Что такое интернет вещей и как он работает? Примеры использования и перспективы IoT

Когда сегодня люди слышат или читают в сети о том, что тем или иным известным производителем успешно разрабатывается платформа IoT, многие оставляют это без внимания. Причина проста — далеко не каждый успел уяснить для себя, что IoT (англ. Internet of Things, в переводе на русский язык — Интернет Вещей) уже превращается в повседневную реальность. Более того, не все понимают, что такое вообще «интернет вещей».

Содержание:

Как работает технология IoT (internet of things)

Идея «Интернет вещей» ( Internet of Things ) заключается во взаимодействии вещей с сервером и между собой без значительного участия человека. Главным образом IoT-технология — это изменение взаимодействия человека с вещами.

Принцип работы IoT технологии можно понять благодаря её структуре:

  • IoT-устройства. «Интернет вещи» представляют собой соединенные через сеть предметы электроники и бытовой техники, которые управляются единым центром.
  • Шлюзы. Область, которая получает информацию от взаимозависимых устройств. Шлюзы передают информацию о действиях, которые необходимо выполнить устройству. Чаще всего они представлены маршрутизаторами или программным обеспечением.
  • Сервер. Эта область хранения, обработки и анализа показания датчиков. Данные накапливаются и обрабатываются в облаке или в базе виртуального сервера.
  • Клиентская часть. Отслеживание и изменение действий человеком через мобильное или веб-приложение. Клиентская часть обеспечивает доступ к показателям за разные периоды времени. Благодаря этому доступу, мы можем отслеживать и контролировать, анализировать и снижать издержки на затраты, если они присутствуют.

«Интернет вещей» — это не только множество датчиков и девайсов, объединенных между собой проводными и беспроводными сетями. В данный момент это тесная интеграция реального и виртуального миров, где осуществляется «общение» между устройствами и людьми.

Кратко IoT – технологию можно объяснить так: это взаимодействие девайсов по схеме «машина-машина» с минимальным участием человека в процессе.

IT.UA — home page

Термин «Интернет вещей» (Internet of Things, IoT) был предложен в 1999 году Кевином Эштоном, одним из трех основателей Центра автоматической идентификации Массачусетского университета (Auto-ID Center). Существует несколько определений этого термина, и каждое из них недостаточно точное. Мы будем использовать определение, предложенное компанией Gartner (той самой, которая придумала термин ERP): «Интернет вещей — это сеть физических объектов, которые имеют встроенные технологии, позволяющие осуществлять взаимодействие с внешней средой, передавать сведения о своем состоянии и принимать данные извне». Составной частью Интернета вещей является Индустриальный (или Промышленный) интернет вещей (Industrial Internet of Things, IIoT).

И уже появился новый термин: «Интернет всего» (Internet of Everything, IoE), который придет на смену Интернету вещей в недалеком будущем.

История

В 1990 году Джон Ромки, один из создателей протокола TCP/IP, подключил свой тостер к Интернету и заставил его включаться и выключаться дистанционно. Это устройство и стало первой в мире «интернет-вещью». В период с 2008 по 2009 год, по оценке аналитиков корпорации Cisco, количество устройств, подключённых ко Всемирной паутине, превысило численность населения Земли.

Устройство Интернета вещей

Современный Интернет состоит из тысяч корпоративных, научных, правительственных и домашних компьютерных сетей. Объединение сетей разной архитектуры и топологии осуществляется с помощью протокола IP. Каждому участнику Сети (или группе участников) присваивается IP-адрес, постоянный или временный (динамический). Аналогичным образом Интернет вещей сегодня состоит из множества слабо связанных между собою сетей, каждая из которых решает свои задачи. Например, в офисном здании может быть развернуто сразу несколько сетей: для управления кондиционерами, системой отопления, освещением, безопасностью и т.д. Эти сети могут работать по разным стандартам, и объединение их в одну сеть представляет собою нетривиальную задачу. Кроме того, существующая (четвертая) версия протокола IP (IPv4) позволяет использовать всего лишь 4,22 миллиарда адресов, из-за чего возникла проблема их исчерпания. И хотя не каждому устройству, подключенному к Сети, необходим уникальный IP-адрес (но все равно необходим уникальный идентификатор), в связи с бурным ростом Интернета вещей проблема нехватки адресов может стать ограничивающим фактором. Кардинально решить ее поможет шестая версия протокола, IPv6, которая обеспечит возможность использования каждым жителем Земли более 300 млн. IP-адресов.

Ожидается, что к 2020 году в мире будет от 30 до 50 млрд. объединенных в сеть вещей, а возможности адресации протокола IPv6 позволят практически без ограничений идентифицировать в Сети любую вещь.1

Технологии Интернета вещей

В основе Интернета вещей лежат следующие технологии.

Средства идентификации

Каждый объект физического мира, участвующий в Интернете вещей, пусть даже не подключенный к Сети, все равно должен иметь уникальный идентификатор. Для автоматической идентификации предметов могут использоваться различные уже существующие системы: радиочастотная, при использовании которой к каждому объекту прикрепляется радиочастотная метка, оптическая (штрих-коды, Data Matrix, QR-коды), инфракрасные метки и т.д. Но в обеспечение уникальности идентификаторов различных типов придется провести работу по их стандартизации.

Средства измерения

Задача средств измерения – обеспечить преобразование информации о внешней среде в данные, пригодные для передачи их средствам обработки. Это могут быть как отдельные датчики температуры, освещенности и т.п., так и сложные измерительные комплексы. Для достижения автономности средств измерения желательно обеспечить электропитание датчиков за счет средств альтернативной энергетики (солнечные батареи и т.п.), чтобы не тратить время и средства на подзарядку аккумуляторов или замену батарей.

Средства передачи данных

Для передачи данных может быть использована любая из существующих технологий. В случае применения беспроводных сетей особое внимание уделяют повышению надежности передачи данных. При использовании проводных сетей активно используют технологию передачи данных по линиям электропередачи, поскольку многие «вещи» (такие как торговые автоматы, банкоматы и т.п.) подключены к электросетям.

Средства обработки данных

Тридцать и более миллиардов устройств, которые, по прогнозам, будут подключены в 2020 году к Интернету, сгенерируют 44 миллиарда терабайтов данных. Это примерно в семь раз превышает количество оцифрованной информации во всем мире по состоянию на 2010-е годы.2 Поэтому в компании Microsoft полагают, что главная часть Интернета вещей — это не датчики и средства передачи данных, а облачные системы, обеспечивающие высокую пропускную способность и способные быстро реагировать на определенные ситуации (например, уметь по показаниям датчиков выяснять, что в доме уже пять минут никого нет, а входная дверь осталась открытой). Помогут справиться с огромными потоками информации также туманные вычисления, которые будут не конкурировать с облачными, а эффективно их дополнять.

Исполнительные устройства

Это устройства, способные преобразовывать цифровые электрические сигналы, поступающие от информационных сетей, в действия. Например, для того чтобы через смартфон можно было включить систему отопления в доме, она должна иметь соответствующее устройство. Исполнительные устройства зачастую конструктивно совмещаются с датчиками.

Радужные перспективы Интернета вещей

Предполагается, что к 2020 году Интернет вещей будет применяться в самых различных отраслях. Прежде всего это промышленность (см. статью Промышленный интернет вещей), транспорт (220 млн. подключенных автомобилей), умный дом, коммунальные службы (миллиард датчиков, существенное снижение потерь энергии), здравоохранение (646 млн. устройств, собирающих данные о здоровье людей), аграрный сектор (75 млн. датчиков для мониторинга состояния почвы). Кроме того, Интернет вещей будет применяться в торговле, логистике, общепите, гостиничном бизнесе, банковской системе, строительстве и в вооруженных силах (126 тыс. военных дронов и роботов).3

Стандарты применения Интернета вещей

Поскольку Интернет вещей — молодой и потенциально очень емкий рынок, многие крупные компании спешат занять на нем «свое» место:

  • Google обещает разработать голосовой интерфейс, благодаря которому домашняя утварь (например, холодильник) научится понимать естественную речь человека
  • Intel анонсировала платформу Intel IoT Platform, предназначенную, как следует из названия, для Интернета вещей
  • Apple предлагает платформу HomeKit, которая предназначена для управления домашней электроникой (бытовой техникой, освещением, сигнализацией, дверями гаража и т.д.)
  • Microsoft адаптирует свои облачные сервисы Azure для Интернета вещей

Как это обычно бывает на молодых перспективных рынках, может начаться «война стандартов». Дабы избежать ее, уже сейчас прилагаются немалые усилия.

В частности, два общедоступных высокотехнологичных концерна из разряда крупнейших — AllSeen Alliance и Alljoyn от Qualcomm — объединили усилия с Open Interconnect Consortium (OIC) в рамках новой организации Open Connectivity Foundation (OCF).

С задачей совместимости на корпоративном уровне должен справиться стандарт OneM2M, которому следуют уже 230 компаний, в том числе такие известные, как Amazon, Cisco, Huawei, Intel, NEC, Qualcomm, Samsung и многие другие.4

Информационная безопасность Интернета вещей

Эксперты считают, что «в настоящее время безопасной экосистемы Интернета вещей не существует». Из-за того, что во многих устройствах, подключенных к Интернету, не шифруется беспроводной трафик, не предусмотрены пароли достаточной сложности, а также из-за многих других факторов хакеры могут, например, включать и отключать чужие посудомоечные и стиральные машины, запирать хозяев в их собственном доме или даже наблюдать за их домашней жизнью с помощью, например, видеокамеры, установленной на роботе-пылесосе. Для повышения безопасности предлагается введение обязательной сертификации устройств, рассчитанных на подключение к Интернету, установка на них специальных унифицированных чипов и другие меры.5

Заключение

В отдаленной перспективе «умными» станут не только дома, но и города, и даже (некоторые) государства. Но на данном этапе развития технологий и общества Интернет вещей активно внедряется не в глобальных масштабах, а внутри компаний, занимающихся производством товаров, энергии, транспортными перевозками и т.п. — там, где за счет новых технологий ожидается повышение производительности и конкурентоспособности. Сложность масштабирования этого опыта обусловлена тем, что необходимо интегрировать в единое целое многие системы от разных поставщиков, а наладить их слаженную работу — задача посложнее, чем добиться гармоничного звучания Большого симфонического оркестра.

Ссылки:

1. https://www.osp.ru/os/2015/02/13046278/ 2. https://hitech.vesti.ru/article/624213/ 3. https://igate.com.ua/news/15786-chto-takoe-internet-veshhej-infografika 4. https://ru.pcmag.com/feature/30079/biznes-v-internete-veshchei-standartizatsiia 5. https://www.tadviser.ru/Статья:Информационная_безопасность_интернета_вещей_(Internet of Things) 6. https://channel4it.com/publications/Internet-veshchey-25146.html

Применение IoT-технологии в разных секторах

Общественный сектор или устройство города

Общественный транспорт в городе подключен к датчикам перемещения, человек может отследить время прибытия конкретного транспортного средства. На мусорных баках все чаще устанавливаются датчики наполнения, это позволяет своевременно увозить мусор. Устанавливается контроль над уровнем воды в водоемах без участия человека. Датчики шума и загрязнения делают город безопаснее.

Аграрный сектор

«Интернет вещей» позволили агрономам избавиться от относительного состояния почв. Установленная IoT-технология в виде датчиков фиксирует различные показатели состояния почвы: влага, питание растений, температура. Теперь нет необходимости обходить поля, чтобы контролировать урожай, работу отныне могут выполнить гаджеты. Так, например, небольшая страна Нидерланды активно применяют технологию IoT , и на данный момент является одной страной из мировых лидеров по выращиванию продуктов питания, это стало возможным благодаря применению «Интернет вещей».

Сектор логистики

«Интернет вещей» упростили доставку товаров с производства или магазинов к покупателю благодаря отслеживанию посылки. На данный момент в логистических компаниях активно применяется отслеживание грузовых автомобилей по датчикам, их состояние и выбросы в окружающую среду.

Строительный сектор

Наибольшую популярность в современном мире набирает технология «Умный дом». Можно сказать, что умные счетчики фиксируют сколько энергии и затрат на неё было потрачено в определенном месяце, показания передаются на оплату без участия человека. Данная технология представляет широкий спектр предоставляемых услуг.

Что такое «умный дом»

Умный дом

Понятие «Умный дом» появилось еще в 1985 году, тогда в США была разработана система «Unity», которая управляла безопасностью дома. В настоящее время «Smart Home» подразумевает под собой не только управление безопасностью, технология регулирует и контролирует более сложные процессы. В концепцию «Умный дом» включены датчики и управляющие элементы, исполнительные устройства, которые настраиваются и программируются под потребности определенного пользователя. Управляющие элементы получают сигнал с датчиков и контролируют работу устройств, которые исполняют задачу, следуя заданным алгоритмам. Система отслеживает и регулирует отопление и охлаждение дома, охранную и пожарную сигнализацию, видеонаблюдение и освещение.

«Умный дом» объединяет показания «умных» приборов и трансформирует пользователю в удобном для него виде – на экран телевизора или смартфона.

Главная задача «Интернет вещей» и в частности «Умного дома» — это упрощение и существенная экономия средств и времени. Разработчики IoT-технологии также сделали большой шаг вперед в не самую очевидную, но важную область здравоохранения – медицину.

Что такое интернет вещей и чем он полезен

интернет вещей

Интернет вещей (Internet of Things, IoT) – это система взаимосвязанных устройств (вещей), которые имеют высокотехнологичные функции и работают как один организм. Они «знают» об общем состоянии системы, «разговаривают» друг с другом, «подсказывают» необходимые изменения в работе без участия человека. Под устройствами подразумевается практически всё что угодно: кофеварки, утюги, автомобили, лампы. Любой «умный» прибор, от шторы до стиральной машины, становится частью интернета вещей.

По задумке такая структура, на основе данных, должна выполнять и предугадывать цели человека самостоятельно и менять их в зависимости от его состояния и настроения. Но пока это не так. Сейчас это скорее автоматизация. Представьте, что чайник знает во сколько вы просыпаетесь и автоматически готовит чай. Но что произойдёт, если вы встанете позже? — горячий напиток будет сделан в то же время как и обычно. Умные вещи ещё не настолько умные, чтобы учитывать нюансы поведения человека и работать без его команд.

Когда ваш телефон поймёт, что вы не встали вовремя, «сообщит» чайнику, а тот «расскажет» об этом вашему автомобилю, который прогревается в нужное время, тогда это и будет интернет вещей.

Чтобы не отдаляться от практических целей применения IoT, рассмотрим несколько примеров того, в каких направлениях разработчики из России уже сейчас делают жизнь удобнее.

X-turion («Икстурион»)

Команда под руководством Сергея Колюбина и Ильи Григорьева создают мобильного робота X-Turion, который мониторит дома, квартиры и офисы. Он интегрируется в систему управления «умного дома» и самостоятельно объезжает помещения. С помощью собственных датчиков он формирует карты влажности, температуры, загрязнённости, шума.

X-Turion может выступать в роли роботизированного дворецкого и управлять лампами, розетками, приборами, жалюзи. Крутые фишки интерфейса вроде распознавания лиц, управления голосом или жестами прилагаются.

Jalousier

Проект призван создавать в квартире оптимальное освещение и температуру. Это система, встраивается в концепцию «умного дома». Она регулирует положение жалюзи в зависимости от времени суток, наружного или внутреннего освещения, что оптимизирует расходы на электроэнергию, отопление или, наоборот, охлаждение помещений.

InwiON

Новосибирская компания Wellink Technologies создала систему для интеллектуального контроля и управления жилыми и нежилыми помещениями.

Функционал InwiON:

• Защита от затопления или пожара. • Анализ на базе данных видеонаблюдения: журналы посещений, график прихода-ухода, запись по движению. Временные метки на видео. • Управление осветительными, бытовыми приборами, датчиками безопасности.

Развитие «умной медицины» в течение пяти лет

Умная медицина

Аналитики компании Markets and Markets считают, что в ближайшие пять лет медицина станет самым быстрорастущим сегментом «Интернет вещей».

«Интернет-вещей» в медицине – это сеть подключенных медицинских девайсов, которые собирают данные и передают их в ИТ-систему для дальнейшего анализа. Девайсами могут быть носимые устройства, мобильные приложения, таблетки, смарт-кровати и умные измерительные устройства.

Технология — IoT в медицине изменит лечение пациентов, отслеживание состояния, сбор информации.

Решения — IoT будут предоставлять данные по текущему состоянию пациента, следить за его изменениями и автоматически предупреждать о потенциальных проблемах до того, как они станут критическими. Анализ данных с помощью устройств направлен на улучшение диагностики состояния пациентов. Постоянное наблюдение за пациентами позволят врачам иметь целостную и актуальную картину.

Датчики и умные устройства с мобильными и веб-приложениями приведут к уменьшению использования энергоемкого медицинского оборудования и сокращению операционных расходов.

Умные таблетки, беспроводные пластыри, коробка для лекарств с напоминанием о времени употребления лекарств и громкого сигнала в случае забытой таблетки – примеры медицинских IoT-устройств.

Концепция Интернета Вещей

Одним из наиболее точных ответов на вопрос «IoT — что это?» приведен в статье, посвященной интернету вещей в Википедии. В ней он рассматривается как концепция, позволяющая физическим объектам («вещам»), осуществлять взаимодействие между собой или с внешним миром, частично или полностью без участия человека.

Для этой цели используются соответствующие объединения таких устройств в сети.

Фактически, это означает, что окружающие нас в повседневности вещи (от самых простых, например, кофеварки, до автомобиля) могут передавать между собой необходимые данные, обеспечивая максимальный комфорт для человека без его вмешательства (управления).

В описании концепции IoT используется несколько основных понятий:

  • Устройство (вещь) — отдельный прибор или комплекс оборудования, оснащенный датчиками для сбора информации, выходом в сеть и имеющий возможности передачи данных и удаленного управления.
  • Экосистема IoT — локальные или глобальные сети устройств, а также компоненты, дающие возможность присоединения к ним новых, обеспечивающие удаленное управление, хранение, передачу и безопасность данных.

В организации различаются несколько уровней:

  • Физический — подразумевает использующиеся устройствами аппаратные решения — датчики и исполнительные механизмы, АЦП и ЦАП, микроконтроллеры для обработки информации и выдачи управляющих сигналов, устройства памяти для хранения данных, сетевые порты.
  • Сетевой, под которым понимают среду передачи данных (например, кабельные линии или радиоканал), шлюзы маршрутизаторы и т.д. — всю инфраструктуру, отвечающий за объединение устройств в сети.
  • Приложений — используемые для передачи данных и управляющих сигналов, идентификации и взаимодействия протоколы и интерфейсы.

Интересно: Телеграм выходит на ICO: какой будет криптовалюта Дурова TON?
Упрощенная модель IoT представляет, по мнению Рона Ван Краненбурга, объединение нескольких слоев:

  1. Объекты (вещи) на аппаратном уровне, со свойственными им функциями сбора и обработки данных, выполняемыми действиями, средствами идентификации.
  2. Системы для обслуживания конкретного пользователя — объединение объектов на сетевом уровне и уровне приложений, позволяющее удаленное управление, анализ данных и обработку информации (примером такой системы может служить отдельный «умный дом»).
  3. Экосистема IoT в масштабах населенного пункта или целой страны, благодаря которым у локальных систем появляются новые возможности, например, заказа товара в магазине или бронирования мест при поездке на отдых в автоматическом режиме.
  4. Глобальная экосистема «Интернета вещей».

Концепция умного города (картинка кликабельна).

«Умный ритейл» или как будут выглядеть магазины будущего

Умный ритейл

В будущем датчики, радиомаяки и другие устройства IoT реализуют индивидуальный подход к каждому покупателю. «Интернет вещей» подскажет, где находится «подключенный» покупатель и как ему найти необходимый продукт.

Так продавец владеет полной информации о потенциальном покупателе: что ест, какой размер одежды, каким брендам отдает предпочтение. Тем самым, он в моменте может отправить уведомление через приложение о новых продуктах, товарах, акциях и спецпредложениях тогда, когда потенциальный покупатель переступает порог магазина.

Аналитика в реальном времени. IoT-технология будет обеспечивать анализ количества проданных единиц, проследит за лидирующими товарами. Если главенствующий фактор при выборе товара — цена, то технология автоматически скорректирует цену в сторону понижения или повышения, чтобы достичь максимального объема продаж.

Уже в ближайшие пять лет, магазины и производства будут применять IoT технологию в своей работе. Данная технология коснется товарных запасов на складе. Технология позволит отслеживать закупку, привоз, обеспечит отсутствие переизбытка товара, который не пользуется спросом, наладит систему поставок.IoT-технологии смогут обеспечить компаниям и магазинам снижение переменных и постоянных издержек, скорректирует спрос и предложение, а самое главное, что даже не придется тратиться на дополнительный персонал.

Интернет вещей в ближайшее время перевернет представление людей о покупках, упростит этот процесс, благодаря автоматизации.

Будущее концепции интернета вещей

Эксперты предполагают, что IoT в ближайшем будущем ждет бурный рост. По их прогнозам, темпы развития (удвоение числа подключенных вещей каждые 5 лет), как минимум, не сократятся, что означает появление к 2020 году более 50 миллиардов устройств в сети.

Этому в огромной мере способствует создание и быстрое совершенствование нескольких технологий:

Интересно: E-NUM для Webmoney: что это такое? Инструкция по настройке

  • Беспроводной передачи данных. Современное состояние позволяет оснастить такими модулями практически любое устройство, а доступность узловых устройств (точек доступа, роутеров и пр.) дает возможность использовать их практически без ограничений.
  • Радиочастотной идентификации (RFID). Применение соответствующих считывателей и транспондеров (RFID-меток) упрощает получение сведений о перемещениях объекта и считывание незначительных объемах данных. Такая система установлена во многих супермаркетах самообслуживания, где RFID-метки помогают контролировать движение товаров. Вполне работоспособной оказалась бы она и в современном холодильнике.
  • Получения энергии из альтернативных источников. Устройства становятся по-настоящему энергонезависимыми, что позволяет расширить их функции и охватываемые датчиками области.

Видео

Носимые устройства

Умные часы

Огромную популярность получили «умные» помощники в виде носимых устройств на руке. Это девайсы «Интернет вещей», которые являются измерителями физических показателей человека. «Умные» браслеты это полноценные гаджеты для контроля здоровья. Устройства также подсчитывают шаги, анализируют активность и предоставляют пользователю отчет. Аналитики подсчитали, что в 2025 году количество гаджетов «Интернет вещей» будет составлять около 27 млрд единиц – против 8,5 млрд сегодня.

В будущем планируется масштабная разработка различных браслетов. Например, браслеты, оказывающие экстренную помощь солдатам, контролирующие воздействие солнечных лучей на кожу человека. Идея парных браслетов набрала наибольшую популярность, так как принцип работы стал привлекателен для многих влюбленных: при касании одного браслета, передается сигнал через расстояние к другому человеку. Взаимодействие через расстояние – оказалось вдохновляющей IoT- технологией. Носимые устройства будущего обеспечат визуальный контакт с врачом, приятелем или партнером.

Умные машины

Умные машины

Многим людям уже довелось сесть за руль «умной машины», и большинство из них считают, что это один из лучших вариантов применения IoT. В данный момент мы можем использовать сенсоры и подключение к интернету, прогревание автомобиля заранее. Всё это гарантирует нам максимальный комфорт.

Таким образом, вскоре беспилотные автомобили изменят наше представление о реальности. Мы увидим такси под управлением искусственного интеллекта.

«Умные машины» будут самостоятельно оценивать ситуацию на дороге, скорректируют маршрут без участия человека. С развитием IoT-технологии автомобили не смогут обойтись без подключения к Интернету. С его помощью будет осуществляться обновление транспортных карт и оценка дорожной ситуации.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий