Разбираемся, что такое интернет вещей, с чего начать его изучение, какие конструкторы для этого подходят и какие соревнования проводятся уже сегодня.
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?
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.
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.
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.
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:
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:
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.
Насколько корректен термин Internet of Things (IoT) и что сопутствовало его возникновению? Ответы на эти вопросы дает материал, который для TAdviser подготовил журналист Леонид Черняк.
В семидесятые годы прошлого века, с того времени, когда компьютеры престали быть единичными и уникальными изделиями, началась массовая автоматизация по двум практически независимым направлениям. Одно – автоматизация бизнес-процессов , которую мы его называем информационными технологиями (ИТ - IT, Information Technology). Другое - автоматизация технологических процессов, это направление в противовес ИТ стали называть операционными технологиями (OT, Operational Technology).
Стоит уточнить, ИТ имеют дело не с информацией, а с данными, поэтому их бы так точнее стоило бы называть «технологии данных». ИТ объединяют в себе компьютеры, системы хранения данных и сети с процессами создания, обработки, хранения, обеспечения безопасности и обмена любыми формами электронных данных. ОT- это тоже комплекс аппаратного и программного обеспечения, но предназначенного для контроля и управления физическими процессами.
В СССР стали популярны термины АСУ (Автоматизированные Системы Управления) и АСУ ТП (Автоматизированные Системы Управления Технологическими Процессами).
Более сорока лет ИТ и ОT развивались независимо, и за это время приобрели черты, существенно различающие их. Но во втором десятилетии XXI века под влиянием ряда факторов, в том сенсорной революции, развития сетевых технологий, облачного компьютинга, аналитики и других современных трендов начался процесс конвергенции (IT/OT convergence), объединяющий два подхода – ориентацию на данные и ориентацию на события в физическом мире.
В отдаленной перспективе стоит ожидать появления единого целого, состоящего из традиционных технологий для работы с данными и из промышленным систем управления (ICS) и систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA). Возможно, в конечном итоге это будут киберфизические системы или даже социальные киберфизические системы.
Киберфизические системы (Cyber-Physical-System) - это системы, состоящие из различных природных объектов, искусственных подсистем и управляющих контроллеров, позволяющих представить такое образование как единое целое. В CPS обеспечивается тесная связь и координация между вычислительными и физическими ресурсами. Область действия CPS распространяется на робототехнику, транспорт, энергетику, управление промышленными процессами и крупными инфраструктурами. Социальные киберфизические системы Cyber-Physical-Social Systems (CPSS) объединяют физический, кибернетический и социальный миры, обеспечивают взаимодействие между ними в реальном времени.
Процесс объединения ИТ и OT чрезвычайно сложен, он обсуждается на разных уровнях, в первую очередь в диалоге между двумя крупнейшими комитетами по стандартизации International Society for Automation (ISA) и Industrial Internet Consortium (IIC).
На маркетинговом уровне, в масс-медиа для обозначения решений, нацеленных на IT/OT convergence, чаще всего используют термин Industrial Internet или Industrial Internet of Things (IIoT). То, как это делается, чаще всего отражает избыточно восторженное отношение к феномену IoT и упрощенное отношение к переносу принципов IoT в индустрию. В Wikipedia статье Internet of Things есть специальный раздел «Критика и противоречия» , где показаны проблемы, связанные с IoT.
В IIoT проблем будет еще больше, потому что объемы данных, генерериуемые промышленными машинами, больше, чем бытовыми, а вопросы безопасности - критичнее. Обеспечить адресацию ко всем возможным устройствам по протоколу IPv6 (Internet Protocol version 6) далеко не достаточно для решения проблем IT/OT convergence. Поэтому, если судить по гамбургскому счету, никого интернета вещей нет, а за разрекламированной ширмой под названием IIoT скрывается сервисная платформа PaaS с доступом к облачным ресурсам по интернету.
При первом, не слишком глубоком знакомстве с IoT общая идея интернета вещей и ее перспективы показались очень привлекательными. Но по прошествии нескольких лет, при более внимательном анализе этой темы возникли определенные сомнения, не в последнюю очередь вызванные чудовищным маркетинговым хайпом, сопутствующим IoT.
IoT вызывает ряд вопросов:
Возникновение этих и подобных вопросов закономерно хотя бы потому, что известные определения IoT, предлагаемые не кем-нибудь, а ведущими отраслевыми аналитиками, мягко говоря, ясности не прибавляют.
Такого рода определения вызывают когнитивный диссонанс, то есть, состояние, о котором в энциклопедиях пишут «психический дискомфорт, вызванный столкновением в сознании индивида конфликтующих представлений: идей, верований, ценностей или эмоциональных реакций».
Начнем с того, что интернет или просто сеть - это всемирная система объединенных компьютерных сетей, служащая для хранения и передачи данных. Она построена на базе стека протоколов TCP/IP . Функция сети сводится к передаче пакетов данных, не более того. Этот факт знают далеко не все, для подавляющей части населения сеть известна тем, что на ней работает всемирная паутина WWW, в обыденном сознании WWW и интернет тождественны. Но есть еще и масса других систем передачи данных, в том числе обмен файлами, телефония, многое другое. В том числе, интернет вполне разумно использовать для организации обмена данными между вещами. Со стороны сети никаких ограничений нет. Почему же мы говорим о сети вещей, как о чем-то отдельном и особенном? Никому в голову не придет назвать WWW «Интернетом текстов».
Скорее всего, мы стали жертвой недоразумения, потому, что, говоря о IoT, обычно подразумевают не просто коммуникации, в что-то аналогичное WWW, нечто вроде паутины вещей, это обстоятельство было осознано относительно недавно и появился соответствующий термин Web of Things (WoT), который точнее подходит к идеальному представлению об IoT.
Подмена понятий возникла и укрепилось из-за отсутствия должного понимания различий между интернетом и WWW. Всемирная паутина - это распределенная система, предоставляющая доступ к связанным между собой документам, расположенным на различных компьютерах, подключенных к интернету. Возможность доступа к документам обеспечивается языком разметки HTML (HyperText Markup Language). Стандартным образом размеченные HTML-файлы (веб-страницей) являются основным типом ресурсов всемирной паутины.
Сами по себе текстовые документы не сложны, поэтому стандарты, разработанные консорциумом W3C, получились ясными и понятными, а трех вещей - уникальной системы адресации документов URL/URI, языка HTML и протокола HTTP - оказалось достаточно для того, чтобы обеспечить человечеству возможность коммуникации.
Скорее всего, в терминологической путнице напрямую «виноват» Кевин Эштон, предложивший термин Internet of Things, хотя в 1999 году он думал не о сети вещей, а о паутине вещей. Вот, что он написал позже в 2009 году:
Совершенно очевидно, он признает, что речь не идет о сетях передачи данных, а о некоторой информационной паутине, состоящей из образов вещей.
Если бы Эштон использовал большее точный термин Web of Things (WoT), то нам не пришлось мучительно истолковывать IoT. Когда говорят об авторстве на термин IoT, забывают, что еще в середине 90-х была компания Integrated Systems Inc. (ISI), предложившая бизкую по смыслу идею встроенного интернета (Embedded internet) . Тогда по наивности казалось, что для связи между вещами достаточно установить на встроенный процессор разработанную ISI операционную систему PSOS. Жизнь показала, что проблема существенно сложнее.
Сейчас академическое сообщество активнейшим образом занято разработкой WoT. В консорциуме W3C создана рабочая группа Web of Things Interest Group, ведутся работы, нацеленные на разработку стандартов, но это дело чрезвычайно долгое, поскольку устройства (вещи) не сравнимы по сложности и разнообразию с текстами. Соответственно стандартизация взаимодействия между устройствами на порядки сложнее того, что было сделано для текстов. Эти работы займут не один год.
А до тех пор придется смириться и со скорбью приять существующую трактовку IoT, согласившись с тем, что «термин занят», но понимая при этом, что никакого интернета вещей нет и быть не может, хотя когда-то может быть и будет создан веб-вещей. Поучается как с названием газеты МК, образованного от «Московского комсомольца», но с точностью до наоборот. Комсомола уже давно нет в природе и, скорее всего, больше никогда не будет. А IoT аббревиатура - от Internet of Things: от того, чего по существу еще нет в полном объеме, но когда-нибудь, вероятно будет что-то подобное.
Hardware disaggregation 2016
В статье перечислены основные бизнес-модели, по которым будут внедряться IoT в ближайшее время. Первая бизнес-модель – «нормативный контроль». Соблюдение требований контролирующих организаций является необходимым условием для ведения бизнеса, но прямой экономической выгоды они компаниям не приносят, несмотря на значительные затраты. В контексте данной ситуации IoT обладает огромным потенциалом по сокращению издержек в этой области.
Вторая бизнес-модель – «превентивный контроль»: IoT позволяют своевременно выявлять предпосылки для аварийных ситуаций и снижения эффективности работы оборудования. Благодаря IoT можно запустить дистанционный мониторинг и следить за работой оборудования онлайн в реальном времени.
Третья бизнес-модель – «дистанционная диагностика». Датчики IoT могут использоваться для диагностики устройств, на которых они установлены, и автоматически реагировать на изменения их состояния.
Четвертая бизнес-модель – «контроль операций». С помощью IoT можно контролировать цепочку технологических операций, осуществлять контроль перемещения любых устройств и автоматически отслеживать их характеристики в реальном времени. Это позволяет избавиться от воровства и неконтролируемых потерь, повысить эффективность работы подконтрольных объектов, где установлены «умные» датчики, добиться предсказуемости их эксплуатации.
Пятая бизнес-модель – «автоматизация операций». Приход IoT позволяет автоматизировать часто повторяющиеся операции, повышая эффективность работы, качество досуга, степень удовлетворенности клиентов. Достоинство таких IoT-гаджетов выражается не только в упрощении рутинных операций. Они стимулируют продажи, позволяя автоматизировать привычки.
Успешная реализация решений на базе всеобъемлющего интернета – не изолированный и независимый процесс. В Cisco считают, что для этого требуется техническая и коммерческая платформа, на которой можно будет легко выстраивать различные решения для рационального и эффективного достижения обещанных коммерческих преимуществ. В основе такой платформы интернета лежат надежная связь и технологическая инфраструктура, операционные и управленческие сервисы, а также ряд вертикальных и горизонтальных решений.
Опыт Cisco показывает, что для реализации решений на базе Всеобъемлющего Интернета все технические и коммерческие элементы должны обеспечивать нужный результат. Эффективное развертывание систем Всеобъемлющего Интернета обеспечит такую платформу для всего бизнеса или даже для всех отраслей, которая позволит реализовывать целый ряд уникальных прибыльных решений на базе IoE.
Уровни, начиная с нижнего:
Успешное развертывание решений и получение огромной потенциальной выгоды от Всеобъемлющего Интернета зависит не только от классных вещей и приложений. Для воплощения идей и ожиданий в жизнь необходима комплексная, техническая, операционная и организационная платформа Всеобъемлющего Интернета.
Мировой рынок встраиваемых систем растет, что обусловлено увеличением спроса на портативные компьютерные устройства и встраиваемые решения M2M. Другими ключевыми драйверами роста в последние годы стали тенденция к автоматизации обрабатывающей промышленности, непрерывная эволюция всепроникающей компьютеризации, а также широкое распространение интернета вещей .
Быстрый рост рынка встраиваемых систем во многом обусловлен стремительным развитием Интернета вещей . Ожидается , что к 2020 году к глобальному Интернету вещей будет подключено более 30 млрд. устройств.
Современная концепция Интернета вещей подразумевает, что все современные устройства независимо от платформы должны иметь возможность совместно функционировать с другими устройствами и сервисами, образуя единую взаимосвязанную экосистему, а не существовать изолированно.
Именно эта предпосылка является одной из основных причин трансформации рынка встраиваемых систем. Сегодня он двигается в направлении разработки интеллектуальных систем (датчиков, машин, механизмов, приборов и т.д.), объединенных в единую глобальную вычислительную сеть с целью получения и обработки данных для повышения эффективности производства (в промышленной сфере) или комфорта и удобства пользователя (на уровне потребителя).
Развертывание таких интеллектуальных систем требует слаженной работы сразу нескольких участников рынка, включая как поставщиков комплектующих (все тех же процессоров, микропроцессоров, контроллеров, датчиков и т.д.), так и производителей конечных продуктов (потребительская электроника, промышленное оборудование, автомобили, самолеты… список поистине безграничен) и производителей программного обеспечения, способных кастомизировать все эти встраиваемые системы для отдельно взятых заказчиков, подключить их к «облакам» и обеспечить их взаимодействие с другими системами в инфраструктуре заказчика.
Сотрудничество производителей встраиваемых решений и разработчиков ПО
При таком значительном росте рынка встраиваемых систем и количестве конечных подключенных к сети и друг к другу устройств уже сейчас чувствуется серьезная потребность в разработчиках программного обеспечения, понимающих всю сложность экосистемы, в которой развиваются производители компонентов, плат, поставщики готовых систем и компании-интеграторы, и обладающих серьезным опытом в области разработки встраиваемых решений.
Говоря проще, кто-то должен «заставить» датчики заговорить на языке производителя устройства или оборудования и конечного пользователя, то есть обеспечить сбор необходимой информации, ее анализ, отображение и взаимодействие с другими системами производителя. Отдельные детали этого «языка» могут отличаться в зависимости от задач конкретного производителя (OEM), а для кастомизации под отдельных заказчиков у производителей датчиков (контроллеров, микропроцессоров и т.д.) не всегда имеются достаточные ресурсы и возможности. Именно на этом этапе требуется поддержка опытной компании-разработчика встраиваемых решений.
Есть факторы, способные замедлить развитие интернета вещей. Из них самыми важными считаются три: переход к протоколу IPv6, энергопитание датчиков и принятие общих стандартов.
Дефицит адресов и переход к IPv6
В феврале 2010 года в мире не осталось свободных адресов IPv4 . Хотя рядовые пользователи не нашли в этом ничего страшного, данный факт может существенно замедлить развитие Интернета вещей, поскольку миллиардам новых датчиков понадобятся новые уникальные IP-адреса. Кроме того, IPv6 упрощает управление сетями с помощью автоматической настройки конфигурации и новых, более эффективных функций информационной безопасности .
Питание датчиков
К началу ноября 2014 года разработкой универсальных спецификаций для «умной» электроники и соответствующей программы сертификации занимаются несколько организаций, среди которых альянс Open Connectivity Foundation (OCF) , в который входят
IoT - Internet of Things
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:
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).
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).
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.
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).
«Интернет вещей», Internet of things (IoT) - это модное сегодня словосочетание является одним из наиболее цитируемых терминов в ИТ-публикациях. Аналитики говорят о быстрорастущем рынке IoT, о влиянии на него социальных, облачных и, конечно, мобильных технологий, при этом не совсем очевидно, что к этому IoT-рынку относится. С толкованием самого термина тоже не всё однозначно. От вендора к вендору, от автора к автору определения различаются весьма существенно. Причем в зависимости от толкования само явление представляется либо грядущей перспективой, либо свершившимся фактом. Автор данной статьи предпринял попытку сделать сравнительный анализ публикаций на данную тему, разобраться, что же относится к понятию «рынок IoT» и почему в последнее время ему уделяется повышенное внимание.
Прежде чем говорить о рынке, необходимо выяснить, что такое IoT, и понять, существует ли определение данного термина. Впрочем, проблема не в отсутствии определений, а напротив, в их избытке. Просмотрев несколько десятков статей и отчетов на тему Internet of things, автор убедился в наличии серьезных расхождений в трактовке этого термина. Действительно, приведем определения из наиболее уважаемых источников. Аналитическая компания Gartner трактует понятие «Интернет вещей» (Internet of Things) как сеть физических объектов, содержащих встроенную технологию, которая позволяет этим объектам измерять параметры собственного состояния или состояния окружающей среды, использовать и передавать эту информацию. Заметим, что в этом определении, кстати, наиболее часто цитируемом, слово «Интернет» вообще отсутствует. То есть, говоря о сети «Интернет вещей», не утверждается, что она является частью Интернета. Более того, согласно выражению одного из специалистов по технологии IoT Мэта Трака (Matt Turck), управляющего директора компании FirstMark Capital, «по иронии, несмотря на название “Интернет вещей”, сами вещи часто связаны с помощью M2M-протоколов, а не самого Интернета». Впрочем, наличие или отсутствие подключения к Интернету - не единственное расхождение в определениях. Согласно толкованию специалистов из компании Cisco Business Solutions Group (CBSG), IoT - это состояние Интернета начиная с момента времени, когда количество «вещей или объектов», подключенных к Всемирной сети, превышает население планеты. CBSG подкрепляет свои выводы расчетами. По данным компании, взрывной рост смартфонов и планшетных компьютеров довел число устройств, подключенных к Интернету, до 12,5 млрд в 2010 году, в то время как число людей, живущих на Земле, увеличилось до 6,8 млрд; таким образом, количество подключенных устройств составило 1,84 единиц на человека. Исходя из этой несложной арифметики, Cisco Business Solutions Group фактически определило саму точку наступления эры «Интернета вещей» (рис. 1). Где-то между 2003-м и 2010-м годом количество подключенных устройств превысило население планеты, что и ознаменовало переход в состояние «Интернет вещей». При этом авторы исследования считают, что количество подключенных устройств на одного человека из числа интернет-пользователей в 2010 году составило 6,25 штук.
Рис. 1. Рост числа подключенных устройств на одного человека
(источник: Cisco Business Solutions Group)
Если Cisco упоминает в связи с термином IoT о взрывном росте смартфонов, подключенных к Сети, то IDC, например, четко говорит, что устройства в концепции IoT должны быть автономно подключены к Интернету и передавать сигналы без участия человека. А потому смартфон, управляемый пользователями, к IoT-устройствам отнесен быть не может.
Согласно IDC, «Интернет вещей» (IoT) - это проводная или беспроводная сеть, соединяющая устройства, которые имеют автономное обеспечение, управляются интеллектуальными системами, снабженными высокоуровневой операционной системой, автономно подключены к Интернету, могут исполнять собственные или облачные приложения и анализировать собираемые данные. Кроме того, они обладают способностью захватывать, анализировать и передавать (принимать данные) от других систем.
Очевидно, что если аналитики оперируют понятием «объем рынка IoT», то опираться на столь расплывчатое определение, как «некое новое состояние Интернета», невозможно. При этом об IoT, как о неком переходе Интернета в новое качество, говорят не только специалисты из CBSG. Обратим внимание на рис. 2, взятый из отчета Internet of Things (IoT) & Machine-To-Machine Communication Market By Technologies & Platforms (marketsandmarkets.com). Он также харакетризует IoT как этап в развитии Интернета, «когда не только люди, но и вещи начинают взаимодействовать между собой, инициировать транзакции, оказывать влияние друг на друга».
Рис. 2. Этапы развития Web 1.0, Web 2.0, Web 3.0
(источник: Internet of Things (IoT) & Machine-To-Machine (M2M) Communication Market
By Technologies & Platforms (marketsandmarkets.com))
В этом плане показательна еще одна схема: иллюстрация из статьи корейского автора Sunsig Kim, опубликованная в 2012 году на сайте i-bada.blogspot.ru/. Здесь состояние IoT представляется как точка перехода - это следующая ступень, по сравнению с технологией M2M (рис. 3). Напротив, в публикациях ряда авторов, включая IDC, можно прочитать, что M2M - это технология, которая, будучи предшественницей технологии IoT, в настоящее время является ее составной частью.
Рис. 3. Переход от технологий M2M к технологиям IoT (источник: Sunsig Kim 8th August 2012 i-bada.blogspot.ru/)
Если описанные нами определения говорят об имеющем место явлении, то, например, в формулировке Кайвана Карими (Kaivan Karimi), исполнительного директора по глобальной стратегии и развитию бизнеса Freescale Semiconductor, IoT - это скорее перспектива: миллиарды умных подключенных «вещей», формирующих своего рода универсальную глобальную нейронную сеть, которая будет включать все аспекты нашей жизни. IoT состоит из умных машин, взаимодействующих и общающихся с другими машинами, объектами, окружающей средой и инфраструктурой. В такой системе будут генерироваться огромные объемы данных, обработка которых может использоваться для управления и контроля за вещами, чтобы сделать нашу жизнь удобнее и безопаснее, а также снизить наше воздействие на окружающую среду.
Почему же так много определений, и все они разные?
Вопервых, технологии развиваются так быстро, что постоянно появляется новое наполнение термина, которое не всегда стыкуется с предыдущими толкованиями. Это красноречиво иллюстрирует рис. 4, где эволюция IoT отождествляется с несколькими стадиями и, по сути, с разными технологиями.
Рис. 4. Эволюция технологии «Интернет вещей»
Вовторых, очень часто новую технологию определяют как совокупность факторов, отличающую ее от предшествующей, а потом эту предшествующую технологию включают в новое понятие. Движимые маркетинговыми устремлениями вендоры хотят старые технологии называть новыми именами. Аналитики тоже, следуя моде и стремясь продемонстрировать значимость описываемого рынка, используют один так называемый зонтичный термин, совмещая в нем несколько понятий.
Аналогичная ситуация наблюдается и в отношении других новых терминов. Возьмем, к примеру, термин SaaS, возникший для обозначения следующей ступени развития технологии ASP. Сегодня в ряде публикаций ASP-проекты стали включать в рынок SaaS, что, строго говоря, некорректно.
Примерно то же происходит и с термином IoT: с одной стороны, это следующая ступень развития M2M-технологий, с другой стороны, во многих источниках говорится, что рынок M2M-решений является подмножеством IoT, а в некоторых источниках используют аббревиатуру IoT/M2M.
Еще одна причина неоднозначности термина заключается в том, что на базе IoT решаются разные классы задач. В частности, Кайван Карими говорит о наличии, как минимум, двух классов задач, которые объединяет термин IoT. Первая задача - это удаленный мониторинг и управление набором взаимосвязанных сетевых устройств, каждое из которых может взаимодействовать с объектами инфраструктуры и физической среды. Например, датчик температуры и влажности контролирует сеть приборов, которые управляют системой климата умного здания (окон, жалюзи, кондиционеров и пр.). Более экзотический пример - датчик на руке владельца умного дома подает сигнал о психофизическом состоянии хозяина всем умным устройствам, находящимся в сети; каждое из них реагирует определенным образом, в результате чего меняется освещенность, фоновая музыка, кондиционирование. Здесь основная функция не аналитическая, а именно управляющая. Вторая задача - это использование данных, получаемых с конечных узлов (смартустройств с возможностью подключения и зондирования) для интеллектуального анализа с целью выявления тенденций и взаимосвязей, которые могут генерировать полезную информацию для обеспечения дополнительной выгоды в бизнесе. Например, отслеживание поведения посетителей в магазине с помощью бирок на товарах: сколько времени и возле каких товаров останавливаются посетители, какие товары берут в руки и т.п. На основании данной информации можно изменить расположение товаров в зале и увеличить объем продаж. Еще один пример - из сферы автострахования. Размещение в автомобилях устройств, снабженных акселерометром, позволит страховой компании собирать данные о степени аккуратности вождения клиента. Фиксироваться могут не только столкновения, но и, например, резкий наезд на предмет или бордюр. Чем аккуратнее водит клиент, тем дешевле страховка, а лихач платит больше. В последних примерах не стоит задача управления - здесь выполняется сбор данных и их обработка методами современной аналитики. Статистическая информация обо всех клиентах позволит компании правильно прогнозировать свои риски.
В работе «What the Internet of Things (IoT) Needs to Become a Reality» (“Что требуется IoT, чтобы стать реальностью») Кайван Карими пытается представить обобщенную схему IoT-решения (рис. 5). Согласно данной схеме, это стек, в который входит шесть слоев: устройства зондирования и/или смартустройства, узлы подключения, слой встроенных узлов обработки, слой удаленной облачной обработки данных; шестой слой может выполнять две функции. Первая, обозначенная как «приложение/действие» означает, что решение используется для того, чтобы осуществлять удаленное управление устройством либо автоматически управлять процессом на основе зондирующих устройств. Второй вариант - «аналитика/большие данные» подразумевает, что задача нацелена на использование данных, получаемых с зондирующих устройств для анализа и выявления тенденций и взаимосвязей, которые могут генерировать полезную бизнес-информацию.
Рис. 5. Типовая архитектура IoT-решения (источник: Freescale Semiconductor)
Сходную типовую архитектуру IoT-решения дает компания Microsoft (рис. 6).
Рис. 6. Типовая архитектура IoT-приложений (источник: Microsoft)
В своих работах Кайван Карими представляет не только изображение типовой архитектуры, но также графическую интерпретацию всей экосистемы IoT (рис. 7).
Рис. 7. Экосистема «Интернета вещей»
Рис. 8. IoT как «Сеть сетей» (источник: CBSG)
Что же такое IoT-рынок? Как его подсчитать? Кого причислить к его участникам? Если подсчитать все проекты, которые подпадают под схему, представленную на рис. 5, то рынок окажется весьма небольшим. Если же подсчитать оборот компаний, занятых созданием элементов, которые потенциально могут быть реализованы в данной схеме, то получится совсем другая цифра. Исходя из публикаций видно, что аналитики выбирают второй подход: они представляют рынок как совокупность бизнеса всех игроков, которые создают подключаемые смартустройства и сенсоры, готовят платформы для построения IoT-решений, разрабатывают технологии соединения «Интернета вещей» в сеть и предоставляют вспомогательные сервисы. То есть аналитики рассматривают не столько рынок IoT-решений (в узком понимании), сколько бизнес всех участников экосистемы провайдеров сервисов и технологий вокруг построения IoT-решений.
Похоже, именно по этому пути идут компании, которые оперируют термином «рынок IoT». В частности, компания IDC выделяет целых пять сегментов IoT-рынка и соответствующих игроков.
К первому («Устройства /Интеллектуальные системы») относятся производители смартустройств и сенсоров, обладающих возможностью подключения к проводным/беспроводным сетям, способным захватывать и передавать данные, исполнять собственные или облачные приложения, взаимодействовать с интеллектуальной системой в автоматическом режиме.
Второй сегмент носит название «Средства обеспечения подключения и поддержки IoT-сервиса». Это потенциальный бизнес для телекомпровайдеров, которые могут предоставлять сервис обеспечения связи на базе разных технологий, включая проводную, сотовую связь (2G, 3G, 4G), Wi-Fi и дополнительные сервисы, например управление билингом.
В третьем сегменте под названием «Платформы» IDC выделяет платформы обеспечения работы устройств, сетей и приложений.
Платформы обеспечения работы устройств представляют ПО, ответственное за обеспечение потока данных на конечные устройства и с них, включая функции активации, управления и диагностики.
Платформы обеспечения сетевого взаимодействия предоставляют клиентам программное обеспечение для подключения IoT/M2M-устройств с целью осуществления сбора и анализа информации. Платформа дает возможность управлять подпиской, контролировать тарифные планы и управлять ими. Этот слой предоставляет клиентам соглашение об уровне обслуживания, нацелен на улучшение качества и обеспечение безопасности решений.
Платформы обеспечения работы приложений представляют собой горизонтально ориентированные решения по интеграции корпоративных приложений и конкретных IoT-приложений.
Четвертый сегмент, «Аналитика» - представляет решения, которые позволяют увеличить эффективность бизнеса на основе принятия более эффективных решений на базе собранных с помощью IoT-технологии данных, в том числе с применением технологии Big Datа. К данному сектору также относятся появляющиеся аналитические решения, которые позволят обеспечивать интеграцию данных, полученных на базе мониторинга IoT и социальных сетей.
И наконец, пятый сегмент - приложения для поддержки вертикальных решений, которые реализуют специфические для различных индустрий функции.
Автор карты «Экосистема “Интернета вещей”» Мэт Трак (Matt Turck), управляющий директор FirstMark Capital, представляет не только сегментацию рынка, но и приводит конкретные имена наиболее значимых игроков в каждом из сегментов (рис. 9). Эта работа переводит разговор об участниках рынка IoT в более практическую плоскость.
Рис. 9. «Экосистема “Интернета вещей”» (источник: Matt Turck, Sutian Dong & First Mark Capital)
Мэт Трак также дает ответ на вопрос, почему рынок IoT привлекает внимание именно в последние годы. Он отмечает, что рост интереса к рынку и само его развитие происходит благодаря слиянию нескольких ключевых факторов. Вопервых, стало проще и дешевле производить смартустройства, появляются компании-дистрибьюторы и компании, заинтересованные в финансировании подобного рода проектов. Вовторых, на протяжении последних нескольких лет резко продвинулись в своем развитии технологии беспроводной связи. Сегодня каждый пользователь имеет мобильный телефон или планшет, который может использоваться как универсальный пульт дистанционного управления для интернет-вещей. Повсеместное подключение становится реальностью (Wi-Fi, Bluetooth, 4G). В-третьих, «Интернет вещей» в состоянии применять всю инфраструктуру, которая возникла в смежных областях. Облачные вычисления позволяют создавать упрощенные и дешевые конечные устройства, поскольку интеллектуальную составляющую можно перенести с конечных устройств в облако. Инструменты Big Data, в том числе программы с открытым исходным кодом, такие как Hadoop, позволяют анализировать огромные массивы данных, захватываемые IoT-устройствами.
В экосистеме (см. рис. 9) автор выделяет практически те же элементы рынка, что и компания IDC, при этом они по-другому разбиты на сегменты. Мэт Трак выделяет три крупные части: горизонтальные платформы, вертикальные приложения и «строительные блоки». Автор экосистемы подчеркивает, что, несмотря на активный бизнес в области создания вертикальных решений, амбициозные игроки рынка нацелены на то, чтобы стать горизонтальной платформой, на базе которой будут строиться все вертикальные решения из области Internet of Things. Так, несколько игроков из сектора домашней автоматизации (SmartThings, Ninja Blocks и т.д.) выступают разработчиками горизонтальных программных платформ. Крупные корпорации, например GE и IBM, активно ведут разработку своих платформ. Телеком-компании, такие как AT&T и Verizon, также имеют хорошие перспективы и принимают участие в этой гонке. Открытым остается вопрос, насколько легко горизонтальная платформа, построенная под один класс вертикальных решений, может быть приспособлена под вертикальные решения другого класса. Пока неочевидно также, какие платформы - закрытые или открытые, имеют перспективы занять лидирующие позиции в этой области.
Вертикальных решений на рис. 9 отмечено достаточно много, они сгруппированы в более мелкие блоки. В рамках обзорной статьи прокомментировать все из них не представляется возможным, поэтому остановимся лишь на некоторых.
Например, в разделе «носимые компьютеры» отмечено новомодное устройство Google Glass, о котором впервые было объявлено в феврале 2012 года. Устройство на базе Android (рис. 10) снабжено прозрачным дисплеем, расположенным над правым глазом, способно записывать видео высокого качества, выполнять функции дополненной реальности, мобильной связи, доступа в Интернет и вести видеодневник.
Рис. 10. Google Glass
В последнее время приобретают популярность носимые устройства для фитнеса, такие как Fitbit, Nike + Fuelband, Jawbone, с помощью которых пользователи могут мониторить степень своей физической активности и подсчитывать потраченные калории (на рис. 9 они вынесены в отдельную категорию).
Типичный представитель данной группы - устройство UP Jawbone (рис. 11), представляет собой спортивный браслет, который может работать с iPhone и Android-платформой. Устройство позволяет отслеживать сон, рацион питания, количество пройденных шагов и сожженные калории. Браслет имеет вибрационный двигатель, который может либо служить будильником, либо напоминать, что пользователь слишком долго находится в сидячем положении. Браслет способен отслеживать фазы сна и будить владельца именно в фазе легкого сна, когда просыпаться гораздо легче.
Рис. 11. UP Jawbone позволяет вести
мониторинг физической нагрузки
Устройство включает социальное приложение, которое помогает добавить дополнительный уровень мотивации к занятиям спортом. Пользователи могут просматривать данные своих друзей, делиться спортивными результатами, соревноваться.
Подобные носимые устройства могут применяться в медицинских целях, например осуществлять удаленный мониторинг за состоянием пациента (кровяное давление, частота сердечных сокращений и т.п.), чтобы уведомить близких или медицинский персонал в случае повышения показателей. IoT-технологии вообще находят широкое применение в медицине - от простейших систем напоминания приема медикаментов до внедряемых в организм зондов с целью мониторинга работы органов для постановки сложного диагноза.
Наиболее активно IoT используется в технологиях умного дома: удаленное управление через Интернет домашними устройствами, удаленный мониторинг и управление системами отопления, освещения, медиаустройствами, электронными системами безопасности, оповещения о вторжениях, противопожарными системами и пр.
Из игроков, отмеченных в разделе домашней автоматизации на рис. 9, интересно отметить компанию Nest Labs, которая разрабатывает и производит программируемые термостаты и датчики дыма с поддержкой Wi-Fi и функциями самообучения. Стартап, образованный в 2010 году двумя выходцами из Apple, уже через пару лет вырос в компанию с числом сотрудников более 130 человек.
Свой первый продукт - термостат (рис. 12) - компания представила в 2011 году. В октябре 2013-го Nest Labs объявила о выпуске устройства контроля дыма и угарного газа. Термостат Nest обеспечивает взаимодействие с устройством не только через тачскрининтерфейс, но и дистанционно, поскольку термостат подключен к Интернету. Компания может распространять обновления для исправления ошибок, повышения производительности, а также добавлять дополнительные функции. Для обновления термостат должен быть подключен к Wi-Fi и аккумулятору, поддерживающему напряжение 3,7 В для обеспечения загрузки и установки обновлений.
Рис. 12. Термостат Nest Labs
Широкое применение технология IoT находит в энергетике (смартсчетчики, системы выявления потерь или краж в электрической сети). В нефтегазовом секторе, например, используется удаленный мониторинг трубопроводов.
Множество решений разрабатывается для более безопасной эксплуатации автомобиля. Технология Connected cars (Подключенные автомобили) позволяет использовать системы экстренного вызова скорой помощи со встроенной SIM-карты. В автостраховании начинает практиковаться расчет страховки, базирующийся на удаленном мониторинге вождения пользователей. В транспорте широко используются системы отслеживания маршрута автомобиля, мониторинг грузоперевозок, контроль отгрузки и складирования. Практикуется автоматизированная система контроля воздушного движения. Муниципальные органы власти могут использовать IoT-решения для запуска, эксплуатации и контроля системы общественного транспорта с целью оптимизации расхода топлива, контроля и управления движением поездов. В ритейле развивается автоматизация логистических задач, удаленный мониторинг и учет товаров, снабженных RFID-метками, инвентаризация в реальном времени, беспроводные платежные решения. В системах общественной безопасности - мониторинг и контроль состояния промышленных объектов, мостов, туннелей и т.п. В промышленном производстве - контроль процесса производства, удаленная диагностика, управление роботизированными комплексами. В сельском хозяйстве - удаленное управление системами ирригации, мониторинг состояния и поведения животных, мониторинг уровня воды водоемах и т.д.
Итак, что же такое «Интернет вещей» - реальность или перспектива? С учетом проведенного анализа можно утверждать, что это перспектива, которая постепенно становится реальностью.
На просьбу назвать предметы первой необходимости многие бы ответили: еда, крыша над головой, одежда… С одной оговоркой: так было в прошлом веке.
С тех пор у вида Хомо Сапиенс накопились потребности. Нам нужно, чтобы освещение контролировали автоматические датчики, а не просто выключатели, чтобы умные системы следили за состоянием здоровья и автомобильным движением. Список можно продолжить… В общем, мы умеем делать жизнь проще и лучше.
Попробуем выяснить, как весь это интернет вещей работает, прежде чем переходить к тестированию.
Интернет вещей (или IoT) - это сеть, которая соединяет в себе множество объектов: транспортные средства, домашняя автоматика, медоборудование, микрочипы и т.д. Все эти составные элементы накапливают и передают данные. Посредством такой технологии пользователь управляет устройствами удаленно.
Фитнес-браслеты Fitbit и умные часы Apple Watch легко синхронизируются с другими мобильными устройствами.
Так проще собирать сведения о здоровье: частота пульса, активность организма во время сна и пр.
Приложение CitySense в онлайн режиме анализирует данные об освещении, и автоматически включает или выключает фонари. Существуют приложения, которые управляют светофорами или сообщают о доступности парковок.
Некоторые системы, которые отслеживают состояние здоровья, используются в больницах. В основе их работы ориентировочные данные. Эти сервисы контролируют дозировку лекарств в различное время дня. Например, приложение UroSense отслеживает уровень жидкости в организме и, если нужно, повысит этот уровень. А врачи узнают сведения о пациентах по беспроводной связи.
Рассмотрим пример : медицинская система, которая следит за состоянием здоровья, частотой сердцебиений, содержанием жидкости и отправляет отчеты медработникам. Данные отображаются в системе; доступны архивы. А врачи уже решают, принимать ли пациенту медикаменты, удаленно.
Существует несколько подходов для тестирования архитектуры IoT.
IoT - это архитектура, в которой тесно переплетаются компоненты ПО и аппаратной части. Важен не только софт, но и хард: сенсоры, шлюзы и пр.
Одного лишь будет недостаточно, чтобы сертифицировать систему. Все составные компоненты взаимозависимы. IoT намного сложнее, чем более простые системы [только софт или только хард].
Составные части сети должны взаимодействовать в режиме реального времени или близкого к реальному. Все это становится единым целым - отсюда дополнительные сложности, связанные с IoT (безопасность, обратная совместимость и обновления).
Получить эти данные крайне сложно. Дело усложняется тем, что система, как в описанном случае, может относиться к сфере здравоохранения.
Сеть IoT обычно состоит из разных устройств, которые управляются разными платформами . Тестирование возможно только на некоторых устройствах, поскольку тестировать на всех возможных устройствах практически невозможно.
Сетевое соединение играет важную роль в IoT. Скорость передачи данных увеличивается. IoT-архитектура должна тестироваться в различных условиях соединения, на разной скорости. Эмуляторы виртуальных сетей в большинстве случаев используются, чтобы разнообразить сетевую нагрузку, возможности соединения, стабильность и пр элементы . Но фактические данные - это всегда новые сценарии, и команда тестировщиков не знает, где в будущем возникнут сложности.
Существует множество инструментов, которые применяются в тестировании IoT-систем.
Software Defined Radio : эмулирует приемник и передатчик для различных беспроводных шлюзов.IoT - это развивающийся рынок и множество возможностей. В обозримом будущем интернет вещей станет одним из главных направлений работы для команд тестировщиков. Сетевые устройства, приложения умных гаджетов, коммуникационные модули - все это играет важную роль в изучении и оценке различных сервисов.
Подход к тестированию IoT может отличаться в зависимости от конкретной системы/архитектуры.
Тестировать IoT сложно, но вместе с тем это интересная работа, благо тестировщикам есть где размахнуться - ведь устройств, протоколов и операционных систем множество.
P.S. Стоит опробовать формат TAAS («тесты с точки зрения пользователя»), а не просто выполнять формальные требования.
