Что такое Интернет вещей: полное объяснение и примеры

Современные технологии позволяют «одомашнивать» любые физические объекты: от промышленных механизмов до бытовых приборов — оснащать их датчиками, коммуникационными модулями и элементами локальной обработки данных.

Благодаря этому формируется распределенная сеть интеллектуальных устройств, которые непрерывно собирают и анализируют информацию об окружающей среде, самостоятельно принимая решения.

Этот феномен объединения физических устройств в единую цифровую экосистему получил название «Интернет вещей» или «IoT».

В этой статье мы разберем, что обозначает аббревиатура «IoT», что означает термин «Интернет вещей», из чего состоит Интернет вещей и какие сферы применения IoT существуют.

perenos

Что такое Интернет вещей простыми словами

Однозначного определения термина «Интернет вещей» не существует — это довольно размытое понятие. Тем не менее, можно дать общее описание и рассказать, каково основное назначение Интернета вещей.

Интернет вещей (или ​​IoT — Internet of Things) — это концепция, в рамках которой множество устройств, подключенных к глобальной сети Интернет, регулярно обмениваются данными друг с другом.

Устройства могут быть стационарными (недвижимыми) и переносными (движимыми). К первым относятся персональные компьютеры, серверы, умные колонки. Ко вторым — ноутбуки, смартфоны, умные часы, роботы, автомобили, самолеты. Список можно продолжать до бесконечности.

Техническое воплощение концепции Интернета вещей примерно следующее: вычислительные устройства с датчиками, подобно людям, собирают данные об окружающем мире, передают их в облако, анализируют и принимают решения. Именно это и называют Интернетом вещей.

Отличие «Интернета вещей» от «Интернета людей»

Если совсем коротко, то в Интернете людей (IoP) общаются люди с людьми, а в Интернете вещей (IoT) — вещи с вещами. Ну или устройства с устройствами. Или машины с машинами. В общем, Люди vs Вещи.

Если более развернуто, то можно выделить несколько ключевых параметров, по которым отличаются две концепции Интернета — IoT и IoP:

• Узлы сети
  • Интернет вещей: физические устройства и датчики (бытовые приборы, промышленное оборудование, умные счетчики и т.п.).
  • Интернет людей: люди и их цифровые «отпечатки» (профили в соцсетях, мессенджеры, мобильные приложения, носимые гаджеты).
• Цели и сценарии использования
  • Интернет вещей: автоматизация, мониторинг и управление окружающей средой без постоянного человеческого вмешательства (умный дом, промышленный контроль).
  • Интернет людей: упрощение коммуникации, обмен информацией, социальное взаимодействие и коллаборация (соцсети, видеоконференции).
• Способы взаимодействия
  • Интернет вещей: устройства обмениваются данными по заранее заданным алгоритмам, зачастую без вмешательства человека (machine-to-machine, M2M).
  • Интернет людей: люди активно генерируют, комментируют и потребляют контент, а также управляют сервисами через интерфейсы (human-to-human, H2H).
• Архитектурные и технологические особенности
  • Интернет вещей: упор на энергоэффективность, малую задержку, протоколы уровня устройства (MQTT, CoAP, LoRaWAN).
  • Интернет людей: высокие требования к пропускной способности мультимедиа, безопасность персональных данных, масштабируемые облачные платформы, протоколы уровня приложений (HTTP/HTTPS, WebRTC).
• Обработка и анализ данных
  • Интернет вещей: быстрый анализ (Edge computing), реагирование в реальном времени, передача данных в централизованные хранилища для дальнейшей обработки.
  • Интернет людей: сбор и анализ пользовательских предпочтений и персональных метрик для рекомендаций, таргетинга и аналитики поведения.

Таким образом, Интернет вещей ориентирован на автономное взаимодействие умных устройств, тогда как Интернет людей фокусируется на цифровой коммуникации обычных людей.

Однако в современном мире границы между IoT и IoP начинают стираться — с точки зрения глобальной сети узлы-устройства и узлы-люди все больше походят друг на друга. Теперь IoT-сервисы все чаще используют данные о людях, а IoP-приложения — данные об устройствах. Все переплетается в один универсальный Интернет.

Как появился Интернет вещей

Чтобы понять, как устроен Интернет вещей, сперва необходимо разобраться, как он появился.

Предтечи идеи предметов, подключенных к сети, берут свое начало в далеком 1982 году.

Тогда студенты и преподаватели факультета компьютерных наук университета Carnegie Mellon University в США решили подключить автомат для продажи напитков Coca-Cola к ARPANET — сети, ставшей прототипом современного Интернета.

Им просто надоело вручную отслеживать наличие бутылок и степень их охлаждения. Поэтому они решили автоматизировать этот процесс, отправляя данные о состоянии автомата дистанционно.

Впоследствии в статье «The Computer for the 21st Century» за 1991 год Марк Вайзер, главный технический директор компании Xerox, сформулировал идею «вездесущих вычислений» (ubiquitous computing) — компьютерные возможности встраиваются в окружающие повседневные предметы и перестают быть централизованными.

«Самые глубокие технологии — это те, которые исчезают… в ткани повседневной жизни.» («The most profound technologies are those that disappear… into the fabric of everyday life.»)

 

Марк Вайзер,

главный технический директор Xerox

Если Марк Вайзер описал принцип работы Интернета вещей, то сам этот термин впервые употребил в 1999 году британский инженер Кевин Эштон в своей внутренней презентации для компании Procter&Gamble.

Эштон предложил использовать RFID-метки (Radio-frequency identification) вместо штрих-кодов для отслеживания товаров в цепочке поставок. Впоследствии это привело к формированию стандарта RFID.

Уже после 2010 года развитие современных протоколов передачи данных (Wi-Fi, Bluetooth, 3G/4G) сделало возможным массовое подключение вещей к глобальной сети Интернет, существенно подтолкнув развитие IoT-технологии.

Как работает Интернет вещей

Надо понимать, что Интернет вещей — это сложная экосистема: от маленького датчика до корпоративного облака, где данные собираются, обрабатываются и превращаются в реальные действия.

Однако в общем виде архитектура Интернета вещей описывается тремя уровнями:

1. Уровень восприятия (Perception Layer). Физические устройства, которые собирают данные (видео, звук, температуру, влажность и т.п.) из окружающей среды с помощью датчиков и обрабатывают их с помощью контроллеров. В некоторых случаях возможна мгновенная реакция на поступающую информацию: включение/выключение освещения, поворот камеры, перемещение, воспроизведение аудио и т.п.

2. Уровень сети (Network Layer). Собранная информация передается системам обработки данных с помощью технологий проводной и беспроводной связи: Ethernet, Wi-Fi, 5G, NB-IoT, ZigBee, LoRaWAN, Bluetooth и т.п.

3. Уровень приложений (Application Layer). Переданная информация обрабатывается прикладными инструментами — приложениями на удаленных серверах. Для этих целей обычно используют инфраструктуру облачных провайдеров. Например, для обработки данных Timeweb Cloud предлагает выделенные и облачные серверы, а для их хранения — облачные базы данных, объектные хранилища и сетевые диски. 

Есть и более расширенное описание с помощью пяти уровней:

1. Уровень восприятия (Perception Layer). Физические устройства собирают данные.
2. Уровень сети (Network Layer). Собранные данные передаются на обработку.
3. Уровень обработки данных (Data Processing Layer). Переданные данные предварительно фильтруются, агрегируются и обрабатываются в режиме реального времени.
4. Уровень сервиса (Service Layer). Предварительно обработанные данные реализуется логикой системы.
5. Уровень приложений (Application Layer). Пользователь взаимодействует с обработанными данными через интерфейсы приложений.

На самом деле существует множество описаний, концептуализаций и классификаций Интернета вещей. Выделяют и 3, и 4, и 5, и 6, и 7, и 8, и даже больше уровней. Суть от этого не меняется — данные, собранные сложными вычислительными системами, передаются по сети и обрабатываются.

Где применяется Интернет вещей

Интернет вещей охватывает основные отрасли глобальной инфраструктуры: 

• Жилищная сфера. Поддержка комфортных условий внутри жилых помещений с помощью оборудования для анализа и изменения состояния внутренней среды. Такое автоматизированное жилье обычно называют умным домом.
  • Поддержка быта: холодильники, стиральные машины, чайники, кофемашины, освещение.
  • Управление климатом: термостаты, кондиционеры, батареи, канализации.
  • Обеспечение безопасности: замки, домофоны, видеокамеры, датчики, ворота, шлагбаумы, охранные системы.
• Промышленность. Обслуживание производственной среды и оптимизация процессов создания конечного продукта.
  • Автоматизация задач: станки с ЧПУ, роботизированные руки, манипуляторы, погрузочная техника.
  • Дистанционное управление: модули связи, логические контроллеры.
  • Оптимизация и обслуживание: датчики (вибрации, давления, потока, влажности, температуры), акселерометры, уровнемеры, тепловизоры.
• Энергетика. Распределение энергии, учет ресурсов и контроль состояния электросетевой инфраструктуры.
  • Мониторинг потребления: измерители энергопотребления, датчики тока и напряжения, умные счетчики.
  • Управление нагрузкой: релейные переключатели, автоматические выключатели, умные розетки.
• Сельское хозяйство. Оптимизация ресурсов для повышение урожайности и качества сельскохозяйственных изделий.
  • Мониторинг почвы: анализаторы грунта, pH-метры.
  • Управление ресурсами: контроллеры орошения, клапаны подачи воды и удобрений.
  • Мониторинг скота: GPS-метки, сенсоры активности, умные ошейники, дроны.
  • Климатический контроль: метеостанции.
• Логистика. Обеспечение прозрачности цепочек поставок, контроль условий перевозок, а также отслеживание транспорта и грузов в режиме реального времени.
  • Отслеживание местоположения: GNSS-трекеры, GPS-модули.
  • Контроль условий: видеокамеры, сенсоры, датчики ударов.
  • Идентификация грузов: сканеры меток, ридеры документов.
  • Мониторинг безопасности: телематические блоки, видеорегистраторы, трекеры, тревожные кнопки.
• Здравоохранение. Непрерывный мониторинг и дистанционная диагностика пациентов для улучшения качества лечения и ухода.
  • Мониторинг организма: ЭКГ, глюкометры, умные браслеты, трекеры, тонометры.
  • Управление медикаментами: автодозаторы, ингаляторы, небулайзеры, ИВЛ.

Интернет вещей пронизывает самые разные отрасли — от жилья и промышленности до сельского хозяйства и энергетики. С его помощью сырые данные превращаются в управляемые процессы, повышающие эффективность, безопасность и комфорт.

Примеры IoT-устройств

На примере реальных моделей можно наглядно увидеть, какие устройства могут быть частью IoT.

Самое банальное, что приходит на ум, — умные колонки. Например, в России популярна Яндекс Станция, работающая вместе с виртуальным ассистентом Алисой.

С помощью голосовых команд можно управлять не только проигрыванием музыки или аудиокниг, но и взаимодействовать со множеством сервисов из экосистемы компании Яндекс.

Яндекс Станция (источник: Яндекс)

Есть даже умные лампы от компании Philips — Hue White and Color Ambiance A19. Именно лампы, а не светильники — те, которые вкручиваются. С помощью мобильного приложения можно управлять цветом и яркостью свечения ламп, находясь в тысячах километров от дома.

Однако это только вершина айсберга. Жилой дом — не единственное место, для которого производят умные устройства.

Умные лампочки Philips (источник: Philips)

В сельском хозяйстве используются умные метеостанции, удаленно сообщающие о состоянии климата в режиме реального времени.

Например, портативная метеостанция Davis Vantage Pro2 передает информацию с датчиков каждые 2.5 секунды, формируя прогноз погоды с помощью уникального алгоритма расчета атмосферного давления, температуры, влажности, количества осадков, скорости и направления ветра.

Портативная метеостанция Davis Vantage Pro2 (источник: Datchiki)

То же самое касается других мелких, но не менее важных устройств. Например, контроллеры полива Rachio 3 Smart Sprinkler Controller, выполненные в виде небольшого электронного блока в пластиковом корпусе, дистанционно открывают и закрывают воду в умном кране по определенному расписанию или условию.

Такие системы управляются человеком с помощью смартфона, собирая подробную статистику об использовании.

Система управления поливом Rachio 3 Smart Sprinkler Controller (источник: Rachio)

Таким образом, наглядно видно, что рынок производителей IoT-устройств не стоит на месте. Более того, разработчики не просто создают отдельные устройства, а проектируют полноценные системы Интернета вещей, работающие как единый организм: умный дом, умный город, умный сад, умный завод и много чего еще умного.

Плюсы и минусы Интернета вещей

Интернет вещей прежде всего видится как некое закономерное развитие глобальной сети и вычислительных устройств, подключенных к ней. Однако несмотря на это, он имеет свои достоинства и недостатки — так же, как и Интернет людей.

Плюсы

• Автоматизация и удаленный контроль. Возможность дистанционного управления автоматическими устройствами с помощью смартфона или компьютера.

• Повышение эффективности и экономия ресурсов. Датчики собирают данные об энергопотреблении, состоянии оборудования и климате для оптимизации расхода ресурсов.

• Сбор данных. С помощью массового потока информации, собираемого внешними устройствами, можно выявлять скрытые закономерности, тенденции и тренды. Это в свою очередь, позволяет строить прогнозы и принимать обоснованные решения.

• Новые бизнес-модели и услуги. Компании могут предлагать персонализированные сервисы по обслуживанию оборудования, анализу данных и удаленному управлению.

• Безопасность и мониторинг. Системы безопасности становятся более интеллектуальными, автоматически оповещая о подозрительных событиях. При этом в здравоохранении удаленный мониторинг позволяет вовремя реагировать на критические изменения.

Минусы

• Угрозы безопасности и конфиденциальности. Различные уязвимости в ПО и слабые механизмы аутентификации могут позволить злоумышленникам получить неавторизованный доступ к устройствам. В дополнение к этому сбор большого объема личных данных (геолокация, информация о здоровье и привычках) закономерно создает риски утечки и неправомерного использования.

• Сложность интеграции и стандартизация. Отсутствие единых стандартов и разнообразие протоколов затрудняет взаимодействие устройств между собой и приводит к локальным экосистемам, несовместимым друг с другом.

• Высокая начальная стоимость. Развертывание инфраструктуры и ее обслуживание требует значительных инвестиций.

• Проблемы с надежностью и устойчивостью. Сетевая задержка, обрывы связи или отказ отдельных узлов могут привести к некорректной работе системы в целом.

• Уменьшение рабочих мест. Инфраструктура, состоящая из умных устройств, выполняет рутинные задачи вместо человека, тем самым уменьшая количество доступных рабочих мест.

• Этические и правовые вопросы. Вопросы ответственности при сбоях становятся наиболее острыми. Например, кто будет отвечать за умный автомобиль, который неправильно распознал препятствие и попал ДТП?

Баланс положительных и отрицательных сторон — не исключительное свойство Интернета вещей. Это касается любой технологии, отрасли или продукта.

С одной стороны, IoT-решения открывают широкие возможности для автоматизации процессов и оптимизации ресурсов.

С другой стороны, они требуют учета рисков в области безопасности, конфиденциальности и стандартизации.

Тем не менее, при грамотном проектировании и продуманной архитектуре IoT-системы могут приносить существенную пользу как частным пользователям, так и бизнесу.