Интернет вещей: сегодняшние вызовы, проблемы и решения
Авторы
кандидат технических наук, доцент А. А. Востриков, Д. В. Куртяник, А. М. Сергеев
Аннотация
Работа посвящена обзору сегодняшнего положения дел в области создания глобально распределенных информационно-управляющих систем нового поколения, получившей название «Интернет вещей». Предлагаются некоторые определения терминов, де-факто вошедших в употребление. Критически анализируются реализуемые в настоящее время подходы к развитию и внедрению данной технологии.
Ключевые слова: интернет вещей, глобально распределенные системы, информационно-управляющие системы.
С начала введения в научный и инженерный оборот термина «Интернет вещей» прошло уже порядка 15–20 лет. Специалисты, имеющие большой опыт разработки устройств, подключаемых без использования универсального компьютера к сети Интернет, часто считают термин «Интернет вещей» искусственным, не от жизни, или просто маркетинговой уловкой, в рамках которой осуществляется попытка объединить необъединяемое.
Появление в 1998 г. коммуникационных чипов, например компании Ubicom (ранее Scenix), дало возможность разработчикам цифровой техники создавать устройства, имеющие собственный IP-адрес и подключаемые к сети Интернет – вещи для Интернета. Они обеспечивали коммуникации типа «компьютер–устройство» или «устройство–устройство». Процесс развития технологии создания вещей для Интернета был запущен и начал бурно развиваться.
Исторические аспекты развития
Первым устройством, подключенным к сети Интернет, считается аппарат по продаже кока-колы, установленный в 1982 г. в CarnegieMellonUniversity. Обмен информацией обеспечивал встроенный компьютер, но, в целом, подключенный к Интернету сетевой узел действительно был применен для решения узкой задачи, касающейся именно этого устройства. В 1991 г. в работе Марка Вайзера о вездесущих вычислениях/вычислителях (ubiquitouscomputing) [1] в иных терминах впервые осознается суть Интернета вещей. Вайзер говорит о начале эры вездесущих коммуницирующих устройств – третьей эры вслед за эрой мэйнфреймов и затем эрой персональных компьютеров.
Конечно, в тот период как такового Интернета для вещей не было, только начала прорабатываться теория и только появлялись первые отдельные устройства, разрабатываемые передовыми командами разработчиков. В это время в г. Кельн на всемирной выставке компанией Samsung были продемонстрированы первые сетевые устройства.
В России также был накоплен определенный опыт создания устройств, подключаемых к Интернет. Результатами сотрудничества компании TekseedLLC (США) и ООО «АСК Лаборатория» (Россия) в 2000 г. стали опытные образцы IP-видеокамеры, IP-видеомонитора, IP-велосипеда, IP-устройства сбора и обработки информации (ACB модуль). IP-видеокамера и IP-видеомонитор осуществляли коммуникации через Интернет как источник и приемник видеоинформации [2, 3]. IP-велосипед являлся манипулятором с бесконечным непрерывным перемещением по контенту виртуальных миров – по сайтам городов и учебных заведений [4]. IP-устройство сбора и обработки информации являлось основой построения глобально распределенных информационно-управляющих систем.
Таким образом, можно констатировать, что Интернет вещей – просто маркетинговый термин, не отражающий суть технологии, но позволяющий разработчикам обсудить будущее, а совершенно разным компаниям – договориться о взаимодействии, чтобы изменить мир к лучшему именно благодаря разговорам об Интернете вещей как концепции [5].
В целом это новая движущая сила, которая коренным образом преобразует многие индустрии. Постепенно развитие и распространение технологии привело к появлению других ее интерпретаций, других терминов. Крупнейшие компании, сделавшие ставку на поддержку данной технологии, тем не менее, не захотели следовать англоязычной версии Интернета вещей – InternetofThings (IoT).
Технология от крупнейших корпораций
Если мелкие компании, не вписывающиеся в новые тренды Интернета вещей, могут в любой момент покинуть рынок, то IT-гиганты в ожидании взрывного роста на этом рынке застолбили и продвигают направления в связи со своими специализациями [6, 7].
Компания Microsoft интерпретирует технологию как «Интернет ваших вещей» (InternetofYourThings) и формирует возможность подключения устройств, важных для частного пользователя и бизнеса. Операционная система Windows 10 устанавливается на любых устройствах. Версия Windows 10 IoT Core может быть установлена, например, на одноплатный микрокомпьютер Raspberry Pi 2. Кроме того, Microsoft в своем публичном облаке MicrosoftAzure запустила набор решений Azure IoT Suite, настройки которых позволяют очень быстро подключить имеющиеся устройства.
Cisco имеет свою концепцию IoT – «Всеобъемлющий Интернет», или «Интернет всего» (InternetofEverything). Основываясь на многолетнем опыте построения различных сетей, корпорация предлагает своим клиентам реализовать концепцию «умного города». Кроме того, предлагаются специализированные решения, такие как CiscoConnectedStadiumSolution.
Корпорация GeneralElectric (GE) специализируется на применении IoT в производственных процессах, прежде всего в энергетике и машиностроении – IndustrialInternet.
Для Intel Интернет вещей начинается с процессоров IntelInside, плат Edison, Galileo, микроконтроллеров Quark и др., которые интегрируются в конкретные решения с помощью собственной IoTплатформы.
IBM объявила об использовании возможностей супермашины Watson в новых решениях для Интернета вещей – WatsonIoTUnit и WatsonIoTCloudplatform.
Apple продвигает свою технологию HomeKit, позволяющую использовать устройства с ОС iOS для управления в доме аксессуарами, имеющими метку WorkswithAppleHomeKit. Для организации сети на основе HomeKit необходимы iPhone, iPad или iPodtouch с ОС iOS 8.1 или более поздней версии, а также устройства с поддержкой HomeKit. Сегодня это замок SchlageSenseSmartDeadbolt, система освещения PhilipsHue, система управления светом Lutron, хаб Insteon, устройства Ecobee, iHome, iDevices, Elgato, ConnectSense.
Операционная система Brillo от Google, являющаяся расширением ОС Android, ориентирована на маломощные устройства Интернета вещей. Частью этого решения является кросс-платформенный язык Weave – конкурент стандарту HomeKit от Apple, позволяющий умным устройствам общаться между собой.
Что же из всего этого следует. Да то, что технология вещей для Интернета расширяется не только за счет терминологических уловок, но и реально за счет проникновения в нашу жизнь во всех проявлениях.
Тренды IoT
Какие изменения произошли за последнее время? Что позволило заговорить об Интернете вещей и широко его обсуждать? Основные изменения, вызвавшие значительный интерес к рассматриваемой технологии, заключаются в том, что:
− постоянно удешевляются электронные компоненты и комплектующие;
− происходит повсеместное внедрение сегментов сетей на основе различных беспроводных технологий (ZigBee, Wi-Fi…);
− облачные сервисы становятся все более распространенными и доступными.
Какие еще тенденции стоит упомянуть в этом контексте? Это:
− продолжающееся проникновение Интернета во все сферы деятельности человека;
− существенный рост пропускной способности каналов;
− развитие технологий взаимодействия устройств через Интернет
– межмашинного взаимодействия (М2М);
− переход на IPv6;
− распространение и освоение программно-конфигурируемых сетей;
− снижение стоимости обработки данных;
− «мобилизацию» сетей, сетевых устройств, программ и приложений;
− рост количества стартап-проектов, связанных с разработкой hardware;
− увеличение выпуска ведущими компаниями устройств с подключением к Интернету;
− распространение компаниями программного обеспечения для интеграции своей продукции и сервисов;
− рост интереса различных предприятий к сектору промышленного интернета вещей (IndustrialIoT);
− рост интереса разных слоев общества к сектору «умного дома» (ConnectedHome, ConnectedHomeServices, ConnectedDevices);
− продолжающийся рост продаж и существующего парка смартфонов и планшетов.
Всех указанные тенденции в сумме и формируют один большой тренд развития Интернета вещей. Проблемы IoT Технология создания модулей встраиваемого класса для построения глобально распределенных систем насчитывает уже около 20 лет. Изменения, произошедшие за данный период, отражены в таблице.
Заключение
На основании выполненного анализа предлагается ввести ряд терминов. Общее определение Технологии «IoT»: глобальное сетевое взаимодействие физических объектов, оснащенных вычислительными и коммуникационными средствами, позволяющими осуществлять управление и/или мониторинг этих объектов. Цель применения Технологии «IoT»: минимизация вовлечения пользователя в обслуживание собственных потребностей, без территориальных ограничений. IoT-устройства – вычислительные и коммуникационные средства, обеспечивающие включение объектов в технологию IoT. Объекты – жилые и нежилые помещения любого назначения, производственные предприятия, транспортные средства, объекты транспортной инфраструктуры, сельскохозяйственные объекты и т.д. Приоритет – обеспечение коммуникационной среды надежными крупными игроками рынка коммуникаций по примеру использования GSM-сетей. Достаточно крупные компании сейчас активно покрывают города и регионы интереса сетями LoRaWAN, являющимися наилучшим решением «первой мили» для устройств IoT. Однако чтобы избежать катастрофического насыщения, применение LoRaWAN требует научного анализа, имитационного и натурного моделирования, а также выработки рекомендаций по эффективному использованию режимов передачи информации.
Библиографический список представлен в публикации.