Iot интерфейс датчики пример решения реализация. Интернет вещей: что это такое и с чем его едят? IoT не интернет, а всего лишь PaaS

«Интернет вещей» является частью концепции, что Интернет стал уже не просто глобальной сетью для людей, позволяющей общаться друг с другом посредством компьютеров, но также Интернет теперь является платформой для устройств, позволяющей им общаться в электронном виде с окружающим миром.
В результате это мир, который живет в виде информации и потоков данных от одного устройства к другому, является общим и может повторно использовать каналы для различных целей.
Использование потенциала «Интернета вещей» для экономического и социального блага в ближайшие десятилетия будет одной из основных задач, включая проблемы и возможности, вытекающие из этого явления.

Комбинирование технологий, в том числе дешевых датчиков, маломощных процессоров, постоянного масштабирования облачных сервисов, а также повсеместное внедрение беспроводного подключения позволили начать эту революцию.

Все чаще компании используют эти технологии для внедрения аналитики деятельности и поиска новых возможностей своих продуктов, что позволяет предметам быта становиться умнее, учиться на своем опыте и качественнее взаимодействовать с окружающей их средой.

Некоторые из этих устройств осуществляют коммуникации вида машина-машина. Например, датчики на проезжей части оповещают автомобили о потенциальных опасностях, смарт-сетки посылают динамические данные о ценах на электроэнергию бытовой технике с целью оптимизации энергопотребления.

Другие устройства используют коммуникацию вида машина-человек, что осуществляется непосредственно через сам продукт или косвенно через веб-браузер на ПК или мобильном устройстве. Например, системы управленческого саппорта (содействие принятию правильных управленческих решений) на фермах могут объединить данные о почвенных условиях из экологических датчиков с историческими данными и прогнозами о ценах и погодных условиях, что позволяет выработать рекомендаций для фермеров о том, как сажать и удобрять конкретные земельные участки.
Эти трансформации несмотря на свою значимость будут во многом незаметными для обывателя, потому что изменения в физической среде будут невидимым или очень неприметными. «Умный» дом или «умный» мост выглядят так же как и обычный – весь интеллект встроен в инфраструктуру. Потребительские товары, со встроенным интеллектом (например, сушилки для одежды или термостаты) внешне не будут значительно отличаться от тех, что есть сегодня.

Тем не менее, несмотря на отсутствие серьезных внешних изменений, влияние «Интернета вещей» будет весьма глубоким и создаст новые возможности для решения многих насущных социальных проблем сегодняшнего дня.

Возможности IoT представляются новыми продуктами и услугами, которые помогут защитить окружающую среду, сохранить энергию, повысить производительность сельского хозяйства, сделать перевозки быстрее и безопаснее, повысить уровень общественной безопасности, а также сделать медицинское обслуживание лучше и доступнее. Кроме того, некоторые предметы путем предоставления своевременной информации смогут просто помогать своим занятым владельцам в быту: например, «умный» холодильник может напомнить своему владельцу, что пора купить молоко, когда оно почти закончилось.
Большие изменения состоят из множества мелких и влекут за собой новые, также и «Интернет вещей» может принести миллионы дополнительных изменений в ближайшие годы. Эта статья демонстрирует разнообразие устройств, входящих в состав «Интернета вещей» уже сегодня. В потенциале эти устройства могут быть применимы для решения различных практических задач, больших и маленьких, а также в открытых новыми технологиями стратегических принципах, которые помогут правительственным лидерам максимизировать выгоду.

Окружающая среда

С постоянно растущей численностью людей на планете (сейчас уже более 7 миллиардов) рациональное использование природных ресурсов Земли становится все более сложной задачей, но это тот вопрос, который должен быть решен для достижения устойчивого экономического развития в первую очередь.

Защита окружающей среды требует многогранного решения, но «Интернет вещей» уже сейчас предлагает уникальные возможности для решения таких вопросов, загрязнение воды и воздуха, свалки отходов и вырубка лесов.

Сенсорные устройства, соединенные в общую сеть, теперь внимательно следят за воздействием на окружающую среду наших городов, собирая сведения о канализации, качестве воздуха и мусорных отходах. За пределами города такие же сети сенсорных устройств ведут постоянный мониторинг наших лесов, рек, озер и океанов.

Многие экологические тенденции настолько сложны, что их трудно осмыслить, но сбор данных является первым шагом на пути к пониманию и в конечном итоге к выработке решений по снижению отрицательного воздействия деятельности человека на окружающую среду.

Атмосфера

Air Quality Egg («яйцо проверки качества воздуха») представляет собой устройство, которое использует датчики для сбора и обмена данными о качестве воздуха за пределами дома или офиса человека. В то время как государственные учреждения, такие как Агентство по охране окружающей среды США, мониторят качество воздуха и уровень загрязненности в центрах мегаполисов, «яйцо» собирает данные о непосредственного окружения своего пользователя в режиме реального времени. Базовая станция передает данные о качестве воздуха через Интернет, где на специальном веб-сайте собирается и отражается информация, собранная всеми «яйцами», которые используются. В режиме реального времени данные могут быть использованы для оценки влияния городской политики и изменения уровня загрязнения, а также для разработки и принятия новых программ и решений в этой сфере. Также данный сервис позволяет жителям города больше узнать о своем месте жительства и своем личном и непосредственном влиянии на свой дом. Устройство «Air Quality Egg» можно найти по всей Северной Америке, в Западной Европе и Восточной Азии и в будущем может сыграть свою роль в развивающихся странах с наиболее быстрым ростом городского населения и высокими темпами загрязнения.

Мусорные контейнеры (урны)

Устройство BigBelly является работающей на солнечных батареях урной, которая уплотняет мусор и предупреждает санитарные экипажи (дворников и уборщиков), когда она полна. Общая сеть анализирует собранные данные, полученные от каждой урны BigBelly, что позволяет планировать деятельность по сбору и оперативно вносить коррективы, такие как частота вывоза мусора и размер самой урны. Системы BigBelly располагаются повсюду: в городах, крупных деловых центрах, в университетских городках, в парках и на пляжах.
Бостонский университет сократил частоту вывоза мусора с 14 до 1,6 раза в неделю. В университете не только сэкономили время, но и энергию, так как теперь используется меньшее количество мешков для мусора и производится меньше углекислого газа во время вывозов мусора.

Учитывая, что объемы бытовых отходов согласно прогнозам возрастут с 1,3 тонны, производимых сейчас, до 2,2 млрд. тонн к 2025 году, то дополнительные инструменты будут крайне необходимы, чтобы справляться с большими объемами мусора.

Леса

Invisible Tracck (невидимый Трак) представляет собой небольшое устройство, которое незаметно размещается на деревьях в охраняемых лесных районах, чтобы помочь в борьбе с незаконной вырубкой лесов. Устройства, которые меньше, чем колода карт, уведомляют власти, когда незаконно заготовленные деревья проходят в зоне действия мобильной связи. Сотрудники правоохранительных органов затем могут найти производственные площадки и остановить эту деятельность в более полном масштабе, нежели просто оштрафовав за незаконную вырубку.

Сети невидимых Траков в настоящее время развернуты в амазонских лесах в Бразилии, которые теряли в среднем по 3 460 000 гектаров девственных лесов каждый год в период с 2000 по 2005 года. Многие незаконные действия по вырубке лесов прошли незамеченными, так как частоты спутникового диапазона и радиочастоты часто слишком слабые в отдаленных районах. Невидимый Трак теперь гарантирует, что даже в наиболее уязвимых и отдаленных районах Бразилии можно охранять и защищать леса.

Водные пути

Интегрированная система морских наблюдений в Австралии представляет собой сеть датчиков вдоль Большого Барьерного рифа, позволяющую собирать данные для исследователей, изучающих влияние океанических условий на морские экосистемы и изменения климата. Буйки, оснащенные датчиками, собирают биологические, физические и химические данные. Данные передаются на базовую станцию на берегу за счет использования различных беспроводных технологий, в том числе микроволн, телевидения и мобильных сетей 3G, в зависимости от расстояния до берега. Система была развернута в 2010 года в семи различных местах вдоль Большого Барьерного рифа и собрала данные для исследования движения рыб, биоразнообразия и повреждений коралловых рифов.

Интернет вещей — сегодня этот термин можно услышать чуть ли не на каждом шагу. Многие компании присоединяются к программе по созданию, разработчики выпускают специальные процессоры и GPU для новых поколений устройств. Однако далеко не все знают, что же именно представляет собой Интернет вещей и как далеко в будущее нас сможет завести его создание.

Что такое Интернет вещей?

Определений термина сегодня можно найти сразу несколько, начиная от самых заумных и заканчивая простыми и понятными. В общем и целом Интернет вещей (Internet of Things, IoT) — это единая сеть физических объектов, способных изменять параметры внешней среды или свои, собирать информацию и передавать ее на другие устройства. «Умные» гаджеты, о которых мы в последнее время все чаще слышим, — участники IoT.

Немного истории

Впервые термин «Интернет вещей» (Internet of things) использовал известный футуролог Кевин Эштон (Kevin Ashton) в 1999 году , предсказав начало эры, когда бытовые приборы уже не будут пассивными устройствами, а станут высокоинтеллектуальными гаджетами, без участия человека подключающимися к интернету. Конечно, в те времена все это казалось не более, чем фантастикой. Но с развитием технологии концепция постепенно претворяется в жизнь.

Первой вещью, которая смогла подключаться к интернету самостоятельно (без участия пользователя), был вовсе не телефон и не смартфон, а обычный тостер, созданный в 1990 году Джоном Ромки (John Romkey), выпускником Массачусетского технологического института. Спустя 20 лет количество устройств, подключенных к глобальной сети, превысило население планеты.

Начиная с 2009 года в Брюсселе проводятся ежегодные конференции, посвященные концепции Интернета вещей. Сегодня эта идея считается очередным этапом зрелости новых технологий. Планируется, что в полном объеме концепция будет введена в течение ближайших 10 лет.

Реальные приложения

Фантазия способна показать нам множество сфер приложений концепции Интернета вещей. Правда, по большей части они относятся хоть и не к слишком далекому, но все-таки будущему. Что же может предложить нам глобальная сеть сетей уже завтра?

Прежде всего, это самые разнообразные «умные» дома , которые станут открывать двери для владельцев при приближении, подогревать ужин, поддерживать оптимальный микроклимат, самостоятельно пополнять запасы холодильника и так далее. «Домохозяин будущего» отправится в гости к другому, недвижимость сама проинформирует о вкусах и предпочтениях владельцев.

В автомобильной промышленности Интернет вещей в первую очередь обернется более точным контролем трафика. Автомобили будут оснащены средствами позиционирования, что позволит отслеживать перемещение в реальном времени, заранее предсказывать и устранять различные пробки и заторы на дорогах.

Кроме того, «умный» автомобиль сможет сам рассказать полиции, если его вдруг решат похитить злоумышленники. В более отдаленных планах машине даже не потребуется водитель, вести ее станет компьютер.

Необходимые для развития Интернета вещей технологии

Разумеется, претворение столь масштабной идеи в жизнь невозможно без разработки соответствующих технологий. Камня преткновения в данном случае три: средства идентификации, измерения и передачи данных.

Идентификация

В момент подключения к Интернету вещей каждое устройство будет обязано опознать себя. В качестве средства идентификации могут использоваться как различные визуально распознаваемые идентификаторы (штрих-коды и QR-коды), так и средства определения местонахождения предмета в реальном времени.

Крайне важно обеспечить уникальность каждого идентификатора, что напрямую подводит к вопросу создания стандартов в данной области. Сегодня для этого традиционно используется MAC-адрес сетевого адаптера .

Измерение

Даже если какое-либо устройство получит необходимые данные о состоянии внешней среды, оно должно еще и преобразовать сведения в формат, который воспримут и прочие аппараты . Сегодня для измерения используется широкий класс сенсоров, начиная от самых простых (температуры, давления и прочих), приборов учета потребления и до сложнейших вычислительных систем

Очень важно добиться высокой автономности датчиков , что ставит ребром вопрос о понижении энергопотребления и повышении емкости и эффективности аккумуляторов. В идеале, сенсоры должны питаться энергией полностью автономно, что сразу же решит немало проблем.

Передача данных

В данном случае речь идет, прежде всего, о различных беспроводных сетях. Сегодня наибольший интерес в данной области представляет стандарт IEEE 802.15.4, обеспечивающий максимальную простоту в установке и последующем обслуживании. На его основе построено уже немало протоколов, каждый из которых может стать будущим Интернета вещей.

Проблемы развития

Развитие Интернета вещей встретит на своем пути еще немало проблем. Две из них потребуется решить в ближайшее время. Речь идет о разработке единого языка, на котором смогут общаться между собой подключенные датчики, сенсоры и приборы. Без такого «компьютерного эсперанто» сети просто не смогут общаться между собой, что делает создание «умного города» невозможным.

Вторая проблем — разработка единых стандартов в этой области. Без создания оных объединение сетей становится невозможным. К счастью, сегодня технологии развиваются очень стремительно и многие производители уже заинтересовались Интернетом вещей, так что вряд ли все это заставит себя ждать.

Вопрос безопасности

Одним из немаловажных вопросов в данном случае остается защита данных. Если новая сеть не будет полностью безопасной, пользоваться ей никто просто-напросто не станет. Человек не захочет, чтобы его «умные» тапочки рассказали злоумышленникам о том, когда владелец ложится спать или уходит на работу.

Кроме того, использование беспроводной технологии для связи между отдельными устройствами способно открыть злоумышленникам поистине бесконечные перспективы. Конечно, разработка соответствующих методов защиты информации ведется уже сейчас, но за последнее время какими-либо выдающимися достоинствами данное направление похвастать не может.

Будущее технологии

Чего же ждать людям от этой интересной концепции? Прежде всего, бурного развития интернета в ближайшие годы. Постепенно вещи и предметы, общаясь между собой и с людьми, смогут все глубже и глубже проникать во все сферы жизни, в том числе и в бизнес, и в социальные сферы.

Роб Ван Краненбург (Rob Van Kranenburg), известный теоретик дизайна, считает, что Интернет вещей станет своего рода пирогом, состоящим из 4 слоев:

1. Идентификация каждого объекта из нашего окружения.
2. Предоставление сервиса по обеспечению потребностей пользователей (в качестве примера можно назвать систему «умный» дом).
3. Сбор и обработка информации, организация процессов и управление обществом на основе полученных сведений. В качестве примера можно указать автоматическое регулирование дорожного движения на основе анализа трафика. Своеобразный «умный город».
4. Завершающий этап развития. Все описанные процессы переходят от города в масштабы планеты. Несколько сетей, связывающих отдельные мегаполисы, объединяются в глобальную «сеть сетей».

Следующим этапом развития данной концепции станет «Интернет всего», «Всеобъемлющий интернет», который позволит подключить к всемирной сети буквально все, что только возможно.

Планетарная сеть станет развиваться самостоятельно и принимать решения по разработанным программистами алгоритмам.

Так как это будет выглядеть?

Можно не сомневаться, что Интернет вещей полностью преобразит жизнь многих людей. Какой она станет через 5 лет? По дорогам станут ездить машины под управлением системы контроля трафика. Просыпающемуся рано утром человеку дом расскажет свежие новости, приготовит вкусный завтрак и напомнит о запланированных делах. Домашняя медицинская система соберет показатели заболевшего и автоматически проконсультируется с лечащим врачом, а после — закажет в ближайшей аптеке нужные лекарства. При входе в магазин система расскажет, где находятся нужные продукты, перечисленные в меню, о котором ей расскажет, опять же, «умный» дом или приложение после консультации с врачом-диетологом.

Впрочем, «взглянуть в будущее» можно уже сейчас:

На первый взгляд многое из этого может показаться полнейшей фантастикой, но если присмотреться, то становится ясно: технологии медленно и верно входят в нашу повседневную жизнь. Дело за малым — объединить их все в подлинный Интернет вещей.

Доброго времени суток, друзья!
Собственно все чаще на просторах интернета появляется описание различных интернет устройств. Вот кто-то сделал свою интернет-розетку , вот ребята предлагают управлять холодильниками, кофеварками и пр. , а вот вообще – «умные» парковки .
Но, как выяснилось, не так много людей в действительности представляют, что же такое «Интернет Вещей».

Данная статья должны быть полезна многим хотя бы «для общего развития».
Так что кому интересно, добро пожаловать под кат.

Вместо введения

Как-то я услышал фразу «концепция интернет вещей». Из одной формулировки сразу стало понятно, что речь идет о вещах, которые имеют доступ в сеть. Тогда меня особо не интересовала эта область. Спустя некоторое время я услышал фразу: «Интернет Вещей …». Еще тогда подумал, что человек оговорился, т.к. фраза была какой-то нелепой. Но потом все чаще я стал слышать эту же фразу, при этом мой мозг отказывался ее воспринимать, пока я наконец не решил все-таки прочесть об этом поподробнее. Прочитав только оригинальное название - Internet of Things, я сразу понял, что слыша «Интернет Вещей», я пытался связать это с понятием «интернет-вещи», а никак не с «сетью вещей». Собственно вот из-за такой забавной ситуации я и стал интересоваться этим вопросом.
Кстати, интересно, а мне одному эта фраза на первый взгляд показалось нелепой, или у всех было точно такое же ощущение (конечно если вы не услышали ранее англоязычную формулировку)?

Посмотрим, что у нас интересного в истории было связано с интернетом вещей. Фактов конечно много: и само создание сети интернет, и создание первой страницы в сети и пр., все наверно и не перечислить, поэтому напишу наиболее интересные, как мне кажется, и наиболее приближенные непосредственно к Интернету вещей.

• В 1926 Никола Тесла в интервью для журнала «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 выпускник MIT, один из отцов протокола TCP/IP, Джон Ромки создал первую в Мире интернет-вещь. Он подключил к сети свой тостер.
• Сам термин «Интернет вещей» (Internet of Things) был предложен Кевином Эштоном в 1999 году. В этом же году был создан Центр автоматической идентификации (Auto-ID Center), занимающийся радиочастотной идентификацией (RFID) и сенсорными технологиями, благодаря которому эта концепция и получила широкое распространение.
• В 2008-2009 произошел переход от «Интернета людей» к «Интернету вещей», т.е. количество подключенных к сети предметов превысило количество людей.

Что же такое Интернет вещей?

Теперь будем разбираться в более формальных вопросах.
Определений Интернета вещей очень много. Мы под Интернетом вещей будем понимать единую сеть, соединяющую окружающие нас объекты реального мира и виртуальные объекты.
IOT - концепция пространства, в котором все из аналогового и цифрового миров может быть совмещено – это переопределит наши отношения с объектами, а также свойства и суть самих объектов. © Роб Ван Краненбург.

По одному из определений, с точки зрения IoT, «вещь» – любой реальный или виртуальный объект, который существует и перемещается в пространстве и времени и может быть однозначно определен [интересно, кстати, как виртуальный объект перемещается в пространстве?:)].
Т.е. Интернет вещей – это не просто множество различных приборов и датчиков, объединенных между собой проводными и беспроводными каналами связи и подключенных к сети Интернет, а это более тесная интеграция реального и виртуального миров, в котором общение производится между людьми и устройствами.

Предполагается, что в будущем «вещи» станут активными участниками бизнеса, информационных и социальных процессов, где они смогут взаимодействовать и общаться между собой, обмениваясь информацией об окружающей среде, реагируя и влияя на процессы, происходящие в окружающем мире, без вмешательства человека.
По мнению Роба Ван Краненбурга интернет вещей представляет из себя «четырех-слойный пирог».

• 1 уровень связан с идентификацией каждого объекта.
• 2 уровень предоставляет с сервисом по обслуживанию потребностей потребителя (можно рассматривать как сеть собственных «вещей», частный пример – «умный дом»).
• 3 уровень связан с урбанизацией городской жизни. Т.е. это концепция «умного города», где вся информация, которая касается жителей этого города, стягивается в конкретный жилой квартал, в Ваш дом и соседние дома.
• 4 уровень – сенсорная планета.

Иными словами Интернет вещей можно рассматривать как сеть сетей, в которой небольшие малосвязанные сети образуют более крупные.


Само собой для общения и взаимодействия приборов необходим единый язык. Компания Cisco провела тщательный технический анализ, показавший, что IP вполне может быть адаптирован к требованиям сетей нового типа. В таком случае «Интернет вещей» получит те же преимущества: совместимость, масштабируемость и, самое главное, единый общий язык, - которые в свое время превратили сложный массив частных и общедоступных сетей в единую глобальную коммуникационную систему, известную как Интернет.
Сразу же отмечу, что в данном случае IP – это всего лишь средство связи, можно сказать, это «голосовые связки и уши» устройств. А вот речь непосредственно о едином языке общения здесь пока не заходит, но об этом я расскажу уже в другой статье, которую напишу позже.

Технологии

Данную концепцию связывают, как правило, с развитием двух технологий. Это радиочастотная идентификация (RFID) и беспроводные сенсорные сети (БСС).
Вот что об этом говорит нам вики.

Беспроводные сенсорные сети

Беспроводная сенсорная сеть - это распределенная, самоорганизующаяся сеть множества датчиков (сенсоров) и исполнительных устройств, объединенных между собой посредством радиоканала. Причем область покрытия подобной сети может составлять от нескольких метров до нескольких километров за счет способности ретрансляции сообщений от одного элемента к другому.
Применяется данная технология для решения многих практических задач связанных с мониторингом, управлением, логистикой и пр.

RFID

RFID (англ. Radio Frequency Identification, радиочастотная идентификация) - метод автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах, или RFID-метках.
Данная технология хорошо подходит для отслеживания движения некоторых объектов и получения небольшого объема информации от них. Так, например, если бы все продукты были оснащены RFID-метками, а холодильник RFID-ридером, то он легко мог бы отслеживать срок годности продуктов, а мы могли бы, например, уходя с работы удаленно заглянуть в холодильник и определить, что надо закупить еще.

Проблемы и недостатки

Самой главной проблемой на сегодняшний день является отсутствие стандартов в данной области, что затрудняет возможность интеграции предлагаемых на рынке решений и во многом сдерживает появление новых.
Так же для полноценного функционирования такой сети необходима автономность всех «вещей», т.е. датчики должны научиться получать энергию из окружающей среды, а не работать от батареек, как это происходит сейчас.

Наличие огромной сети, контролирующей весь окружающий мир, глобальная открытость данных и прочие особенности могут иметь и негативные последствия. Я думаю, каждый сам может составить себе список возможных угроз и проблем, которые несет в себе эта технология.

Не могу не привести здесь одну цитату, которая мне очень понравилась:
"– Да не сломалось, – с неохотой выговорил он, – а… понимаешь, у меня температура чуть-чуть ниже нормы. Да не в доме, а тела! Не тридцать шесть и шесть, а тридцать шесть и одна десятая. Ну, есть такие люди, два-три на миллион, это тоже как бы норма, хоть и на самом краю. Но этот дурацкий умный дом, какой же он умный? – требует, чтобы я принял какие-то таблетки!.. Теперь надо либо отключить эту систему, либо перепрограммировать, а то будет звонить и на работу, он уже так делал на прошлой неделе, когда узнал, что у меня запор, в офисе теперь даже пылесосы ржут, как только захожу… "© Юрий Никитин Рассветники.

И что из этого?

Ну и чтобы не заканчивать на негативной ноте, хочу сказать, что все же недостатки не существенны по сравнению с тем, какие возможности может дать «Интернет вещей».

С развитием Интернета вещей все больше предметов будут подключаться к глобальной сети, тем самым создавая новые возможности в сфере безопасности, аналитики и управления, открывая все новые и более широкие перспективы и способствуя повышению качества жизни населения.

Спасибо за внимание!

В следующей статье я расскажу Вам более детально об архитектуре и протоколах, а так же рассмотрю несколько существующих реализаций.

PS хотелось бы услышать Ваше отношение к данной концепции и возможно какие-то дополнения/правки к представленному материалу.

Добрый день, уважаемые хабравчане! Сегодня мы бы хотели остановиться на описании различных сетевых технологий, разрабатывающихся для Интернета вещей.

Интернет вещей (IoT, Internet of Things) становится следующим революционным скачком развития, сравнимым с изобретением парового двигателя или индустриализацией электричества. Сегодня цифровая трансформация переворачивает самые различные отрасли экономики и изменяет наше привычное окружение. При этом, как часто бывает в таких случаях, конечный эффект этих преобразований трудно спрогнозировать, находясь в начале пути.

Начавшийся процесс, очевидно, не может быть равномерным и на сегодняшний день одни отрасли оказываются в большей степени готовы к изменениям, чем другие. К первым можно отнести потребительскую электронику, транспорт, логистику, финансовый сектор, ко вторым – например, сельское хозяйство. Хотя и здесь есть успешные пилотные проекты, обещающие интересные результаты.

Проект TracoVino, одна из первых попыток использовать IoT в знаменитой долине Мозеля, старейшем винодельческом регионе современной Германии. В основе решения лежит облачная платформа, автоматизирующая все процессы в винограднике, от выращивания сырья до бутилирования. Данные, необходимые для принятия решений, поступают в систему от нескольких типов датчиков. Помимо определения температуры, влажности почвы и мониторинга окружающей среды, они могут определять количество солнечной радиации, кислотность почвы и содержание в ней биогенных элементов. Что это дает? TracoVino не только позволяет виноделам получить общее представление о состоянии их виноградника, но и проанализировать его определенные области, чтобы выявить проблемы, получить заблаговременную информацию о возможном заражении и даже получить прогнозы о качестве и количестве вина, что позволяет виноделам заключать форвардные контракты.

Что еще можно подключить к сетям? К наиболее развитым сценариям использования IoT можно отнести «умные города». Согласно исследованиям Beecham Research, Pike Research, iSupply Telematics и министерства транспорта США на сегодняшний день в рамках реализации этих проектов по всему миру насчитывается более миллиарда устройств, отвечающих за те или иные функции в системах водоснабжения, управления городским транспортом, общественного здравоохранения и безопасности. Это умные парковки, оптимизирующие использование мест для стоянки, интеллектуальная система водоснабжения, следящая за качеством потребляемой жителями города воды, умные автобусные остановки, позволяющие получить точную информацию о времени ожидания нужного транспорта и многое другое.

В промышленности уже функционируют сотни миллионов устройств, готовых к подключению. Среди них системы умного технического обслуживания и ремонта, логистического учета и безопасности, а также умные насосы, компрессоры и клапаны. Большое количество устройств задействовано в сферах энергетики и ЖКХ: многочисленные счетчики, элементы автоматики распределительных сетей, потребительское оборудование, электрозарядная инфраструктура и инфраструктура для возобновляемых и распределяемых источников энергии. В области здравоохранения к интернету вещей подключаются и будут подключены средства диагностики, мобильные лаборатории, различные имплантаты, устройства для телемедицины.

Ожидается, что в ближайшие годы количество машинных подключений будет увеличиваться на 25% в год, а всего к 2021 году на планете будет 28 миллиардов подключенных устройств. Из них всего 13 миллиардов придется на привычные пользовательские гаджеты: смартфоны, планшеты, лэптопы и ПК – в то время как 15 миллиардов будут составлять пользовательские и промышленные устройства: разного рода датчики, терминалы для продаж, автомобили, табло, индикаторы и т.д.

Несмотря на, казалось бы, поражающие воображение цифры из ближайшего будущего, и они не являются окончательными. IoT будет внедряться повсеместно, и чем дальше, тем больше устройств, простых и сложных, придется подключить. По мере развития технологий, а особенно под влиянием запуска сетей 5G после 2020 года, рост числа подключенных устройств пойдет стремительными темпами и очень скоро приблизится к 50 млрд.

Массовый характер подключений и различные сценарии использования диктуют требования к сетевым технологиям IoT в самом широком диапазоне. Скорости передачи данных, задержки, надежность (гарантированность) передачи определяются особенностями конкретного применения. И тем не менее есть ряд общих целевых показателей, которые требуют от нас отдельно рассматривать сетевые технологии для IoT и их отличия от традиционных сетей мобильной связи.

В первую очередь, стоимость реализации сетевой технологии в конечном устройстве должна быть в разы меньше существующих сегодня модулей GSM/WCDMA/LTE, используемых при производстве смартфонов и модемов, даже в самом доступном классе. Одна из причин, сдерживающих массовое внедрение подключенных устройств – высокая стоимость чипсета, реализующего полный стек сетевых технологий, включая передачу голоса и многие другие функции, не являющиеся необходимыми в большинстве IoT сценариев.

Связанное с этим, но формулируемое отдельным, требование – низкое энергопотребление и продолжительное время автономной работы. Многие сценарии и области применения IoT предусматривают автономное питание подключенных устройств от встроенных элементов питания. Упрощение сетевых модулей и энергоэффективный дизайн позволяют добиться времени автономной работы до 10 лет при емкости элемента питания 5 Вт*ч. Таких показателей, в частности, удается достичь благодаря снижению объема передаваемых данных и использованию продолжительных периодов «молчания», в течение которых устройство не получает и не передает информацию и практически не потребляет электроэнергию. Впрочем, реализация конкретных механизмов отличается от технологии к технологии.

Покрытие сети, еще одна характеристика, нуждающаяся в пересмотре. Сегодня покрытие мобильной сети обеспечивает достаточно устойчивую передачу данных в населенных пунктах, в том числе внутри помещений. Однако подключенные устройства могут находиться и там, где людей большую часть времени нет: отдаленные районы, протяженные железнодорожные перегоны, поверхность обширных водоемов, подвалы, изолированные бетонные и металлические короба, лифтовые шахты, контейнеры и т.п. Целевым ориентиром решения этой задачи, по мнению большинства участников IoT рынка, является улучшение бюджета линии на 20 dB относительно традиционных сетей GSM, являющихся лидером по покрытию среди мобильных технологий сегодня.

Разные сценарии использования Интернета вещей в разных индустриях предполагают совершенно разные требования к связи. И речь не только о возможности быстрого масштабирования сети в плане числа требующих подключения устройств. Если в описанном нами примере «умного виноградника» были задействовано множество достаточно простых датчиков, то на промышленных предприятиях подключены будут весьма сложные роботы, выполняющие действия, а не просто фиксирующие определенные параметры окружающей среды. Можно вспомнить и про область здравоохранения, в частности про оборудование для телемедицины. Использование этих комплексов, предназначенных для проведения дистанционной диагностики, мониторинга сложных медицинских манипуляций и удаленного обучения с использованием видеосвязи в режиме реального времени несомненно будет предъявлять совершенно иные требования в плане задержек сигнала, передачи данных, надежности и безопасности.

Технологии IoT должны быть достаточно гибкими, чтобы обеспечивать различный набор сетевых характеристик в зависимости от сценария использования, приоритизацию десятков и сотен различных видов сетевого трафика и оптимальное перераспределение ресурсов сети для сохранения экономической эффективности. Миллионы подключенных устройств, десятки сценариев использования, гибкое управление и контроль – все это должно быть реализовано в рамках единой сети.

Решению поставленных задач посвящены многочисленные разработки последних лет в сфере беспроводной передачи данных, как связанные со стремлением адаптировать имеющиеся сетевые архитектуры и протоколы, так и с созданием новых системных решений с нуля. С одной стороны мы видим так называемые «капиллярные решения», довольно успешно решающие задачи IoT коммуникаций в рамках одного помещения или ограниченной территории. К таким решениям можно отнести популярные сегодня Wi-Fi, Bluetooth, Z-Wave, Zigbee и их многочисленные аналоги.

С другой – современные мобильные технологии, которые, очевидно, находятся вне конкуренции с точки зрения обеспечения покрытия и масштабируемости хорошо управляемой инфраструктуры. Согласно исследованию Ericsson Mobility Report, покрытие GSM составляет 90% населенной территории планеты, сети WCDMA и LTE 65% и 40% соответственно при активно продолжающемся строительстве сетей. Шаги, предпринятые в рамках развития стандартов мобильной связи, в частности спецификации 3GPP Release 13 направлены как раз на достижение целевых для IoT показателей при сохранении преимуществ использования глобальной экосистемы. Эволюция этих технологий станет основой будущих модификаций стандартов мобильной связи, в том числе стандартов сетей пятого поколения (5G).

Альтернативные технологии низкой мощности для нелицензируемого частотного спектра, в общем случае, направлены на более узкое применение. Необходимость создания новой инфраструктуры и закрытость технологий существенно сдерживают распространение подобных систем.

Рассмотрим, какие расширения стандартов мобильной связи определены для включения в последнюю на сегодняшний день редакцию рекомендаций 3GPP Release 13.

EC-GSM

Рабочая группа GERAN, развивающая технологии GSM, предложила пакет расширенных функций под названием EC-GSM (варианты того же названия: EC-GPRS, EC-GSM-IoT). Данная технология предусматривает сравнительно небольшие изменения относительно базового GSM/GPRS/EDGE, что позволяет использовать подавляющее большинство установленных базовых станций этого стандарта без замены или модернизации аппаратного обеспечения.

Приведем основные характеристики:

Фактически, используется стандартная несущая GSM/GPRS, с изменениями, позволяющими увеличить бюджет линии, увеличить количество устройств и снизить стоимость реализации технологии в конечном устройстве.

Основные привнесенные изменения:

1) Extended DRX (eDRX, Extended Discontinuous Reception) для GSM и Power Saving Mode (PSM ) – снижение периодичности обязательных сигнальных сообщений, оптимизация интервалов приема и получения информации, поддержка длительных, до 52 мин., периодов «молчания», в течение которых устройство остается подключенным к сети, не передавая и не получая информацию.

2) Extended coverage – адаптация канального уровня сети, использующая, в том числе, многократное повторение передаваемой информации для улучшения покрытия на 20 dB по сравнению с традиционными системами.

3) Другие улучшения : упрощение сетевой сигнализации (отказ от поддержки той части сигнализации, которая обеспечивает совместную работу с WCDMA/LTE сетями); расширение механизмов аутентификации и безопасности соединения и др.

Ключевое преимущество EC-GSM в готовности сетевой инфраструктуры (в большинстве случаев требуется только обновление программного обеспечения на узлах сети), а также в распространенности сетей стандарта GSM и их охвата.

eMTC

Вариант eMTC (встречаются также названия LTE-M, LTE Cat.M1) является адаптацией IoT для LTE сетей. Фокус по-прежнему на достижении целевых показателей массового IoT (стоимость, покрытие, срок автономной работы) при обеспечении максимальной совместимости с имеющейся у операторов сетевой инфраструктурой.
Важное отличие технологии eMTC – высокая пропускная способность, до 1 Мбит/с в каждом направлении (от абонента и к абоненту). Самое время вспомнить про разнообразие сценариев использования IoT, к которым мы обращались в начале статьи. В определенных случаях такие скорости передачи данных будут явно востребованы.

EMTC призван обеспечить снижение стоимости конечного IoT устройства за счет отказа от функциональности LTE, которая востребована и широко применяется в сетях мобильного широкополосного доступа (МШПД), но становится избыточной при массовом подключении IoT устройств. Это продолжение работы, начатой 3GPP в предыдущем релизе спецификаций (Release 12), определившей LTE Cat.0 для IoT. В eMTC также добавлены механизмы Extended DRX и PSM для LTE, которые решают задачу снижения энергопотребления аналогично тому, как это было показано выше для EC-GSM.

Как и в случае с EC-GSM, eMTC имеет высокую степень готовности сетевой инфраструктуры и может быть развернута на существующих сетях LTE путем обновления ПО. Более того, сети МШПД и IoT могут сосуществовать и динамически перераспределять используемые ресурсы (частотный спектр, вычислительную мощность базовой станции и др.) в зависимости от типа и количества подключенных устройств и создаваемого ими трафика.

NB-IoT

Narrowband IoT (узкополосный IoT) – это относительно новое направление развития сетевых IoT технологий и несмотря на то, что его использование предусматривает тесное взаимодействие и интеграцию c LTE, речь все же идет о создании нового типа радиодоступа, характеристики которого имеют больше отличий, чем сходства с имеющимися технологиями.

Ожидается, что существенная переработка протоколов канального уровня позволит снизить стоимость устройства NB-IoT по сравнению с LTE Cat.M1 на 90%. О поддержке технологии NB-IoT в своих продуктах уже заявили многие производители сетевого оборудования и абонентских модулей: Ericsson, Huawei, Nokia, Intel, Qualcomm, а также ведущие операторы связи, среди которых, например, Vodafone, Deutsche Telekom и China Unicom.

Таким образом, с принятием финальной версии спецификаций EC-GSM, eMTC и NB-IoT, которое запланировано на июнь текущего года, участники рынка получат в свое распоряжение три эффективных инструмента развития сетей IoT. Каждый из них имеет свои особенности и преимущества в зависимости от конкретного сценария использования и характеристик той мобильной сети, на базе которой они будут развертываться. Однако в любом случае преимущества глобальной экосистемы, наличие и готовность развернутой сетевой и IT инфраструктуры, использование защищённого (лицензируемого) частотного спектра будут работать на снижение стоимости внедрения и эксплуатации. А значит, в ближайшем будущем нас ожидает взрывной рост проектов с их использованием.

На этом закончим свой рассказ и благодарим хабравчан за внимание! В следующем посте мы сфокусируемся на технологических аспектах технологии NB-IoT.

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.