Что такое интернет вещейInternet of Things, IoT. Интернет вещей: что это, откуда и зачем

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.

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:

Идентификация каждого объекта из нашего окружения.
Предоставление сервиса по обеспечению потребностей пользователей (в качестве примера можно назвать систему «умный» дом).
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».
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.

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

Общая информация

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

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

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

Создание прообраза

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

Возможность использования в будущем

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

Структура построения

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

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

Как передаются данные интернета вещей?

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

Технологии

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

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

Проблемы реализации

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

Возможности

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

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

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

А что в РФ?

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

Заключение

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

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.