Интернет вещей: достоинства, вызовы и перспективы

Развитие беспроводных сенсорных сетей

Интернет вещей – строится на базе разветвленной сети различных устройств, сенсорных датчиков и других приборов, считывающих, фиксирующих определенные физические параметры. Изначально вся концепция IoT строилась на использовании технологии радиочастотной идентификации (англ. Radio Frequency Identification; RFID) и беспроводной сенсорной сети (БСС),

Эта распределенная сеть предусматривает использование одного или нескольких радиочастотных каналов. Через каналы связи, объединенные в сеть устройства, взаимодействуют друг с другом. Площадь покрытия таких локальных сетей может составлять от нескольких десятков метров до нескольких квадратных километров. Основным радиочастотным каналом, которой будет использован в IoT, является диапазон частот от 3 до 3.9 ГГц. Этот диапазон частот выбран не случайно. Он сопрягается с частотами, на которых, как предполагается, будет работать спутниковый сегмент широкополосного Интернета (проекты One Web или Sky Link).

Все устройства IoT используют технологию RFID, работая по принципу обнаружения и идентификации специальных электронных меток или маркеров (транспондеров). Т.е. система в чем — то аналогична той, что используется в военной авиации — «свой — чужой».

Опознанные как свои устройства объединяются в единую информационную сеть и выполняют те или иные задачи. Например, электронные метки на продуктах, устанавливаемые в магазинах, помогают в дальнейшем смарт – холодильникам реализовать программу управления запасами продовольствия в конкретном доме.

Как работает Интернет вещей?

Интернет вещей стал возможным благодаря развитию и объединению ряда технологий, аналитики в реальном времени, датчиков, встроенных систем, беспроводных систем, автоматизации, систем управления и машинного обучения.

Интернет вещей работает через устройства и объекты со встроенными датчиками, которые подключаются к Интернету и обмениваются данными с платформой, которая применяет аналитику и обменивается информацией с приложениями, разработанными для удовлетворения конкретных потребностей.

Платформы Интернета вещей предназначены для определения того, какие данные используются, а какие можно отбросить, чтобы выявлять закономерности, давать рекомендации и находить проблемы, часто до того, как они возникнут.

Все это позволяет процессам стать более эффективными, а также позволяет автоматизировать определенные задачи, особенно повторяющиеся, требующие много времени или опасные. Например, если вы ведете машину и видите, что загорается индикатор неисправности двигателя, подключенный автомобиль может проверить датчик и связаться с другими людьми в автомобиле, прежде чем отправлять данные производителю. Затем производитель может предложить встречу для устранения неисправности у ближайшего дилера и убедиться, что необходимые запасные части есть на складе и готовы к вашему приезду.

Концепция Интернета Вещей

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

Для этой цели используются соответствующие объединения таких устройств в сети.

В описании концепции IoT используется несколько основных понятий:

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

В организации различаются несколько уровней:

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

Упрощенная модель IoT представляет, по мнению Рона Ван Краненбурга, объединение нескольких слоев:

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

Концепция умного города (картинка кликабельна).

Что это такое

На английском языке представленный термин звучит как «Internet of Things» или сокращенно — IoT. Он представляет собой систему, в которую входит вычислительная сеть из физических устройств и предметов, имеющих встроенные функции и технологии для совместной работы, существования и взаимодействия между собой и окружающей их средой. Проще говоря, это особенное явление, при помощи которого можно превратить секторы процессов экономики и общества в полностью или частично автоматизированные.

Впервые термин прозвучал в 1999 г. Произошло это в связи с большим распространением автоматической идентификации и соединения объектов, которые могут взаимно работать. В связи с широкой автоматизацией, распространением беспроводных сетевых технологий, облачных вычислений и межмашинного взаимодействия, представленный термин обрел широкую популярность во всех секторах IT и новых технологий.

Важно! Более интенсивно Интернетом вещей заинтересовались после выхода статьи в 2004 г. в журнале Scientific American

На сегодняшний день вся Глобальная сеть состоит из гигантского количества всевозможных сетей. Связь различных по состоянию и наполнению сетей может существовать с применение такого простого протокола, как IP. Благодаря ему любому участнику или нескольким сразу выдается специальный IP-адрес. Он может быть плавающим, то есть меняться при каждом последующем подключении, или постоянным.

Internet of Things на сегодняшний день также представляет собой совместное соединение нескольких сетей. Если сравнить их между собой, то можно определить, что цели и задачи у всех различные. В качестве примера стоит рассмотреть помещение с несколькими работающими внутри соединениями, каждое из которых имеет собственные цели:

• одно может отвечать за систему кондиционирования;
• второе управлять системами обогрева и вентиляции;
• а третье отвечать за безопасность.

Обратите внимание! Сегодня сети из физических объектов встречаются повсеместно, даже дома. Сегодня даже возникла проблема с распространением Интернета вещей, поскольку последняя версия протокола IPv4 предназначено только для 4,2 млрд индивидуальных адресов и может скоро себя исчерпать

Даже несмотря на то, что далеко не всем соединениям и устройствам нужен уникальный адрес, все равно остаются опасения в нехватке через определенное количество времени

Сегодня даже возникла проблема с распространением Интернета вещей, поскольку последняя версия протокола IPv4 предназначено только для 4,2 млрд индивидуальных адресов и может скоро себя исчерпать. Даже несмотря на то, что далеко не всем соединениям и устройствам нужен уникальный адрес, все равно остаются опасения в нехватке через определенное количество времени.

Однако ведутся разговоры о разработке версии 6 протокола, которая будет включать в себя около 300 млн адресов на каждого жителя планеты.

По расчетам специалистов в области IT, статистических моделей и компьютерных вычислений уже в 2020 г. на планете будет до 40 млрд, которые будут принимать участие в одной сети. Именно с этой целью ведется разработка протокола шестой версии.

Применение IoT-технологии в разных секторах

Общественный сектор или устройство города

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

Аграрный сектор

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

Сектор логистики

Интернет вещей упростили доставку товаров с производства или магазинов к покупателю благодаря отслеживанию посылки. На данный момент в логистических компаниях на грузовом транспорте активно применяется IoT технология отслеживание по датчикам: их состояния и выбросов в окружающую среду.

Строительный сектор

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

3 Рост Интернета Вещей

первых примеров интернета вещейустановка Coca-Cola

Она представляла собой подключенный к Интернету холодильник, который еще до открытия дверцы сообщал, есть ли в нем напитки и охладились ли они. Тогда эту идею называли просто «встроенным интернетом» или «повсеместными вычислениями»

Рождение «Интернета Вещей»

Термин «интернет вещей» впервые предложил Кевин Эштон, соучредитель Auto-ID Center в Массачусетском технологическом институте (MIT), когда в 1999 году выполнял заказ для Procter & Gamble

Кевин работал над организацией цепочки поставок в компании и хотел привлечь внимание высшего руководства к технологии RFID, которая быстро набирала популярность

А поскольку Интернет в 1999 году был главным трендом, Кевин назвал свою презентацию «Интернет вещей». Так родился этот термин, но вспомнили о нем только 10 лет спустя.

Звездный Час Интернета Вещей

Настоящим прорывом для интернета вещей стал 2008 год, когда организация IPSO Alliance учредила партнерство отраслевых игроков с целью продвижения подключенных устройств. Компании стали активно инвестировать в интернет вещей, чтобы вывести его на рынок.

Уже в 2010 году власти Китая отметили огромные перспективы интернета вещей и объявили его стратегическим приоритетом в своем 5-летнем плане развития экономики. Через год Gartner, ведущая в мире исследовательская и консалтинговая компания, включила интернет вещей в список главных тенденций будущего.

В 2012 году интернет вещей стал одной из ключевых тем на LeWeb, крупнейшей в Европе конференции по технологиям. К тому времени термин «интернет вещей» уже прочно вошел в обиход и стал появляться на страницах Forbes, Wired, Fast Company и других деловых журналов. Еще через год International Data Corporation (IDC) спрогнозировала, что технологии и сервисы интернета вещей «принесут мировой экономике $4,8 трлн в 2012 году и $8,9 трлн к 2020 году, а совокупный среднегодовой прирост (CAGR) составит 7,9%».

В 2014 году термин «интернет вещей» стал общеизвестным после того, как Google объявила о покупке за $3,2 млрд компании Nest — американского производителя товаров для умного дома.

С тех пор интернет вещей изменил наш образ жизни и привнес в него массу преимуществ: от энергосбережения и здравоохранения до развития бизнеса.

Сегодня он повсюду: это и умная подушка, которая будит вас по утрам, и лампы, которые включаются автоматически, и термостат, который поддерживает комфортную для вас температуру, и даже кофе-машина, которая варит вам утренний кофе!

Scenario #2: IoT in transport

Having been woken by your smart alarm, you’re now driving to work. On comes the engine light. You’d rather not head straight to the garage, but what if it’s something urgent? In a connected car, the sensor that triggered the check engine light would communicate with others in the car. A component called the diagnostic bus collects data from these sensors and passes it to a gateway in the car, which sends the most relevant information to the manufacturer’s platform. The manufacturer can use data from the car to offer you an appointment to get the part fixed, send you directions to the nearest dealer, and make sure the correct replacement part is ordered so it’s ready for you when you show up.

Что такое Интернет вещей (IoT)?

Наверняка, уже все слышали этот термин, но многим он кажется несколько двусмысленным. IoT или Интернет вещей относится к любому устройству, которое подключено к Интернету, собирая данные и обменивается ими. Данные типа «машина-машина» (M2M), которые генерируются из Интернета вещей, имеют множество применений, но чаще всего они рассматриваются как способ определения «здоровья» и состояния вещей.

Среди устройств Интернета вещей могут быть различные устройства: кофеварки, сотовые телефоны, стиральные машины, носимые устройства и наушники. Например, кофеварка может сообщать вам о том, когда кофе готово, носимое устройство может определять ваше самочувствие, а стиральная машина может позвонить вам и сообщить о том, что белье выстирано.

Этот термин также может применяться и к компонентам машин, таким как реактивный двигатель самолета. Скорее всего, если устройство имеет переключатель подключения к Интернету, то его можно отнести к IoT. Объединяя подключенные устройства с автоматизированными системами, можно собирать информацию о пользователе и обучать их в процессе.

• Носимые устройства
• Подключенные к Интернету автомобили
• Интеллектуальные персональные помощники
• Смарт-фермы
• Освещение, управляемое через приложение
• «Умные» термостаты, кондиционеры и вентиляторы
• Подключенные к Интернету игрушки и многое другое

Как Интернет вещей повлияет на жизнь людей

Недорогие устройства позволяют собирать информацию и оптимизировать различные процессы, которые сейчас выполняются человеком. Хоть сейчас они используются далеко не во всех сферах, за несколько лет их применение будет повсеместным. Рассмотрим сферы, где применение этой технологии будет наиболее полезным:

• Промышленность. Все процессы производства будут практически полностью автоматизированы. Это в разы увеличит их надежность — мониторинговые системы будут сообщать о проблеме сразу после ее появления;
• Здравоохранение. Медицинские датчики будут передавать информацию о человеке: пульс, температуру, давление и прочие показатели. Благодаря этим данным врачи будут лучше понимать, какие результаты дает тот или иной курс лечения. В будущем появятся продвинутые датчики, например, дозаторы инсулина для людей, болеющих сахарным диабетом;
• Транспорт. Уже сейчас мы можем пользоваться умными машинами, которые оснащены большим количеством датчиков, подключенных к интернету. Большинство людей, которым довелось сесть за руль такого автомобиля считают, что это один из лучших вариантов применения IoT;
• «Умный город». Это концепция города нового поколения, что предусматривает эффективное управление и обеспечения высокого уровня жизни населения. В будущем этот список могут пополнить умные парковки, освещение и дороги.

Почему Интернет вещей важен?

Интернет вещей уже помогает автоматизировать и упростить многие повседневные задачи для бизнеса, промышленности и дома. Снижая затраты, повышая производительность и безопасность, улучшая качество обслуживания клиентов и генерируя новые потоки доходов, Интернет вещей может помочь нам принимать более обоснованные решения.

Что касается бизнеса, Интернет вещей предоставляет несколько важных преимуществ, включая возможность доступа к данным и их анализа, устранение необходимости во внешних аналитиках данных или исследователях рынка. Интернет вещей способен справляться с аналитикой больших данных в режиме реального времени, демонстрируя, как продукты и услуги работают в реальном мире, и создавая ситуацию, в которой можно быстро внести улучшения. Эти данные также позволяют лучше понять поведение клиентов, чтобы предприятия могли удовлетворить их потребности, а также снизить эксплуатационные расходы за счет управления использованием энергии и ресурсов. Наконец, Интернет вещей может обеспечить удаленную работу путем сопоставления данных и обмена ими с сотрудниками независимо от того, где они находятся.

Протоколы передачи данных

На сегодняшний день существует несколько протоколов прикладного уровня (Application layer) используемых при создании IoT-сервисов:

• CoAP,
• DTLS,
• Eddystone,
• HTTP,
• iBeacon,
• MQTT,
• PJON,
• STOMP,
• Websocket,
• XMPP.

Несмотря на их разнообразие на практике разработчики чаще применяют протоколы MQTT и HTTP. Кроме того, их поддерживают основные провайдеры облачных сервисов в своих решениях (Amazon, Microsoft, IBM, Google).***

Статистика использования протоколов подтверждается исследованием IoT Developer Survey 2018, проведенным Eclipse IoT Working Group (подразделение Eclipse Foundation) совместно с AGILE IoT, IEEE и Open Mobile Alliance.****

Copyright (c) 2018, Eclipse Foundation, Inc. | Made available under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0).

Из графиков видно, что последние три года MQTT и HTTP удерживают абсолютное лидерство среди всех протоколов, опережая ближайших конкурентов более чем в два раза.

В прошлом году сформировался новый тренд на применение протокола Websockets. Протокол был включен в веб-стандарт, и все самые популярные браузеры внедрили его в свое ядро. Websockets используется для непрерывной передачи данных между устройствами или между веб-страницами и серверами.

Тем не менее, самый оптимальный протокол для общения с IoT-устройствами — MQTT. Он разработан специально для этого направления, минимален по количеству передаваемых данных (в отличии от AMQP и HTTP), и не требует постоянного и стабильного соединения с интернетом (как HTTP и Websocket).

Разработчику также имеет смысл обратить внимание на протоколы iBeacon и Eddystone. Их можно использовать для определения местоположения пользователя (или объекта) внутри помещения

Протоколы поддерживаются в устройствах на базе iOS и Android.

Остальные протоколы сегодня менее популярны.

В IoT-проектах компании Axmor мы чаще всего применяем MQTT. Он прост в использовании, способен работать в условиях постоянной потери связи, легко встраивается в любую систему и не нагружает канал связи. В итоге проекты с MQTT снижают конечную стоимость решения и позволяют сэкономить заказчику как на процессе разработки, так и на дальнейшей эксплуатации системы.

Настройка брокера MQTT в облаке

Теперь можно приступить к настройке серверной части решения. Для этого воспользуемся облачным сервисом Yandex, называемым Yandex IoT Core.

MQTT — ещё один де факто стандартный протокол для IoT-проектов. Вот тут есть хороший обзор самого протокола, поэтому подробно на нем останавливаться не буду, но немного расскажу как устроен MQTT-брокер от Yandex:

В Yandex IoT Core есть два основных типа объектов — реестры и устройства.

Реестры с одной стороны группируют устройства (в одном реестре может быть одновременно несколько устройств) а с другой — являются как бы второй стороной обмена сообщениями.

Каждый реестр имеет доступ к телеметрии своих устройств и может отправлять им команды. При этом у каждого реестра и каждого устройства есть свой набор топиков. Каждый реестр может читать и отправлять сообщения в свои топики, и в топики любого своего устройства. Аналогично каждое устройство может писать и читать свои топики и топики своего реестра (но не другого устройства, даже если оно «живет» в том же реестре).

Организация топиков Yandex IoT Core

При этом сами топики реестров и устройств никак между собой не связаны — сообщение приходит именно в тот топик, в который отправлено и в других недоступно.

Для дальнейших действий потребуется учетная запись Yandex.Cloud. Если у вас такой еще нет, ее можно достаточно быстро завести. В процессе необходимо ввести данные карты но (в отличии от некоторых других облачных сервисов) деньги с неё списываться не будут пока вы явно не переключитесь на платный аккаунт. После регистрации Yandex предоставляет небольшой грант в 4К рублей, которого на приведенные тут эксперименты хватит с лихвой.

Подключаем и настраиваем сервис:

Для начала генерируем сертификат, который будет использоваться для чтения данных из реестра. Вообще говоря, сервис позволяет идентификацию по логину и паролю как для устройств, так и для реестров, но поскольку предполагается использовать реальные данные с оборудования, лучше озаботиться идентификацией по SSL.

Сгенерировать пару сертификатов можно при помощи утилиты OpenSSL вот такой командой:

Теперь заходим в консоль Yandex.Cloud, выбираем IoT Core и создаем новый реестр:

Открытую часть ключа, сгенерированного на предыдущем шаге (crt_reg.pem), загружаем в настройки реестра. Этот сертификаты будут использоваться для считывания телеметрии из брокера внешними сервисами и отправки команд устройствам:

Нажимаем «Создать» и попадаем в настройки свежесозданного реестра. Теперь надо зарегистрировать в нем малинку в качестве устройства. 

Аналогичным образом генерируем пару сертификатов на малинке. Оба сертификата сразу кладем в отдельную папочку, туда же скачиваем корневой сертификат удостоверяющего центра. Они понадобятся для настройки отправки сообщений.

Заходим в Устройства и создаем новое:

Аналогично с созданием реестра загружаем сертификат из пары, созданной на малинке и нажимаем «Добавить».

На этом настройка брокера завершена, всё готово для приема сообщений.

ID устройств и реестров можно посмотреть на вкладке «Обзор». Они нужны для задания адресов топиков:

Топик устройства: $devices/<ID устройства>/events

Топик реестра: $registries/<ID реестра>/events

Также у каждого устройства и реестра есть перманентный топик. Основное отличие перманентных топиков состоит в том, что в них всегда сохраняется последнее сообщение. То есть при подключении консьюмер получит последнее отправленное в него сообщение, даже если не был в сети в момент его отправки. Адреса перманентных топиков похожи на обычные, но заканчиваются на state а не events:

Перманентный топик устройства: $devices/<ID устройства>/state

Перманентный топик реестра: $registries/<ID реестра>/state

Подробнее о топиках Yandex IoT Core можно почитать вот тут.

Проблемы

У IoT есть и некоторые недостатки, которые проявляются в таких показателях:

• слабая безопасность. Большинство предметов имеет недостаточно защищенный интерфейс, систему аутентификации, благодаря чему их можно легко взломать и получить над ними контроль;
• сложности в подключении к одной сети различных по целям типам приборов;
• недостаточно хранилищ для огромных потоков информации от «вещей».

IoT набирает все большую популярность и узнаваемость. Развитие доступа к Интернету и появление огромного количества «умных» устройств, бросает все больше вызовов обществу в перспективе и предоставляет толчок для дальнейшего развития.

Выбираем IoT-платформу

Из исследования IoT Developer Survey 2018 можно сделать еще несколько интересных выводов. Например, среди различных облачных сервисов IoT, Amazon Web Services (AWS) уверенно удерживает лидирующие позиции (см. рисунок ниже). Вторым по значению сервисом остается Microsoft Azure IoT.

Интересно, что Eclipse Foundation сравнивает с лидерами рынка решения от Kubernetes. По мнению исследователей, в 2018 году среди IoT-систем локального развертывания инфраструктуры и развертывания в облаке Kubernetes занял сразу пятое место, стартовав с нулевой позиции.

Copyright (c) 2018, Eclipse Foundation, Inc. | Made available under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0).

Что делает эти сервисы такими популярными?

Amazon Web Services IoT

Платформа AWS IoT Core позволяет подключать устройства ко всем сервисам AWS и другим устройствам, помогая собирать, хранить и анализировать данные даже при отсутствии сети интернет. AWS IoT дает возможность работать со множеством компонентов: от периферийных устройств до облачных систем, расширяя возможности для создания IoT-решений.

Microsoft Azure IoT

IoT-решение от Microsoft — это набор облачных сервисов. Они интегрированы со средой Azure, организующей двунаправленный обмен данными между устройствами и облаком. Сервис разрешает подключить к облаку практически любые сетевые устройства, идентифицировать их и управлять ими. Microsoft Azure:

• поддерживает все популярные протоколы,
• предоставляет локальное хранилище и выделенную очередь сообщений для каждого подключенного устройства,
• обеспечивает безопасность за счет шифрования и подписывания передаваемых данных.

Google Cloud IoT

Производитель сообщает, что: «Google Cloud IoT — это полностью управляемый сервис, который позволяет просто и безопасно подключаться, управлять данными и загружать их из миллионов, разбросанных по различным регионам устройств. В сочетании с другими сервисами на платформе Google Cloud IoT, Cloud IoT Core предлагает полнофункциональное решение для сбора, обработки, анализа и визуализации данных интернета вещей для поддержки и повышения эффективности работы в режиме реального времени».

IBM Watson IoT Platform

IBM Watson IoT Platform не входит в тройку лидеров, но также обеспечивает:

• регистрацию устройств,
• подключение,
• контроль,
• оперативную визуализацию,
• хранение данных.

Ее особенность — в возможности быстро приступить к работе над IoT-проектами. Платформа поддерживает несколько языков программирования и множество сервисов, что позволяет запустить, развернуть и управлять приложением через облако буквально за несколько минут, даже если оно написано на уникальном (разработанном вами) языке программирования. Облачное хранилище IBM, а также некоторые сервисы стоят дешевле, чем у AWS и Microsoft Azure.

Лидеры рынка Microsoft и Amazon уделяют пристальное внимание развитию IoT-сервисов. AWS и Azure удобны и для разработчиков, и для пользователя, поэтому в Axmor мы отдаем предпочтение именно им

Для выбранной платформы определяются совместимые с ней средства сбора и анализа данных.

Часто при решении задач в области интернета вещей используется технологии, аналогичные созданию веб-приложений (языки программирования, СУБД, фреймворки и так далее). Одни из них лучше подходят для быстрого прототипирования и проверки гипотез, другие — для внедрения промышленных решений.

В следующей статье мы рассмотрим, какие технологии полезны при работе с IoT-системами и на что стоит обратить внимание при проектировании серверной части

Будущее концепции интернета вещей

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

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

Как работает IoT-cистема

Идею IoT успешно адаптируют под разные сферы нашей жизни. IoT для управления городской инфраструктурой называют smart city («умный город»), а для дома – smart home («умный дом»). В промышленности IoT помогает предупреждать износ или поломки оборудования. Все активнее IoT применяется в медицине, например, для дистанционного мониторинга за состоянием пациентов. А в сельском хозяйстве технологии IoT позволяют контролировать важные показатели для растений, от состояния почвы до уровня влажности.

IoT – сложное технологическое решение с многоуровневой архитектурой.

• Периферийные устройства.
• Шлюзы.
• Управление данными.
• Аналитика данных.
• Приложения для пользователей.

Рассмотрим элементы IoT-архитектуры на примере одного из самых распространенных решений в сфере интернета вещей – «умный дом».

К периферийным устройствам в IoT относятся датчики и исполнительные механизмы, которые воздействуют на физические объекты для выполнения каких-либо действий. К примеру, в «умном доме» есть датчики температуры и влажности. Они практически непрерывно генерируют большие объемы данных, которые через сетевые шлюзы передаются на облачные серверы, где находится мозг всей IoT-экосистемы.

В облаке происходит предварительная обработка данных, а затем – анализ, в результате которого на исполнительные устройства автоматически отправляются команды. В IoT, как правило, применяется несколько видов аналитики: потоковая, пакетная и предиктивная. Потоковая аналитика обеспечивает реакцию устройств IoT на определенные изменения окружающей среды. Так, если в комнате повышается температура, то приборы для вентиляции увеличат подачу воздуха. Данные от сенсоров движения в комнатах также анализируются в режиме реального времени, чтобы хозяин «умного дома» мог мгновенно получить оповещение на смартфон, если в квартиру проникнет посторонний человек. А чтобы проследить за тем, эффективно ли различные устройства в квартире потребляют электроэнергию, нужно проанализировать данные, накопленные за месяц. Для этого используется пакетная обработка.

Предиктивная аналитика строится на алгоритмах машинного обучения, которые ищут в исторических данных паттерны или аномалии. В «умном доме» алгоритмы машинного обучения способны распознать закономерности в поведении хозяев квартиры: в какое время они уходят и возвращаются, какой температурный режим предпочитают, чтобы по этому расписанию автоматически выключался или включался свет, настраивался кондиционер.

Пользователи взаимодействуют с IoT-системой через мобильные или веб-приложения. Владелец «умного дома» может отслеживать через приложение показатели датчиков, смотреть графики энергопотребления и управлять подключенными устройствами.

Почему все сегодня говорят об «инернете вещей?

«Инернет вещей» — актуальная тема на сегодняшний день, потому что мы о понимаем, сколько вещей может быть подключено к Интернету и как это может повлиять на повседневную жизнь. Развитие технологий за последнее десятилетие способствовало таким факторам:

• Способы создания технически «умных» устройств стали более доступными
• Возросло число Wi-Fi — совместимых продуктов
• Количество пользователей смартфонами во всем миру резко увеличилось
• Появились возможности использовать смартфон как устройство, управляющее другими устройствами

Именно поэтому IoT — больше не профессиональный IT-сленг. Это термин, который должен знать в первую очередь каждый владелец бизнеса.

Дом умнее нас

Умный дом контролирует температуру в отдельных помещениях, координирует действия умного отопления, рекуперации тепла и методов затенения. Он может сам управлять освещением: если вы войдете в комнату, где темно, он включится, когда вы выйдете из комнаты, огни погаснут автоматически. Ночью вам просто нужно убрать ноги с кровати, и вам не нужно красться в унитаз по стеночке. Дом экономичен и может многое сделать сам по себе. Интернет вещей и безопасность дома.

Такой дом также может быть интеллектуально защищен с помощью Интернета вещей. Если ваша семья испытывает какую-либо опасность, дом может немедленно реагировать. В зависимости от типа угрозы, он вызывает тревогу, звонит вам, полиции или пожарным, отправляет SMS, закрывает гараж, выключает. В ваше отсутствие дом находится в режиме ожидания. Он входит в безопасный режим и отслеживает подозрительные движения, изменения погоды, брызги воды или дыма. Возможности бесконечны.

Заключение

Устройства

• Как устройства добавляются в системе?
• Как обеспечивается аутентификация и авторизация устройств?
• Происходит ли шифрование отправляемых на платформу данных?

Платформа

• Как защищены ключи и сертификаты на платформе?
• Как формируются правила?
• Какие действия могут выполнять правила?
• Как осуществляется мониторинг и управление устройствами?
• Есть ли тени (цифровые двойники) устройств на платформе?
• Какие отчеты и аналитика доступны?

Взаимодействие

• Какие протоколы для подключения устройств используются?
• Как осуществляется взаимодействие приложений с устройством?
• Как осуществляется тестирование логики взаимодействия?