о котором впервые было объявлено в феврале 2012 года. Устройство на базе Android (рис. 10) снабжено прозрачным дисплеем, расположенным над правым глазом, способно записывать видео высокого качества, выполнять функции дополненной реальности, мобильной связи, доступа в Интернет и вести видеодневник.
Рис. 10. Google Glass
В последнее время приобретают популярность носимые устройства для фитнеса, такие как Fitbit, Nike + Fuelband, Jawbone, с помощью которых пользователи могут мониторить степень своей физической активности и подсчитывать потраченные калории (на рис. 9 они вынесены в отдельную категорию).
Типичный представитель данной группы - устройство UP Jawbone (рис. 11), представляет собой спортивный браслет, который может работать с iPhone и Android-платформой. Устройство позволяет отслеживать сон, рацион питания, количество пройденных шагов и сожженные калории. Браслет имеет вибрационный двигатель, который может либо служить будильником, либо напоминать, что пользователь слишком долго находится в сидячем положении. Браслет способен отслеживать фазы сна и будить владельца именно в фазе легкого сна, когда просыпаться гораздо легче.
Рис. 11. UP Jawbone позволяет вести
мониторинг физической нагрузки
Устройство включает социальное приложение, которое помогает добавить дополнительный уровень мотивации к занятиям спортом. Пользователи могут просматривать данные своих друзей, делиться спортивными результатами, соревноваться.
Подобные носимые устройства могут применяться в медицинских целях, например осуществлять удаленный мониторинг за состоянием пациента (кровяное давление, частота сердечных сокращений и т.п.), чтобы уведомить близких или медицинский персонал в случае повышения показателей. IoT-технологии вообще находят широкое применение в медицине - от простейших систем напоминания приема медикаментов до внедряемых в организм зондов с целью мониторинга работы органов для постановки сложного диагноза.
Наиболее активно IoT используется в технологиях умного дома: удаленное управление через Интернет домашними устройствами, удаленный мониторинг и управление системами отопления, освещения, медиаустройствами, электронными системами безопасности, оповещения о вторжениях, противопожарными системами и пр.
Из игроков, отмеченных в разделе домашней автоматизации на рис. 9, интересно отметить компанию Nest Labs, которая разрабатывает и производит программируемые термостаты и датчики дыма с поддержкой Wi-Fi и функциями самообучения. Стартап, образованный в 2010 году двумя выходцами из Apple, уже через пару лет вырос в компанию с числом сотрудников более 130 человек.
Свой первый продукт - термостат (рис. 12) - компания представила в 2011 году. В октябре 2013-го Nest Labs объявила о выпуске устройства контроля дыма и угарного газа. Термостат Nest обеспечивает взаимодействие с устройством не только через тачскрининтерфейс, но и дистанционно, поскольку термостат подключен к Интернету. Компания может распространять обновления для исправления ошибок, повышения производительности, а также добавлять дополнительные функции. Для обновления термостат должен быть подключен к Wi-Fi и аккумулятору, поддерживающему напряжение 3,7 В для обеспечения загрузки и установки обновлений.
Рис. 12. Термостат Nest Labs
Широкое применение технология IoT находит в энергетике (смартсчетчики, системы выявления потерь или краж в электрической сети). В нефтегазовом секторе, например, используется удаленный мониторинг трубопроводов.
Множество решений разрабатывается для более безопасной эксплуатации автомобиля. Технология Connected cars (Подключенные автомобили) позволяет использовать системы экстренного вызова скорой помощи со встроенной SIM-карты. В автостраховании начинает практиковаться расчет страховки, базирующийся на удаленном мониторинге вождения пользователей. В транспорте широко используются системы отслеживания маршрута автомобиля, мониторинг грузоперевозок, контроль отгрузки и складирования. Практикуется автоматизированная система контроля воздушного движения. Муниципальные органы власти могут использовать IoT-решения для запуска, эксплуатации и контроля системы общественного транспорта с целью оптимизации расхода топлива, контроля и управления движением поездов. В ритейле развивается автоматизация логистических задач, удаленный мониторинг и учет товаров, снабженных RFID-метками, инвентаризация в реальном времени, беспроводные платежные решения. В системах общественной безопасности - мониторинг и контроль состояния промышленных объектов, мостов, туннелей и т.п. В промышленном производстве - контроль процесса производства, удаленная диагностика, управление роботизированными комплексами. В сельском хозяйстве - удаленное управление системами ирригации, мониторинг состояния и поведения животных, мониторинг уровня воды водоемах и т.д.
Итак, что же такое «Интернет вещей» - реальность или перспектива? С учетом проведенного анализа можно утверждать, что это перспектива, которая постепенно становится реальностью.
Тренд интернета вещей сейчас набирает всё большую популярность. Чаще всего понятие интернета вещей неразрывно связано с чем-то умным: умные дома, умный транспорт, умные предприятия… Но когда смотришь на эту интеллектуальность внимательнее, то часто разочаровываешься: удаленное управление лампочкой в доме - это в лучшем случае автоматизация, но никак не умный дом. Кажется, что и интернет получается не таким уж и умным… А что же такое умный интернет вещей?
Вообще, историю интернета можно разделить на 4-5 этапов, сейчас мы находимся в эпоху Интернета вещей (Internet of things, IoT). Кратко его можно описать так: увеличение количества устройств, взаимодействующих не только с пользователями, но и друг с другом. Т.е. каждая кофеварка имеет доступ в сеть - но вот для чего ей этот доступ нужен, только предстоит решить.
Появление интернета вещей - это довольно ожидаемый шаг, ведь лень - двигатель прогресса. Зачем подходить к телевизору для переключения каналов, если можно придумать дистанционный пульт управления, зачем нажимать кнопочку на кофеварке, если можно сделать это в смартфоне или настроить правило, чтобы кофе наливался сам… Удобно ли это? Что произойдет, если человека нет дома или свет в настроенное время ему не нужен?
Дом получился не «умным», ведь такой подход слабо меняет ситуацию: человек по-прежнему должен все контролировать, он – центр управления всего. Получается, это “всего лишь” автоматизация. При этом я прекрасно оцениваю мощь прогресса, которая к ней привела. Просто хочется чего-то большего, нужен “умный” интернет.
Что в моем понимании означает умный интернет вещей? Это интернет вещей, который позволит изменить парадигму достижения результата: хочется задавать цели, а не способы их достижения.
- Умный интернет вещей – постоянная поддержка человека предметами, которые его окружают.
- Умный интернет вещей – это прозрачность процессов, это ориентация на результат.
- Умный интернет вещей – это говорить не как надо делать, а что должно получиться.
Как этого достичь технически?
Во-первых, мультиагентные технологии - они уже везде и всюду, и интернет вещей без них невозможен. Каждому участнику из реального мира (т.е. каждому человеку и каждому устройству) ставится в соответствие программный агент - объект с некоторой степенью интеллектуальности, представляющий его интересы в мире виртуальном. Виртуальный мир можно назвать в некоторой степени улучшенной копией нашей жизни: там есть те же участники, которые чаще всего следуют заранее установленным и известным правилам, предоставляя достоверные ответы на заданные вопросы, честные и открытые - альтруисты, в общем. При этом взаимосвязь реального и виртуального миров двунаправленная: решения из виртуального мира отдаются в реальность для исполнения, а все события реального мира (очень часто непредвиденные) отражаются на мире виртуальном.Как живут и работают агенты
Жизненный цикл агентов довольно прост. Сначала они воспринимают информацию из внешнего мира. Потом ее нужно обработать, т.е. запланировать некие действия. Ну а действия уже нужно выполнить – отдав соответствующие команды в реальный мир.
Получается, что в нашем “умном” доме агент человека постоянно общается с агентами кофеварки, лампочек и прочих холодильников - отдавая им команды и обмениваясь информацией. Что-то похожее мы видим в оффлайне: допустим, человек хочет запустить стирку. Он загружает вещи в стиральную машинку, хочет засыпать порошок и понимает, что его не хватит для стирки. После чего идет в магазин, покупает порошок и вновь пытается запустить стирку. Хорошо еще, если кондиционер для белья у него есть и в магазин больше идти не надо.
Смоделируем эту ситуацию с точки зрения агентов, при этом помним, что каждый агент у нас знает всю информацию о своей физической сущности.
Тогда агент стирального порошка попросит закупиться им еще до того, как запасы будут исчерпаны. Как он попросит? Скорее всего, он попадет в очередь к агенту покупок и куплен будет именно тогда, когда у человека будет физическая возможность его принести - или даже будет заказана доставка, без участия человека. Удобно ли это? Да. Сложно ли это? Тоже да. Возможно ли это? И снова да.
Все это кажется чересчур уж далеким будущем. Но вспомним о такой чудесной вещи, как онтологии. Это относительно универсальный и машиночитаемый способ представления знаний, причем знания там могут быть описаны самые разные. В онтологии мы можем описать важные для нас концепции, описать логические правила - а наши интеллектуальные агенты использовать эти знания для достижения и взаимодействия целей.
Можно ли разработать одну универсальную онтологию, которая будет содержать все нужные для умного интернета вещей знания? Наверное, да. Но каким должен быть объем этой онтологии, страшно даже представить. Гораздо более простым кажется возможность поддержки онтологий предметных областей - и, при необходимости, матчинга между ними.
Получается, что пользователь может создать онтологию дома, онтологию рабочего пространства - и данные, описанные в них, должны иметь соответствие. При таком подходе получается, что у нас может быть и “умный” офис, и “умный” дом.
Онтология для логики работы
Наиболее частый способ применения онтологий – это лишь способ хранения знаний, которые жестко структурированы. При этом знания эти, как правило, говорят лишь о некой сущности физического мира. А почему бы не пойти дальше и не хранить в онтологиях и правила взаимодействия, логику работы умного интернета вещей? На практике это может выглядеть так: при создании агент смотрит на сущность, к которой он относится. Для корректного понимания свойств этой сущности агент должен обратиться к онтологии – оттуда он почерпнет информацию, что может делать эта сущность, какие у нее потребности. А знает ли он, как достичь эти потребности, как применить ее способности? Эта информация тоже лежит в онтологии! Рассмотрим пример – покупку кондиционера. При подключении кондиционера в общую сеть у него появляется программный агент. Агент этот может знать о своем предназначении. Тогда ему достаточно лишь заявить о себе: «Я агент кондиционера! Я могу охлаждать! Я хочу тратить энергию! Я могу ломаться! Я хочу профилактику раз в год!»
Эти сообщения должны получить все заинтересованные участники – например, агент дома, который отвечает за потребление электричества. Дальше эти два агента должны будут договариваться о потреблении энергии в доме – интернет вещей должен быть экономным. При этом агент кондиционера может повлиять на другие процессы, потребляющие энергию – в случаях, когда поддержание высокой температуры дома имеет высокий приоритет.
Агент кондиционера и сам может нуждаться в информации. Например, неплохо было бы учитывать текущую температуру за окном и прогноз на день-два: тогда можно не охлаждать дом в жару перед сильным похолоданием. Как можно получить необходимые данные? Надо узнать из онтологии, кто может их предоставить.
Умный интернет вещей – это только умный дом?
Все примеры выше – про интернет вещей в быту, про умные дома. Но это не единственная область применения столь мощных технологий. Предприятия уже сейчас проявляют большую заинтересованность к интернету вещей. Так, Airbus в своем отчете о предприятиях будущего видит IoT одной из важных технологий.Попробуем определить, как интернет вещей может применяться на современных предприятиях. На таких предприятиях, как правило, есть множество разных станков, множество разных заказов на производство продукции, множество разных технологических процессов. Вообще, там много всего разного. И, конечно, в интеллектуальных системах интернета вещей этих предприятий будет множество разных агентов. Все эти агенты обязаны входить в единое информационное пространство – тогда применение интернета вещей позволит показать более высокую эффективность. Рассмотрим пример – агент заказа на производство продукции хочет, чтобы его выполнили. Для этого ему надо найти свободных рабочих – и поиск надо начинать именно со своего цеха! А если в цеху свободных рабочих нет, у всех высокая занятость, то логично будет попробовать найти этих людей где-то еще. Чтобы найти свободную рабочую силу с определенными компетенциями, надо понять, а где вообще ее искать. Для этого достаточно «всего лишь» обратиться к онтологии, которая подскажет, в каком цехе обитают рабочие с нужными возможностями. А после ответа уже начинать общение с этими цехами и пытаться найти работников для выполнения заказа.
Другой пример – это агент станка, который сам стать проактивным и искать себе работу. Этому агенту надо понять, какие заказы он может выполнять – для этого ему нужна информация о заказах и технологических процессах их выполнения. Если такая информация у него уже есть, то агент станка может из онтологии определить, кто принимает решение о планировании этих заказов – и пытаться переманить их к себе. Как правило, решение может принимать либо сам заказ, либо менеджер этого заказа – человек.
Стоит отметить, что в описанном интеллектуальном интернете вещей человек является полноправным участником всех процессов – он постоянно видит актуальную информацию, может считать цену произведенной продукции по-настоящему честно. При этом конечное слово в принятии решений может оставаться за ним – но ему будет предоставлена качественная поддержка для этого принятия, а решение будет полностью прозрачным и гибким.
Сетецентрический принцип
Разумеется, все наши сферы жизни (в которых, я уверен, будет интернет вещей), будут тесно пересекаться. Крайне важно, чтобы пересечение таких сфер было жизнеспособным и полезным пользователю. Ведь если в этих наших интернетах каждая область будет использовать свои собственные стандарты взаимодействия, то ни к чему хорошему это не приведет.В 80-х годах прошлого века маршал Советского Союза Н.В. Огарков сформулировал сетецентрический подход относительно ведения боевых действия (а в США эти идеи получили развитие благодаря вице-адмиралу ВМС Артуру Себровски и профессору Джону Гартска). Согласно этому подходу все ресурсы, которые способны выполнить задачу, должны входить в одну информационную сеть и уметь обмениваться информацией для выполнения этой задачи. Ничего не напоминает? Интернет вещей - это крайне логичное применение сетецентрического подхода, ведь он использует современные информационные технологии для интеграции распределенных элементов в глобальную систему, способную к адаптации под изменяющиеся условия внешнего мира.
