Умные технологии интернет вещей. Интернет вещей: что это, зачем и как работает. Что нас ждёт в ближайшем будущем

Как устроен интернет вещей?

Интернет вещей (Internet of things, IoT) — это технология, которая объединяет устройства в компьютерную сеть и позволяет им собирать, анализировать, обрабатывать и передавать данные другим объектам с помощью программного обеспечения, приложений или технических устройств. По большей части устройства работают без участия человека, хотя люди могут взаимодействовать с ними: настраивать, давать инструкции или предоставлять доступ к данным. IoT-системы работают в режиме реального времени. Внедрение интернета вещей произошло благодаря широкому распространению интернета, смартфонов и беспроводных сетей.

IoT-системы обычно состоят из сети умных устройств и облачной платформы, к которой они подключены. Сначала устройства собирают данные — например, о температуре в квартире или частоте сердцебиения пользователя, затем эти данные отправляются в облако.

Устройства могут быть подключены к облаку различными способами, включая сотовую или спутниковую связь, WiFi, Bluetooth и другие виды связи. Как только данные попадают в облако, программное обеспечение обрабатывает их. Это может быть очень простой процесс — допустим, сверка температуры в доме с заранее заданным пользователем допустимым температурным диапазоном. А может быть сложный — как использование компьютерного зрения для идентификации объектов на видео, например, злоумышленников, которые проникли в дом.

Что происходит, когда температура оказывается слишком высокой или в доме находится грабитель? Система может оповестить об этом пользователя (текстовое уведомление или сигнал), а может сама выполнить дальнейшие действия, если пользователь заранее задал определенные инструкции. То есть вместо того, чтобы звонить хозяину, если квартиру грабят, IoT-система может сразу оповещать об этом полицию.

Где применяется интернет вещей?

Интернет вещей у многих ассоциируется с «умным» домом. Благодаря технологиям и устройствам, разработанным компаниями Google, «Яндекс», Amazon, Apple и другими, пользователи могут совершать онлайн-покупки, регулировать температуру в комнате, включать свет и музыку, отдавая голосовые команды виртуальным помощникам. Вам больше не надо опасаться, что вы забыли выключить утюг или кран — достаточно нажать кнопку в смартфоне, и «умный» дом все исправит. Система наблюдения с помощью компьютерного зрения распознает всех, кто проходит мимо вашей квартиры, и сравнит изображения с базой полиции.

IoT имеет важное значение для бизнеса. Он позволяет компаниям автоматизировать процессы и снижать трудозатраты. Это сокращает объем отходов, улучшает качество предоставляемых услуг, удешевляет процесс производства и логистику.

IoT затрагивает все отрасли, включая здравоохранение, финансы, розничную торговлю и производство. Внедрение интернета вещей в электроэнергетике улучшает контролируемость подстанций и линий электропередачи за счет дистанционного мониторинга, а в здравоохранении позволяет перейти на новый уровень диагностики заболеваний. «Умные» устройства контролируют показатели здоровья пациента. Это снижает риски внеплановой госпитализации и сокращает нагрузку на стационары. В сельском хозяйстве «умные» фермы и теплицы сами дозируют удобрения и воду — это увеличивает урожайность, улучшает качество продукции (растений и мяса), снижает расход топлива для сельскохозяйственной техники. Внедрение IoT в логистике сокращает затраты на грузоперевозки, повышает прозрачность перевозок и минимизирует влияние человеческого фактора. А удаленный мониторинг подключенного к интернету автотранспорта позволяет сократить расходы за счет оптимизации его обслуживания.

IoT активно внедряют нефтегазовые и горнодобывающие отрасли, чтобы оптимизировать производство и продажи. Например, применение углубленной аналитики по буровым скважинам помогает нефтегазовой промышленности увеличить объемы добычи на уже отработанных месторождениях.

Интернет вещей в транспорте — это сам транспорт, электронные табло, навигаторы, системы безопасности, камеры наблюдения, которые взаимодействуют между собой. Все эти данные люди могут отследить с помощью мобильных приложений. В некоторых больших городах действуют «умные» парковки: они оснащены специальными датчиками, которые передают информацию о свободных местах на специальный сервер. А водители могут отслеживать эту информацию через приложение.

В автомобилестроении интернет вещей позволяет, например, регулировать температуру и давление в шинах, рассчитывать время до следующего техосмотра, оптимизировать расход топлива, настроить сигнализацию или установить предел скорости автомобиля.

Есть ли недостатки у интернета вещей?

Основная проблема, с которой связано бурное развитие IoT, — безопасность. Киберпреступники постоянно пытаются взламывать устройства удаленного наблюдения за пациентами, базы данных с информацией о здоровье людей, интеллектуальные системы управления автомобилем, совершают фишинговые атаки, подгружают вирусы на взломанные устройства и даже совершают целые диверсии на производствах. Поэтому участникам рынка IoT-рынка надо учиться защищать свои системы.

Еще один аргумент против IoT — чрезмерная зависимость от технологий. Ни одна система не является надежной на 100%. И если человек будет безоговорочно полагаться на интернет вещей, может произойти катастрофа, если система рухнет.

Подключение все большего количества устройств к интернету приведет к потере рабочих мест. Например, IoT-системы заменят специалистов по техобслуживанию, ремонту и установке оборудования.

Однако технические проблемы, какими бы сложными они ни были, многих волнуют меньше, чем правовые, социальные и нормативные. Кому принадлежат данные, хранящиеся на облаке, — пользователю или производителю? Должны ли правоохранительные органы иметь к ним доступ? Пока что правовые аспекты внедрения интернета вещей достаточно расплывчаты.

Будущее интернета вещей

По прогнозам, к 2020 году более 21 млрд устройств будет подключено к интернету вещей. Киберпреступники будут продолжать атаковать «умные» устройства, потому что IoT-система — это надежный и быстрый способ распространить вредоносное ПО.

Рядовые пользователи, компании и целые города будут все чаще применять интеллектуальные технологии, чтобы сэкономить время и деньги. Например, холодильники смогут предупреждать о скорой порче продуктов, светофоры со встроенными видеодатчиками будут регулировать дорожное движение в зависимости от трафика.

В компании Gartner подсчитали, что к 2020 году на дорогах будет 250 млн подключенных к интернету автомобилей — причем многие из них будут беспилотные. Это, по оценке компании Cisco Smart, Connected Vehicles, сократит до 85% лобовых столкновений.

IoT - Internet of Things

Internet of Things (IoT) - modern telecommunication technologies
(Интернет вещей - современные телекоммуникационные технологии)

29/08/16

Что такое Интернет вещей? What is the Internet of Things, IoT? Internet of Things (IoT) - это новая парадигма Internet. Что подразумевается под термином "Things" в Internet of Things. Под термином "вещь" в Internet of Things (IoT) подразумеваются интеллектуальные, т.е. "умные" предметы или объекты (Smart Objects или SmartThings, или Smart Devices).

Чем Internet of Things (IoT) отличается от традиционного Интернет? Internet of Things (IoT) - это традиционная или существующая сеть Интернет, расширенная подключенными к ней вычислительными сетями физических устройств или вещей, которые могут самостоятельно организовывать различные шаблоны связи или модели подключения (Thing - Thing, Thing - User и Thing - Web Object).

Следует отметить, что Smart Objects – это датчики или приводы (sensors or actuators), снабженные микроконтроллером с ОС реального времени со стеком протоколов, памятью и устройством связи, встроенные в различные объекты, например, в электросчетчики или газовые счетчики, датчики давления, вибрации или температуры, выключатели и т.д. "Умные" объекты или Smart Objects могут быть организованны в вычислительную сеть физических объектов, которые могут быть подключены через шлюзы (хабы или специализированные IoT платформы) к традиционной сети Интернет.

В настоящее время существует множество определений понятия Internet of Things (IoT). Но, к сожалению, они противоречивы, нет четкого и однозначного определения понятия Internet of Things (IoT).

Чтобы разобраться в сути Internet of Things (IoT), сначала целесообразно рассмотреть инфраструктуру Internet и сервис WWW (World Wide Web) или Web (веб). Internet - это сеть сетей, т.е. сеть, объединяющая различные сети и отдельные узлы удаленных пользователей с помощью маршрутизаторов и сетевого (межсетевого) протокола IP. Другими словами под термином Internet подразумевается инфраструктура глобальной сети, состоящая из множества компьютерных сетей и отдельных узлов, соединенных каналами связи.

Глобальная сеть Internet является физической основой сервиса Web. Web - это всемирная паутина или распределенная система информационных ресурсов, предоставляющая доступ к гипертекстовым документам (веб-документам), размещенным на веб-сайтах сети Интернет. Доступ и передача веб-документов в формате HTML по сети Интернет осуществляется с помощью прикладного протокола HTTP/HTTPS сервиса Web на основе стека протоколов TCP/IP сети Интернет.

С учетом вышеизложенного, можно сделать выводы, что IoT характеризуется масштабными изменениями инфраструктуры глобальной сети Интернет и новыми моделями общения или подключения: "вещь - вещь", "вещь - пользователь (User)" и "вещь - веб объект (Web Object)".

Internet of Things (IoT) целесообразно рассматривать на технологическом, экономическом и социальном уровнях.

На технологическом уровне Internet of Things – это концепция развития инфраструктуры сети (физической основы) Интернет, в которой "умные" вещи без участия человека способны подключиться к сети для удаленного взаимодействия с другими устройствами (Thing - Thing) или взаимодействия с автономными или облачными ЦОДами или DATA-центрами (Thing - Web Objects) для передачи данных на хранение, их обработку, аналитику и принятия управленческих решений, направленных на изменение окружающей среды, или для взаимодействия с пользовательскими терминалами (Thing - User) для контроля и управления этими устройствами.

Internet of Things (IoT) приведет к изменениям экономических и социальных моделей развития общества. Существуют различные классификации Internet of Things (IoT) (например, Индустриальный Интернет вещей - IIoT, Интернет сервисов - IoS и т.д.) и области его использования (в энергетике, транспорте, медицине, сельском хозяйстве, ЖКХ, Smart Сity, Smart Home и т.д.).

Cisco ввела новое понятие - Internet of Everything, IoE («Интернет всего» или «Всеохватывающий Интернет»), а Internet of Things является начальным этапом развития «Всеохватывающего Интернет»

Развитие Интернета вещей или Internet of Things (IoT) зависит от:

технологий беспроводных сетей с низким энергопотреблением (LPWAN, WLAN, WPAN);
темпов внедрения сотовых сетей для Internet of Things (IoT): EC-GSM, LTE-M, NB-IoT и универсальных сетей 5G;
темпов перехода сети Интернет на версию протокола IPv6;
технологий Smart Objects (сенсоров и актуаторов, снабженных микроконтроллером, памятью и устройством связи);
специализированных операционных систем со стеком протоколов для микроконтроллеров сенсоров и актуаторов;
широкого применения стека протоколов 6LoWPAN/IPv6 в операционных системах микроконтроллеров сенсоров и актуаторов;
эффективного использования Cloud computing для Internet of Things (IoT) платформ;
развития технологий M2M (machine-to-machine);
применения современных технологий Software-Defined Networks, снижающих нагрузку на каналы связи.

Архитектура глобальной сети Internet of Things (IoT)

В качестве фрагмента архитектуры Internet of Things (IoT) рассмотрим сеть (рис. 1), состоящую из нескольких вычислительных сетей физических объектов, подключенных к сети Интернет с помощь одного из устройств: Gateway, Border router, Router.

Как следует из архитектуры IoT, сеть Internet of Things состоит: из вычислительных сетей физических объектов, традиционной IP сети Интернет и различных устройств (Gateway, Border router и т.д.), объединяющих эти сети.

Вычислительные сети физических предметов состоят из "умных" датчиков и приводов (исполнительных устройств), объединенных в вычислительную сеть (персональную, локальную и глобальную) и управляемых центральным контроллером (шлюзом или IoT Habs, или платформой IoT).

В Internet of Things (IoT) применяются технологии беспроводных вычислительных сетей физических предметов с низким энергопотреблением, к которым относятся сети малого, среднего и дальнего радиуса действия (WPAN, WLAN, LPWAN).

Беспроводные технологии сетей LPWAN (Low-power Wide-area Network) Интернета вещей IoT

К распространенным технологиям сетей дальнего радиуса действия LPWAN, которые представлены на рис. 1, относятся: LoRaWAN, SIGFOX, "Стриж" и Cellular Internet of Things или сокращено CIoT (EC-GSM, LTE-M, NB-IoT). К сетям LPWAN относятся и другие технологии, например, ISA-100.11.a, Wireless, DASH7, Symphony Link, RPMA и так далее, которые на рисунке 1 не указаны. Обширный список технологий представлен на сайте link-labs .

Одной из широко распространенных технологий является LoRa , которая предназначена для сетей дальнего радиуса действия, с целью передачи данных телеметрии различных приборов учета (датчиков воды, газа и т.д.) на дальние расстояния.

LoRa – это метод модуляции, который определяет протокол физического уровня модели OSI. Технология модуляция LoRa может применяться в сетях с различной топологией и различными протоколами канального уровня. Эффективными сетями LPWAN являются сети LoRaWAN, которые используют протокол канального уровня LoRaWAN (MAC протокол канального уровня), а в качестве протокола физического уровня - модуляцию LoRa.

Сеть LoRaWAN (рис. 2.) состоит из оконечных узлов End Nodes (трансиверов или модулей LoRa), подключенных по беспроводным сетям к концентраторам/шлюзам или базовым станциям, Network Server (сервера сети оператора) и Application Server (сервера приложений сервис провайдера). Сетевая архитектура LoRaWAN - "клиент-сервер". LoRaWAN работает на 2 уровне модели OSI.

Между компонентами сети «оконечные узлы – сервер» используется двусторонняя связь. Взаимодействие оконечных узлов локальной сети LoRaWAN с сервером происходит на основе протоколов канального уровня. В качестве адреса используются уникальные идентификаторы устройств (оконечных узлов) и уникальные идентификаторы приложения на сервере приложений.

Физическим уровнем стека протоколов LoRaMAC сегмента сети «оконечные узлы – шлюз», который функционирует на втором уровне модели OSI, является беспроводная модуляция LoRa, а MAC-протоколом канального уровня является LoRaWAN. Шлюзы LoRa подключаются к серверу сети провайдера или оператора с помощью стандартных технологий Wi-Fi/Ethernet/3G, которые относятся к уровню интерфейсов IP сетей (физическим и канальным уровням стека TCP/IP).

Шлюз LoRa обеспечивает межсетевое взаимодействие между сетями на основе разнородных технологий LoRa/LoRaWAN и Wi-Fi, Ethernet или 3G. На рис. 1 представлена сеть LoRa с одним шлюзом, выполненная по топологии «звезда», но сеть LoRa может быть и с множеством шлюзов (сотовая структура сети). В сети LoRa с множеством шлюзов «оконечные узлы – шлюз» построены по топологии «звезда», в свою очередь, "шлюзы - сервер" тоже подключены по топологии «звезда».

Полученные с оконечных узлов данные хранятся, отображаются и обрабатываются на сервере приложений (на автономном Web сайте либо в «облаке»). Для анализа IoT-данных могут применяться методы Big Data. Пользователи с помощью клиентских приложений, установленных на смартфон или ПК, имеют возможность доступа к информации на сервере приложений.

Технологии SIGFOX (sigfox.com) и "Стриж" (strij.net) аналогичные технологии LoRaWAN (www.semtech.com), но имеют некоторые отличия. Основное отличие заключаются в методах модуляции, которые определяют протоколы физических уровней этих сетей. Технологии SIGFOX, LoRaWAN и "Стриж" являются конкурентами на рынке сетей LPWAN.

Конкурентами на рынке сетей LPWAN являются и технологии CIoT (EC-GSM, LTE-M, NB-IoT), а также G5. Они предназначены для построения беспроводных сетей LPWAN сотовой связи на основе существующей инфраструктуры сотовых операторов. Применение традиционных сетей сотовой связи в IoT является нерентабельным, поэтому в настоящее время нишу сетей LPWAN заняли LoRaWAN, SIGFOX и т.д. Но если операторы сотовой связи своевременно внедрят технологии EC-GSM (Extended Coverage GCM), LTE-М (LTE для М2М-коммуникаций), основанные на эволюции GSM и развитии LTE, то они потеснят LoRaWAN, SIGFOX и другие технологии с рынка LPWAN.

К наиболее перспективным направлениям построения беспроводных сетей LPWAN относится узкополосный интернет вещей NB-IoT (Narrow Band IoT) на базе LTE, который может быть развернут поверх существующих сетей LTE операторов сотовой связи. Но стратегическим направлением в CIoT являются сотовые сети нового поколения 5G, которые будут поддерживать IoT.

Технология 5G, предназначенная для работы с разнородным трафиком, обеспечит подключение к Интернет разнообразных устройств с разными параметрами (энергопотреблением, скоростями передачи данных и т.д.) как мобильных устройств (смартфонов, телефонов, планшетов и т.д.), так и Smart Objects (sensors or actuators).

Где применяются сети LPWAN? Например, в Нидерландах и в Южной Корее для Internet of Things уже развернута общенациональная сеть LoRa. Сети SigFox для IoT развернуты в Испании и Франции. В России создается национальная сеть "Стриж" для Internet of Things (IoT) и т.д. В настоящее время в качестве стандарта для вычислительных сетей физических предметов LPWAN Интернета вещей IoT рассматриваются стандарты - LoRaWAN и NB-IoT.

Следует отметить, что в Internet of Things (IoT) наряду с использованием облачных технологий применяются технологии «туманных вычислений» (fog computing). Это обусловлено тем, что в облачной модели, используемой в IoT, слабым местом является пропускная способность каналов операторов связи, по которым осуществляется обмен данными между "облаком" и "умными" устройствами вычислительных сетей физических предметов.

Концепция "туманных вычислений" предполагает децентрализацию обработки данных за счет передачи части работы по обработке данных и принятию управленческих решений с "облака" непосредственно устройствам вычислительных сетей физических предметов.

Повышение пропускной способности каналов связи Cloud computing может обеспечить новый подход их построения на основе технологии Software-Defined Networks (SDN). Поэтому внедрение SDN позволит повысить эффективность работы каналов связи Cloud computing и Internet of Things (IoT).

Беспроводные персональные сети (WPAN) передачи данных малого радиуса с низким энергопотреблением - компоненты Internet of Things (IoT)

К сетям WPAN (рис. 1) относятся беспроводные сенсорные сети на основе технологий: 6LoWPAN, Thread, ZigBee IP, Z-Wave, ZigBee, BLE 4.2 (Bluetooth Mesh). Эти сети относятся к mesh-сетям (самоорганизующимся и самовосстанавливающимся сетям с маршрутизацией), которые имеют ячеистую топологию, являются составляющими (компоненнтами) сети Internet of Things (IoT).

Персональные вычислительные сети на основе технологий 6LoWPAN, Thread, ZigBee IP относятся к IP сетям со стеком протоколов 6LoWPAN или IPv6 стеком для 802.15.4 сетей (рис. 3). В них используется сетевой протокол 6LoWPAN (IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks), который является версией протокола IPv6 для беспроводных персональных сенсорных сетей с низким энергопотреблением стандарта IEEE 802.15.4. В качестве протокола маршрутизации используется RPL (Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks).

Рис. 3. 6LoWPAN Protocol Stack для IoT

IEEE 802.15.4 (standards.ieee.org) - это стандарт, который описывает физический IEEE 802.15.4 PHY и канальный уровни сетевой модели OSI. Канальный уровень, состоит из подуровня доступа к среде передачи МАС (Media Access Control) IEEE 802.15.4 MAC и подуровня управления логической связью LLС (Logical Link Control). На базе стандарта IEEE 802.15.4 построено несколько технологий, например, таких как ZigBee IP, Thread, 6LoWPAN.

Стек протоколов 6LoWPAN. Суть работы вычислительных сетей физических объектов в IoT на основе стека протоколов 6LoWPAN состоит в следующем. Например, данные с сенсора поступают на вход микроконтроллера (МК). МК обрабатывает поступающие с сенсора данные на основе прикладной программы (End Nodes Applications), которая создана разработчиком сети на основе API специализированной ОС микроконтроллера.

Для передачи обработанных данных в сеть приложение End Nodes Applications обращается к протоколу прикладного уровня (Application - IoT protocols) стека протоколов ОС микроконтроллера и через стек передает данные на физический уровень сенсора. Далее бинарные данные поступают на вход Border routers (Edge routers). Для передачи данных с End Node через Border routers на Web-сервер (Web-приложению) по прикладному протоколу CoAP, необходимо осуществить согласование сетей на прикладном уровне стека протоколов CoAP-to-HTTP, для этого используют прокси-сервер.

Стек протоколов 6LoWPAN обеспечивает подключение "умных" устройств с низким энергопотреблением к Интернету роутерами, а не специализированными IP шлюзами. Поскольку низкоскоростные сети со стеком протоколов 6LoWPAN для устройств с ограниченными возможностями не являются транзитными сетями для сетевого IP трафика традиционного Интернет, то они являются конечными сетями в Internet of Things (IoT) и подключены к сети Интернет через Border routers или Edge routers. Граничный роутер обеспечивает взаимодействие сети 6LoWPAN с сетью IPv6 путем преобразования заголовков IPv6 и фрагментации сообщений в адаптационном слое стека протоколов (Adaption of 6LoWPAN).

Z-Wave (z-wave.me) - одна из популярных технологий беспроводных сетей Internet of Things (IoT) (стандарт: Z-Wave и Z-Wave Plus). Cеть Z-Wave (рис. 1) с ячеистой топологией (mesh - сеть) и низким энергопотреблением, предназначенная для организации Smart Home. Сетевой протокол Z-Wave стека коммуникационных протоколов Z-Wave реализован компанией Sigma Designs закрытым кодом и является запатентованным. Нижние уровни MAC и PHY включены в стандарт ITU-T G.9959.

Z-Wave насчитывает множество совместимых устройств (sensors and actuators) для создания сети Smart Home. Управлять домашней сетью Z-Wave можно дистанционно с помощью пульта управления через Home Controller, контролировать работу сети можно с ПК и Интернет через смартфон. Сеть Z-Wave подключена к сети Интернет через специализированный IP шлюз Gateway "Z-Wave for IP".

ZigBee (zigbee.org) - это одна из наиболее распространенных технологий для построения беспроводных сетей Internet of Things (IoT) (открытый стандарт ZigBee). Сеть ZigBee с ячеистой топологией (mesh - сеть) имеет свой стек коммуникационных протоколов IEEE 802.15.4/Zigbee, который не поддерживает межсетевой протокол IP. Вычислительная сеть предметов на основе стека ZigBee, для взаимодействия с внешними устройствами, расположенными в IP-сети, подключена к сети Интернет через специализированный IP шлюз Gateway ZigBee. В настоящее время создан новый стандарт ZigBee IPv6.

Сети, созданные на основе нового стандарт Zigbee IPv6, могут быть подключены к IP-сети через роутер, а не специализированный шлюз. Шлюз Gateway ZigBee осуществляет переупаковку данных из одного формата в другой и обеспечивает межсетевое взаимодействие между сетями на основе разнородных технологий MQTT/ZigBee - HTTP/TCP/IP. Технология ZigBee используется как стандарт для автоматического сбора показаний счетчиков электроэнергии абонентов и передачи их на серверы операторов связи (автономные сайты), либо на Internet of Things (IoT) Habs Cloud.

WiFi (www.wi-fi.org) - это набор стандартов беспроводной связи IEEE 802.11, который можно использовать для построения беспроводной локальной вычислительной сети предметов WLAN на основе стека TCP/IP. Стек протоколов стандарта IEEE 802.11 состоит из физического уровня PHY и канального уровня с подуровнями управления доступом к среде MAC и логической передачи данных LLC. Протоколы IEEE 802.11 (WiFi) относятся к уровню сетевых интерфейсов в стеке TCP/IP.

Беспроводная локальная вычислительная сеть предметов WiFi подключена к Internet с помощью роутера (рис. 1). Следует отметить, что для построения локальных беспроводных вычислительных сетей предметов Wi-Fi Alliance создал новую спецификацию IEEE 802.11s, которая обеспечивает технологию построения ячеистых сетей. Кроме того, для Internet of Things (IoT) создан и новый стандарт Wi-Fi HaLow (спецификация IEEE 802.11ah) с низким энергопотреблением.

BLE 4.2 (bluetooth.com) - это новая версия стандарта Bluetooth low energy (Bluetooth LE), которая предназначена для построения беспроводных сетей типа Smart Home. Новый стандарт Bluetooth Mesh с ячеистой топологией будет внедрен к концу 2016г. Стек коммуникационных протоколов BLE 4.2 поддерживает сетевой протокол IPv6 over BLUETOOTH(R) Low Energy или 6LoWPAN, протоколы транспортного (UDP, TCP) и прикладного (COAP и MQTT) уровней.

Версия BLE 4.2 обеспечивает минимальное энергопотребление оборудования и выход в IP-сети. Нижние уровни MAC и PHY стека Bluetooth LE Stack: Bluetooth LE Link Layer и Bluetooth LE Physical. Для обеспечения взаимодействия сетей (BLE 4.2 и Internet) на сетевом уровне (6LoWPAN с IPv6) и прикладном уровне стека протоколов (CoAP с HTTP), сеть BLE 4.2 может быть подключена к сети Интернет (рис. 1) через Border routers и CoAP-to-HTTP Proxy соответственно.

Протоколы прикладного уровня Internet of Things (IoT)

Для передачи данных в Internet of Things (IoT) применяется множество протоколов прикладного уровня, к наиболее распространенным из которых относятся: DDS, MQTT, XMPP, AMQP, JMS, CoAP, REST/HTTP. DDS – это служба распространения данных для систем реального времени является стандартом OMG для промежуточного программного обеспечения. DDS – это базовая технология для реализации IoT, основанная на коммуникационной модели обмена сообщениями DCPS без промежуточного брокера (сервера).

MQTT, XMPP, AMQP, JMS – это протоколы обмена сообщениями, которые основаны на брокере по схеме: publish/subscribe. Брокер (сервер) можно развернуть на облачной платформе или на локальном сервере. Программы-клиенты необходимо установить на приложениях смарт-устройств.

Протокол CoAP (Constrained Application Protocol) - ограниченный протокол передачи данных IoT, аналогичный HTTP, но адаптированный для работы с "умными" устройствами низкой производительности. CoAP основан на стиле архитектуры REST. Доступ к серверам осуществляется по URL-адресу приложения смарт-устройств. Программы-клиенты для доступа к ресурсам использует такие методы, как GET, PUT, POST и DELETE.

REST/HTTP – состоит из двух технологий REST и HTTP. REST - это стиль архитектуры программного обеспечения для распределенных систем. REST описывает принципы взаимодействия приложений смарт-устройств с программными интерфейсами REST API (Web service). Через REST API приложения общаются между собой с помощью четырех HTTP методов: GET, POST, PUT, DELETE. HTTP - протокол передачи гипертекста, является протоколом прикладного уровня для передачи данных. HTTP используется для взаимодействия по схеме Device-to-User. REST/HTTP основан на коммуникационной модели обмена сообщениями req/res.

Для доступа из сетей физических объектов, не поддерживающих IP протокол, к сетям IP и наоборот используются хабы или шлюзы, или IoT платформы, которые обеспечивают согласование протоколов на различных уровнях стека коммуникационных протоколов. Для доступа из сетей физических объектов, поддерживающих IP протокол, к сетям IP и наоборот используются прокси для согласования протоколов прикладного уровня (например, для согласования протоколов CoAP и HTTP).

П осредством интернета стало возможным управлять многими вещами. Объединенные сети из компьютеров, планшетов и смартфонов уже никого не удивляют, промышленное оборудование, управляющееся из единого центра также давно не новинка.

А в скором будущем планируется объединить в единую концепцию бытовые приборы умного дома, которые будут угадывать желания владельцев и выполнять возложенные на них функции при помощи запрограммированного девайса.

Содержание статьи :

Перечисленные возможности - это мир интернет вещей , который проникает во все новые области жизни человека. Уже сейчас количество подключенных приборов перевалило за 20 млрд, а к 2020 году их число превысит отметку в 50 млрд.

Давайте рассмотрим, что такое Интернет вещей, какие примеры его использования уже существуют сегодня и что ждать в ближайшем будущем.

Что такое Интернет вещей

Прежде чем вы окунетесь во все тонкости интернета вещей, посмотрите интересное видео о том, что это такое:

Интернет вещей — это взаимодействие устройств между собой и окружающим миром, которое исключает участие человека, благодаря чему способно изменить некоторые экономические и социальные нормы.

В настоящее время пределом фантазии о развитии технологий можно считать – концептуально иной подход во взаимодействии человека с «умной» электроникой.

Если век тому назад о таком можно было только мечтать, то сегодня это – лишь очередная ступень разработок, относящаяся к не столь отдаленному будущему.

Если углубиться немного в историю, то первым человеком, упоминавшим об Интернете вещей, стал великий Тесла . Он предсказывал радиоволнам роль нейронов, которые будут управлять всеми предметами. Это было просто предсказание, которое в силу многих причин не могло получить практическое применение в то время.

Но уже менее чем через сто лет Кевин Эштен впервые применил Internet of Things (IoT) в логистике - на каждый товар была закреплена радиометка, при помощи которой отслеживалось перемещение товара по торговой цепочке, начиная от склада и заканчивая покупкой.

Вся информация о движении продукции передавалась в сеть, и когда требовалось пополнение запасов, товар не лежал на складе, а отправлялся в магазин.

Интернет вещей — это не просто автоматизация, с которой мы сталкиваемся в повседневной жизни, а нечто большее. Чтобы почувствовать отличия автоматизации процесса и концепции Internet of Things, рассмотрим пример с приготовлением кофе.

Для того чтобы попить кофе в определенный момент, вы засыпаете зерна в аппарат и устанавливаете время, когда кофемашина должна включиться. В строго обозначенный час аппарат начнет свою работу.

В то же время у вас могли измениться предпочтения, и вместо кофе вам вдруг захотелось чай или молочный коктейль. При автоматизации процесса, несмотря ни на что вы все равно получите именно кофе.

То есть, в данном случае командным центром является человек и если он не перепрограммирует кофемашину на другое время или не выключит ее, то уже ненужный кофе все-таки будет сварено.

Используя концепцию интернет вещей, вы просто меняете команду через умный гаджет, который дает сигнал на отключение кофемашины и включение чайника. Таким образом, вы получаете тот напиток, который подходит вам на данный момент.

Internet of Things дает возможность не задавать программу для достижения цели, а позволяет человеку только сформировать цель, которая будет выполнена в результате взаимодействия основного девайса, выполняющего роль единого центра, и бытового прибора, который произведет работу.

Как работает интернет вещей

Есть много сфер, где может работать интернет вещей, но прежде чем погрузиться в них, посмотрите видео о том, как он работает и какие здесь есть проблемы:

Разберемся, как функционирует интернет вещей. Чтобы это происходило, необходимо выполнение трех условий - создание единого центра, использование единого стандарта и обеспечение безопасности передачи данных.

Создание единого центра IoT исключает использование человека в передаче программ для достижения цели. Его место должно занять умное устройство, которое и будет распределять команды внутри сети между приборами.

Обмен данными должен производиться на едином языке, с которым у создателей концепции Internet of Things пока существуют серьезные проблемы.

Каждая компания, будь то Apple, Google или Microsoft, разрабатывает алгоритм отдельно, поэтому в ближайшем будущем мы можем рассчитывать только на изобретение какой-то локальной сети, которую сложно будет объединить даже в пределах одного городского района.

В будущем, наиболее удачная сеть, возможно, будет принята за стандарт и станет глобальной сетью.

Естественно, что передача данных должна происходить в полностью безопасном режиме и защищать сеть от взлома хакерами. В противном случае взломщик получит полные данные о владельце, которые сможет использовать в преступных целях.

Реальные примеры использования IoT

Если вы думаете, что концепция Интернет вещей - дело далекого будущего, то глубоко ошибаетесь. Уже сейчас мы можем представить несколько примеров, которые изменят ваше мнение. В отличие интернета для людей, IoT используется для получения практической выгоды.

Интернет вещей выполняет ряд полезных задач - максимально автоматизирует процессы, снижает временные и уменьшает материальные затраты, оптимизирует производство.

Первым реальным шагом к достижению цели стало подключение тостера к компьютеру, произошедшее в 1990 году посредством доработки его конструкции специальным чипом.

Джон Ромки , осуществивший эту процедуру, смог добиться работы тостера посредством управления им с помощью компьютера. Возможно, это имя более известно благодаря созданному позже протоколу сетевого соединения компьютер-компьютер TCP/IP, но и в истории развития технологий IoT этот человек оставил свой немаловажный вклад.

Отдельными примерами приближения очередного технологического прорыва на бытовом уровне является появление большого количества «умных» приборов, выполняющих свою функцию без участия человека. К ним можно отнести:

Высокотехнологичные мусорные баки, оборудованные солнечными батареями, функцией мусорного пресса и системой подачи сигнала работникам коммунальных служб при необходимости освобождения пространства;
Геолокационные и биометрические чипы, используемые для контроля популяций животных, а также – для контроля преступников, заключенных под домашний арест;
Сенсоры и водные счетчики, используемые для снижения расходов воды и нагрузок на водоканалы крупных городов (используется, в частности, в Сан-Паулу и Пекине);
Интерактивные миски для собак, открывающие доступ к корму только при выполнении определенных условий или заданий.

Перечень «умных» приборов растет день ото дня, их разработкой занимаются десятки компаний по всему миру. Преимущественно рассматриваемые приборы предназначаются для обустройства бытовых нужд, но у Интернета вещей все еще впереди.

Использование Internet of Things позволило :

Снизить аварийность и сырьевые потери на транспорте и в производстве.
Эффективно распределять электричество в сфере энергетики.
Заменить человека при управлении оборудованием в промышленности.
Контролировать безопасность на улице.

Яндекс. Навигатор

Известная в России и в странах ближнего зарубежья система, есть не что иное, как использование IoT в управлении транспортом. Принцип действия следующий - гаджеты (планшеты, смартфоны) передают в компанию Яндекс направление движения автомобиля, координаты и скорость перемещения.

Вся информация анализируется на сервере и в обработанном виде передается на смартфон водителю, показывая заторы и пути их объезда.

То есть, обмен данными между сервером, приложениями и смартфонами происходит без участия человека и представляет собой пример использования интернет вещей.

Уже сейчас водители сокращают время в дорогах, объезжая пробки по оптимальному маршруту, а в дальнейшем сервис позволит разгружать магистрали и максимально минимизировать пробки.

Internet of Things в спорте

В спорте IoT используется для анализа физических кондиций спортсменов. На участника соревнований устанавливаются датчики, которые анализируют пульс, данные о перемещениях.

Медицинская телеметрия, другие значения отправляются на облако, откуда тренерская бригада команды получает всю информацию о состоянии спортсменов, не дожидаясь перерыва в состязаниях, и уже по полученным данным вносит изменения в игру.

Вся необходимая информация также поступает в онлайн режиме медицинским работникам, которые своевременно могут оказать помощь травмированному или потерявшему кондиции участнику матча.

IoT в системе ЖКХ

Установка умных счетчиков на воду, газ и электроэнергию позволяет передавать данные по расходу ресурсов с каждого домовладения на облачные технологии.

Диспетчер в режиме онлайн видит информацию по отдельно взятой квартире, микрорайону или в масштабе города, что позволяет без использования труда обходчиков получать данные по счетчикам, на основании которых выставлять счета.

Из цепочки потребитель-поставщик услуг выпадают посредники, обслуживающие дома, что дает возможность выигрывать в материальном и временном плане.

Механизм учета ресурсов с использованием IoT технологий позволяет максимально автоматизировать диспетчерские функции и улучшить качество обслуживания.

Сельское хозяйство

Во многих странах Интернет вещей используется при выращивании сельскохозяйственной продукции. Для этого применяются датчики, которые закрепляются за определенным участком или конкретным растением.

Устройство регистрирует данные по состоянию грунта (влажность, температура, другие параметры), которые отправляются на облачную платформу.

С нее данные поступают на сервер, после чего выдаются на монитор, транслируя информацию по состоянию саженца, делаются выводы по улучшению его плодоносных свойств.

К примеру, в Израиле половина всех производителей томатов и более 30% фермерских хозяйств по выращиванию хлопка уже используют IoT технологии при мониторинге почв. Активное внедрение происходит и в других развитых странах.

Промышленность

Одно из швейцарских предприятий, занимающееся производством оборудования, разработало промышленный интернет вещей — IoT платформу по проведению технического обслуживания своей техники на различных производственных площадках.

Концепция Internet of Things объединила более 5 тыс. единиц оборудования. Теперь, если в технике наблюдается износ какого-либо узла, в главный центр поступает сигнал о необходимости профилактики и ремонтники выезжают на место.

Введение технологии IoT позволило прибывать на участок обслуживания только по мере необходимости.

Раньше плановые обходы часто проводились вхолостую, а финансовые затраты за обслуживание бригадами обходчиков были существенными.

Кроме того, во время проведения планово-предупредительного ремонта приходилось останавливать, часто без надобности, целые производственные линии, что несло дополнительные убытки.

Вообще, промышленность более других ждет повсеместное внедрение интернет вещей, так как это поможет максимально минимизировать в производственном процессе человеческий фактор и снизить дополнительные риски.

Медицина и безопасность

Интернет вещей в медицине позволяет круглосуточно контролировать состояние пациента. Для этого на него устанавливают один или несколько датчиков, данные с которых поступают в медицинский центр.

В режиме онлайн отслеживается работа больных органов и общая физическая форма больного. Информация передается лечащим врачам и в лаборатории, где проводится ее мониторинг и в случае необходимости выполняется корректировка лечебного процесса, принимаются дополнительные решения.

Кроме того, специальные радиочипы, установленные на лекарства, в реальном времени позволяют отслеживать количество лекарственных препаратов в медучреждении и своевременно пополнять их запасы.

Внедряются технологии Internet of Things и в обеспечение безопасности объектов. На одной из военных баз РФ на часовых надели специальные электронные браслеты, которые контролируют их состояние и своевременно отсылают данные о проблемах в центр управления.

Если военный в течение полуминуты не двигается, то датчик отправляет сигнал на центральный компьютер, который возвращает его солдату в виде звукового сигнала после чего, если в течение 15 сек. человек так и не совершил движения, объявляется тревога и на проблемное место отправляется караул.

Internet of Things: реальность и ожидания

Ожидаемым эффектом появления системы Internet of Things является унификация всех «умных» приборов под единые стандарты. В реальности все выглядит несколько сложнее – каждый разработчик пытается найти собственное решение, ввиду чего объединить приборы разных производителей в единую сеть будет трудновыполнимой задачей.

С помощью постепенного внедрения Интернета вещей в теории можно было бы создать целые автономные предприятия, не зависящие от человека и не требующие постоянного присутствия работников.

Эта система могла бы объединить собой целые города и страны, а возможно – и всю планету (по крайней мере, обжитую часть суши ).

Но в настоящее время прогресс направлен на нужды потребителя, готового заплатить за покупку новых технологичных помощников немалые деньги – и у некоторых ученых возникают вполне резонные опасения, что мощный проект, в теории способный объединить и облагодетельствовать все человечество, будет похоронен коммерцией и жаждой прибыли еще до получения достойного развития.

Интернет вещей в своем идеальном формате должен превратить каждый подключенный прибор если не в личность, то в индивидуума, способного накапливать «опыт» и самостоятельно принимать решения, основываясь как на своей базовой функциональности, так и в соответствии с другими факторами.

В современных реалиях это кажется весьма трудновыполнимым, поскольку для хранения общей для всех приборов базы данных потребуется по-настоящему мощный сверхкомпьютер с титаническим объемом памяти.

Проблемы реализации системы IoT

Отличие ожидаемого результата от действительности объясняется наличием многочисленных проблем в реализации Интернета вещей. В чем они выражаются?

Необходимость поиска альтернативных методов программирования – это один из основных сложных моментов, и об него программисты всего мира спотыкаются до сих пор.

Современная «умная» техника действует с помощью запрограммированных алгоритмов, зиждущихся на базовых логических командах и блоках. Весь «ум» прибора кроется в коде программы, которая имеет один огромный минус, заключающийся в отсутствии возможности развития.

Поэтому прибор просто выполняет заданный алгоритм и имеет некоторое количество сценариев действия при получении различных ответов в процессе исполнения.

При возникновении конфликта между алгоритмом действия и возникшими обстоятельствами, не предусмотренными программой, программа или даст сбой, или предоставит не тот результат, которой от нее ждали. И, что самое важное – не научится на этом опыте: потребуется программист, который придумает, как заставить программу выйти из подобной ситуации.

Раздробленность разработок – вторая по значимости проблема. Собравшись в единый кулак, корпорации-гиганты Apple, Windows, Google и многие другие смогли бы достичь куда более конкретных результатов. Они не тянут друг друга в разные стороны и даже создают друг другу конкуренцию, но в итоге вынуждены по нескольку раз разрабатывать уже достигнутый кем-то другим результат.

Третьей проблемой является вопрос энергоснабжения. Для корректной работы Интернета вещей даже в рамках отдельно взятого жилого помещения питание всех подключенных приборов должно быть бесперебойным.

Подключение всех приборов в единую сеть Internet of Things вызовет резкий дефицит энергетических ресурсов, который требуется восполнить заранее – либо обнаружить альтернативные, более дешевые и надежные источники энергии.

Кроме того, далеко не все смогут позволить себе оборудовать свой быт вещами из мира высоких технологий.

Переход же к этапам «умного города», «умной страны» и «умной планеты» от «умного дома» без этого будет положительно невозможен. Вывод напрашивается сам собой: интеграция Интернета вещей не должна зависеть от доходов обывателей, но найти того, кто возьмется оплачивать такую инициативу, будет крайне затруднительно.

Слабые места и уязвимости интернета вещей

Увы, идея Интернета вещей имеет свои слабые места и уязвимости. Некоторые из них могут показаться смешными, другие же – вполне серьезны. Над их решением уже пытаются работать, но современный уровень технологий не позволяет решить все и сразу.

Зависимость элементов системы друг от друга . Сбой или поломка одного элемента вызовет цепную реакцию, из-за чего Интернет вещей будет решать поставленные задачи нетривиальными способами, провоцировать сбой других устройств или попросту отключаться. К примеру, на «умном» термометре даст сбой температурный датчик – и «умный» гардероб, основываясь на его показаниях, посоветует хозяину одежду не по погоде.
Страх перед хакерскими атаками . Разумеется, страшных компьютерных гениев, которых любят показывать в кино, в природе не существует – однако способы взломать любой запрограммированный прибор имеются (хоть они и не так зрелищны). Получив доступ к информации одного «умного» прибора в «умном» доме, взломщик сможет буквально держать руку на пульсе его владельца, зная о нем практически все.
Возможное восстание машин . Если дать машинам искусственный интеллект и машинное обучение вместе с центральным компьютером, выполняющим функции энциклопедического мозга, они со временем могут «понять», что достойны большего, чем услужение людям. Скорее всего, это завершится грандиозным сбоем во всей системе, но исключать варианты с агрессивным поведением «умных» приборов тоже не стоит.
Тотальная зависимость системы от энергетических ресурсов . Даже если человечество перейдет на фактически неисчерпаемые ресурсы в виде альтернативных источников бесплатной энергии (солнечный свет, геотермальные ТЭС и т.д.), для полного вывода системы из строя на определенном участке потребуется просто вывести из строя источник энергии. По этой причине данная разработка вряд ли будет применяться в военных целях, оставив войну людям: управляемое электромагнитное поле, доступное уже сейчас, сжигает любую электронику, какой бы «умной» она ни была.
Возможная деградация человечества вследствие критического упрощения жизни . Пример можно наблюдать в мультфильме «Валли», где находящиеся на попечении роботов люди не имеют сил даже на то, чтобы выбраться из кресел.

Некоторые из этих уязвимостей можно считать фантастическими и невозможными, однако не стоит забывать, что до недавнего прошлого и сам был невозможен. С уровнем роста технологий изменяются и границы возможностей – и об этом не стоит забывать.

Необходимое послесловие

Что принесет миру Internet of Things?

Возможно, полное подключение к нему избавит человечество от лишних амбиций и откроет ему путь в золотой век, эпоху торжества науки. Возможно, в результате нас ждет всеобъемлющий пост-апокалипсис в духе братьев Вачовски по трилогии «Матрица».

Разбираемся, что такое интернет вещей, с чего начать его изучение, какие конструкторы для этого подходят и какие соревнования проводятся уже сегодня.

Что такое интернет вещей (Internet of Things, IoT)

Уже никого не удивишь тем, что любой предмет, будь то бытовая техника или одежда, могут быть подключены к интернету. Умный холодильник, чайник, конструкторы для обучения детей… Пока одни подключают к всемирной паутине кофеварку, часы и прочие вещи, другие недоумевают, зачем усложнять простые в использовании предметы и технику. Чем же на самом деле является интернет вещей?

Концепция интернета вещей

Интернет вещей (англ. Internet of Things, IoT) - концепция вычислительной сети физических объектов («вещей»), оснащенных 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 (Википедия) .

Идея интернета вещей состоит совсем не в том, чтобы подключить к интернету все вокруг. Задача — автоматизировать процессы и научить подключенные к сети предметы обмениваться информацией. Как? Через различные датчики, встроенные или подключенные к объектам. Зачем? Чтобы объекты сами «принимали решения» и действовали без участия человека.

В начале 2015 года председатель совета директоров Google Эрик Шмидт :

Я очень упрощенно отвечу, что интернет исчезнет. Будет так много IP-адресов, так много устройств, сенсоров, носимых гаджетов, вещей, которые связываются с вами, но вы это даже не почувствуете. Они всегда будут вас сопровождать. Представьте, что вы заходите в комнату, а комната динамична и вы можете взаимодействовать с тем, что происходит в этой комнате. Возникает очень персонализированный, очень интерактивный и очень, очень интересный мир.

Почти классический, уже сегодня работающий пример реализации интернета вещей — Яндекс.Пробки. Множество автомобилей, оснащенных Яндекс.Навигатором, отправляют свои координаты, скорость и направление в систему. Информация обрабатывается и на карте видно не только дороги, но и их загруженность в «реальном времени». Благодаря этому навигаторы могут прокладывать маршрут, учитывая не только расстояния, но и пробки.

Если вы все еще не знаете, зачем подключать к интернету чайник, попробуйте пофантазировать. Когда-то большинство владельцев телефонов считало, что он нужен только для звонков. Сегодня многие люди, лишившиеся на день подключенного к интернету смартфона, испытывают шок.

Никто не знает наверняка, какими функциями станет обладать чайник завтрашнего дня. Может, он будет работать совместно с умным браслетом на руке, собирая данные о количестве выпитой воды, ее характеристиках, ритме сердца и других показателях. Все это будет отправляться виртуальному кардиологу, а вы получите рекомендации и предупреждения.

История IoT

Еще до появления самого интернета, в 1926 году Никола Тесла в интервью журналу Collier’s сказал, что в будущем радио будет преобразовано в «большой мозг», все вещи станут частью единого целого, а инструменты, благодаря которым это станет возможным, будут легко помещаться в кармане.

В 1990 г. один из создателей протокола TCP/IP Джон Ромки подключил к сети тостер, т.е. фактически создал первую в мире интернет-вещь.

В 1999 году термин Internet of Things был предложен Кевином Эштоном , на тот момент ассистентом бренд-менеджера Procter&Gamble. В этом же году они с Девидом Броком и Санджаем Сармой основали Центр автоматической идентификации (Auto-ID Center), занимающийся радиочастотной идентификацией (RFID) и сенсорными технологиями, благодаря которым концепция интернета вещей получила широкое распространение.

В 2008-2009 годах компания Cisco сообщила, что количество устройств, подключенных к интернету, превысило количество людей на планете.

Начиная с 2010 годов, интернет вещей устойчиво развивается благодаря повсеместному распространению беспроводных сетей и облачных технологий, удешевлению процессоров и датчиков, развитию энергоэффективных технологий передачи данных. Технология интернета вещей, как и робототехника, признана прорывной, т.е. меняющей нашу жизнь и экономические процессы. Мир продолжает меняться прямо на наших глазах.

Соревнования по IoT

Интернет вещей входит в список профессий (компетенций) Национального чемпионата рабочих профессий WorldSkills и аналогичные соревнования для школьников JuniorSkills . В 2016 году чемпионат JuniorSkills в компетенции «Интернет вещей» проводится в рамках VIII Всероссийского робототехнического фестиваля «Робофест-2016». Соревнования будут проходить в двух категориях JuniorSkills: тематика «Умный город» (Smart City) для участников старше 10 лет и «Умное сельское хозяйство» (Smart Agriculture) для детей старше 14 лет.

В 2016 году интернет вещей также выделен в отдельную творческую категорию Всероссийской робототехнической олимпиады . Тема этого года — здравоохранение.

Наборы для изучения интернета вещей

Решили идти в ногу со временем, освоить технологию интернета вещей и стать техническим волшебником? Готовы изменять окружающий мир, ломая все, что попадется на пути подключая окружающие вещи к интернету и наделяя их «разумом»? Разбираемся, какие комплектующие или конструкторы подходят для изучения Internet of Things.

Умные устройства из мира IoT должны собирать данные из окружающей среды, передавать информацию через в интернет (или локальную связь) другим девайсам, а также получать информацию от них. Чтобы устройства обладали «интеллектом», полученные данные должны анализироваться программой, которая делает выводы и принимает решения. Объекты из мира интернета вещей во многом похожи на роботов и для их создания нужны контроллеры, датчики, при необходимости и исполнительные механизмы.

Важной составляющей является обработка данных. Можно сказать, что подключенные к сетям обработки данных объекты приобретают «интеллект». Существуют различные аппаратные и программные платформы для разработки приложений интернета вещей.

Из программных решений популярной является ThingWorx .

Распространенная в робототехнике Arduino — то, что надо для создания учебных проектов в области IoT. Для подключения к сети применяется плата расширения Ethernet Shield. Все необходимые платы и датчики можно приобрести отдельно. Существуют и специализированные готовые наборы на основе Arduino. Их преимуществом является не только продуманный состав, но и примеры программных кодов.

Базовый учебный комплект IoT Smart Agriculture

В некоторых случаях соревнования регламентируют используемое оборудование. Так, на чемпионат JuniorSkills этого сезона допущен комплект WorldSkills Smart Agriculture , созданный для изучения интернета вещей по теме Smart Agriculture (Умное сельское хозяйство).

Состав учебного комплекта:

плата Arduino Uno R3;
плата Ethernet W5100 Shield;
модуль датчика температуры и влажности DHT11;
кабель Ethernet;
цифровой термометр DS18B20;
модуль датчика света;
модуль датчика влажности почвы / сыпучих веществ (Moisture Sensor);
IO Sensor Shield;
соединительные провода;
колодки;
адаптер сетевой (5V, 1A, 5W);
коробка.

Такие наборы удобно использовать для быстрого протипирования устройств, что актуально для организации процесса обучения.

Для сборки учебных моделей интернета вещей удобно использовать платы расширения (шилды), имеющие на борту ряд часто используемых датчиков. — универсальная плата, на которой установлены:

цифровой датчик температуры и влажности DHT11,
аналоговый датчик температуры LM35,
аналоговый датчик освещенности,
приемник ИК сигналов с пульта,
динамик для генерации простейших звуковых сигналов,
две кнопки и потенциометр,
три светодиода.

Моделью сельского хозяйства может быть любое комнатное растение. Забываете поливать? Представьте, что цветок сам может сообщить о том, что о нем пора позаботиться. Для этого нужно разместить датчики температуры и влажности в почву и мониторить их показатели, а также контролировать освещенность вокруг.

Базовый учебный комплект IoT Smart Agriculture. Модель с комнатным растением

Видео-урок, демонстрирующий простоту сборки набора:

Чтобы такая модель стала интернетом вещей, нужно создать аналитический облачный интернет-сервис, самостоятельно принимающий решение о включении системы полива на основе собранных данных.

В состав расширенного комплекта оборудования Juniorskills Smart Agriculture входит погружная помпа. Кто знает, чему еще вам захочется ее научить кроме полива комнатных цветов? Возможно вы решите, что ваша smart-помпа должна «общаться» не только с горшками комнатных растений, но и с чайником, который сообщает о том, что уровень воды слишком мал, а смартфон хозяина «гвардии умной техники» требует срочно вскипятить воды.

Я надеюсь, что после прочтения статьи вы не сломаете всю технику дома в вашем сердце поселится дух новаторства и перемен, которые несет с собой интернет вещей, и вам захочется стать частью технического волшебства.

Интернет стал настоящим прорывом в человеческой цивилизации. С его помощью возникло много новых направлений в экономике и социальной жизни. Одно из них - это интернет вещей. Что это такое? В чем его суть? Прогресс ли это или нет? Всё это мы рассмотрим в рамках данной статьи.

Общая информация

Из формулировки можно понять, что главным объектом взаимодействия являются вещи, которые обладают доступом в сеть. Многим людям это очень сложно понять, сама фраза воспринимается как какая-то нелепость. Но понимать её необходимо как «сеть вещей». То есть многие становятся заложниками простого перевода названия разработки с английского без адаптации под местные особенности.

Если говорить про интернет вещей популярно, то под ним понимается концепция пространства, в котором есть совмещение цифрового и аналогового миров. Благодаря этому происходит переопределение наших отношений с объектами, а также выявляются их дополнительные суть и свойства. Под данной концепцией понимают любой виртуальный или реальный объект, который существует и может перемещаться во времени и пространстве.

Тут, правда, хочется задать вопрос, как это относится к несуществующим цифровым данным, но практика всё покажет. Ведь под этим явлением понимают небольшое количество датчиков и приборов, которые соединены каналами связи и подключены к интернету. Здесь рассматривается возможность интеграции реального и виртуального миров, где люди и устройства выступают в качестве равных сторон общения. Вот чем является интернет вещей. Что это такое, мы рассмотрели, сейчас давайте уделим внимание исследованию возможности реализации данного положения дел.

Создание прообраза

Первым человеком, который предложил что-то подобное, был Никола Тесла. Он в 1926 году высказал предположение объединения всех вещей в единое целое посредством радио, которое эволюционирует до положения «большого мозга». Инструменты управления же будут при этом влезать в карман. Первая в мире интернет-вещь была создана одним из отцов протокола TCP/IP Джоном Ромки в 1990 году, когда он подключил свой тостер к сети. Английский вариант для обозначения этой концепции (Internet of Things) предложил Кевин Эштон. Это произошло в 1999 году. Тогда же создали центр автоматической идентификации, благодаря которому такое явление и получило широкое распространение. В 2008 году количество предметов, подключенных к сети, превысило число людей, которые имеют доступ к ней. Вот так развивается и по сей день интернет вещей. Примеры этого явления будут приведены далее в тексте статьи.

Возможность использования в будущем

Предполагается, что он будет важен для участников предпринимательского дела, социальных и информационных процессов. Здесь вещи будут выступать как активные субъекты взаимодействия. Они смогут «общаться» между собой, передавая информацию об окружающей среде, а также реагировать и влиять на процессы, которые происходят в подконтрольной им обстановке, без привлечения человека.

Структура построения

Развитие интернета вещей предусматривает создание четких рамок взаимодействия, а также масштаба влияния. Некоторые эксперты приводят в качестве модели вот такую классификацию структуры:

1-й уровень. Проводится идентификация каждого объекта по отдельности.
2-й уровень. Является сервисом, который обслуживает потребности человека (в качестве частного примера можно рассматривать систему «умный дом»).
3-й уровень. Является сервисом, построенным по концепции «умного» города. Предусматривает сбор и обработку всей информации, относящейся к жителям поселения, а также отдельных районов, кварталов и домов.
4-й уровень. Сенсорная планета. Действует по примеру третьего уровня, но уже на территории всей планеты.

Как передаются данные интернета вещей?

Для взаимодействия и общения приборов необходимо использовать один язык (способ). Компанией Cisco был проведён тщательный технический анализ, в результате которого было установлено, что к требованиям сетей нового типа может быть адаптирована технология IP. В данном случае под ним подразумевается только средство связи между разными устройствами, тогда как о едином машинном языке говорить пока не приходится. Но даже обладая таким стартом, можно говорить о том, что сложный массив отдельных единиц техники всё же будет стандартизирован, и это произойдёт по тому же принципу, как было с интернетом.

Технологии

Мы уже рассмотрели, чем является интернет вещей, что это такое и какие удобства он может дать в будущем. А вот как эта концепция может быть реализована? На данный момент она опирается на две технологии:

Радиочастотная метод распознавания объектов, при котором благодаря использованию радиосигналов происходит записывание и считывание имеющихся данных. Хранятся же они в транспондерах. Эта технология хорошо подходит для отслеживания движения части объектов, а также она отменно справляется с получением небольшого объема информации. На этот случай можно привести такой пример: холодильник имеет ридер. На продуктах размещены специальные метки радиочастотной идентификации. Как только их срок годности подходит к концу, к нам бы приходило уведомление об этом. На случай, если в холодильнике будет заканчиваться еда, можно предусмотреть уведомление человека по этому поводу.
Беспроводные сенсорные сети. В данном случае подразумевается наличие множества датчиков и исполнительных устройств, которые будут объединены с помощью радиосигнала. Область покрытия в данном случае может колебаться в диапазоне от нескольких метров до пары километров. И это всё будет осуществляться благодаря ретрансляции сообщений между элементами системы. Данное виденье уже нашло реализацию при решении ряда задач практического характера, которые связаны с мониторингом, логистикой, управлением и так далее.

Проблемы реализации

Самая главная на данный момент - это отсутствие стандартов. Поэтому при интеграции предлагаемых решений существуют значительные трудности. Также необходимо обеспечить автономность всех вещей. Иными словами, необходимо научиться делать такие датчики, чтобы они получали энергию из окружающей среды, а не от батареек. Также следует учитывать риски, которые несёт в себе наличие глобальной сети, посредством которой можно контролировать весь мир. Интерес представляет и то, чем будет являться интернет вещей без интернета. Ведь достаточно будет пропасть электричеству - и все наработки могут оказаться ненужными. Поэтому необходимо будет обеспечить питанием не только небольшие датчики, но и обрабатывающие системы.

Возможности

Но если так подумать, негативная сторона есть практически у всего. Поэтому давайте сконцентрируемся на позитиве, который несёт в себе технология «Интернет вещей». Итак, её реализация может привести к тому, что:

Предметы будут постоянно поддерживать человека.
Будут обеспечены прозрачность проводимых процессов и первостепенная ориентация на получаемый результат.
Обеспечивается концентрация внимания не на исполнении, а на желаемом.

Предусматривается, что управление будет совершаться с помощью небольшого устройства, роль которого может исполнять даже смартфон. Хотя не исключено даже то, что для этой цели будет использоваться вмонтированный в голову человека прибор. Но это пока отдалённое будущее. Хотя, как знать.

А что в РФ?

Интернет вещей в России ещё не сильно организован. Первые шаги к его упорядочиванию были сделаны только осенью 2015-го. А с предложением создать тематический консорциум компания «Ростелеком» выступила только в начале весны. Следует заметить, что в этом направлении нет лидеров, положение которых было бы неоспоримым. Поэтому теоретически есть все шансы вырваться вперёд в этой отрасли. Правда, для успешности предприятия необходимо будет заниматься и его популяризацией, разъясняя всем, что собой являет интернет вещей. Фото, видео и различные ознакомительные выставки, открытые для широких масс населения, в этом смогут только помочь. Также этому делу сможет помочь активная пропаганда в средствах массовой информации. Необходимо пробуждать интерес населения к высоким технологиям, изобретательству. Причем в данном случае необходимы значительные финансовые вливания. Тогда можно будет ожидать, что вложения, которые мы сделаем сейчас, принесут нам выгоду в будущем.

Заключение

Вот мы и рассмотрели, чем является интернет вещей. Что это такое и как теоретически может быть реализовано - к этому вопросов быть не должно. Следует отметить, что в мире постоянно появляются перспективные технологии. Задача нашего государства - всеми силами помогать тем, кто не боится экспериментировать и создавать что-то новое. Необходимо оказывать всестороннюю поддержку для тех, кто желает трудиться на благо всего человечества. Но при этом необходимо не упускать из виду и потенциальные риски. Так, при развитии интернета вещей необходимо будет всерьез озаботиться информационной безопасностью. Кроме этого, необходимо учитывать то, что подобные процессы могут иметь негативные последствия для тех, кто склонен к лени (также высокой считается вероятность роста численности таких людей). Поэтому следует внедрять технологии с учетом различных факторов, чтобы минимизировать плохие стороны и одновременно максимизировать хорошие.