Насколько корректен термин Internet of Things (IoT) и что сопутствовало его возникновению? Ответы на эти вопросы дает материал, который для TAdviser подготовил журналист Леонид Черняк.
IoT не интернет, а всего лишь PaaS?
В семидесятые годы прошлого века, с того времени, когда компьютеры престали быть единичными и уникальными изделиями, началась массовая автоматизация по двум практически независимым направлениям. Одно – автоматизация бизнес-процессов , которую мы его называем информационными технологиями (ИТ - IT, Information Technology). Другое - автоматизация технологических процессов, это направление в противовес ИТ стали называть операционными технологиями (OT, Operational Technology).
Стоит уточнить, ИТ имеют дело не с информацией, а с данными, поэтому их бы так точнее стоило бы называть «технологии данных». ИТ объединяют в себе компьютеры, системы хранения данных и сети с процессами создания, обработки, хранения, обеспечения безопасности и обмена любыми формами электронных данных. ОT- это тоже комплекс аппаратного и программного обеспечения, но предназначенного для контроля и управления физическими процессами.
В СССР стали популярны термины АСУ (Автоматизированные Системы Управления) и АСУ ТП (Автоматизированные Системы Управления Технологическими Процессами).
Более сорока лет ИТ и ОT развивались независимо, и за это время приобрели черты, существенно различающие их. Но во втором десятилетии XXI века под влиянием ряда факторов, в том сенсорной революции, развития сетевых технологий, облачного компьютинга, аналитики и других современных трендов начался процесс конвергенции (IT/OT convergence), объединяющий два подхода – ориентацию на данные и ориентацию на события в физическом мире.
В отдаленной перспективе стоит ожидать появления единого целого, состоящего из традиционных технологий для работы с данными и из промышленным систем управления (ICS) и систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA). Возможно, в конечном итоге это будут киберфизические системы или даже социальные киберфизические системы.
Киберфизические системы (Cyber-Physical-System) - это системы, состоящие из различных природных объектов, искусственных подсистем и управляющих контроллеров, позволяющих представить такое образование как единое целое. В CPS обеспечивается тесная связь и координация между вычислительными и физическими ресурсами. Область действия CPS распространяется на робототехнику, транспорт, энергетику, управление промышленными процессами и крупными инфраструктурами. Социальные киберфизические системы Cyber-Physical-Social Systems (CPSS) объединяют физический, кибернетический и социальный миры, обеспечивают взаимодействие между ними в реальном времени.
Процесс объединения ИТ и OT чрезвычайно сложен, он обсуждается на разных уровнях, в первую очередь в диалоге между двумя крупнейшими комитетами по стандартизации International Society for Automation (ISA) и Industrial Internet Consortium (IIC).
На маркетинговом уровне, в масс-медиа для обозначения решений, нацеленных на IT/OT convergence, чаще всего используют термин Industrial Internet или Industrial Internet of Things (IIoT). То, как это делается, чаще всего отражает избыточно восторженное отношение к феномену IoT и упрощенное отношение к переносу принципов IoT в индустрию. В Wikipedia статье Internet of Things есть специальный раздел «Критика и противоречия» , где показаны проблемы, связанные с IoT.
В IIoT проблем будет еще больше, потому что объемы данных, генерериуемые промышленными машинами, больше, чем бытовыми, а вопросы безопасности - критичнее. Обеспечить адресацию ко всем возможным устройствам по протоколу IPv6 (Internet Protocol version 6) далеко не достаточно для решения проблем IT/OT convergence. Поэтому, если судить по гамбургскому счету, никого интернета вещей нет, а за разрекламированной ширмой под названием IIoT скрывается сервисная платформа PaaS с доступом к облачным ресурсам по интернету.
Что такое IoT?
При первом, не слишком глубоком знакомстве с IoT общая идея интернета вещей и ее перспективы показались очень привлекательными. Но по прошествии нескольких лет, при более внимательном анализе этой темы возникли определенные сомнения, не в последнюю очередь вызванные чудовищным маркетинговым хайпом, сопутствующим IoT.
IoT вызывает ряд вопросов:
- Насколько корректно словосочетание «Интернет вещей»?
- Как Internet of Things (IoT) связан с сетью интернет?
- Каким образом интернет может быть образован из вещей?
Возникновение этих и подобных вопросов закономерно хотя бы потому, что известные определения IoT, предлагаемые не кем-нибудь, а ведущими отраслевыми аналитиками, мягко говоря, ясности не прибавляют.
- IDC - Internet of Things – это сеть сетей с уникально идентифицируемыми конечными точками, которые общаются между собой в двух направлениях по протоколам IP и обычно без человеческого вмешательства»
- Gartner - Internet of Things - это сеть физических объектов, которые имеют встроенные технологии, позволяющие осуществлять взаимодействие с внешней средой, передавать сведения о своем состоянии и принимать данные из вне».
- McKinsey – Internet of Things – это датчики и приводы (исполнительные устройства), встроенные в физические объекты и связанные через проводные или беспроводные сети с использованием протокола Internet Protocol (IP), который связывает Интернет».
Такого рода определения вызывают когнитивный диссонанс, то есть, состояние, о котором в энциклопедиях пишут «психический дискомфорт, вызванный столкновением в сознании индивида конфликтующих представлений: идей, верований, ценностей или эмоциональных реакций».
Начнем с того, что интернет или просто сеть - это всемирная система объединенных компьютерных сетей, служащая для хранения и передачи данных. Она построена на базе стека протоколов TCP/IP . Функция сети сводится к передаче пакетов данных, не более того. Этот факт знают далеко не все, для подавляющей части населения сеть известна тем, что на ней работает всемирная паутина WWW, в обыденном сознании WWW и интернет тождественны. Но есть еще и масса других систем передачи данных, в том числе обмен файлами, телефония, многое другое. В том числе, интернет вполне разумно использовать для организации обмена данными между вещами. Со стороны сети никаких ограничений нет. Почему же мы говорим о сети вещей, как о чем-то отдельном и особенном? Никому в голову не придет назвать WWW «Интернетом текстов».
Скорее всего, мы стали жертвой недоразумения, потому, что, говоря о IoT, обычно подразумевают не просто коммуникации, в что-то аналогичное WWW, нечто вроде паутины вещей, это обстоятельство было осознано относительно недавно и появился соответствующий термин Web of Things (WoT), который точнее подходит к идеальному представлению об IoT.
Подмена понятий возникла и укрепилось из-за отсутствия должного понимания различий между интернетом и WWW. Всемирная паутина - это распределенная система, предоставляющая доступ к связанным между собой документам, расположенным на различных компьютерах, подключенных к интернету. Возможность доступа к документам обеспечивается языком разметки HTML (HyperText Markup Language). Стандартным образом размеченные HTML-файлы (веб-страницей) являются основным типом ресурсов всемирной паутины.
Сами по себе текстовые документы не сложны, поэтому стандарты, разработанные консорциумом W3C, получились ясными и понятными, а трех вещей - уникальной системы адресации документов URL/URI, языка HTML и протокола HTTP - оказалось достаточно для того, чтобы обеспечить человечеству возможность коммуникации.
Скорее всего, в терминологической путнице напрямую «виноват» Кевин Эштон, предложивший термин Internet of Things, хотя в 1999 году он думал не о сети вещей, а о паутине вещей. Вот, что он написал позже в 2009 году:
Совершенно очевидно, он признает, что речь не идет о сетях передачи данных, а о некоторой информационной паутине, состоящей из образов вещей.
Если бы Эштон использовал большее точный термин Web of Things (WoT), то нам не пришлось мучительно истолковывать IoT. Когда говорят об авторстве на термин IoT, забывают, что еще в середине 90-х была компания Integrated Systems Inc. (ISI), предложившая бизкую по смыслу идею встроенного интернета (Embedded internet) . Тогда по наивности казалось, что для связи между вещами достаточно установить на встроенный процессор разработанную ISI операционную систему PSOS. Жизнь показала, что проблема существенно сложнее.
Сейчас академическое сообщество активнейшим образом занято разработкой WoT. В консорциуме W3C создана рабочая группа Web of Things Interest Group, ведутся работы, нацеленные на разработку стандартов, но это дело чрезвычайно долгое, поскольку устройства (вещи) не сравнимы по сложности и разнообразию с текстами. Соответственно стандартизация взаимодействия между устройствами на порядки сложнее того, что было сделано для текстов. Эти работы займут не один год.
А до тех пор придется смириться и со скорбью приять существующую трактовку IoT, согласившись с тем, что «термин занят», но понимая при этом, что никакого интернета вещей нет и быть не может, хотя когда-то может быть и будет создан веб-вещей. Поучается как с названием газеты МК, образованного от «Московского комсомольца», но с точностью до наоборот. Комсомола уже давно нет в природе и, скорее всего, больше никогда не будет. А IoT аббревиатура - от Internet of Things: от того, чего по существу еще нет в полном объеме, но когда-нибудь, вероятно будет что-то подобное.
Как устроен интернет вещей
IoT-платформы
Интернет вещей как «сеть сетей»
В статье перечислены основные бизнес-модели, по которым будут внедряться IoT в ближайшее время. Первая бизнес-модель – «нормативный контроль». Соблюдение требований контролирующих организаций является необходимым условием для ведения бизнеса, но прямой экономической выгоды они компаниям не приносят, несмотря на значительные затраты. В контексте данной ситуации IoT обладает огромным потенциалом по сокращению издержек в этой области.
Вторая бизнес-модель – «превентивный контроль»: IoT позволяют своевременно выявлять предпосылки для аварийных ситуаций и снижения эффективности работы оборудования. Благодаря IoT можно запустить дистанционный мониторинг и следить за работой оборудования онлайн в реальном времени.
Третья бизнес-модель – «дистанционная диагностика». Датчики IoT могут использоваться для диагностики устройств, на которых они установлены, и автоматически реагировать на изменения их состояния.
Четвертая бизнес-модель – «контроль операций». С помощью IoT можно контролировать цепочку технологических операций, осуществлять контроль перемещения любых устройств и автоматически отслеживать их характеристики в реальном времени. Это позволяет избавиться от воровства и неконтролируемых потерь, повысить эффективность работы подконтрольных объектов, где установлены «умные» датчики, добиться предсказуемости их эксплуатации.
Пятая бизнес-модель – «автоматизация операций». Приход IoT позволяет автоматизировать часто повторяющиеся операции, повышая эффективность работы, качество досуга, степень удовлетворенности клиентов. Достоинство таких IoT-гаджетов выражается не только в упрощении рутинных операций. Они стимулируют продажи, позволяя автоматизировать привычки.
Технологии IoT
Техническая и коммерческая платформа для IoT
Успешная реализация решений на базе всеобъемлющего интернета – не изолированный и независимый процесс. В Cisco считают, что для этого требуется техническая и коммерческая платформа, на которой можно будет легко выстраивать различные решения для рационального и эффективного достижения обещанных коммерческих преимуществ. В основе такой платформы интернета лежат надежная связь и технологическая инфраструктура, операционные и управленческие сервисы, а также ряд вертикальных и горизонтальных решений.
Опыт Cisco показывает, что для реализации решений на базе Всеобъемлющего Интернета все технические и коммерческие элементы должны обеспечивать нужный результат. Эффективное развертывание систем Всеобъемлющего Интернета обеспечит такую платформу для всего бизнеса или даже для всех отраслей, которая позволит реализовывать целый ряд уникальных прибыльных решений на базе IoE.
Уровни, начиная с нижнего:
- cетевые подключения – соединение всех решений, данных и приложений посредством оптоволоконной транзитной или лицензированной сотовой сети.
- Сетевой доступ – управляемая сеть Wi-Fi или иная нелицензированная беспроводная сеть для подключения всех датчиков и приложений.
- Технологическая платформа – платформа, обеспечивающая быстрое и надежное подключение новых устройств к архитектуре по принципу «подключи и работай», а также соединение с облачными сервисами хранения и обработки данных.
- Вертикальные и горизонтальные решения – совокупность устройств и приложений, обеспечивающая уникальные решения для различных вертикальных и горизонтальных отраслевых сегментов.
- Платформа монетизации – в некоторых вертикалях, таких как «умные» города и сегмент B2C, существуют возможности эффективного использования платформы для создания новых источников прибыли.
- Общая платформа управления – общая платформа, обеспечивающая управление, обслуживание клиентов и сервисы для всех решений.
- Профессиональные услуги – специальные сервисы, такие как интеграция систем, планирование и проектирование.
- Руководство проектом – сервисы по управлению проектом, операциями и экосистемой партнеров.
Успешное развертывание решений и получение огромной потенциальной выгоды от Всеобъемлющего Интернета зависит не только от классных вещей и приложений. Для воплощения идей и ожиданий в жизнь необходима комплексная, техническая, операционная и организационная платформа Всеобъемлющего Интернета.
Встраиваемые системы в экосистеме интернета вещей
Мировой рынок встраиваемых систем растет, что обусловлено увеличением спроса на портативные компьютерные устройства и встраиваемые решения M2M. Другими ключевыми драйверами роста в последние годы стали тенденция к автоматизации обрабатывающей промышленности, непрерывная эволюция всепроникающей компьютеризации, а также широкое распространение интернета вещей .
Быстрый рост рынка встраиваемых систем во многом обусловлен стремительным развитием Интернета вещей . Ожидается , что к 2020 году к глобальному Интернету вещей будет подключено более 30 млрд. устройств.
Современная концепция Интернета вещей подразумевает, что все современные устройства независимо от платформы должны иметь возможность совместно функционировать с другими устройствами и сервисами, образуя единую взаимосвязанную экосистему, а не существовать изолированно.
Именно эта предпосылка является одной из основных причин трансформации рынка встраиваемых систем. Сегодня он двигается в направлении разработки интеллектуальных систем (датчиков, машин, механизмов, приборов и т.д.), объединенных в единую глобальную вычислительную сеть с целью получения и обработки данных для повышения эффективности производства (в промышленной сфере) или комфорта и удобства пользователя (на уровне потребителя).
Развертывание таких интеллектуальных систем требует слаженной работы сразу нескольких участников рынка, включая как поставщиков комплектующих (все тех же процессоров, микропроцессоров, контроллеров, датчиков и т.д.), так и производителей конечных продуктов (потребительская электроника, промышленное оборудование, автомобили, самолеты… список поистине безграничен) и производителей программного обеспечения, способных кастомизировать все эти встраиваемые системы для отдельно взятых заказчиков, подключить их к «облакам» и обеспечить их взаимодействие с другими системами в инфраструктуре заказчика.
Сотрудничество производителей встраиваемых решений и разработчиков ПО
При таком значительном росте рынка встраиваемых систем и количестве конечных подключенных к сети и друг к другу устройств уже сейчас чувствуется серьезная потребность в разработчиках программного обеспечения, понимающих всю сложность экосистемы, в которой развиваются производители компонентов, плат, поставщики готовых систем и компании-интеграторы, и обладающих серьезным опытом в области разработки встраиваемых решений.
Говоря проще, кто-то должен «заставить» датчики заговорить на языке производителя устройства или оборудования и конечного пользователя, то есть обеспечить сбор необходимой информации, ее анализ, отображение и взаимодействие с другими системами производителя. Отдельные детали этого «языка» могут отличаться в зависимости от задач конкретного производителя (OEM), а для кастомизации под отдельных заказчиков у производителей датчиков (контроллеров, микропроцессоров и т.д.) не всегда имеются достаточные ресурсы и возможности. Именно на этом этапе требуется поддержка опытной компании-разработчика встраиваемых решений.
Технологические проблемы развития
Есть факторы, способные замедлить развитие интернета вещей. Из них самыми важными считаются три: переход к протоколу IPv6, энергопитание датчиков и принятие общих стандартов.
Дефицит адресов и переход к IPv6
В феврале 2010 года в мире не осталось свободных адресов IPv4 . Хотя рядовые пользователи не нашли в этом ничего страшного, данный факт может существенно замедлить развитие Интернета вещей, поскольку миллиардам новых датчиков понадобятся новые уникальные IP-адреса. Кроме того, IPv6 упрощает управление сетями с помощью автоматической настройки конфигурации и новых, более эффективных функций информационной безопасности .
Питание датчиков
К началу ноября 2014 года разработкой универсальных спецификаций для «умной» электроники и соответствующей программы сертификации занимаются несколько организаций, среди которых альянс Open Connectivity Foundation (OCF) , в который входят
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.
«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 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.
