Интернет вещей: как устройства взаимодействуют и упрощают нашу жизнь

Управление своим домом, рабочими процессами, мониторинг здоровья и хобби с помощью своего смартфона или голосового помощника — это то, что мы уже сейчас можем делать эффективно, благодаря IT-технологиям. В этой статье мы познакомим вас с IoT настолько глубоко, насколько сможем в рамках этой скромной статьи.

Интернет вещей — это не просто модный термин, а реальная технология, которая уже сейчас меняет наш мир. От носимых гаджетов до умных домов, от беспилотных автомобилей до телемедицины — все это возможно благодаря интернету вещей. Но что же это такое, как работает и зачем нужно?

Что такое Интернет вещей

Интернет вещей (англ. IoT: Internet of Things) — это концепция подключения физических объектов к виртуальной сети посредством встроенных датчиков и средств связи. IoT позволяет объектам собирать, анализировать и обмениваться данными. В интернет вещей могут входить не только компьютеры и смартфоны, но и обычные предметы, оснащенные датчиками: от бытовой техники до медицинских имплантатов. Главное, чтобы объект мог получить уникальный сетевой адрес и передавать данные по сети.

Краткая история

Одним из «первопроходцев» среди подключенных к сети устройств считается вендинговый аппарат по продаже Coca-Cola, установленный в 1982 году в Университете Карнеги-Меллон. Он мог передавать данные о количестве бутылок и своем техническом состоянии.

Активно обсуждать сети для организации межмашинного взаимодействия начали в 1990-х годах. Так, руководитель исследований в Xerox PARC Марк Вейзер выдвинул идею повсеместного компьютинга — массового внедрения компьютеров, которые благодаря связи между собой могут самостоятельно решать задачи пользователя.

В свою очередь, ученый Билл Джой на Всемирном экономическом форуме в Давосе в 1999 году представил концепцию "Шести вебов"  — шести типов интернета будущего. В ней он точно предсказал появление мобильных беспроводных сетей, голосовых помощников и коммуникаций между устройствами.

* Параллельно с теоретическими разработками в области Интернета вещей в 1990-х годах предпринимались и практические шаги по созданию первых IoT-решений.

В 1993 году корпорация Microsoft запустила платформу at Work, включавшую специальную операционную систему и протокол передачи данных. Ее целью было объединить офисное оборудование, такое как факсы и копировальные аппараты, посредством общего протокола. Это позволяло осуществлять управление и мониторинг техники с персональных компьютеров на Windows.

* Платформа at Work от Microsoft может считаться одним из первых практических воплощений концепции IoT.

Концепция и термин впервые сформулированы основателем исследовательской группы Auto-ID Labs при Массачусетском технологическом институте Кевином Эштоном в 1999 году на презентации для руководства Procter & Gamble. В презентации рассказывалось о том, как всеобъемлющее внедрение радиочастотных меток сможет видоизменить систему управления логистическими цепями в корпорации.

В 2004 году журнал Scientific American опубликовал статью, которая наглядно продемонстрировала потенциал концепции «интернета вещей» для бытового применения. В статье была представлена иллюстрация, на которой показано, как разные домашние устройства и системы (будильник, кондиционер, полив, освещение, охрана) могут взаимодействовать между собой посредством коммуникационных сетей.

* Сами по себе представленные сценарии домашней автоматизации не были принципиально новыми. Однако акцент в статье на объединении всех устройств в единую сеть на базе интернет-протоколов способствовал популяризации концепции Internet of Things.

С 2010-х годов наблюдается активное технологическое наполнение этой концепции за счет распространения беспроводных сетей, облачных вычислений, средств межмашинного взаимодействия, перехода на IPv6 и развития программно-определяемых сетей. Теория наконец-то начала активно подкрепляться практикой.

Как работает IoT

Работа интернета вещей основана на взаимодействии четырех компонентов:

• Датчики собирают данные об окружающей среде (состоянии объекта)
• Средства связи передают данные в облако
• В облаке данные обрабатываются программно для принятия решений
• Через интерфейс пользователь может управлять системой и получать обратную связь.

Таким образом, интернет вещей позволяет физическим объектам взаимодействовать друг с другом и с внешней средой, автоматизируя рутинные операции без участия человека.

Из чего он состоит

Интернет вещей состоит из различных слабо связанных сетей, каждая из которых разработана для решения конкретной проблемы. Например, сеть носимых устройств может отслеживать состояние здоровья человека, сеть умных домов может контролировать температуру, освещение и безопасность жилья, сеть беспилотных автомобилей может оптимизировать движение и предотвращать аварии. Каждая сеть имеет свои особенности, требования и стандарты. Однако все они используют общие технологии и протоколы для обмена данными и координации действий.

Где используют интернет вещей

Интернет вещей находит применение в самых разных сферах жизни и деятельности человека: от личного комфорта и здоровья до промышленности и государственного управления. Рассмотрим некоторые из наиболее популярных и перспективных направлений использования IoT.

Носимые устройства

Носимые устройства — это гаджеты, которые человек носит на себе или имплантирует в свое тело. Они могут выполнять различные функции: отслеживать физическую активность, пульс, давление, сон, калории, напоминать о приеме лекарств, контролировать эмоции и стресс, определять настроение и предпочтения, подавать звуковые или визуальные сигналы, передавать данные на смартфон или другие устройства. Носимые устройства помогают человеку следить за своим здоровьем и предупреждать болезни.

Яркий пример —  глюкометр, автоматически отправляющий информацию о уровне сахара в крови диабетика прямо на смартфон. Если показатели выходят за пределы нормы — система подает сигнал.

Умные дома

Умные дома оснащают разнообразными устройствами интернета вещей, которые автоматизируют и оптимизируют процессы, связанные с комфортом, безопасностью, энергосбережением и развлечениями. Например, умный дом может иметь:

• Умные лампочки, которые регулируют яркость и цвет света в зависимости от времени суток, настроения или активности пользователя
• Умные замки, открывающиеся по распознаванию лица или голоса
• Умные термостаты, поддерживающие оптимальную температуру в помещении
• Умные колонки, воспроизводящие музыку или подкасты по запросу пользователя
• Умные камеры, следящие за безопасностью дома и оповещающие о подозрительных событиях.

Умные города

«Умный» город, или Smart City — это созданная человеком взаимосвязанная система информационных и коммуникативных технологий с IoT. Она упрощает управление внутренними городскими процессами и делает жизнь жителей комфортнее и безопаснее. По данным компании McKinsey, к 2020 году 600 городов на планете станут «умными».

Smart City можно сравнить с живым организмом, работающим слаженно на благо общества. Цифровые технологии умного города оптимизируют городскую жизнь на всех уровнях. Например, с их помощью можно избежать пробок, быстрее найти парковку, повысить уровень безопасности. Словом, благодаря смарт-технологиям в городе становится комфортнее жить.

Почему умные города настолько важны? —  Согласно данным ООН за 2018 год, 55% населения Земли проживает в городах. К 2030 году эта цифра вырастет до 60%. Урбанизация необратима, значит, нужно сделать города максимально комфортными для жизни.

Современные смарт-технологии решают следующие проблемы:

• Оптимизация транспортных потоков: меньше пробок, удобнее парковки
• Экономия ресурсов: точечное реагирование на проблемы, например, вывоз мусора
• Повышение безопасности: контроль с помощью камер и датчиков
• Улучшение экологии: мониторинг выбросов и быстрое реагирование
• Развитие городской инфраструктуры и сервисов: удобные цифровые услуги для граждан.

Какие технологии есть в умных городах? — Например, датчики отслеживают заполненность мусорных баков, а машины вывозят отходы по оптимальному маршруту. Система распознавания лиц определяет преступника или человека, который находится в розыске. Информация об этом сразу же поступает в полицию. Таких примеров можно привести много.

Казалось бы: все технологии нужно было внедрить «здесь и сейчас». Однако внедрение смарт-систем на практике требует времени и средств на создание ИТ-инфраструктуры. Поэтому цифровизация происходит постепенно: сначала внедряют отдельные решения, например камеры, светофоры, датчики.

Беспилотные автомобили

Беспилотные автомобили — транспортные средства, которые могут перемещаться по дорогам без участия водителя. Они оснащены различными датчиками, камерами, радарами и лидарами, которые позволяют им собирать информацию об окружающей среде, распознавать препятствия, светофоры, дорожные знаки и других участников движения.

Беспилотные автомобили подключены к интернету и могут обмениваться данными с другими автомобилями, инфраструктурой дорог и центрами управления. А также они имеют ряд преимуществ, таких как повышение безопасности, снижение заторов, экономия топлива и времени, удобство для пассажиров.

Вместе с тем с беспилотными авто связано большое количество проблем:

• Высокая стоимость автомобилей
• Юридическая неопределенность их статуса
• Этические дилеммы в случае аварии (кто будет отвечать)
• Угроза хакерских атак (возможность взлома программного обеспечения)
• Социальное неприятие (далеко не все готовы к массовому появлению таких машин на улицах своего города).

Несмотря на это, многие страны и компании активно развивают и тестируют беспилотные автомобили. Например, в Сингапуре уже запущен первый в мире коммерческий сервис беспилотных такси, а в Китае построен первый в мире умный шоссейный полигон для беспилотных автомобилей.

* Если вам интересно больше узнать о беспилотниках нажмите — сюда.

Розничная торговля

IoT-устройства помогают розничным продавцам:

• Собирать данные о потребительском поведении, предпочтениях и отзывах покупателей
• Анализировать полученные данные
• Предлагать персонализированные рекомендации, скидки и акции клиентам
• Оптимизировать управление запасами, ценообразованием, логистикой и безопасностью.

Например, с помощью RFID-меток отслеживается перемещение товаров от склада до полки и до кассы, а также предотвращаются кражи и потери. А цифровые ценники динамически меняют цены в зависимости от спроса и конкуренции. Системы видеоаналитики — измеряют трафик посетителей, определяют их пол, возраст и настроение, а также анализируют эффективность витрин и рекламных материалов.

* Примерами компаний, которые успешно применяют интернет вещей в розничной торговле, являются Amazon, Walmart и Zara.

Телемедицина

Телемедицина — это направление в здравоохранении, подразумевающее использование информационных и телекоммуникационных технологий для оказания медицинской помощи на расстоянии. Эта технология позволяет получить консультацию врача, не выходя из дома или сделать медицинский анализ в любой точке страны.

Какие возможности дает телемедицина пациентам:

• Дистанционная консультация врача по видеосвязи или чату
• Получение второго мнения эксперта
• Диагностика и мониторинг состояния здоровья онлайн
• Доступ к электронной медицинской карте из любой точки мира
• Онлайн запись на прием и вызов врача на дом.

Телемедицина экономит время пациента на поездки к врачу и ожидание приема. Люди из отдаленных регионов получают доступ к квалифицированным специалистам. При этом качество диагностики и лечения не страдает.

Важную роль в развитии телемедицины играет интернет медицинских вещей — Internet of Medical Things (IoMT). Это концепция сети интернета, объединяющей различные медицинские приборы и датчики.

Например, пациент с сердечно-сосудистыми заболеваниями может носить браслет, который круглосуточно отслеживает пульс, давление и другие показатели. Все данные в режиме реального времени передаются лечащему врачу, который при необходимости корректирует лечение.

* Согласно прогнозам, к 2025 году объем мирового рынка IoMT вырастет до 332 млрд долларов. Эксперты предрекают телемедицине большое будущее. Она способна кардинально изменить систему здравоохранения, сделав качественную медпомощь доступной для всех нуждающихся.

Умное сельское хозяйство

Умное сельское хозяйство — это применение различных технологий интернета вещей для повышения эффективности и устойчивости сельскохозяйственного производства. С помощью датчиков, дронов, спутников, облачных сервисов фермеры получают актуальную информацию о состоянии почвы, растений, животных, складов и транспорта, а также управляют ими удаленно. Это оптимизирует расходы на воду, энергию, удобрения, корма и другие ресурсы, а также повышает качество и безопасность продукции.

* Кстати, чтобы внести свой вклад в современный мир, можно стать IoT-разработчиком или дата-сайентистом, для начала нужно будет изучить один из языков программирования: Python, C, C++, Java, PHP или Go.

Плюсы и минусы

Одно из главных преимуществ интернета вещей — это автоматизация рутинных задач.

«Умный» холодильник может автоматически заказывать продукты, которые заканчиваются, а пылесос-робот поддерживает чистоту в доме без участия человека.

Автоматизация производственных процессов на фабриках и заводах повышает их эффективность во много раз. Датчики контролируют состояние оборудования и оперативно сообщают о поломках.

Интернет вещей упрощает контроль качества продукции и оптимизацию бизнес-процессов.

Датчики, встроенные в товары, позволяют отслеживать условия транспортировки и хранения.

А в логистике это дает возможность выявлять проблемные участки и предотвращать порчу грузов, что способствует повышению качества обслуживания клиентов.

* А теперь перейдем к минусам...

• Угроза конфиденциальности. Это происходит из-за сбора и хранения огромных массивов личных данных. Ведь многие устройства, например smart-часы или датчики активности, постоянно отслеживают информацию о пользователе.
• Уязвимость перед кибератаками. Взлом систем безопасности может привести к серьезным последствиям, особенно если речь идет об инфраструктуре городов. Чтобы обезопасить IoT, производителям необходимо внедрять надежные системы защиты и регулярно обновлять программное обеспечение.
• Возможная несовместимость программ разных IoT-устройств от разных производителей. Это может привести к сбоям и неполадкам в работе всей системы. Для решения этой проблемы требуется наладить взаимодействие между разработчиками для совместного тестирования и доработки программного обеспечения.
• Сокращение рабочих мест. Повсеместное внедрение IoT неизбежно приведет к сокращению некоторых вакансий, в частности, в сфере обслуживания техники. Поэтому необходимо заранее продумать социальные последствия этого процесса.
• Юридические сложности. Пока правовое регулирование IoT находится в зачаточном состоянии. Необходимо выработать четкие нормы и правила использования этой технологии, чтобы обеспечить безопасность людей.

* А также существуют…

Проблемы внедрения

Внедрение IoT-технологии на производстве — процесс непростой, сопряженный с рядом сложностей технологического и кадрового характера:

• Уже действующие на предприятии системы часто не предназначены для интеграции новых инструментов сбора данных, что требует их модернизации или полной замены.
• Может возникнуть сопротивление технических специалистов, привыкших к ручному сбору информации и не готовых к новой цифровой реальности. Необходимо проводить обучение персонала и разъяснительную работу.

Эксперты рекомендуют начинать не сразу с масштабного внедрения IoT, а с оптимизации отдельных бизнес-процессов. Например, внедрение прогностической аналитики поможет сократить простои оборудования и продлить срок его службы. С постепенным накоплением опыта использования IoT можно будет масштабировать его на всё предприятие.

Перспективы

Согласно прогнозам, к 2025 году число подключенных устройств в мире достигнет 55,7 млрд. IoT проникнет во все сферы — от промышленности до умных домов. Это приведет к массовой автоматизации процессов и экономии времени.

С чем придется столкнуться

• Кибератаки. Рост числа устройств IoT увеличит риски кибератак. Потребуются особые меры безопасности.
• Стандартизация. Главным тормозом в развитии IoT останется отсутствие единых стандартов. Это затруднит совместимость разных систем. Необходимы усилия производителей по выработке универсальных решений.
• Создание автономных устройств. Важным направлением работы должно стать создание IoT-устройств , способных работать без подзарядки. Возможным решением является использование технологий по сбору энергии из окружающей среды.

Интернет вещей ждет дальнейшее стремительное распространение. Но для того, чтобы эта технология развивалась в безопасном русле и приносила максимум пользы, потребуются совместные усилия всех заинтересованных сторон.