Что такое интернет вещей (IoT)?

Полина Агейкина
Технический писатель «Radiofid»

Что такое интернет вещей (IoT)?

Интернет вещей (Internet of Things) — это следующий этап развития интернета, актуальность которого только растет. Скорость распространения, подключенных к интернету бытовых девайсов и промышленных технологических решений, впечатляет. Ещё в 2015 году число приборов, подключенных к интернету достигло 14 миллиардов. По данным интернет-портала Dataprot к 2025 году количество активных подключений к интернету превысит 150 тысяч в минуту.

Ключевой аспект IoT это активное развитие комплекса цифровых технологий. IoT включает в себя не только физические устройства, но и данные, которые они генерируют. Обмен данными между устройствами может происходить напрямую или через облачные платформы, также являющиеся частью IoT.

Три основных компонента в интернете вещей это оборудование, программное обеспечение для IoT и приложения обработки полученных данных. Система, образующая связь между компьютерами, приложениями IoT, датчиками, промышленным оборудованием, автомобилями и другими “вещами” является интернетом вещей IoT.

Все умные устройства, подключенные к сети, оперативно собирают данные и обмениваются информацией. Результаты анализа обработанного массива данных позволяют принимать решения для улучшения показателей эффективности. Получается, что интернет вещи общаются между собой, а люди общаются с интернет вещами.

Реальным IoT из повседневной жизни является “Умный дом”, который делает жизнь человека более комфортной, а также помогает оптимизировать коммунальные расходы. Кстати, первой интернет вещью был тостер. Но технология IoT призвана также обеспечить экономию энергоресурсов и перестроить экономические процессы в более масштабных сферах: промышленности, сельском хозяйстве, ритейле, энергетике.

Совершенствование такой многогранной технологии как интернет вещей может наметить тенденцию к развитию для смежных технологических областей.

IoT-устройства

Главный признак умных устройств это способность самостоятельно подключаться к интернету или связываться напрямую с другими устройствами для передачи информации.

Сбор и анализ данных в режиме реального времени необходим почти во всех больших и не очень проектах. Умные IoT-вещи используются везде, где можно автоматизировать работу:

• управление освещением и бытовой техникой дома,
• мониторинг транспорта,
• различные процессы в строительстве,
• роботизированное производство,
• автономное управление сельхозтехникой.

Среди разнообразия IoT-устройств за сбор информации и преобразование данных для последующей обработки отвечают датчики:

• аналоговые – применяются для измерения температуры, влажности, освещенности, тока и напряжения, потребляемой мощности, расхода, уровня, давления и др;
• дискретные – могут отслеживать открытие\закрытие дверей, линейные и угловые перемещения, аварийную утечку жидкости;
• импульсные – используются в системах учета потребления энергоресурсов;
• цифровые – самостоятельно преобразуют полученный аналоговый сигнал в цифровой.

Информация, которую собрали датчики подвергается преобразованию и анализу. Для этого создаются локальные и облачные платформы (центры обработки данных), базы данных. На основе результатов проведенного анализа формируются управляющие команды для исполнительных IoT-устройств. Например, если датчик зафиксирует повышение температуры на складе, то поступит команда для включения системы кондиционирования. Настройка рабочих сценариев взаимодействия между несколькими устройствами происходит при помощи приложений, в том числе мобильных.

Центры хранения и обработки данных — это многоуровневая технология, которая состоит из различных технических решений.

Сферы применения интернета вещей

Среди первопроходцев по внедрению IoT-технологий можно выделить космическую и военную промышленности. Сейчас технологические улучшения привели к улучшению связи, уменьшению размеров датчиков, удешевлению другой электроники, что стимулирует цифровую трансформацию различных сфер нашей жизни.

Везде, где есть потребность и возможность удаленной диагностики проблем, эффективного использования ресурсов, обеспечения безопасности, развертываются IoT-системы. Отрасли, задачи которых может решить использование IoT:

• Производство
• Розничная торговля
• Рекламные проекты
• Транспорт и логистика
• Городская среда
• Здравоохранение и фармацевтика
• Аграрный сектор
• Энергетика

Переход к интернету вещей неизбежен для индустрии развлечений, гостиничного, туристического бизнеса, коммуникаций и в других сферах оказывающих профессиональные услуги.

Встроенное ПО и возможность выхода в сеть в автомобилях, холодильниках, рекламных киосках уже обыденность для жителей больших городов. Чем дальше, тем больше умные устройства оказываются связанными друг с другом, а также интегрированными с корпоративными системами.

Устройства IoT, встроенные в инфраструктуру умных городов, решают задачи трафика на дорогах, общественной безопасности и экологичного потребления энергоресурсов. Носимые/вживленные медицинские устройства, отслеживающие физическое состояние, позволяют диагностировать болезни и составлять планы лечения.

Промышленный интернет вещей (Industrial Internet of Things)

Промышленный или индустриальный интернет вещей — это IoT-системы, адаптированные специально для контроля, мониторинга и автоматизации процессов промышленных объектов. Особенностью промышленного IoT является огромное количество разнородной информации получаемой от датчиков, сенсоров, других измерительных приборов. Нередко для обработки, то есть интерпретации полученных данных, обращаются к технологиям машинного обучения.

Внедрение промышленного IoT в целое предприятие может вылиться в долгий сложный процесс, так как в каждом элементе необходима производственная система встроенных «интеллектуальных» технологий. Проблем могут добавить конкурирующие стандарты и несовместимость используемой аппаратуры с системами других производителей этой же области. Упростить интеграцию призваны стандарты IoT. Теоретически компаниям лучше всего использовать уже существующие стандарты, например, специально разработанный для снятия показаний со счетчиков стандарт IEEE 1377-2012.

На практике в случае успешной реализации индустриальной IoT технологии, происходят положительные сдвиги в перераспределении контроля над технологическими, производственными и логистическими процессами. Удаленная диагностика оборудования позволяет оптимизировать сервисное обслуживание за счет своевременных профилактических работ, тем самым избежать аварийных ремонтов.

Использование температурных, вибрационных и других датчиков может обеспечить требующуюся рабочую среду для оборудования. Такие решения позволяют снизить энергозатраты, связанные с пиковой нагрузкой, повысить безопасность и эффективность работы.

Для промышленности и бизнеса в целом, важны не отдельные IoT решения и даже не их совокупность, а экономическая выгода от внедрения технологии. Поэтому необходимо в первую очередь определить показатели эффективности для конкретной отрасли. Ниже приведены общие измеримые показатели для бизнеса:

• время производственного цикла,
• эксплуатационные расходы,
• точность планирования,
• время работы и простоя оборудования,
• качество продукции,
• расход топлива,
• время технического обслуживания, ремонта или замены оборудования,
• затраты на логистику,
• затраты на страхование,
• объем продаж,
• экономия ресурсов,
• повышение доходности.

Достижения в области IoT и анализе данных могут оказать положительное влияние практически на все сектора мировой экономики. А быстрые темпы развития программного обеспечения, сотовых сетей, роботизация смогут обеспечить масштабируемость и гибкость, необходимые для успешного применения IoT.

Умный дом

Умный дом — это термин, которым называют интернет вещей, помогающий с автоматизацией домашних процессов. Само понятие появилось благодаря американской компания «Unity Systems» еще в 1985 году, хотя работы в этом направлении начались гораздо раньше.

С каждым годом интернет вещей становится всё умнее и умнее, а современные модели умных устройств стали уже привычными спутниками жизни.

Главное в системе «умный дом» это способность выполнять команды пользователя в режиме реального времени и запускать заранее созданные сценарии. Поэтому ключевую роль играет центр управления, а не сами устройства, которые закрывают шторы или умные лампочки с широким спектром цветов. Прибор контролирующий работу сети и подключенных средств автоматизации называют контроллер или хаб. В случае облачного исполнения системы умного дома хабом может являться программа, работающая где-то на сервере компании предоставляющей услугу.

Самые востребованные возможности умного дома:

• управление освещением и экономия электроэнергии
• контроль и поддержание микроклимата в помещениях
• защита от протечек воды
• определение и устранение утечек газа
• повышение пожаробезопасности
• решение задач охраны жилища

Большинство современных конструкций умных домов не требуют прокладки дополнительных проводов, всё работает по беспроводной связи. Для пользователя нет необходимости разбираться в технических особенностях работы сложной системы или иметь навыки программирования. Отдавать команды и настраивать сценарии обычно помогают мобильные устройства и приложения с понятным интерфейсом. Потому что умный дом должен упрощать нашу с вами жизнь и экономить ресурсы, в том числе и время.

Проблемы развития IoT

Темпы развития IoT-технологий высоки и постепенно охватывают всё новые отрасли. Однако развитие таких сложных концепций всегда сопровождается препятствиями на пути к повсеместной интеграции.

Первый барьер — это отсутствие эталонных стандартов и большое количество протоколов. Каждый производитель, разрабатывающий умные устройства, использует свои решения, которые не всегда совместимы с другими. Такой подход можно объяснить конкуренцией.

Еще одним препятствием является адресная недостаточность. Возросшее количество пользователей и устройств привело к израсходованию резерва адресов протокола IPv4, а переход к IPv6 идет медленно.

Проблемой является также питание подключенных IoT-устройств. Умные вещи должны быть мобильными, небольших размеров, так как часто перемещаются и не имеют доступа к стационарным источникам питания. Но при этом используемые протоколы передачи данных энергозатратны.

Заметны риски в области безопасности и конфиденциальности IoT-систем. Для устройства, выходящего в сеть, даже одна проблема может привести к кибератаке.

Обновление прошивок используемых приборов, одновременное подключение большого количества новых устройств создают сложности с развертыванием, настройкой и масштабируемостью системы. Часто для развертывания IoT поставщики предлагают использовать готовые пакеты приложений.

Вместо заключения

Несмотря на перечисленные проблемы, запросы на применение IoT-систем в промышленности и потребительском секторе будут расти. Новые типы датчиков, развитие сетевого оборудования, мобильных телесистем, увеличение потока данных и улучшение периферийных вычислений изменят подход к использованию уже существующих устройств интернета вещей.

Рост экономики способствует развитию конкуренции среди производителей товаров и услуг, а внедрение новых технологий открывает широкие возможности во всех областях: от увеличения производственных показателей до гуманитарных проблем. Но точная оценка скорости роста IoT значительно затруднена сложностью и многокомпонентностью его природы.

Большое значение для стимулирования развития IoT имеет нормативно-правовое регулирование. Выделение интернета вещей в отдельное русло — важная задача для стран, которые хотят участвовать в гонке за контроль над технологиями цифровой экономики. На мировом уровне ведутся работы над стандартизацией технологий связанных с умными устройствами такими международными организациями как ИСО и МЭК.

Российский рынок связанный с интернетом вещей находится на ранней стадии развития. Для успешного внедрения технологий IoT необходима поддержка и регулирование на государственном уровне. В рамках политики регулирования этой области не так давно на публичное обсуждение была представлена серия национальных стандартов для технологий относящихся к интернету вещей. Такие стандарты станут толчком к развитию в России информационных систем для использования IoT. В 2016 году была составлена первая дорожная карта интернета вещей с блоками по развитию инфраструктуры, широкополосного доступа и стандарты протоколов в области индустриального интернета. Также введены специальные меры поддержки, включающие финансирование науки, образования и коммерциализации результатов в этом направлении.