поддержка приложения интернет вещей
Что такое интернет вещей и зачем это нужно
Содержание
Содержание
Что такое Интернет — понятно. А что за странное и корявое выражение «Интернет вещей»? Рассказываем, то это такое и почему вы наверняка пользуетесь интернетом вещей.
Концепция и история Интернета вещей
Появление концепции предсказывал еще Никола Тесла в 1926 году. Он утверждал, что радио будет усовершенствовано и станет «большим мозгом», а другие мелкие инструменты смогут к нему подключаться и с легкостью поместятся в кармане пиджака.
Собственно, что и получилось: с помощью интернета миллионы компьютеров связаны в единую сеть, а «мелкими инструментами» стали обычные смартфоны или планшеты.
Объяснений термина «интернет вещей» достаточно много. Все они различаются трактовкой, но можно выделить общую часть.
Интернет вещей (Internet of Thing, IoT) — это глобальная вычислительная сеть, объединяющая в себе различного рода физические объекты, способные взаимодействовать между собой и внешним миром.
Ключевая особенность — в сети будут участвовать не только компьютеры, смартфоны и иные достаточно мощные вычислительные устройства, а практически любые вещи.
Первую «интернет-вещь» в 1990 году создал Джон Ромки, один из основателей и разработчиков протокола TCP/IP. Джон подключил к компьютеру обычный тостер, а также научил кухонный прибор запускаться и отключаться с помощью компьютерных команд Get и Set. Управление тостером выполнялась удаленно, а также можно было запрограммировать его автономную работу.
Сам термин впервые появился только в 1999 году, но вплоть до 2010-го каких-то инноваций относительно интернета вещей мир так и не увидел. Это не удивительно, вычислительной мощностью и соответствующими интерфейсами для подключения к интернету обладали только серверы, ПК, ноутбуки и смартфоны. Встраивать в бытовую технику «начинку» для взаимодействия с интернетом просто не было необходимости, не говоря о потенциальном удорожании продукции.
Однако с развитием беспроводных технологий, удешевлением производства микросхем и повсеместной глобализацией к концепции интернета вещей стали прибегать чаще. Все большую популярность стали набирать микропроцессоры ARM с повышенной энергоэффективностью по сравнению с десктопными моделями.
В 2009 году произошло еще одно важное событие — число устройств, подключенных к глобальной сети, превысило население планеты. И число таких «вещей» будет только расти, ведь электроника начинает встраиваться практически во все. К 2020 году число «умных вещей» приблизилось к 50 миллиардам, и в их числе светильники, микроволновки, холодильники, кондиционеры и не только.
И что самое главное, крупные компании начали реализовывать в жизнь уже конкретные проекты.
Как это работает
Для связи электроники используются разные протоколы и технологии:
Благодаря всем вышеописанным технологиям «умные вещи» могут взаимодействовать как на уровне отдельной комнаты, так и в масштабах целого города или даже планеты.
Интернет-вещи генерируют информацию, используя всевозможные сенсоры или датчики. Данные передаются во встроенные контроллеры, микропроцессоры, которые их обрабатывают и посредством проводных или беспроводных сетей передают далее. В облачных хранилищах или других информационных центрах собранная информация обрабатывается и выполняется удаленный контроль.
На самом деле все достаточно просто. Представьте себе тот самый первый «интернет-тостер». С мобильного телефона прямо из транспорта вы даете команду на запуск. Она «по воздуху» передается на сервер, а оттуда поступает на управляющее устройство в доме. Тостер начинает поджаривать ваши любимые гренки, а датчики проверяют уровень готовности. В конце к вам на телефон приходит уведомление, что все готово.
А теперь вообразите все это в еще больших масштабах. С телефона или бортового компьютера авто можно управлять освещением дома, заставить микроволновку разогреть еду, включить воду для ванной, активировать кондиционер.
Дело не ограничивается комфортом для одного пользователя — интернет вещей позволяет вести мониторинг транспорта, всевозможных товаров, вести практически автономное строительство и другое. Многие проекты существуют не только на бумаге.
Интернет вещей сегодня
Сфера применения практически неограниченная. Машины, даже самые простые, при должном уровне организации могут приносить огромную пользу. Давайте рассмотрим несколько уже реализованных примеров.
В нескольких крупных городах США компания BigBelly организовала систему из умных мусорных баков. Внутри каждого несколько датчиков, которые анализируют наполненность бака и передают информацию на «облако». На основе этой информации составляется оптимальный маршрут мусоровозов. В итоге работники не тратят время и топливо на уборку тех точек, которые еще не наполнены, сохраняя ресурс техники. В будущем с развитием беспилотных машин разработчики хотят сделать полностью автономными даже мусороуборочные автомобили, исключив человека из процесса.
Самая популярная система и ярчайший пример концепции Интернета вещей — умный дом. О нем мы написали уже немало полезных материалов. В нем практически все устройства имеют доступ к сети и возможность удаленного управления. На рынке представлены несколько крупных компаний, которые «под ключ» готовы превратить ваше жилище в умный дом. В их числе Control4, FIBARO, Wulian Smart Home и другие.
Конечно, удовольствие это дорогое, поэтому можно превращать свой дом в «умный» поэтапно, например, покупкой различных вещей. Огромный выбор предлагает, например, Xiaomi: умный пылесос, очиститель воздуха, индукционная плита, умные лампочки и розетки. Всем этим можно управлять прямо со смартфона.
Совсем недавно компания «Мегафон» предложила мониторинг состояния здоровья пациентов на базе интернета вещей. В медицинскую технику будет встраиваться SIM-карта, через которую врачи смогут удаленно получать информацию о состоянии здоровья человека. Пациентам с гипертонией такая технология может спасти жизнь.
Более того, интернет вещей позволит удаленно проводить операции. Например, в Калифорнийском университете уже разработали систему под названием Raven II, с помощью которой врач может удаленно проводить самые разнообразные операции.
Главные проблемы и перспективы
Любые технологии как дают новые возможности, так и порождают различные проблемы. Если говорить про интернет вещей, то здесь есть несколько потенциальных угроз.
Слежка. Уже сейчас браузер буквально записывает каждый ваш шаг в сети и «грузит» контекстной рекламой. А теперь представьте, что крупные компании будут знать практически весь ваш распорядок дня: что вы едите, как много спите и даже во сколько завариваете кофе утром. Многих такая перспектива не радует.
Взлом устройств. В рамках одного умного дома это не так страшно, едва ли умный пылесос сможет вам навредить. Но если говорить о взломе коммунальных систем или автономных роботов на предприятии, то все может обернуться глобальной катастрофой.
Взаимодействие умных вещей. Искусственного интеллекта пока не существует, поэтому все устройства работают по ранее запрограммированному алгоритму. Да, есть определенная адаптивность, но сбой чаще всего приводит к отказу устройства или что еще хуже, неправильной работе. Последнее особенно опасно, когда имеется целая система из умных устройств.
Рост безработицы. Каждая автономная машина — это потенциально потерянные рабочие места. Уже сейчас существуют полностью автономные склады, где десятки погрузчиков перевозят целые стеллажи и заменяют большую часть персонала.
Несмотря на эти минусы, польза от интернета вещей будет колоссальной, как на уровне каждого отдельного пользователя, так и для государства в целом. Некоторые эксперты предсказывают, что переход к интернету вещей неизбежен, разработка алгоритмов взаимодействия и стандартизация этой области — только вопрос времени.
Число носимой электроники активно растет, а нанотехнологии, гибкие экраны и новейшие процессоры позволят внедрить электронику буквально во что угодно, включая самого человека.
Что нужно знать об интернете вещей: фундаментальный ликбез
Об IoT говорят сегодня чуть ли не из каждого («умного») утюга. При этом в таких разговорах обычно пропускают базовые вещи: что такое интернет вещей, из чего он состоит, и кто может отвечать на эти вопросы на правах «уполномоченного органа». А между тем, вопросы эти весьма актуальны. Вот, скажем, ваш (говорящий об IoT) «умный» утюг — он относится к интернету вещей? В этом посте мы расскажем об архитектуре интернета вещей: из каких компонентов он состоит, какие технологии имеют особое значение, какие решения позволяют упростить массовое внедрение, а также кто в мире главный по IoT.
Что такое интернет вещей?
Исследовательская компания Gartner определяет IoT как сеть физических объектов, содержащих средства для взаимодействия с внешней средой и между собой, а также для передачи сведений о своём состоянии и приёма команд.
Менее абстрактное определение предлагает McKinsey: IoT — это датчики и приводы, встроенные в физические устройства и подключенные к интернету через проводные или беспроводные сети.
Развитием IoT занимаются не только производители устройств, но и специализированные организации, в числе которых Международный союз электросвязи (ITU), Industrial Internet Consortium и IETF.
В рекомендациях Y.2060 Международного союза электросвязи, получивших название Overview of the Internet of Things, интернет вещей предстаёт как «глобальная инфраструктура, предоставляющая сложные услуги благодаря соединению физических и виртуальных вещей на основе существующих и развивающихся функционально совместимых информационно-коммуникационных технологий». Под вещью в этом определении понимается предмет физического или виртуального мира, который может быть идентифицирован и подключён к сетям связи. Устройством в контексте IoT называется элемент оборудования, который обладает обязательными возможностями связи и может производить измерения, срабатывать при определённых условиях, вводить, хранить и обрабатывать данные. 
Типы устройств IoT и их взаимодействие. Источник: ITU-T Y.4000/Y2060
В соответствии с рекомендациями Сектор стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи (ITU-T) IoT представляет собой сеть устройств, тесно связанных с вещами. Сенсорные и исполнительные устройства взаимодействуют с физическими вещами в окружающей среде. Устройства сбора данных считывают информацию из физических вещей или записывают её на физические вещи, взаимодействуя с устройствами переноса данных или носителями данных, подключенными или связанными с физическим объектом.
Другими словами, IoT — это:
Физические/Виртуальные объекты
+
контроллеры/сенсоры/исполнительные механизмы
+
интернет
Таким образом, физический экземпляр элемента IoT представляет собой объект, который
Эталонная модель IoT. Источник: ITU-T Y.4000/Y2060
Разработками архитектуры IoT также занимается Всемирный форум IoT (IoT World Forum, IWF). Это ежегодное событие, в котором участвуют представители бизнеса, государств и научных кругов. Комитет по архитектуре IWF в 2014 году опубликовал свою версию эталонной модели IoT. Она хорошо дополняет вариант, предложенный ITU-T, поскольку IWF уделяет внимание не только уровням устройств и шлюза, но и верхними уровнями, более важным для разработки приложений, промежуточного софта и поддержки промышленного интернета вещей.
Эталонная модель IoT по версии IWF. Источник: Cisco
Каковы ключевые элементы IoT?
Во-первых, это протоколы. Стандартные для интернета протоколы либо оказываются избыточными для IoT, либо не обеспечивают необходимых характеристик для случаев, когда требуется малое время отклика и высокая надёжность сети. Кроме того, процессоры устройств IoT, как правило, имеют невысокую производительность, чтобы сохранять энергопотребление на низком уровне. Это требует разработки сетевых протоколов, специально заточенных под использование в интернете вещей.
Этим занимаются несколько рабочих групп в составе IETF и W3C. Например, адаптацией IPv6 для сетей узлов с ограниченными ресурсами занимается рабочая группа 6lo. Эта группа унаследовала разработки группы 6LoWPAN, которая разрабатывала методы сжатия заголовков пакетов и оптимизации обнаружения соседей. Группа 6lo ориентирована на более широкий спектр протоколов: Bluetooth Low Energy, ITU-T G.9959, DECT Ultra Low Energy, а также протокол MS/TP для сетей RS-485.
Список других рабочих группы IETF, связанных с IoT, и того, чем они занимаются, выглядит так:
Датчики находятся на нижнем уровне стека технологий, составляющих эталонную модель IoT. Они обеспечивают взаимодействие физического и виртуального мира, собирая аналоговые данные и преобразуя их в цифровую форму. Чтобы передать собранную информацию, датчики подключаются к сети и взаимодействуют с серверами и шлюзами, используя протоколы Bluetooth, NFC, RF, Wi-Fi, LoRaWAN и NB-IoT.
Различные типы датчиков. Источник: CircuitDigest
Сами по себе датчики лишь регистрируют физическую величину и преобразуют измеренное значение в цифровой формат для отправки на микроконтроллер, составляющий «умную» часть датчика.
Инфракрасный датчик Toshiba 32C100U2 IR Sensor Board
Развитие технологий позволяет делать датчики очень компактными. Например, 14-разрядный датчик ускорения BHA250, выпускаемый Bosch Sensortec имеет размеры 2,2 × 2,1 × 0,95 мм, но при этом содержит 32-битный микроконтроллер.
Наконец, важнейшую роль играют IoT-платформы. По данным отчёта McKinsey около 40% экономической ценности IoT связано с совместимостью, то есть с тем, как устройства могут взаимодействовать друг с другом. Для раскрытия всех преимуществ интернета вещей нужны не только быстрые каналы связи и экономичные протоколы, но и стандартизация всех уровней функционирования IoT в соответствии с эталонными моделями.
IoT-платформы частично снимают остроту этой проблемы, однако и среди них не наблюдается единства. По состоянию на середину 2017 года агентство IoT Analytics насчитало 450 компаний, предлагающих свои IoT-платформы. Это число меньше, чем список производимых в мире IoT-устройств, но более чем достаточно для того, чтобы создать проблемы совместимости.
Что такое IoT-платформы и зачем они нужны?
Коротко говоря, это решения, обеспечивающие унифицированное взаимодействие между конечными устройствами IoT и сервисами, обрабатывающими данные. А объяснять, почему они важны, начнём издалека.
Исследование Cisco выявило, что 75% проектов, связанных с IoT, терпят неудачу. В опросе приняли участие более 1800 руководителей компаний и ИТ-лидеров, целью опроса было выявление основных барьеров, ограничивающих внедрение интернета вещей на предприятиях. Согласно выводам исследования, основными препятствиями для организаций, желающих внедрить IoT, становятся затраты и сроки реализации проектов. Ещё одним стоп-фактором стала ограниченность экспертных знаний штатных сотрудников.
Устранить эти проблемы позволяет использование решений, обеспечивающих унифицированное взаимодействие между конечными устройствами IoT и сервисами, обрабатывающими данные, — тех самых IoT-платформ.
Поясним: если в компании уже есть парк оборудования, при внедрении IoT потребуется подключить его к новой инфраструктуре. При этом какая-то часть «старых» устройств может вполне успешно выполнять свои производственные функции, но не иметь возможности подключения к интернету. Замена такого оборудования на IoT-совместимое повлечёт большие затраты. Это увеличит срок окупаемости, поскольку придётся списать вполне работоспособные станки и агрегаты.
Но даже если оборудование совместимо с IoT, остаётся открытым вопрос с тем, какие данные необходимо собирать и использовать, как проводить углублённый анализ собранной информации и обеспечить оперативную обратную связь. IoT-платформы как раз и обеспечивают бесшовную интеграцию аппаратных средств с использованием различных типов подключения, передачу данных на подключенные устройства или между ними.
IoT-платформы предлагают многие высокотехнологичные и ИТ-компании. Разработка компании Toshiba для интеграции IoT-устройств и сервисов получила название SPINEX. При разработке IoT-платформы SPINEX использовался обширный опыт Toshiba в энергетике, производстве полупроводниковых компонентов, а также в области интернета вещей, искусственного интеллекта, распознавания голоса и видео (то есть во всём том, о чём мы регулярно рассказываем на «Хабре»).
Платформа SPINEX. Источник: Toshiba
SPINEX обеспечивает единое пространство для сбора данных с подключённого оборудования, устройств и продуктов, хранение, визуализацию и анализ собранных данных. Благодаря использованию открытой архитектуры SPINEX может взаимодействовать с различными облачными провайдерами и устройствами. Платформа даёт пользователям три ключевые технологии:
Насколько всё это актуально и куда движется рынок IoT?
Иногда кажется, что дивный мир интернета вещей — не более чем фантастическая картинка. Это не так. В докладе Fortune Business Insights указывается, что мировой рынок Интернета вещей, стоимость которого в 2018 году оценивалась в 190 миллиардов долларов, достигнет к 2026 году 1,11 триллиона долларов, продемонстрировав совокупный темп роста 24,7% в год.
Прогноз объёма рынка IoT в 2018-2026. Источник: Fortune Business Insights
Ожидается, что крупнейшим сегментом рынка будет банковский сектор и сектор финансовых услуг.
Аналитики Gartner сообщают, что в 2019 году количество устройств IoT достигло 14,2 млрд. Компания также прогнозирует, что к 2025 году количество подключённых устройств достигнет уровня в 25 миллиардов.
Прогноз IDC о росте количества подключений IoT
IDC дают ещё более оптимистичный прогноз: к 2025 году к сети интернета вещей будет каждую минуту подключаться 152 200 устройств. Умножив 152 200 на 525 600 (количество минут в году), получим, что в 2025 году интернет вещей будет содержать около 80 миллиардов устройств.
По данным исследования IoT — The Internet of Transformation 2018, опубликованного Juniper Research, ключевыми рынками IoT остаются Северная Америка, Западная Европа, Дальний Восток и Китай. Именно эти регионы обеспечат более 60% всех доходов, связанных с интернетом вещей.
Что такое Интернет вещей и как он поможет предприятиям зарабатывать больше?
Мы находимся на пороге четвертой промышленной революции. В развитых и развивающихся странах, в каждом уголке планеты, наступит полная автоматизация производства.
Мы движемся вперед с невероятной скоростью. Десять лет назад было около 500 миллионов устройств, подключенных к сети. Сегодня их уже около 10-20 миллиардов.
Индустрия 4.0 приведет к ультраавтоматизации производственных процессов, увеличению производительности труда, экономическому росту и конкурентоспособности предприятий.
С развитием информационных технологий мир меняется кардинальным образом. Если раньше для мониторинга и получения информации с окружающих нас объектов требовалось несколько недель, десяток специалистов и финансовые вложения, то теперь достаточно одной платформы и пары «кликов» мышью.
IoT технологии открывают фантастические возможности для бизнеса и меняют саму природу продукта.
Что такое Интернет вещей?
Интернет вещей (Internet of Things, сокращенно IoT) – это концепция, по которой устройства объединяются в одну сеть и взаимодействуют друг с другом. Это помогает сделать устройства «умными»: они самостоятельно собирают информацию, обмениваются ею и принимают решения.
Следить за состоянием и управлять ими можно с компьютера или телефона. Интернет вещей применяется в производстве, сельском хозяйстве, медицине, городской среде и в быту.
Главные явления Интернета вещей:
«Если в двадцатом веке данные попадали в компьютер только от человека, использовавшего для их ввода дополнительные устройства, то в двадцать первом веке мы уже имеем дело с гаджетами, которые сами могут собирать и отправлять данные. В этом и состоит суть Интернета вещей. Данные собираются, обрабатываются и передаются устройствами без участия человека»
Кевин Эштон (Kevin Ashton) — изобретатель концепции и термина Интернет вещей (Internet of Things, IoT).
Главное отличие Интернета вещей от обычных автоматизированных систем управления (АСУ ТП) в количестве обрабатываемых данных. Сотни тысяч сигналов каждую секунду поступают на сервер и сразу же обрабатываются. Благодаря этому пользователь в режиме реального времени видит работу оборудования.
Обычная база данных SQL не справляется с таким объемом информации. Обработка занимает слишком много времени и данные теряют актуальность. Для технологии IoT используются нереляционные (NoSQL) базы данных. Они не агрегируют информацию, которая поступает от устройств, а хранят её в исходном виде, что позволяет накапливать терабайты сигналов за любой период времени. Так как данные не агрегированы, то можно сделать срез по любому параметру и применить новый алгоритм к историческим сигналам, что позволяет быстро и гибко работать с информацией.
С чего все началось?
Сама идея, что устройства могут обмениваться информацией друг с другом без участия человека, появилась еще в конце 70-х годов. Однако потребовалось 20 лет, чтобы подключить первое устройство к сети и еще 9 лет, чтобы сформулировать само определение Интернета вещей.
Ниже представлена инфографика с ключевыми моментами развития Интернета вещей.
Сегодня все формы коммуникаций сводятся либо к схеме человек – человек, либо человек – устройство. Технологии IoT предлагают «шагнуть» в будущие, в котором коммуникации представлены в форме машина – машина (M2M). Эта уникальная технология способна объединить окружающие нас физические объекты в единую систему, а эту систему в систему систем. Она дает возможность управлять объектами, получать с них информацию и предвидеть ошибки.
«IoT соединяет окружающие нас объекты в систему, а эту систему в систему систем. Они обмениваются информацией между собой и работают без вмешательства человека в режиме реального времени»
Интернет вещей дает организациям совершенно новые способы управления и мониторинга удаленно выполняемых операций. Он позволяет полностью контролировать удаленно расположенные объекты и постоянно передает информацию в хранилище данных.
Как работать с данными и управлять оборудованием?
«Профилактика – всегда дешевле ремонта»
Приятным бонусом будет наличие цифрового 3D-двойника. Это трёхмерная модель участков предприятия, которые подключены к IoT. Двойник наглядно демонстрирует работу устройств: их статусы и состояния, перемещения по участку.
В зависимости от платформы вход в систему осуществляется через специальное приложение или посредством веб-интерфейса. Второй вариант удобнее, так как позволяет работать с любого устройства, у которого есть браузер.
Интернет вещей в механическом производстве
Рассмотрим пользу от внедрения Интернета вещей на примере компании по производству автомобилей. Чтобы сделать кузов машины, нужно обработать металл, приварить детали друг к другу, покрасить всю конструкцию. В производстве работают фрезерные и токарные станки, сварочные автоматы и покрасочные камеры. Всего 100 единиц оборудования. Компания решила применить технологию Интернета вещей, чтобы улучшить производство. Всё оборудование подключили к единой сети предприятия, где каждые из 100 станков отправляет по 100 сигналов в секунду. Весь объём данных автоматически поступает на внутренний сервер компании. Доступ к этой информации предоставили начальнику цеха, инженеру-технологу и инженеру ремонтной службы.
Начальник цеха следит за работой оборудования через приложение в своём телефоне. Он видит, какой станок сейчас точит деталь, какой включен и просто стоит, а какой и вовсе выключен. Каждый час работы станка стоит 3500 рублей. Столько же денег теряет предприятие за каждый час простоя оборудования. Каждая деталь должна производиться по определенной технологии, на определенных режимах, иначе она может получиться с браком или ещё хуже — сломается станок. Таким образом, начальник цеха постоянно контролирует ход производства, находит узкие места и увеличивает эффективность работы.
Инженер-технолог также следит за производством из своего кабинета. Но его интересуют другие вещи: сколько времени изготавливается каждая деталь, как быстро расходуется инструмент. Он видит, что оборудование может работать эффективнее и производить больше деталей. Технолог даёт команду переписать управляющую программу, по которой работает станок. Теперь деталь обрабатывается на 30% быстрее, а значит станок будет изготавливать больше изделий.
Инженер ремонтной службы настроил себе оповещение. В случае аварии он получит сообщение и сможет оперативно решить проблему. Если причина поломки неизвестна, специалист изучит историю сигналов с оборудования и проведёт расследование аварии.
Интернет вещей в ближайшем будущем
По оценкам IndustryARC, к 2021 году оборот рынка Интернета вещей достигнет 123 миллиарда долларов. В условиях ужесточенной конкуренции все больше промышленных и производственных компаний начнут внедрять технологии Интернета вещей.
Идея Интернета вещей способна кардинально повлиять на развитие современного мира, поскольку позволит многим производственным процессам происходить без участия человека.
В ближайшем будущем Интернет вещей значительно трансформирует бизнес и даже целые отрасли. Эта система поможет решить целый ряд глобальных проблем современного производства.