Что используется для предоставления доступа к сети датчикам интернета вещей
Подходы к подключению устройств Интернета вещей к сети
Интернет вещей — это широкий спектр вариантов применения отдельных устройств, и сетевые архитекторы должны учитывать большое количество нюансов, включая способы организации связи, электроснабжение, пропускную способность, надежность, затраты и т. д.
Подключение устройств Интернета вещей к сети может быть сложной задачей для ИТ-менеджеров, поскольку требования к параметрам связи могут в данном случае значительно отличаться от требований, характерных для традиционных ПК, планшетов и смартфонов, которые уже подключены к корпоративным сетям.
Кроме того, существует невероятное разнообразие устройств Интернета вещей и вариантов их применения. Например:
Разнообразие требований к подключению устройств Интернета вещей к сети
Помимо широкого спектра вариантов применения соответствующих технологий, существуют буквально сотни различных типов устройств и датчиков для Интернета вещей. Каждый тип имеет свои уникальные требования, включая количество подключений, стоимость подключения, доступность источников питания и параметры двунаправленной передачи данных.
В зависимости от варианта применения сетям устройств Интернета вещей потребуются масштабируемые, надежные и безопасные соединения для организации связи с удаленными устройствами и датчиками. Сложнее всего, пожалуй, обеспечить недорогую связь с удаленными устройствам, некоторые из которых будут использовать автономные источники питания.
Требования к сети для Интернета вещей
В зависимости от конкретных устройств и вариантов применения для сети Интернета вещей нужно будет обеспечить:
Влияние SDN и NFV на структуру сетей Интернета вещей
Благодаря новым программно-определяемым сетям, таким как SDN, NFV и SD-WAN, сетевые архитекторы получили новые инструменты для разработки гибких сетей. NFV и SDN предоставляют технологии для настройки сетей под требования Интернета вещей. NFV предлагает множество виртуальных сетевых функций (VNF), включая маршрутизацию, обеспечение безопасности, шлюзы и управление трафиком, которые могут быть объединены с целью развертывания настраиваемых сетевых служб для Интернета вещей. SDN обеспечивает централизованное регулирование потоков данных и управление ими в масштабных распределенных сетях Интернета вещей.
Вызовы, связанные с большими данными
Сети устройств Интернета вещей могут создавать огромные объемы данных, некоторые из которых подлежат анализу в режиме реального времени. Учитывая задержки и ограниченность полосы пропускания, не все данные могут или должны анализироваться централизованно. Сетям Интернета вещей потребуются распределенная аналитика и бизнес-аналитика, которые часто выполняются на конечных устройствах или где-то еще на периферии сети.
Вопросы проектирования сетей Интернета вещей
Существует ряд факторов, которые ИТ-менеджеры должны принимать во внимание в ходе планирования сетей Интернета вещей. Вопросы первого уровня: Устройства или датчики какого типа будут подключаться? Сколько будет устройств? Какой объем трафика ожидается? Ответив на эти вопросы, можно будет спланировать варианты подключения, а также примерно рассчитать бюджет сети, включая капитальные затраты и операционные расходы.
Также необходимо ответить на следующие ключевые вопросы:
Технологии связи для Интернета вещей
У ИТ-менеджеров есть широкий спектр возможностей для организации связи с устройствами и датчиками Интернета вещей. Каждый вариант имеет свои преимущества и недостатки в зависимости от варианта применения.
Четыре сетевые технологии, которые сегодня получили широкое коммерческое применение и могут стать основной для сетей Интернета вещей:
Влияние Интернета вещей на сети филиалов и кампусов
Важным фактором для многих ИТ-организаций является влияние новых сетей Интернета вещей на существующие сети филиалов и кампусов, а также распределенные сети (WAN). Устройства Интернета вещей могут создавать новые модели трафика, генерировать большие потоки данных и предъявлять уникальные требования к задержкам.
Сеть отдела — это обычно умеренное количество устройств, подключенных через Ethernet и Wi-Fi. В большинстве филиалов нет обученного ИТ-персонала, поэтому сетями нужно управлять удаленно. ИТ-организации переходят на такие технологии, как SD-WAN и SD-Branch, чтобы воспользоваться экономически эффективными возможностями для удовлетворения растущих требований к пропускной способности WAN и упростить создание и администрирование удаленной сети. Подключение устройств Интернета вещей в филиалах может повлечь за собой появление новых сетевых технологий, подлежащих администрированию, и привести к возникновению проблем, связанных с необходимостью удаленного устранения неполадок и управлением устройствами; кроме того, часто при этом приходится увеличивать пропускную способность WAN. Для некоторых вариантов применения технологий Интернета вещей могут потребоваться значительная локальная вычислительная мощность и большие хранилища данных.
Сеть кампуса может состоять из большого количества устройств (ПК, планшетов, смартфонов, принтеров и т. д.), подключаемых через Wi-Fi и Ethernet с высокопроизводительной магистралью для установления соединений с центром обработки данных в организации. Там, где развернута сеть кампуса, как правило, присутствует обученный ИТ-персонал для решения сетевых проблем, связанных с увеличением задержек, перерывами в обслуживании и т. д. При развертывании Интернета вещей на базе сети кампуса могут создаваться новые сети для подключения удаленных датчиков, при этом значительно увеличивается количество подключенных устройств и часто возникают проблемы, связанные с управлением устройствами, аутентификацией и перегрузкой существующей сети Wi-Fi.
Интеллектуальные ИТ на основе подключенных устройств и датчиков Интернета вещей помогают организациям лучше обслуживать клиентов, быстрее доставлять товары и сокращать расходы путем повышения эффективности операций. Локальная или распределенная сеть в любом случае является критическим элементом с точки зрения развертывания безопасных, надежных и высокоскоростных систем Интернета вещей. Уникальные требования, предъявляемые системами Интернета вещей отдельных типов, приводят к необходимости реализации новых вариантов сетевых подключений и влияют на существующие сети филиалов и кампусов. Многим ИТ-организациям было сложно внедрить платформы Интернета вещей, которые отвечают требованиям к высокой надежности, гарантируют низкие задержки и высокую безопасность, обеспечивают централизованное управление.
Чтобы создать сетевую архитектуру, которая подходит для подключения устройств Интернета вещей, ИТ-организация должны проанализировать большое количество вариантов. Руководители ИТ-подразделений должны тщательно оценить текущие требования к сетям Интернета вещей с точки зрения пропускной способности (в обоих направлениях), надежности, безопасности и затрат. Требования к сетям Интернета вещей и технологиям подключения устройств будут продолжать развиваться. Сетевые архитектуры должны быть гибкими и адаптируемыми, чтобы удовлетворять изменяющиеся бизнес-требований.
Беспроводные технологии «интернета вещей»
В последнее время — ну как «время», так обычно говорят про дни или недели, а тут речь идёт скорее уже о годе-двух — мимо постоянно проскакивают статьи на тему «что такое Интернет вещей» (ну и на смежные: основные игроки, основные тенденции, новейшие продукты и так далее). К сожалению, примерно 99 из 100 из них насколько объёмны, настолько же и бессмысленны: их авторы пытаются говорить об IoT как о некоей единой и цельной концепции.
Однако цельного и единого IoT не существует и не может существовать. В лучшем случае, IoT можно определить как концепцию удалённого взаимодействия машина-машина (m2m) или машина-человек (m2h), в то время как классический Интернет — это взаимодействие человек-человек.
Но на этом единство и заканчивается. Можно ли описать одной статьей «тенденции и основных игроков интернета»? Да вы шутите, что ли? Придётся охватить СМИ, соцсети, видеосервисы, магистральных провайдеров, ВОЛС, сотовые сети, корпоративные сети, облачные сервисы для бизнеса, сетевое оборудование для дома, CPE для офиса, магистральное оборудование… всё это — части того, что называется сейчас «Интернет».
То же самое — и с «Интернетом вещей». Это и лампочки LiFX в квартире, и контроллеры Danfoss в вентиляционных установках офисных зданий, и ваш любимый фитнес-трекер, и система мониторинга дорожной обстановки мегаполиса, и централизованный сбор данных о состоянии и ресурсе парка электрофрезерных станков, и много чего ещё. Каждое из этих применений — это свой собственный рынок, собственные решения и на программном, и на аппаратном уровне и, разумеется, собственные игроки, многие из которых другими сегментами IoT не занимаются и никогда не будут заниматься.
Поэтому попытка описать «все тенденции развития IoT» — это либо энциклопедия, в которой просто по буквам алфавита перечислено всё, что есть на эту тему в мире, либо даже не ощупывание слепыми слона, а визит слепых в зоопарк: один ощупывает жирафа, второй — крокодила, третий — лоток с сахарной ватой, а потом они собираются и обсуждают, как выглядит слон.
Что в этой ситуации делать? Я думаю, начать немного разгребать интернето-вещевые завалы, раскладывая по полочкам базовые понятия. И начать я хочу с того, какие беспроводные технологии сейчас популярны — и чем они, чёрт возьми, друг от друга отличаются.
Говоря человеческим языком — на чём сейчас принято делать нижние три уровня модели OSI.
Физический уровень
С физическим уровнем всё достаточно просто: хотя многие до сих пор повторяют in wire we trust, на практике беспроводные коммуникации уже победили, в том числе в критических применениях — недавно, например, проскочила новость, что армия США планирует переходить в полевых лагерях на Wi-Fi, потому как разворачивание в них Ethernet занимает неоправданно много времени и сил.
И это — военные. В случае обычной домашней или офисной инфраструктуры проводные сети для Интернета вещей (то есть, в первую очередь, «умного дома» и «умного офиса» — управление освещением, TV/AV, HVAC) уже можно считать мёртвыми: они крайне дороги в установке (хотя бы потому, что под прокладку слаботочной проводки требуется капитальный ремонт помещения) и крайне негибки в дальнейшей эксплуатации — любое изменение конфигурации требует прокладки новой проводки. В то же время, одна из решаемых «умным домом» задач — это обеспечение гибкости внутренних коммуникаций и управления.
Просто представьте себя на месте бизнес-центра, который захотел внедрить у себя технологии «умного офиса» — то же адаптивное освещение и вентиляцию, например, регулирующиеся в зависимости от внешних условий, количества людей в здании и других параметров. И у вас выбор между «закрыться на три месяца на ремонт для прокладки проводки» и «поменять светильники и контроллеры HVAC на имеющие радиоинтерфейс». Пусть даже цена этого будет одинаковой — хотя в любом крупном здании проводка выйдет сильно дороже, но пусть — ответ, в общем-то, очевиден.
В результате можно сказать, что проводные сети в IoT, в частности, в умном доме и умном офисе — это направление, которое в ближайшем будущем выживет только в узкоспецифических применениях. На массовом рынке шансов оно имеет не больше, чем ноутбуки без Wi-Fi, зато с гнездом Ethernet.
Конечно, существует проблема глушения радиочастотных каналов (в т.ч. непреднамеренного), наличия зон неуверенного приёма, удалённого доступа в сеть злоумышленников и т.п. Однако при минимально грамотном подходе к проектированию устройств эти проблемы сводятся к нулю; неграмотный же подход и проводные сети точно так же превращает в дырявый и глючащий ад.
Если говорить про радиодиапазоны, то основных используемых — два: 868/915 МГц и 2450 МГц; также встречается и старый добрый 433 МГц, но он в целом нужен мало — он плохо регулируется и потому часто бывает сильно замусорен, скорости в нём маленькие, антенны, наоборот, большие, а дальность связи от 868/915 принципиально не отличается.
868 МГц и 915 МГц — это нелицензируемые (то есть эксплуатанту не надо получать лицензию на использование частот) диапазоны, причём первый из них живёт в Европе и России, а второй — в США и Японии. Такое разделение между странами не очень удобно, но в принципе решаемо — разница частот не настолько большая, чтобы требовалось под каждый вариант делать полностью новый дизайн устройств. Диапазоны зарегулированы сильнее, чем 433 МГц, поэтому шансы встретить в них работающий у соседа 10-ваттный передатчик пренебрежимо малы.
2450 МГц — ещё один нелицензируемый диапазон. В плюсах у него абсолютная универсально (он един, с небольшими оговорками, по всему миру) и минимальные габариты антенны, в минусах — не слишком большая дальность, сильное затухание в препятствиях и наличие в том же диапазоне Wi-Fi, Bluetooth и микроволновок. Впрочем, замусоренность диапазона этими устройствами часто преувеличивают — на практике на тех масштабах, где используются IoT-устройства с 2,45 ГГц, Wi-Fi на них никак не влияет (здесь надо понимать, что опыт «а вот из-за соседей у меня в Wi-Fi едва-едва три мегабита реальной скорости» на IoT переносить… опрометчиво: там обычно даже в идеальных условиях потолок в районе 250 килобит).
На практике 2450 МГц обычно используют в помещениях, а 868/915 — как на улице, так и в помещениях. Выбор конкретного диапазона для помещений определяется соотношением габаритов и дальности — например, в устройствах умного дома габариты могут оказаться весьма важны, поэтому 2450 МГц будет удобнее благодаря меньшим размерам антенн.
Канальный и сетевой уровни
Ситуация с канальным и сетевым уровнями несколько веселее. Во-первых, их не имеет большого смысла описывать по отдельности, т.к. с точки зрения используемых технологий одно обычно привязано к другому, во-вторых, если таки делать обзор «всех технологий интернета вещей», то в краткой форме он будет выглядеть вот так:
Поэтому пройдёмся быстренько по конкретным решениям — наиболее известным, причём сразу поделим их на две группы: решения для LAN и для WAN. Отличаются они ровно одним — дальностью связи: LAN имеют размер до 1 км, WAN — более 1 км.
Wi-Fi. Хотя Wi-Fi и пытаются использовать в IoT, это, в большинстве случаев, героические попытки по натягиванию совы на глобус. Wi-Fi — высокоскоростная сеть для устройств с большой батарейкой, и в IoT он применим в крайне ограниченном числе случаев. Как правило, в бытовой технике, которая должна уметь не только включаться в M2M-взаимодействие, но и предоставлять интерфейс напрямую для планшета или смартфона — в этом случае Wi-Fi имеет смысл как интерфейс, в планшете и смартфоне уже присутствующий.
При этом для лампочек и подобных устройств «настоящего массового IoT» Wi-Fi — это кособокий костыль, существование которого обусловлено историческими причинами. Высокая пропускная способность здесь не нужна, дальность стабильной работы Wi-Fi оставляет желать лучшего, энергопотребление — тоже, первоначальная настройка сети не автоматизирована, и наконец — если вы в своём доме на каждую лампочку поставите по Wi-Fi, при первом включении ваш домашний роутер попросту загнётся под напором клиентов.
Теоретически Wi-Fi позволяет обойтись без централизованного хаба, заодно играющего роль гейтвея во внешний мир, в доступные людям и планшетам сети. Но преимущество это, за исключением указанного выше случая с КБТ, иллюзорное — когда у вас в доме счёт умным устройствам идёт на десятки, причём большинство их них предельно банальны, вам придётся делать централизованное управление ими, более того — отвязанное от конкретных мобильных устройств, принадлежащих конкретным членам семьи. Вы в общем случае не хотите, чтобы свет в сортире перестал работать потому, что ребёнок унёс из дома планшет. То есть — хаб всё равно нужен, а будет это прибитый к стенке планшет со специальным ПО или тот же планшет, только ещё и с радиомодулем ZigBee/Z-Wave/6LoWPAN — вопрос не сильно принципиальный.
Альянс Wi-Fi сейчас начал разработку специальной субгигагерцовой версии стандарта для IoT, но в свете наличия альтернатив — о которых ниже — мне это представляется результатом политики «И мы! И мы тоже лидеры IoT!», а не технической необходимостью.
ZigBee. Очень популярное LAN-решение, широко применяемое в устройствах «умного дома» благодаря двум своим свойствам — во-первых, ZigBee не является проприетарным лицензируемым протоколом (в отличие от технически похожего Z-Wave, например), во-вторых, в рамках ZigBee работа описывается вплоть до уровня приложений.
ZigBee может работать и в 868/915 МГц, и в 2450 МГц, в качестве MAC-уровня в нём используется 802.15.4. Топология сетей — ячеистая, скорость до 250 кбит/с. Размер сети может достигать сотен устройств, максимальное число хопов от роутера до конечного устройства — 10 в ZigBee обычном и 30 в ZigBee PRO.
Делать ZigBee-устройства можно на разных платформах, одной из самых интересных являются микроконтроллеры TI серии CC — начиная со старых моделей с процессорным ядром 8051 и заканчивая новейшими CC1310, CC2630 и CC2650 с ARM Cortex M3; CC1310 покрывает диапазоны до 1 ГГц, CC26xx — 2450 МГц, а ещё не вышедший монстр CC1350, смысл которого я пока не понимаю, обладает и вовсе двумя радиоинтерфейсами. Для своих контроллеров TI даёт бесплатный стек ZigBee, более-менее готовый к применению. Для других контроллеров вам придётся искать другие решения, и очень часто они будут оказываться платными.
В целом, ZigBee является хорошим выбором для домашней автоматизации — помимо доступности, он, благодаря включению в стандарт уровня приложений, теоретически обеспечивает совместимость вашей разработки с другими ZigBee-устройствами. Практически, однако, не всё так просто: как минимум, вы столкнётесь с нестандартными расширениями и просто кривой реализацией сторонних устройств, а как максимум — с целенаправленным огораживанием, какое случилось, например, недавно у Philips с их лампочками.
При этом, с другой стороны, если совместимость вас не волнует, то достоинства ZigBee могут превратиться в его же ограничения.
Z-Wave. По своим возможностям схожее с ZigBee, но полностью закрытое решение для построения ячеистых сетей. Работает в диапазонах 868/915 МГц, платформа — только чипы Sigma Designs или Mitsumi, других вариантов нет. Не самая дешёвая технология, кроме того, чипы обладают невысокой производительностью — они построены на ядрах 8051, поэтому, если вам нужно что-то большее, придётся цеплять внешний процессор.
К недостаткам можно добавить то, что максимальная скорость Z-Wave в его последней версии — 100 кбит/с (впрочем, для сабгигагерцового диапазона это нормально, да и в реальности больше не нужно), максимальное число устройств — 232, хопов от роутера — всего 4 (так что будьте аккуратны с попыткой построения длинных сетей), дальность для субгигагерцовых устройство тоже не сильно большая — 150 метров прямой видимости.
С другой стороны, закрытость ZWave гарантирует хорошую совместимость устройств разных производителей, поэтому если вы решили всё же окучивать чужую грядку вместо перепахивания всего огорода, то Z-Wave может стать разумным выбором.
Подробности про Z-Wave и устройства на нём можно почитать на GT в отличном блоге компании Z-Wave.Me.
6LoWPAN. Одна из свежих разработок в области IoT — IPv6, адаптированный для физического и MAC-уровня ячеистых сетей 802.15.4. Фактически, с 6LoWPAN вы получаете нормальную, разве что не очень быстро работающую, IPv6-сеть, с IP-адресами, сокетами, доступными женщинами и азартными играми. Уровень приложений здесь — полностью на ваше усмотрение, поэтому о совместимости с какими-либо иными устройствами сторонних производителей речи не идёт.
С другой стороны, если вы хотите перепахать весь огород, то 6LoWPAN — выбор, на данный момент близкий к идеальному. Максимальная гибкость, открытый протокол, поддержка как 868/915 МГц, так и 2450 МГц, скорость до 250 кбит/с, возможность построения сети практически неограниченных размеров, расстояние от роутера — до 255 хопов (можно и больше, но не увлекайтесь сильно: максимальное число хопов в ячеистой сети — это аналог TTL пакета, сделаете слишком большим — у вас пакеты вечно будут в сети блуждать, выжирая её пропускную способность). Дальность связи может достигать сотен метров.
С точки зрения аппаратной реализации наиболее интересное решение сейчас — это вышеупомянутые чипы TI CC1310, CC1350, CC2630 и CC2650. Для них TI предоставляет стек 6LoWPAN — и хотя некоторые ритуальные танцы вы исполните, как из-за новизны чипов, так и из-за того, что народ в основном по привычке пилит на них ZigBee, ничего невозможного нет.
(это у нас в офисе маленькая IPv6-сеточка из пары модулей на CC2650 нашей разработки и гейта наружу на Unwired One)
LoRa. LoRa — сокращение от Long Range, то есть, в отличие от предыдущих вариантов, это — сеть масштаба района или города, а не квартиры или офиса. Топология сети — звезда (теоретически можно сделать, конечно, и ячеистую, но это не считается стандартным применением), дальность — от нескольких километров в плотной городской застройке до 30-50 км прямой видимости. Диапазон — 868/915 МГц. Скорость — до 37,5 кбит/с, падает с увеличением расстояния между приёмником и передатчиком. Количество устройств — до 5 тыс. штук/км², но тут есть нюанс, о котором ниже.
Сети LoRa предназначены для существенно более других задач, нежели перечисленные ранее — для сбора данных с большого количества датчиков, рассредоточенных по значительной площади или для управления объектами с теми же свойствами. Например, на LoRa можно сделать управление городским освещением или централизованный сбор данных со счётчиков электроэнергии.
LoRa — проприетарная технология, для её реализации требуется аппаратный модем, присутствующий в выпускаемых компанией Semtech чипах. Своих мозгов эти чипы не имеют, они управляются по SPI от внешнего контроллера — впрочем, в типичных для LoRa применениях это не играет никакой роли, так как гонки за габаритами модуля в них нет.
Помимо собственно технологии LoRa, Semtech также разрабатывает решение LoRaWAN — сетевой стек для сетей LoRa. Но здесь кроется тот самый нюанс…
Впрочем, если такая плотность сети вам не нужна, то на обычных абонентских чипах (например, SX1272) также можно сделать центральный модуль «звезды». На десятки конечных устройств при не слишком интенсивном радиообмене его хватит с лихвой.
В некоторых случаях очень интересным выглядит также использование гетерогенных сетей — LoRa для обеспечения покрытия большой территории с ячеистыми «кустами» вокруг каждого LoRa-приёмника для обеспечения высокой плотности покрытия в данной точке.
«Стриж» Напоследок — про отечественную разработку «Стриж». Вы её вряд ли будете использовать из-за её специфичности и присутствия в продаже только в виде готовых устройств, но рассказать-то надо?
«Стриж» — это сеть «звезда» с несколько превосходящими LoRa характеристиками по дальности, существенно меньшей скоростью и двумя раздельными каналами на приём и передачу: абонентские устройства передают данные на частоте 868 МГц, а центральная станция — мощным передатчиком на 446 МГц. Это позволяет увеличить ёмкость сети (определяемую, опять же, тем, со сколькими устройствами центральная станция физически успеет провести радиообмен), а также в некоторых случаях обеспечить лучшее покрытие сети.
Хотя внутреннее устройство модемов авторы не раскрывают, с очень большой вероятностью это — LoRa-чип Semtech SX1276 (он как раз обладает двумя RF-фронтендами, которые можно настроить на разные частоты; при этом, помимо LoRa-модемов, в этих чипах есть и FSK-демодуляторы) и один из младших STM32 в качестве мозгов. На SX1276 более всего, впрочем, указывает другое — заявленная поддержка LoRa-сетей, для которой, как мы помним, необходим аппаратный модем. Можно, конечно, допустить, что Semtech лицензировал «Стрижу» технологии, а «Стриж» заказал на «Ангстреме» кастомные чипы, но… есть тут кто из «Компэла», скажите — у вас из всего Semtech только 1276 на складе именно потому, что вы их под «Стриж» привозили, да? 🙂
Что такое IoT и что о нем следует знать
Интернет вещей (Internet of Things, IoT) — это множество физических объектов, подключенных к интернету и обменивающихся данными. Концепция IoT может существенно улучшить многие сферы нашей жизни и помочь нам в создании более удобного, умного и безопасного мира. Примеры Интернета вещей варьируются от носимых вещей, таких как умные часы, до умного дома, который умеет, например, контролировать и автоматически менять степень освещения и отопления. Также ярким примером служит так называемая концепция умного предприятия (Smart Factory), которое контролирует промышленное оборудование и ищет проблемные места, а затем перестраивается так, чтобы не допустить поломок. Интернет вещей занимает важное место в процессе цифровой трансформации в компаниях. Прогнозируется, что к 2030 году количество подключенных к сети устройств вырастет примерно до 24 млрд с годовой выручкой до 1,5 трлн долларов.
История происхождения
Термин «Интернет вещей» был впервые употреблен в 1999 году Кевином Эштоном, предпринимателем и соучредителем центра Auto-ID Labs (независимая сеть лабораторий и исследовательская группа в области сетевой радиочастотной идентификации и новых сенсорных технологий) при Массачусетском технологическом институте. Эштон состоял в команде, которая сумела изобрести способ подключения объектов к интернету с при помощи технологии RFID. RFID-метка — это метка идентификации, позволяющая идентифицировать объекты посредством радиосигналов; на нее можно нанести определенную информацию, а позднее считать устройством.
В 2012 году произошли значительные изменения датчиков, что привело к ускорению рыночной готовности IoT, и для многих компаний это означало, что цифровая трансформация набирает обороты. Технологическое совершенствование сделало возможным появление МЭМС — микроэлектромеханических систем (миниатюрное устройство, изготовленное методом микрообработки как из механических, так и из электрических компонентов). Благодаря этому датчики уменьшились настолько, что их стало возможно фиксировать, например, на одежде.
История развития IoT. Источник изображения: https://www.avsystem.com/blog/what-is-internet-of-things-explanation/
Из чего состоит IoT? Архитектура
Для простоты попробуем разбить стек технологий IoT на четыре технологических уровня и рассмотреть их раздельно.
Конечные устройства
Устройства — это объекты, которые фактически образуют «вещи» (Things) в Интернете вещей. Они играют роль интерфейса между реальным и цифровым мирами и принимают разные размеры, формы и уровни технологической сложности в зависимости от задачи, которую они выполняют в рамках конкретного развертывания IoT. Будь то микрофоны размером с булавочную головку или внушительного размера машины, практически любой материальный объект можно превратить в подключенное устройство путем добавления необходимых элементов (датчиков или приводов вместе с соответствующим программным обеспечением).
Программное обеспечение
Это то, благодаря чему подключенные устройства можно назвать «умными». Программное обеспечение отвечает за связь с облаком, сбор данных, интеграцию устройств и за анализ данных в реальном времени. Также оно предоставляет возможности для визуализации данных и взаимодействия с системой IoT.
Коммуникации
Уровень коммуникации включает в себя как решения для физического подключения (сотовая и спутниковая связь, LAN), так и специальные протоколы, используемые в различных средах IoT (ZigBee, Thread, Z-Wave, MQTT, LwM2M). Выбор подходящего коммуникационного решения — одна из жизненно важных частей при построении каждой IoT-системы. Выбранная технология будет определять не только способы отправки и получения данных из облака, но способы связи со сторонними устройствами.
Платформа
Устройства способны «ощущать», что происходит вокруг и сообщать об этом пользователю через определенный канал связи. IoT-платформа — это место, где все эти данные собираются, анализируются и передаются пользователю в удобной форме. Платформы могут быть установлены локально или в облаке. Выбор платформы зависит от требований конкретного проекта IoT и многих факторов: архитектура и стек технологий, надежность, параметры настройки, используемые протоколы, аппаратная независимость, безопасность, эффективность, стоимость.
Ниже можно рассмотреть подробнее составляющие трех уровней IoT: конечных устройств (вещей), сети, облака.
Типовая архитектура IoT-системы. Источник изображения: https://ru.rsdelivers.com/campaigns/InternetofThings/internet-of-things
Безопасность
Одновременно с тем фактом, что IoT-системы несут в себе значительную бизнес-ценность, интеллектуальные объекты также становятся уязвимы для киберпреступности, в результате которой может происходить утечка данных, в том числе и конфиденциальной информации. Несмотря на то, что поле работы с вопросом безопасности остается огромным, сейчас существуют решения, позволяющие осуществлять развертывание IoT более надежно. Например, для решения проблемы устаревания программного обеспечения устройств, есть возможности эффективных стратегий автоматическиого обновления.
Благодаря SOTA (Software Over the Air) «обновление по воздуху» и FOTA (Firmware Over the Air) — «прошивка по воздуху», программное обеспечение подключенных устройств и настройки можно обновлять с помощью беспроводной связи.
Примеры областей применения IoT
IoT применим в разных отраслях для различных целей: отслеживания потребительского поведения в режиме реального времени, улучшения качества работы машин и систем, нахождение инновационных методов работы в рамках цифровой трансформации и многое другое.
Розничная торговля
Среди примеров приложений IoT в сфере розничной торговли можно встретить множество случаев использования интеллектуальных устройств для повышения качества обслуживания в магазинах. В частности, различные приложения IoT здесь означают, что возможности использования смартфонов (на основе технологии Beacon — миниатюрных маячков) облегчают общение между розничными продавцами и покупателями, а наиболее востребованные товары и услуги появляются перед глазами клиентов в нужном месте. Кроме того, интеллектуальная розничная торговля открывает возможности для приложений IoT с точки зрения точной рекламы, улучшения цикла цепочки поставок и фактического анализа моделей спроса. Также приложения IoT уже включают приложения для платежей NFC и интеллектуальных покупок. И конечно, нельзя не упомянуть RFID-метки для маркировки товара, которые обеспечивают моментальный и точный сбор информации, что помогает непрерывно отслеживать перемещение товаров, упростить процесс инвентаризации и в целом сократить количество ошибок.
Источник изображения: https://www.pochta.ru/support/post-rules/rfid
Производство
Благодаря IoT производство может получать общую картину о процессах производства и состоянии продукта на всех этапах — от поставки сырья до отгрузки готового продукта.
С помощью датчиков, установленных на заводском оборудовании и в складских помещениях, анализа больших данных и прогностического моделирования (predictive modeling) можно предотвратить множество ошибок, ведущих к простою и убыткам, максимизировать производительность, уменьшить гарантийные расходы и в целом улучшить качество клиентского сервиса.
Здравоохранение
С помощью технологии IoMT (The Internet of Medical Things, Интернет медицинских вещей) в режиме реального времени происходит сбор потоков малых данных из медицинских сетевых и других носимых устройств, отслеживающих различные физиологические моменты, связанные со здоровьем пациентов — движения, динамика сна, сердечный ритм, аллергические реакции и прочее. Собранные данные помогают врачам в постановке точных диагнозов, построении плана лечения, повышают безопасность пациентов, упрощают уход за ними, дают возможность непрерывного мониторинга состояния тяжелобольных пациентов.
Применение Интернета вещей способствует созданию более персонализированного подхода к анализу состояния здоровья и более последовательных стратегий борьбы с болезнями.
Ключевые моменты в сфере здравоохранения, которые можно улучшить с помощью IoT. Источник изображения: https://evercare.ru/news/kak-internet-medicinskikh-veschey-vliyaet-na-zdravookhranenie
Энергетика
Здесь с помощью IoT конструкция электрических сетей меняет правила потребления, автоматически собирая данные и обеспечивая мгновенный анализ циркуляции электроэнергии. В результате этого и клиенты, и поставщики лучше понимают, как оптимизировать использование ресурса.
Заключение
Революция в области Интернета вещей представляется важной для развития бизнеса, и это может относиться к любому типу предприятия. Будь то выращивание устриц или создание системы управления движением, самое ценное в технологической концепции IoT — это то, что он открыт к новым вызовам, и в нем достаточно возможностей для реализации практически любой бизнес-идеи.
Прямо сейчас в OTUS открыт набор на курс «Разработчик IoT». Приглашаем на бесплатный вебинар, в рамках которого наши эксперты расскажут еще больше о том, что такое интернет вещей и где он применяется, а также о карьерных перспективах в данной сфере.