Iot платформы. Internet of Things (IoT) – что это такое? Концепция и что нас ждет в будущем. Важная составляющая - протоколы передачи данных

IoT - Internet of Things

Internet of Things (IoT) - modern telecommunication technologies
(Интернет вещей - современные телекоммуникационные технологии)

Что такое Интернет вещей? What is the Internet of Things, IoT? Internet of Things (IoT) - это новая парадигма Internet. Что подразумевается под термином "Things" в Internet of Things. Под термином "вещь" в Internet of Things (IoT) подразумеваются интеллектуальные, т.е. "умные" предметы или объекты (Smart Objects или SmartThings, или Smart Devices).

Чем Internet of Things (IoT) отличается от традиционного Интернет? Internet of Things (IoT) - это традиционная или существующая сеть Интернет, расширенная подключенными к ней вычислительными сетями физических устройств или вещей, которые могут самостоятельно организовывать различные шаблоны связи или модели подключения (Thing - Thing, Thing - User и Thing - Web Object).

Следует отметить, что Smart Objects – это датчики или приводы (sensors or actuators), снабженные микроконтроллером с ОС реального времени со стеком протоколов, памятью и устройством связи, встроенные в различные объекты, например, в электросчетчики или газовые счетчики, датчики давления, вибрации или температуры, выключатели и т.д. "Умные" объекты или Smart Objects могут быть организованны в вычислительную сеть физических объектов, которые могут быть подключены через шлюзы (хабы или специализированные IoT платформы) к традиционной сети Интернет.

В настоящее время существует множество определений понятия Internet of Things (IoT). Но, к сожалению, они противоречивы, нет четкого и однозначного определения понятия Internet of Things (IoT).

Чтобы разобраться в сути Internet of Things (IoT), сначала целесообразно рассмотреть инфраструктуру Internet и сервис WWW (World Wide Web) или Web (веб). Internet - это сеть сетей, т.е. сеть, объединяющая различные сети и отдельные узлы удаленных пользователей с помощью маршрутизаторов и сетевого (межсетевого) протокола IP. Другими словами под термином Internet подразумевается инфраструктура глобальной сети, состоящая из множества компьютерных сетей и отдельных узлов, соединенных каналами связи.

Глобальная сеть Internet является физической основой сервиса Web. Web - это всемирная паутина или распределенная система информационных ресурсов, предоставляющая доступ к гипертекстовым документам (веб-документам), размещенным на веб-сайтах сети Интернет. Доступ и передача веб-документов в формате HTML по сети Интернет осуществляется с помощью прикладного протокола HTTP/HTTPS сервиса Web на основе стека протоколов TCP/IP сети Интернет.

С учетом вышеизложенного, можно сделать выводы, что IoT характеризуется масштабными изменениями инфраструктуры глобальной сети Интернет и новыми моделями общения или подключения: "вещь - вещь", "вещь - пользователь (User)" и "вещь - веб объект (Web Object)".

Internet of Things (IoT) целесообразно рассматривать на технологическом, экономическом и социальном уровнях.

На технологическом уровне Internet of Things – это концепция развития инфраструктуры сети (физической основы) Интернет, в которой "умные" вещи без участия человека способны подключиться к сети для удаленного взаимодействия с другими устройствами (Thing - Thing) или взаимодействия с автономными или облачными ЦОДами или DATA-центрами (Thing - Web Objects) для передачи данных на хранение, их обработку, аналитику и принятия управленческих решений, направленных на изменение окружающей среды, или для взаимодействия с пользовательскими терминалами (Thing - User) для контроля и управления этими устройствами.

Internet of Things (IoT) приведет к изменениям экономических и социальных моделей развития общества. Существуют различные классификации Internet of Things (IoT) (например, Индустриальный Интернет вещей - IIoT, Интернет сервисов - IoS и т.д.) и области его использования (в энергетике, транспорте, медицине, сельском хозяйстве, ЖКХ, Smart Сity, Smart Home и т.д.).

Cisco ввела новое понятие - Internet of Everything, IoE («Интернет всего» или «Всеохватывающий Интернет»), а Internet of Things является начальным этапом развития «Всеохватывающего Интернет»

Развитие Интернета вещей или Internet of Things (IoT) зависит от:

• технологий беспроводных сетей с низким энергопотреблением (LPWAN, WLAN, WPAN);
• темпов внедрения сотовых сетей для Internet of Things (IoT): EC-GSM, LTE-M, NB-IoT и универсальных сетей 5G;
• темпов перехода сети Интернет на версию протокола IPv6;
• технологий Smart Objects (сенсоров и актуаторов, снабженных микроконтроллером, памятью и устройством связи);
• специализированных операционных систем со стеком протоколов для микроконтроллеров сенсоров и актуаторов;
• широкого применения стека протоколов 6LoWPAN/IPv6 в операционных системах микроконтроллеров сенсоров и актуаторов;
• эффективного использования Cloud computing для Internet of Things (IoT) платформ;
• развития технологий M2M (machine-to-machine);
• применения современных технологий Software-Defined Networks, снижающих нагрузку на каналы связи.

Архитектура глобальной сети Internet of Things (IoT)

В качестве фрагмента архитектуры Internet of Things (IoT) рассмотрим сеть (рис. 1), состоящую из нескольких вычислительных сетей физических объектов, подключенных к сети Интернет с помощь одного из устройств: Gateway, Border router, Router.

Как следует из архитектуры IoT, сеть Internet of Things состоит: из вычислительных сетей физических объектов, традиционной IP сети Интернет и различных устройств (Gateway, Border router и т.д.), объединяющих эти сети.

Вычислительные сети физических предметов состоят из "умных" датчиков и приводов (исполнительных устройств), объединенных в вычислительную сеть (персональную, локальную и глобальную) и управляемых центральным контроллером (шлюзом или IoT Habs, или платформой IoT).

В Internet of Things (IoT) применяются технологии беспроводных вычислительных сетей физических предметов с низким энергопотреблением, к которым относятся сети малого, среднего и дальнего радиуса действия (WPAN, WLAN, LPWAN).

Беспроводные технологии сетей LPWAN (Low-power Wide-area Network) Интернета вещей IoT

К распространенным технологиям сетей дальнего радиуса действия LPWAN, которые представлены на рис. 1, относятся: LoRaWAN, SIGFOX, "Стриж" и Cellular Internet of Things или сокращено CIoT (EC-GSM, LTE-M, NB-IoT). К сетям LPWAN относятся и другие технологии, например, ISA-100.11.a, Wireless, DASH7, Symphony Link, RPMA и так далее, которые на рисунке 1 не указаны. Обширный список технологий представлен на сайте link-labs .

Одной из широко распространенных технологий является LoRa , которая предназначена для сетей дальнего радиуса действия, с целью передачи данных телеметрии различных приборов учета (датчиков воды, газа и т.д.) на дальние расстояния.

LoRa – это метод модуляции, который определяет протокол физического уровня модели OSI. Технология модуляция LoRa может применяться в сетях с различной топологией и различными протоколами канального уровня. Эффективными сетями LPWAN являются сети LoRaWAN, которые используют протокол канального уровня LoRaWAN (MAC протокол канального уровня), а в качестве протокола физического уровня - модуляцию LoRa.

Сеть LoRaWAN (рис. 2.) состоит из оконечных узлов End Nodes (трансиверов или модулей LoRa), подключенных по беспроводным сетям к концентраторам/шлюзам или базовым станциям, Network Server (сервера сети оператора) и Application Server (сервера приложений сервис провайдера). Сетевая архитектура LoRaWAN - "клиент-сервер". LoRaWAN работает на 2 уровне модели OSI.

Между компонентами сети «оконечные узлы – сервер» используется двусторонняя связь. Взаимодействие оконечных узлов локальной сети LoRaWAN с сервером происходит на основе протоколов канального уровня. В качестве адреса используются уникальные идентификаторы устройств (оконечных узлов) и уникальные идентификаторы приложения на сервере приложений.

Физическим уровнем стека протоколов LoRaMAC сегмента сети «оконечные узлы – шлюз», который функционирует на втором уровне модели OSI, является беспроводная модуляция LoRa, а MAC-протоколом канального уровня является LoRaWAN. Шлюзы LoRa подключаются к серверу сети провайдера или оператора с помощью стандартных технологий Wi-Fi/Ethernet/3G, которые относятся к уровню интерфейсов IP сетей (физическим и канальным уровням стека TCP/IP).

Шлюз LoRa обеспечивает межсетевое взаимодействие между сетями на основе разнородных технологий LoRa/LoRaWAN и Wi-Fi, Ethernet или 3G. На рис. 1 представлена сеть LoRa с одним шлюзом, выполненная по топологии «звезда», но сеть LoRa может быть и с множеством шлюзов (сотовая структура сети). В сети LoRa с множеством шлюзов «оконечные узлы – шлюз» построены по топологии «звезда», в свою очередь, "шлюзы - сервер" тоже подключены по топологии «звезда».

Полученные с оконечных узлов данные хранятся, отображаются и обрабатываются на сервере приложений (на автономном Web сайте либо в «облаке»). Для анализа IoT-данных могут применяться методы Big Data. Пользователи с помощью клиентских приложений, установленных на смартфон или ПК, имеют возможность доступа к информации на сервере приложений.

Технологии SIGFOX (sigfox.com) и "Стриж" (strij.net) аналогичные технологии LoRaWAN (www.semtech.com), но имеют некоторые отличия. Основное отличие заключаются в методах модуляции, которые определяют протоколы физических уровней этих сетей. Технологии SIGFOX, LoRaWAN и "Стриж" являются конкурентами на рынке сетей LPWAN.

Конкурентами на рынке сетей LPWAN являются и технологии CIoT (EC-GSM, LTE-M, NB-IoT), а также G5. Они предназначены для построения беспроводных сетей LPWAN сотовой связи на основе существующей инфраструктуры сотовых операторов. Применение традиционных сетей сотовой связи в IoT является нерентабельным, поэтому в настоящее время нишу сетей LPWAN заняли LoRaWAN, SIGFOX и т.д. Но если операторы сотовой связи своевременно внедрят технологии EC-GSM (Extended Coverage GCM), LTE-М (LTE для М2М-коммуникаций), основанные на эволюции GSM и развитии LTE, то они потеснят LoRaWAN, SIGFOX и другие технологии с рынка LPWAN.

К наиболее перспективным направлениям построения беспроводных сетей LPWAN относится узкополосный интернет вещей NB-IoT (Narrow Band IoT) на базе LTE, который может быть развернут поверх существующих сетей LTE операторов сотовой связи. Но стратегическим направлением в CIoT являются сотовые сети нового поколения 5G, которые будут поддерживать IoT.

Технология 5G, предназначенная для работы с разнородным трафиком, обеспечит подключение к Интернет разнообразных устройств с разными параметрами (энергопотреблением, скоростями передачи данных и т.д.) как мобильных устройств (смартфонов, телефонов, планшетов и т.д.), так и Smart Objects (sensors or actuators).

Где применяются сети LPWAN? Например, в Нидерландах и в Южной Корее для Internet of Things уже развернута общенациональная сеть LoRa. Сети SigFox для IoT развернуты в Испании и Франции. В России создается национальная сеть "Стриж" для Internet of Things (IoT) и т.д. В настоящее время в качестве стандарта для вычислительных сетей физических предметов LPWAN Интернета вещей IoT рассматриваются стандарты - LoRaWAN и NB-IoT.

Следует отметить, что в Internet of Things (IoT) наряду с использованием облачных технологий применяются технологии «туманных вычислений» (fog computing). Это обусловлено тем, что в облачной модели, используемой в IoT, слабым местом является пропускная способность каналов операторов связи, по которым осуществляется обмен данными между "облаком" и "умными" устройствами вычислительных сетей физических предметов.

Концепция "туманных вычислений" предполагает децентрализацию обработки данных за счет передачи части работы по обработке данных и принятию управленческих решений с "облака" непосредственно устройствам вычислительных сетей физических предметов.

Повышение пропускной способности каналов связи Cloud computing может обеспечить новый подход их построения на основе технологии Software-Defined Networks (SDN). Поэтому внедрение SDN позволит повысить эффективность работы каналов связи Cloud computing и Internet of Things (IoT).

Беспроводные персональные сети (WPAN) передачи данных малого радиуса с низким энергопотреблением - компоненты Internet of Things (IoT)

К сетям WPAN (рис. 1) относятся беспроводные сенсорные сети на основе технологий: 6LoWPAN, Thread, ZigBee IP, Z-Wave, ZigBee, BLE 4.2 (Bluetooth Mesh). Эти сети относятся к mesh-сетям (самоорганизующимся и самовосстанавливающимся сетям с маршрутизацией), которые имеют ячеистую топологию, являются составляющими (компоненнтами) сети Internet of Things (IoT).

Персональные вычислительные сети на основе технологий 6LoWPAN, Thread, ZigBee IP относятся к IP сетям со стеком протоколов 6LoWPAN или IPv6 стеком для 802.15.4 сетей (рис. 3). В них используется сетевой протокол 6LoWPAN (IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks), который является версией протокола IPv6 для беспроводных персональных сенсорных сетей с низким энергопотреблением стандарта IEEE 802.15.4. В качестве протокола маршрутизации используется RPL (Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks).

Рис. 3. 6LoWPAN Protocol Stack для IoT

IEEE 802.15.4 (standards.ieee.org) - это стандарт, который описывает физический IEEE 802.15.4 PHY и канальный уровни сетевой модели OSI. Канальный уровень, состоит из подуровня доступа к среде передачи МАС (Media Access Control) IEEE 802.15.4 MAC и подуровня управления логической связью LLС (Logical Link Control). На базе стандарта IEEE 802.15.4 построено несколько технологий, например, таких как ZigBee IP, Thread, 6LoWPAN.

Стек протоколов 6LoWPAN. Суть работы вычислительных сетей физических объектов в IoT на основе стека протоколов 6LoWPAN состоит в следующем. Например, данные с сенсора поступают на вход микроконтроллера (МК). МК обрабатывает поступающие с сенсора данные на основе прикладной программы (End Nodes Applications), которая создана разработчиком сети на основе API специализированной ОС микроконтроллера.

Для передачи обработанных данных в сеть приложение End Nodes Applications обращается к протоколу прикладного уровня (Application - IoT protocols) стека протоколов ОС микроконтроллера и через стек передает данные на физический уровень сенсора. Далее бинарные данные поступают на вход Border routers (Edge routers). Для передачи данных с End Node через Border routers на Web-сервер (Web-приложению) по прикладному протоколу CoAP, необходимо осуществить согласование сетей на прикладном уровне стека протоколов CoAP-to-HTTP, для этого используют прокси-сервер.

Стек протоколов 6LoWPAN обеспечивает подключение "умных" устройств с низким энергопотреблением к Интернету роутерами, а не специализированными IP шлюзами. Поскольку низкоскоростные сети со стеком протоколов 6LoWPAN для устройств с ограниченными возможностями не являются транзитными сетями для сетевого IP трафика традиционного Интернет, то они являются конечными сетями в Internet of Things (IoT) и подключены к сети Интернет через Border routers или Edge routers. Граничный роутер обеспечивает взаимодействие сети 6LoWPAN с сетью IPv6 путем преобразования заголовков IPv6 и фрагментации сообщений в адаптационном слое стека протоколов (Adaption of 6LoWPAN).

Z-Wave (z-wave.me) - одна из популярных технологий беспроводных сетей Internet of Things (IoT) (стандарт: Z-Wave и Z-Wave Plus). Cеть Z-Wave (рис. 1) с ячеистой топологией (mesh - сеть) и низким энергопотреблением, предназначенная для организации Smart Home. Сетевой протокол Z-Wave стека коммуникационных протоколов Z-Wave реализован компанией Sigma Designs закрытым кодом и является запатентованным. Нижние уровни MAC и PHY включены в стандарт ITU-T G.9959.

Z-Wave насчитывает множество совместимых устройств (sensors and actuators) для создания сети Smart Home. Управлять домашней сетью Z-Wave можно дистанционно с помощью пульта управления через Home Controller, контролировать работу сети можно с ПК и Интернет через смартфон. Сеть Z-Wave подключена к сети Интернет через специализированный IP шлюз Gateway "Z-Wave for IP".

ZigBee (zigbee.org) - это одна из наиболее распространенных технологий для построения беспроводных сетей Internet of Things (IoT) (открытый стандарт ZigBee). Сеть ZigBee с ячеистой топологией (mesh - сеть) имеет свой стек коммуникационных протоколов IEEE 802.15.4/Zigbee, который не поддерживает межсетевой протокол IP. Вычислительная сеть предметов на основе стека ZigBee, для взаимодействия с внешними устройствами, расположенными в IP-сети, подключена к сети Интернет через специализированный IP шлюз Gateway ZigBee. В настоящее время создан новый стандарт ZigBee IPv6.

Сети, созданные на основе нового стандарт Zigbee IPv6, могут быть подключены к IP-сети через роутер, а не специализированный шлюз. Шлюз Gateway ZigBee осуществляет переупаковку данных из одного формата в другой и обеспечивает межсетевое взаимодействие между сетями на основе разнородных технологий MQTT/ZigBee - HTTP/TCP/IP. Технология ZigBee используется как стандарт для автоматического сбора показаний счетчиков электроэнергии абонентов и передачи их на серверы операторов связи (автономные сайты), либо на Internet of Things (IoT) Habs Cloud.

WiFi (www.wi-fi.org) - это набор стандартов беспроводной связи IEEE 802.11, который можно использовать для построения беспроводной локальной вычислительной сети предметов WLAN на основе стека TCP/IP. Стек протоколов стандарта IEEE 802.11 состоит из физического уровня PHY и канального уровня с подуровнями управления доступом к среде MAC и логической передачи данных LLC. Протоколы IEEE 802.11 (WiFi) относятся к уровню сетевых интерфейсов в стеке TCP/IP.

Беспроводная локальная вычислительная сеть предметов WiFi подключена к Internet с помощью роутера (рис. 1). Следует отметить, что для построения локальных беспроводных вычислительных сетей предметов Wi-Fi Alliance создал новую спецификацию IEEE 802.11s, которая обеспечивает технологию построения ячеистых сетей. Кроме того, для Internet of Things (IoT) создан и новый стандарт Wi-Fi HaLow (спецификация IEEE 802.11ah) с низким энергопотреблением.

BLE 4.2 (bluetooth.com) - это новая версия стандарта Bluetooth low energy (Bluetooth LE), которая предназначена для построения беспроводных сетей типа Smart Home. Новый стандарт Bluetooth Mesh с ячеистой топологией будет внедрен к концу 2016г. Стек коммуникационных протоколов BLE 4.2 поддерживает сетевой протокол IPv6 over BLUETOOTH(R) Low Energy или 6LoWPAN, протоколы транспортного (UDP, TCP) и прикладного (COAP и MQTT) уровней.

Версия BLE 4.2 обеспечивает минимальное энергопотребление оборудования и выход в IP-сети. Нижние уровни MAC и PHY стека Bluetooth LE Stack: Bluetooth LE Link Layer и Bluetooth LE Physical. Для обеспечения взаимодействия сетей (BLE 4.2 и Internet) на сетевом уровне (6LoWPAN с IPv6) и прикладном уровне стека протоколов (CoAP с HTTP), сеть BLE 4.2 может быть подключена к сети Интернет (рис. 1) через Border routers и CoAP-to-HTTP Proxy соответственно.

Протоколы прикладного уровня Internet of Things (IoT)

Для передачи данных в Internet of Things (IoT) применяется множество протоколов прикладного уровня, к наиболее распространенным из которых относятся: DDS, MQTT, XMPP, AMQP, JMS, CoAP, REST/HTTP. DDS – это служба распространения данных для систем реального времени является стандартом OMG для промежуточного программного обеспечения. DDS – это базовая технология для реализации IoT, основанная на коммуникационной модели обмена сообщениями DCPS без промежуточного брокера (сервера).

MQTT, XMPP, AMQP, JMS – это протоколы обмена сообщениями, которые основаны на брокере по схеме: publish/subscribe. Брокер (сервер) можно развернуть на облачной платформе или на локальном сервере. Программы-клиенты необходимо установить на приложениях смарт-устройств.

Протокол CoAP (Constrained Application Protocol) - ограниченный протокол передачи данных IoT, аналогичный HTTP, но адаптированный для работы с "умными" устройствами низкой производительности. CoAP основан на стиле архитектуры REST. Доступ к серверам осуществляется по URL-адресу приложения смарт-устройств. Программы-клиенты для доступа к ресурсам использует такие методы, как GET, PUT, POST и DELETE.

REST/HTTP – состоит из двух технологий REST и HTTP. REST - это стиль архитектуры программного обеспечения для распределенных систем. REST описывает принципы взаимодействия приложений смарт-устройств с программными интерфейсами REST API (Web service). Через REST API приложения общаются между собой с помощью четырех HTTP методов: GET, POST, PUT, DELETE. HTTP - протокол передачи гипертекста, является протоколом прикладного уровня для передачи данных. HTTP используется для взаимодействия по схеме Device-to-User. REST/HTTP основан на коммуникационной модели обмена сообщениями req/res.

Для доступа из сетей физических объектов, не поддерживающих IP протокол, к сетям IP и наоборот используются хабы или шлюзы, или IoT платформы, которые обеспечивают согласование протоколов на различных уровнях стека коммуникационных протоколов. Для доступа из сетей физических объектов, поддерживающих IP протокол, к сетям IP и наоборот используются прокси для согласования протоколов прикладного уровня (например, для согласования протоколов CoAP и HTTP).

Не просто найти ресурсы, которые дают возможность познакомиться с возможностями IOT платформ в «живом» демо доступе. Большинство компаний предоставляют этот сервис по специальным запросами или дают возможность познакомиться с системами в демо роликах. В этом посте приводятся ссылки на сайты компаний, которые дают эту возможность. Кроме возможности посмотреть работу платформ, они обладают особенностями, которые выделяют их в большом потоке рождающихся IOT сервисов.

eZhing

Платформа позволяет:

• создавать свои собственные интерактивные планы-схемы помещений (квартир, домов, теплицы или даже крупных цехов заводов и фабрик)
• наносить на схемы расположение объектов из сферы IOT (датчики, сигнализаторы, ...)
• привязывать созданные планы-схемы к местоположениям на географической карте

С помощью платформы можно обеспечить гео-мониторинг объектов в режиме реального времени.

Thingsboard

Thingsboard это платформа c открытым исходным кодом. Она имеет хорошую документацию и примеры вариантов использования.

Платформа позволяет:

• быстро разрабатывать, сопровождать и масштабировать IoT проекты
• интегрироваться с другими сервисами обработки IoT данных (AWS IoT, Apache Spark, SigFox, IBM Watson IoT)
• ретранслировать данные устройств в другие системы
• подключать устройства через стандартные протоколы IoT - MQTT, CoAP и HTTP
• cоздавать панели мониторинга для визуализации данных

Платформа имеет много других полезных и оригинальных возможностей.

LEVEREGE

Платформа предназначена для быстрого построения прототипов IoT систем и эффективной доработки решений до удовлетворения потребностей заказчиков.

Платформа позволяет:

• создавать имитаторы IoT объектов
• работать с различными протоколами IoT
• создавать и гибко настраивать интерфейсы приложений
• настраивать бизнес логику работы приложений

С помощью платформы можно быстро предоставлять конечным пользователям возможность познакомится с вариантами решений и получить от них обратную связь

Обзоры платформ IOT будут продолжены. Эту работу я веду с целью совершенствования сервиса VIALATM , но думаю, что результаты поисков могут быть полезны и интересными не только мне.

Когда сегодня люди слышат или читают в сети о том, что тем или иным известным производителем успешно разрабатывается платформа IoT, многие оставляют это без внимания. Причина проста — далеко не каждый успел уяснить для себя, что IoT (англ. Internet of Things, в переводе на русский язык — Интернет Вещей) уже превращается в повседневную реальность. Более того, не все понимают, что такое вообще «интернет вещей».

Концепция Интернета Вещей

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

Для этой цели используются соответствующие объединения таких устройств в сети.

Фактически, это означает, что окружающие нас в повседневности вещи (от самых простых, например, кофеварки, до автомобиля) могут передавать между собой необходимые данные, обеспечивая максимальный комфорт для человека без его вмешательства (управления).

В описании концепции IoT используется несколько основных понятий:

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

В организации различаются несколько уровней:

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

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

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

Концепция умного города (картинка кликабельна).

Для чего нужен «Интернет вещей»

Появление такой системы, с тех пор как в 1990 г Джон Ромки подключил к сети тостер, было неизбежным. Во-первых, человек понял, что такое возможно. Во-вторых, стремление переложить рутинные функции на исполнительные механизмы (вещи) было свойственно ему всегда.

В результате сформировались главные положения концепции (требования к функционированию IoT):

• Система должна собирать повседневные сведения о жизни и деятельности человека, обрабатывать их и хранить данные.
• Функции отдельных устройств и экосистема в целом должны быть направлены на достижение конечного результата.
• Человеку отводится роль задания цели, а не путей ее достижения.

Например, в идеале, холодильник, анализируя привычки владельца, закажет необходимые для приготовления обычного завтрака продукты, дом включит систему отопления чтобы прогреть помещения к приезду хозяина с работы, а «умный» браслет отправит данные диагностики персональному врачу и приобретет в аптеке необходимые лекарства.

Современный уровень IoT

В настоящий момент, когда концепция находится на первоначальном этапе развития, без участия человека пока не обходится.

«Умные» вещи пока работают, по большей части, на автоматизацию некоторых процессов. Примером могут служить современные кондиционеры, которые обеспечивают различные режимы поддержания климатических условий в дневное и ночное время. Но большинство из них будет выполнять заданную программу вне зависимости от наличия или отсутствия человека, количества людей в помещении и других условий.

Конечно, с каждым годом в оборот поступает все больше устройств, оснащенных интеллектуальными программами для сбора и обработки информации. Но пока об «Интернете вещей» как о сложившейся системе речь не идет.
Одной из главных проблем является отсутствие общепринятого стандарта IoT. Такое положение затрудняет разработку и внедрение новых устройств и объединение уже созданных.

Платформы Интернета Вещей и примеры технологических решений

Платформы IoT разрабатываются сразу несколькими известными производителями. Примеры из действующих можно привести уже сегодня:

• Amazon Web Services.
• Cisco IoT Cloud Connect.
• Microsoft AzureThing.
• IBM’s Watson.
• Worx IoT Platform

Однако до полной интеграции еще далеко. Пожалуй, единственным успехом в этом отношении является проведенные Cisco Systems исследования, которые свидетельствуют о том, что протокол IP может быть успешно использован при построении таких сетей. В результате они получат все преимущества единого языка (как это произошло с Интернетом) — масштабируемость и совместимость.

Остается пока нерешенной проблема центрального узла. До сих пор главная роль в сети устройств отдается человеку — он не только формулирует желаемый конечный результат, но и задаёт программы для его достижения. В конечном итоге эти функции должно взять на себя центральное устройство сети. Именно оно должно отвечать за сбор данных другими вещами и управление их функциями. Все наработки в области IoT платформ пока делают на этом пути только первые шаги.

Еще одной серьезной проблемой стало обеспечение безопасности. Если устройства обеспечивают сбор и хранение сведений о человеке (а без максимального количества такой информации Интернет вещей невозможен в принципе), то взлом сети злоумышленником приведет к утечке данных о личной жизни, в том числе важных и конфиденциальных.

Уже сегодня появились вирусы, типа знаменитого Wajneten, технологии которых позволяют влиять на работоспособность такой сети. Периодически становящиеся доступными сообщения об утечках данных и хакерских атаках на действующие сегменты IoT также заставляют насторожиться. Конечно, разработчики уделяют безопасности серьезное внимание, но и здесь идеальных решений пока нет.

Будущее концепции интернета вещей

Эксперты предполагают, что IoT в ближайшем будущем ждет бурный рост. По их прогнозам, темпы развития (удвоение числа подключенных вещей каждые 5 лет), как минимум, не сократятся, что означает появление к 2020 году более 50 миллиардов устройств в сети.

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

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

1. Стандартизации.
2. Создания работоспособных платформ с функциональным центральным элементом.
3. Безопасности.
4. Надежности и производительности сетевых систем.
5. Учета индивидуальных особенностей конкретного пользователя (например, людей с ограниченными функциональными возможностями).

Прорывы в этих областях позволят добиться улучшения качества решений и в аналитике и управлении в IoT проектах. В результате будет достигнуто существенное улучшение качества жизни во всех сферах и на всех уровнях — от бытового до корпоративного, государственного и глобального.

Сейчас многие говорят про интернет вещей, но не все понимают, что это такое.

Если верить «Википедии», это концепция вычислительной сети физических объектов («вещей»), оснащённых встроенными технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой, рассматривающая организацию таких сетей как явление, способное перестроить экономические и общественные процессы, исключающее из части действий и операций необходимость участия человека.

Говоря простым языком, интернет вещей - это некая сеть, в которую объединены вещи. Причём под вещами я подразумеваю всё что угодно: автомобиль, утюг, мебель, тапочки. Всё это сможет «общаться» друг с другом без участия человека при помощи передаваемых данных.

Появление подобной системы было ожидаемо, ведь лень - двигатель прогресса. Не придётся утром идти к кофеварке, чтобы сделать кофе. Она уже знает, когда вы обычно просыпаетесь, и к этому времени сама сварит ароматный кофе. Классно? Пожалуй, но насколько это реально и когда появится?

Как это работает

Мы находимся в начале пути, и об интернете вещей пока говорить рано. Возьмём для примера кофеварку, о которой я писал выше. Сейчас человеку приходится самостоятельно вводить время своего пробуждения, чтобы она сварила ему утром кофе. Но что произойдёт, если в это время человека не будет дома или он захочет чай? Да всё то же самое, так как он не поменял программу и бездушная железка снова сварила свой кофе. Такой сценарий интересен, но это скорее автоматизация процесса, чем интернет вещей.

У руля всегда стоит человек, он центр. Умных гаджетов с каждым годом становится всё больше, но они не работают без команды человека. Эту несчастную кофеварку придётся постоянно контролировать, менять программу, что неудобно.

Как это должно работать

Интернет вещей подразумевает, что человек определяет цель, а не задаёт программу по достижению этой цели. Ещё лучше, если система сама анализирует данные и предугадывает желания человека.

Едете вы с работы домой, уставший и голодный. В это время автомобиль уже сообщил дому, что через полчаса привезёт вас: мол, готовьтесь. Включается свет, термостат настраивает комфортную температуру, в духовке готовится ужин. Зашли в дом - включился телевизор с записью игры любимой команды, ужин готов, добро пожаловать домой.

Вот в чём главные особенности интернета вещей:

• Это постоянное сопровождение повседневных действий человека.
• Всё происходит прозрачно, ненавязчиво, с ориентацией на результат.
• Человек указывает, что должно получиться, а не как это сделать.

Скажете, фантастика? Нет, это ближайшее будущее, но, чтобы добиться таких результатов, необходимо ещё многое сделать.

Как этого добиться

1. Единый центр

Логично, что в центре всех этих вещей должен стоять не человек, а какой-то девайс, который и будет передавать программу по достижению цели. Он будет контролировать другие устройства и выполнение задач, а также собирать данные. Такой девайс должен стоять в каждом доме, офисе и других местах. Их объединит единая сеть, через которую они будут обмениваться данными и помогать человеку в любом месте.

Зачатки такого центра мы уже видим сейчас. Amazon Echo, Google Home, да и Apple вроде тоже работает над чем-то подобным. Такие системы уже сейчас могут выполнять роль центра умного дома, хотя их возможности пока ограничены.

2. Единые стандарты

Это станет, пожалуй, главным препятствием на пути к глобальному интернету вещей. Для масштабной работы системы необходим единый язык. Над своей экосистемой сейчас работают Apple, Google, Microsoft. Но все они двигаются по отдельности, в разные стороны, а значит, в лучшем случае мы получим локальные системы, которые сложно объединить даже на уровне города.

Возможно, какая-то из систем станет стандартом, либо каждая сеть так и останется локальной и не перерастёт в нечто глобальное.

3. Безопасность

Естественно, разрабатывая такую систему, необходимо позаботиться о защите данных. Если сеть взломает хакер, он будет знать о вас абсолютно всё . Умные вещи сдадут вас злоумышленникам с потрохами, так что над шифрованием данных стоит серьёзно поработать. Конечно, над этим работают уже сейчас, но периодически всплывающие скандалы говорят о том, что до идеальной безопасности ещё далеко.

Что нас ждёт в ближайшем будущем

В ближайшем будущем нас ждут умные дома, которые будут сами открывать двери для владельцев при приближении, поддерживать комфортный микроклимат, самостоятельно пополнять холодильник и заказывать необходимые лекарства, если человек заболел. Причём перед этим дом получит показатели с умного браслета и отправит их врачу. По дорогам будут ездить беспилотные автомобили, а на самих дорогах больше не останется пробок. Интернет вещей позволит разработать более продвинутую систему контроля трафика, которая сможет предотвращать появление пробок и заторов на дорогах.

Уже сейчас многие гаджеты работают в связке с различными системами, однако в ближайшие 5–10 лет нас ждёт настоящий бум развития интернета вещей. Вот только в будущем возможен расклад как в мультике «ВАЛЛ-И», где человечество превратилось в беспомощных толстяков, обслуживаемых роботами. Так себе перспектива. А что думаете вы?

Наверняка вы уже слышали словосочетание «интернет вещей» и видели сокращение IoT, но, возможно, не знаете, что за ними скрывается. Что же такое IoT, или интернет вещей?

IoT относится к соединению устройств (кроме обычных компьютеров и смартфонов) через интернет. Автомобили, кухонная бытовая техника и даже кардиомониторы могут быть соединены через IoT. И так как интернет вещей в следующие несколько лет будет только расти, в этом списке будет появляться всё больше устройств.

Мы подготовили справочник по IoT для новичков, который поможет сориентироваться в удивительном связанном мире.

Понятия и основные определения

Ниже мы публикуем небольшой словарик с определениями, которые относятся к интернету вещей.

IoT, или интернет вещей, - это сеть связанных через интернет объектов, способных собирать данные и обмениваться данными, поступающими со встроенных сервисов.

Устройства, входящие в интернет вещей, - любые автономные устройства, подключённые к интернету, которые могут отслеживаться и/или управляться удалённо.

Экосистема IoT, или интернета вещей, - все компоненты, которые позволяют бизнесу, правительствам и пользователям присоединять свои устройства IoT, включая пульты управления, панели инструментов, сети, шлюзы, аналитику, хранение данных и безопасность.

Физический уровень - аппаратное обеспечение, которое используется в IoT-устройствах, включая сенсоры и сетевое оборудование.

Сетевой уровень отвечает за передачу данных, собранных на физическом слое, к различным устройствам.

Уровень приложения включает протоколы и интерфейсы, которые устройства используют для идентификации и связи друг с другом.

Пульты управления позволяют людям использовать IoT-устройства, соединяясь с ними и контролируя их посредством панели инструментов, такой как мобильное приложение. К пультам управления относятся смартфоны, планшеты, ПК, умные часы, телевизоры и нетрадиционные пульты.

Панели инструментов обеспечивают отображение информации о экосистеме IoT для пользователей, что позволяет им управлять экосистемой IoT. Обычно используется удалённое управление.

Аналитика - программные системы, которые анализируют данные, полученные от IoT-устройств. Аналитика используется в большом количестве сценариев, например для прогнозирования технического обслуживания.

Хранение данных - то, где хранятся данные с IoT-устройств.

Сети - слой интернет-коммуникаций, который позволяет операторам общаться с устройством, а устройствам - общаться друг с другом.

Индустрия IoT

От использования IoT-устройств получат выгоды следующие направления:
- производство;
- транспорт;
- оборона;
- сельское хозяйство;
- инфраструктура;
- розничные продажи;
- логистика;
- банки;
- нефть, газ, добыча полезных ископаемых;
- страховое дело;
- умные дома;
- производство продуктов питания;
- обслуживание;
- госпитали;
- охрана здоровья;
- умные постройки;
- IoT-компании.

Интернетом вещей занимаются уже сотни компаний, и их список в следующие несколько лет только расширится.

Платформы IoT

Одно устройство IoT соединяется с другим для передачи информации через интернет-протоколы. IoT-платформы служат мостом между сенсорами устройств и сетью передачи данных.

Вот несколько самых крупных платформ IoT, которые сейчас действуют на этом рынке:
- Amazon Web Services;
- Microsoft Azure;
- ThingWorx IoT Platform;
- IBM’s Watson;
- Cisco IoT Cloud Connect;
- Salesforce IoT Cloud;
- Oracle Integrated Cloud;
- GE Predix.

Хотите больше новостей?