Мы продолжаем рассказывать о компаниях-разработчиках решений (ISV). В этом выпуске технический директор компании «ИНПРОСИСТЕМ» рассказывает об опыте разработки архитектуры охранной IoT-системы СеСМИК .

Многие считают, что понятие «Интернета вещей» неразрывно связано с сетью, которой мы пользуемся каждый день. Можно представить себе картину, где множество устройств, объединенных в единое целое через глобальную сеть, обмениваются данными между собой и серверами и создают цифровую картину мира. В данной статье я расскажу о том, как мы делали систему, объединяющую сотни датчиков.

Понятие «интернет» стоит рассматривать гораздо шире. В данном случае это общая для устройств сеть. Она может содержать 10 устройств, а может и 10 000. Может быть проводная, а может быть беспроводная. Может располагаться в одной комнате, а может охватывать несколько стран. Все зависит от задач, которые ставятся перед системой.

При этом создание даже небольшой сети устройств сопровождается множеством трудностей.

Постановка задачи

Нам была поставлена задача по разработке системы охраны периметра. Периметр - это забор, окружающий некоторый объект. Его длина ничем не ограничена.

Система создавалась с нуля. К моменту начала проектирования существовал прототип датчика, способного собирать колебания периметра, проанализировав которые, можно было четко определить факт преодоления или разрушения забора. Опытным путем мы определили, что датчики нужно ставить примерно через каждые 10 метров.

Кроме датчиков планировались еще управляющие устройства с реле и управляемые устройства с «сухим контактом». Система должна работать в уличных условиях при широком диапазоне температур и погодных явлений.

Итак, имеется:

• 3 типа устройств;
• Минимум 100 устройств на километр;
• Количество километров не ограничено;
• Система должна иметь уличное исполнение.

Сразу можно выделить главные вопросы по архитектуре:

• Организация передачи данных и питания;
• Распределение потоков информации: где и как анализировать данные;
• Безопасность решения: какие протоколы использовать;
• Как управлять таким количеством устройств.

Общая схема решения

Изучив различные варианты, мы пришли к выводу, что ни один из протоколов нам не подходит. Некоторые слишком сложны для нашей задачи, некоторые требуют отчислений за использование, а некоторые не поддерживают то, что хотелось бы реализовать.

А реализовать хотелось систему по принципу PlugAndPlay :

• Подключение и отключение устройств без отключения питания;
• Автоматическая определение изменения конфигурации системы;
• Система должна начать работать сразу после сборки

.

В итоге нам удалось сделать то, что было задумано, написав свой простой, но достаточно мощный протокол. Так как речь идет о маленькой пропускной способности шины и небольшой вычислительной мощности микроконтроллеров, то тип протокола был выбран байтовый. Из-за оптимизации пропускной способности протокол получился достаточно сильно связанным с CAN, но нам удалось сделать его теоретически переносимым на другие стандарты.

Протокол позволяет:

• обнаруживать “на лету” подключенные устройства;
• обнаруживать отключение устройств;
• работать в режиме запрос-ответ;
• передавать асинхронные события;
• передавать потоковые данные с устройства.

Наладив обмен между устройствами и шлюзом, осталось разобраться с сервером.

Шлюз имеет выход Ethernet . Это наиболее универсальная технология передачи данных. Сеть может быть организована как угодно: оптическими каналами, беспроводными каналами, обычной витой парой - при этом мы всегда сможем подключиться к этой сети, используя оптические конвертеры и точки доступа. Это позволяет заказчику проектировать инфраструктуру сети любой сложности и протяженности.

Передача данных была организована с помощью Сокетов Беркли на базе TCP/IP. Такое решение позволяет серверу гарантированно получать информацию от любого датчика и не зависеть от программных платформ. Протокол поверх TCP/IP мы разработали так же свой. Он тоже байтовый, для оптимизации работы на стороне микроконтроллера. У байтовых протоколов есть большой минус: сложность с последующей модификацией. Однако текстовый протокол для микроконтроллерного устройства слишком избыточен.

Самым сложным с точки зрения разработки ПО оказался сервер. Мы реализовали асинхронную многопоточную модель взаимодействия, что позволило получить “живую” систему, мгновенно реагирующую на любые изменения. Подключение нового устройства, потеря связи со шлюзом, тревога от датчика, открытие крышки на устройства - любое событие в системе мгновенно регистрируется, даже если они происходят одновременно.

В итоге мы получили гибкую модульную систему, управляемую через единый центр - сервер. Он так же имеет свой протокол, позволяющий подключаться к нему и получать события в системе. Это позволяет использовать нашу систему как составную часть большого комплекса и масштабировать ее практически до бесконечности.

Вопросы безопасности

С безопасностью системы оказалось все достаточно просто. Дело в том, что все сети, которые находятся на охраняемых объектах, сами по себе являются охраняемыми объектами. Таким образом все сети, с которыми работает система, становятся “доверенными”.

Кроме того, “цена” взлома информационной системы охраны гораздо выше, чем другие способы преодоления. Иными словами, опытный нарушитель найдет более простой способ преодолеть заграждение, а менее опытный просто не сможет взломать систему.

Поэтому никакими особыми способами защиты информации мы не пользовались, ограничившись только базовыми принципами.

Что дальше?

Несмотря на то, что система уже сформировалась, мы продолжаем активно ее развивать и искать новые способы применения.

Одним из направлений развития системы является машинное обучение. Используя эти алгоритмы, можно отфильтровывать регулярные помехи, такие как шум от грузовиков поездов и самолетов. В экспериментах для этого направления нам очень сильно помогает Azure Machine Learning. Он содержит множество готовых решений для машинного обучения, что позволяет достаточно быстро получить результаты.
Анализ колебаний ограждения далеко не единственный способ использования технологий, заложенных в нашу систему. Контроль вибраций высотных зданий, трубопроводов и газопроводов, хрупких грузов, вибродиагностика турбин и подвижных частей различных конструкций - далеко не полный список возможностей.

Количество датчиков в таких системах будет только возрастать и тут практически не минуем переход к облачным системам на объектах, для которых не запрещено использование интернета.

Очень перспективными нам кажутся новые технологии IoT от Microsoft. Единая платформа Windows теоретически способна сэкономить много времени, так как можно написать общий для разных аппаратных платформ код.

А для обработки данных использовать Azure IoT Suite. По заявлениям разработчиков, он содержит в себе инструменты, позволяющие не только объединять и управлять множеством IoT устройств, но и обрабатывать большие объемы данных с них. Это мы и собираемся проверить в ближайшем будущем.

Заключение

Когда мы начинали разработку системы, понятие “Интернета вещей” еще не набрало такой популярности. Опыта было немного, со многими вещами мы столкнулись в первый раз. Сейчас, когда об этой концепции много пишут и рассказывают, стало ясно, что выбран правильный путь.

Работа была сложной и долгой. Создание первой коммерческой версии системы заняло примерно 3 года. Первый ушел на разработку инженерных образцов отдельных устройств. Еще год был потрачен на разработку системы в целом. Третий год шла доводка и отладка.

За это время мы получили огромный опыт в решении разнообразных инженерных задач. Причем подбор корпусов, кабельной продукции, организация производства и логистики отняли не меньше сил, чем разработка самой системы.

Сейчас система смонтирована и работает на многих объектах в России и зарубежом. Самый крупный из них состоит из нескольких периметров общей протяженностью более 15 км. В проектировании находятся и более масштабные объекты.

Более подробную информацию можно получить на

Относится к 1999 году, когда ребята из Массачусетского технологического института делали доклад для компании Procter&Gamble. Они описывали идеальный склад, в котором каждый товар идентифицируется по беспроводной метке, а все узлы этой сложной системы связаны между собой и позволяют полностью исключить участие человека.

Английская аббревиатура IoT сейчас звучит повсеместно, и часто этот «ярлычок» приклеивается к вещам, не имеющим к нему прямого отношения.

Как отличить объекты из области Интернета вещей?

1. Любое такое устройство должно обладать возможностью сбора данных о том, что происходит вокруг, и идентифицировать предметы.

2. «Умное» устройство обязательно должно быть подключено к интернету или, как минимум, к локальной инфраструктуре связи, чтобы передавать информацию и получать ее от других девайсов.

3. У «умного» устройства должен присутствовать интеллект, который позволит на основе полученных данных самостоятельно или с помощью пользователя сделать какие-то выводы и принять решения.

4. Объект должен уметь реализовывать принятые решения, например, включать противопожарную систему, если срабатывают датчики дыма.

Развитие технологий уже сейчас позволяет использовать различные IoT-устройства в повседневной жизни. Разработки в этой области существуют и в России. Представляем вашему вниманию 7 российских проектов из области интернета вещей.

Команда: Александр Гранкин (управление, маркетинг и стратегия), Алексей Сидоренко (разработка продукта), Андрей Прокопьев (технологии и производство).

Проект, стартовавший в мае 2013 года, позволяет объединять различные устройства, работающие в формате Интернета вещей. Платформа дает пользователям возможность быстро разворачивать собственные сервисы и создавать новые на базе предоставляемых API.

GO+ стал одним из самых обсуждаемых IoT-проектов в этом году. Главная его особенность – управление абсолютно любыми устройствами, имеющими выход в интернет.

Основная задача проекта GO+ – развязать людям руки при выборе устройств и помочь расширить их функционал. К примеру, если соединить популярные сервисы по отслеживанию автомобилей и мотоциклов с современным датчиком «crash sensor», сообщающим о ДТП, сервис автоматически вызовет скорую помощь и передаст координаты места аварии. Таким образом появится возможность спасти большее количество людей: в момент аварии у многих просто нет физической возможности вызвать себе помощь, а на счету каждая секунда. Это пример взаимодействия между различными устройствами, которое можно настроить с GO+.

Кроме того, платформа может служить хорошим инструментом для бизнеса: компании получат возможность создавать собственные клиентские сервисы для управления устройствами.

Разработчики платформы определили три сегмента своей целевой аудитории: это М2М сервис-провайдеры, производители устройств и частные потребители.

2. X-turion («Икстурион» )

Главные члены команды: Сергей Колюбин (основатель и CEO), Илья Григорьев (директор по развитию).

Это технологический стартап, который разрабатывает мобильного робота с развитой системой навигации для мониторинга квартир, загородных домов и служебных помещений. Проект появился в середине 2012 года и является портфельной компанией венчурного фонда iDealMachine . В 2013 году проект получил статус резидента, а в 2014 году – грант Фонда Сколково как победитель первого Russian Robotics Challenge.

Сейчас на рынке представлено множество решений для «умного дома», которые позволяют следить за безопасностью помещения с помощью специальных беспроводных датчиков (движения, задымленности и т.п.). Но эти датчики должны быть установлены в каждую комнату для полноценного покрытия квартиры, и зачастую для работы с устройствами разных вендоров требуется устанавливать отдельное ПО. При этом нет возможности проверить, что на самом деле случилось, потому что датчики работают по протоколам, которые не позволяют передавать видео. А если и есть универсальные устройства, то они, как правило, стоят дорого: один такой девайс для одной комнаты обойдется минимум в $200.

Команда не просто делает робота, а интегрирует его систему управления с системой «умного дома». На роботе стоят датчики температуры, влажности и дыма, есть даже датчик протечек воды. Этот набор может меняться по желанию клиента. Робот самостоятельно объезжает помещение и составляет его план-карту. Карта информативная: на ней показываются значения температуры, уровня влажности, шума и загрязненности.

У робота есть несколько режимов функционирования, и он адаптируется к предпочтениям своих хозяев. Робот может использоваться независимо, или являться интеллектуальным хабом для других устройств «умного дома» – датчиков, розеток, клапанов, ламп, жалюзи. При этом через мобильное приложение можно будет управлять всей системой.

Девайс уже может взаимодействовать с устройствами, которые поддерживают беспроводной стандарт z-Wave (наиболее популярный сейчас). В планах – расширение до стандартов BLE и ZigBee, а также работа с девайсами, имеющими прямой выход в интернет – как это делают термостаты Nest или светильники Philips Hue .

Особое внимание в проекте уделяется дизайну и сценариям «общения» с человеком, – голосовому управлению, распознаванию лиц и жестов.

X-turion

3. Virt 2 real

Команда: Евгений Помазов (сооснователь и генеральный директор), Александр Шарин (сооснователь, технический директор), Сергей Серов (сооснователь, R&D).

Virt2real– это платформа для создания интернет-вещей с удаленным управлением и видеонаблюдением через Wi-Fi, 3G/4G или кабельный интернет.

Отличительные особенности платы – не только крохотные размеры, но и простота подключения любых внешних устройств и удобная работа с видео. Полноценная операционная система дает широкие возможности для создания устройств с искусственным интеллектом.

Как это работает? Например, если взять простую радиоуправляемую машинку и установить на нее плату с видеокамерой, можно получить готовое устройство, управляемое с КПК или ноутбука через интернет, а потом подключиться с работы и посмотреть, как дела дома.

Или вариант для любителей острых ощущений. Можно поставить такую камеру на коптер, добавить Yota – и получится управляемый через интернет вертолет. Нужна видео-няня для наблюдения за ребенком? Просто убираем устройство в удобный корпус – и готово.

4. Black Swift

Black Swift – один из свежих проектов, который удешевляет существующие Wi-Fi-технологии. Это миниатюрный модуль размером с монету, который встраивается в компьютер. Black Swift обладает мощным процессором, интерфейсами Wi-Fi и USB, а также поддержкой ОС OpenWRT.

Работа Black Swift направлена на взаимодействие с бытовой техникой и создание «умного дома». Девайс прост в использовании, он не требует специальной платы, нужно только подключить к нему источник питания +5 В.

5. Jalousier

Jalousier – новое решение для поддержания комфортного уровня освещения и температуры в доме. Устройство автоматически регулирует положение жалюзи в зависимости от освещенности внутри помещения и вне его, а также от времени суток, погоды и представления владельца об уровне комфорта. Jalousier сокращает время, уходящее на ручную регулировку, а также убирает необходимость искусственного освещения и отопления или охлаждения дома.

Jalousier настраивается и контролируется через бесплатное приложение для iPhone и Android. Есть опции управления жестами, удаленный доступ и, например, управление группами жалюзи. Благодаря встроенным технологиям Wi-Fi и ZigBee, Jalousier легко интегрируется в уже существующую интеллектуальную систему управления домом.

Кампания проекта на Indiegogo.com уже набирает поклонников, готовых вложиться не только средствами, но и идеями для дальнейшей разработки.

6. Command Spot

Команда: СEO проекта – Федор Анциферов. CTO – Виктор Колобов.

Command Spot – сервис для активных пользователей интернета, который позволяет управлять подключенными устройствами из любой точки планеты.

В 2011-2012 годах один из основателей проекта, Федор Анциферов, работал директором по развитию компании в сфере производства и эксплуатации вендинговых автоматов, контролируемых через интернет. В таких автоматах можно удаленно поменять цены, отслеживать товарные остатки и выручку, а можно загрузить на них новые рекламные сообщения и, наконец, включить или выключить весь автомат.

Еще во время вывода на рынок новой линейки вендинговых автоматов будущие сооснователи начали обсуждать идею построения платформы по удаленному управлению подключенными устройствами для дома и офиса.

Сервис уже запущен в направлении B2C и умеет работать с «умной розеткой». В перспективе с Command Spot можно будет использовать различные управляющие контроллеры, в том числе для «умного города»: основатели рассматривают варианты работы с освещением, электронными устройствами на парковке, сигнализациями. Чтобы воспользоваться услугами системы, необходимо зарегистрироваться на сайте , выбрать устройство и приобрести его в интернет-магазине. После этого остается подключить девайс и настроить панель управления.

7. Ivideon

Владимир Еремеев – основатель и управляющий партнер. Андрей Юдников – основатель и управляющий партнер.

Ivideon – облачный сервис для видеонаблюдения через интернет. Проект позволяет подключить камеру и удаленно наблюдать за картинкой с компьютера, ноутбука, планшета или телефона. Компания располагает сетью дата-центров по всему миру, а всего платформой пользуется более миллиона человек. Программное обеспечение Ivideon поддерживается на iOS, Android, Windows, Mac Os и Linux. Кроме того, живое видео можно вставить на сайт, в блог или сохранить в архиве в самом облаке, а данные передаются в зашифрованном виде.

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?

Поддержка «из коробки» более 100 коммуникационных протоколов через высокопроизводительные драйвера на стороне сервера или агенты на стороне устройств. Запуск платформы на IoT-шлюзах, ПЛК на базе Linux, сенсорных панелях и промышленных ПК позволяет получить доступ к данным с разнородных устройств.

Единая модель данных, поддержка масштабирования и высокой доступности, комплексный подход к безопасности, открытые протоколы и другие технологии платформы корпоративного уровня. Модульный дизайн позволяет использовать платформу как в небольших локальных инсталляциях, так и в высокопроизводительном облачном окружении.

Библиотеки серверных API позволяют сторонним приложениям получить полный контроль над установленной платформой и данными устройств, а веб-сервисы делают это возможным даже без встраивания программных библиотек в ваше приложение. И, конечно, все внешние операции также находятся под управлением модели безопасности платформы.

Унифицированный подход к сохранению IoT-событий, исторических значений, обогащающих данных и конфигурации приложений. Возможность выбора технологии хранения между реляционными, NoSQL, графовыми, кольцевыми, файловыми базами данных и БД «ключ-значение» обеспечивает оптимальную структуру данных и высочайшую производительность.

Мы способны обслуживать многомиллионные парки устройств. Возможности управления включают автоматическое обнаружение и настройку, работу с отключёнными устройствами, групповые и пакетные операции, гибкую работу с событиями, комплексные уведомления, планировщик задач, централизованное обновление, репликацию настроек и многое другое.

Инструменты расширенной аналитики, управляемые искусственным интеллектом – важнейшая часть AggreGate. Модели объектов и процессов, предметно-ориентированные языки, визуальные бизнес-процессы и алгоритмы машинного обучения – всё это позволяет извлекать дополнительную выгоду из данных и упрощает принятие решений.

Визуальные редакторы позволяют за несколько минут создать интерактивные инфопанели или сложные графические интерфейсы с динамическими векторными изображениями, многослойными картами, графами топологий, статистическими диаграммами, видеопотоками, полями ввода и управления – всё это связано вместе без единой строчки программного кода.

Иногда существующих возможностей визуальной разработки недостаточно для решения сложных задач. В этом случае помогают расширения с поддержкой сценариев, API и SDK, которые позволяют разработать и добавить в платформу новый драйвер устройства или модуль обработки информации, компоненты пользовательского интерфейса и даже полноценное веб-приложение.

Облачный сервис получает данные о скорости тысяч автомобилей и строит карту загруженности дорог города, помогая автомобилистам найти быстрый маршрут. Браслет на ноге юноши-футболиста отслеживает его активность во время тренировки и загружает данные в приложение, отбирающее наиболее успешных юниоров в национальную сборную по футболу. «Умные» счетчики передают показания онлайн, сообщают об утечках, помогают сэкономить на ресурсах и снизить оплату ЖКХ. А конвейеры с интеллектуальной начинкой предупреждают оператора о симптомах приближающегося износа агрегата, предотвращают остановку производства и снижают издержки на ремонт.

Все это - «Интернет вещей» или Internet of Things (IoT).

Как появился «Интернет вещей»

Концепция Интернета вещей была предугадана в начале XX века Николой Тесла - физик пророчил радиоволнам роль нейронов «большого мозга», управляющего всеми предметами. А инструменты его контроля должны будут легко умещаться в кармане. Великий изобретатель не был фантастом, просто он понимал то, что его современники не могли и представить.

Сто лет спустя термин «Интернет вещей» ввел в широкий оборот сотрудник исследовательского агентства при Массачусетском технологическом институте Кевин Эштон. Он предложил увеличить эффективность логистических процессов без вмешательства человека: с помощью радиодатчиков собирать информацию о наличии товаров на складах предприятия и отслеживать их движение к торговым точкам. Каждая метка отправляла в сеть данные о своем местонахождении в настоящий момент времени. Использование RFID-меток ускорило реакцию поставщиков и ритейлеров на изменение спроса и предложения: товары не лежали на складе, а отправлялись туда, где они действительно необходимы. Эффект от введения маркировки оценили, и с января 2007 года все поставщики крупнейшей американской розничной сети производят товары только с радиометками.

Концепция Интернета вещей базируется на принципе межмашинного общения: без вмешательства человека электронные устройства «общаются» между собой. Интернет вещей - это автоматизация, но более высокого уровня. В отличие от «умных» домов узлы системы используют TCP/IP-протоколы для обмена данными через каналы глобальной сети Интернет.

Такой метод коммуникации дает серьезное преимущество - возможность объединять системы между собой, строить «сеть сетей». Это позволяет изменить бизнес-модели отраслей и даже экономики целых стран.

Интернет вещей не только меняет существующие правила, но и формирует новые правила экономики совместного использования» (shared economy), исключая посредников из бизнес-модели.

Менее чем за 20 лет Интернет вещей стал трендом рынка информационных технологий. Аналитики прогнозируют колоссальное количество IoT устройств через несколько лет - свыше 50 миллиардов. Развитие производства электронных компонентов позволяет «штамповать» миллионы дешевых чипов для всевозможных устройств. От радиочипов, нанесенных на складские коробки, IoT трансформировался в глобальную «интернетизацию» окружающих нас предметов, воспринимаемый людьми как глобальная «оцифровка» реальности.

Интернет вещей «на пальцах»

Для широкой публики Интернет вещей - это холодильник, публикующий фото ваших продуктов в Instagram, или стиральная машина, которая постит в Facebook: «У меня была сегодня чумовая стирка». Из 28 миллиардов ожидаемых подключений менее половины придется на пользовательские гаджеты, которые составляют «customer IoT»: смартфоны и планшеты, носимые датчики для фитнеса и амбулаторной медицины.

Более 15 миллиардов устройств будут работать в бизнесе и промышленности: разнообразные датчики для оборудования, терминалы для продаж, сенсоры на производственных агрегатах и общественном транспорте.

Интернет вещей станет тем инструментом, с помощью которого можно дешево, быстро и масштабно решать конкретные бизнес-задачи в конкретных отраслях.

Промышленный IoT (Industrial IoT, IIoT) объединяет концепцию межмашинного общения, использование BigData и проверенные технологии автоматизации производства. Ключевая идея IIoT в превосходстве «умной» машины над человеком в точном, постоянном и безошибочном сборе информации. Интернет вещей повысит уровень контроля качества продукции, выстроит процесс бережливого и экологичного производства, обеспечит надежные поставки сырья и оптимизирует работу заводского конвейера.

Интернет людей - всемирная паутина, которая «высасывает» не только наши деньги, но и время. Мы проводим по несколько часов в неделю в соцсетях, онлайн-играх или на сайтах. Покупаем в интернет-магазинах вещи, которые нам зачастую не нужны, просто потому, что это легко и доступно - в два клика.

В отличие от традиционного «человеческого» интернета IoT применяется для рационального и практичного подхода. Его ключевая задача - автоматизация, оптимизация, сокращение материальных и временных затрат.

Применение IoT в промышленной индустрии и транспорте сокращает затраты за счет снижения аварийности, уменьшения потерь сырья и количества использованных ресурсов. В сфере энергетики - повышает эффективность выработки и распределения электроэнергии.

Интернет вещей экономит не только деньги, но и время: машины заменили человека на рутинной работе и освободили от выполнения рискованных или стандартных задач. Интеллектуальные системы следят за промышленным конвейером, считают товар на складах и регулируют движение вместо человека. В любую погоду, круглосуточно и без выходных.

Нас окружают разнообразные «подключенные» устройства: на улице работают системы безопасности и экомониторинга. Интернет вещей начинает использоваться в быту, в ЖКХ и индустриальной сфере, транспорте, сельском хозяйстве и медицине.

Пример 1. Яндекс.Навигатор - тоже IoT

Знакомый всем пример - Яндекс.Навигатор. Водители по всей России и СНГ пользуются этим сервисом. Смартфоны и планшеты передают координаты, направление движения и скорость в службу Яндекс, а принятая от пользователей информация анализируется на сервере компании. Получив сведения о заторе, приложение автоматически предлагает водителю варианты объезда и отображает маршрут на экране телефона или планшета. Мобильные устройства, центры обработки данных и приложение Яндекса обмениваются данными без вмешательства человека, являя собой отличный пример Интернета вещей.

Как результат - водители тратят меньше времени в пробках, выбирая оптимальные маршруты объезда.

Еще немного и искусственный интеллект Яндекса начнёт перераспределять нагрузку на дорогах городов. Учитывая накопленную статистику, он будет предлагать такие маршруты, которые оптимально загрузят магистрали и минимизируют пробки.

Пример 2. Спортивный IoT

В спорте Интернет вещей используют для накопления статистики и анализа данных. Применение IoT-решений разнообразно: от мобильных приложений для любителей утренних пробежек, следящих за расходом калорий, до производительных информационно-вычислительных систем в профессиональном спорте.

Командное IoT-решение отслеживает состояние отдельных спортсменов и всего коллектива. Информация о перемещении, пульсе считываются датчиками, встроенными в жилет, надетый игроком. Координаты и медицинская телеметрия отправляются на облачную платформу, снабжая оперативной информацией руководство и вспомогательные службы команды. Тренер строит тактику игры, не дожидаясь тайм-аута для оценки состояния коллектива и переигрывает соперников за счет быстрого реагирования на окружающую обстановку.

Ранее у тренерского состава и спортивных аналитиков не было иного выбора, кроме как просматривать после игры заметки и десятки часов видеозаписи для оценки поведения игрока на поле и его работоспособности. Теперь информация предоставляется онлайн и голевой момент матча всегда можно «вытащить» из хранилища и проанализировать. Интернет вещей обрел популярность не только среди тренеров, но и у медиков - бригады оказания первой помощи мгновенно реагируют на критические показания здоровья подопечных.

Пример 3. «Умные» счетчики

В жилищно-коммунальном хозяйстве IoT-технологии нашли применение в системах интеллектуальной диспетчеризации - «умных» приборов учета ресурсов . Подключенные к Интернету счетчики передают показания в «облако», а диспетчер видит расход воды, электричества или газа в отдельном доме, квартале или в целом городе. Это дает возможность, не заглядывая в квартиры собственников, в режиме реального времени, иметь полную картину потребления ресурсов, удаленно управлять приборами учета, оперативно выставлять счета жильцам. Без обходчиков, без обработчиков и без временных потерь.

Такой подход позволит изменить механизм учета ресурсов. Сегодня управляющие компании собирают показания с приборов учета, обрабатывают данные, выставляют счета и собирают оплату за ЖКУ. В случае внедрения «умных» счетчиков в масштабах города, структуры, обслуживающие жилые дома, превращаются в ненужных посредников и «выходят из игры». Что сегодня мы и наблюдаем в некоторых регионах России, где водоканалы переходят на прямые договоры с жильцами. Электросетевые компании, кстати, уже давно применяют такую схему расчетов, но по инерции нанимают обходчиков или требуют данные с жильцов.

Прямой диалог между счетчиками в домах и «ресурсниками» стал возможен благодаря IoT-решениям - беспроводной автоматизированной диспетчеризации. Это отличный пример того, как Интернет вещей меняет бизнес-модель в отрасли.

Аналогично - UBER, который за счет концепции Интернета вещей исключил таксомоторные компании из бизнес-модели частного извоза. Крупные структуры стали просто не нужны и сейчас клиент напрямую общается с водителем.

За счет точного учета, оповещениях о перерасходе ресурсов или авариях подключенные к Интернету приборы учета ЖКХ сохраняют до 30% ресурсов в каждом многоквартирном доме. А помимо удобства, дополнительное преимущество для конечного потребителя - сэкономленные на содержании ненужной «прослойки» деньги.

Диспетчеризация приборов учета воды и удаленного съема показаний - один из наиболее удачных примеров применения технологии Интернета вещей в сфере жилищно-коммунального хозяйства.

Организации, внедрившие IoT-решения для управления многоквартирными жилыми домами, получили эффективный инструмент контроля и учета ресурсов. Такая система автоматизирует трудоемкие операции по сбору и обработке показаний, которые ранее требовали участия половины штата сотрудников. Имея на руках прозрачные данные, управляющая компания выявляет потери и минимизирует расходы на общедомовые нужды (ОДН).

Пример 4. Сельское хозяйство

Более половины производителей томатов и треть хлопководов Израиля используют систему для мониторинга влажности, температуры грунта и других характеристик почвы . Датчик, «закрепленный» за отдельным растением или участком с посевами, отправляет информацию на облачный сервер, откуда данные поступают оператору, выводя на экран состояние саженца и рекомендации по улучшению его плодоносных свойств.

В США сформировали интересный симбиоз такой «пахучей» сферы агротехники как удобрение полей и IoT. Фермер оснастил трактора-распрыскиватели, обслуживающие угодья в радиусе 121 километра от станции, решением на базе беспроводных технологий. Водитель-оператор насосной установки удаленно отслеживает и распределяет подачу органических удобрений на поля, а владелец контролирует расход с экрана своего смартфона.

Пример 5. «Умные» заводы

Зарубежные владельцы заводов уже осознали преимущества IoT в сокращении расходов и увеличении прибыльности индустриального бизнеса. В электроэнергетике и легкой промышленности интерес к применению Интернета вещей есть. С помощью IoT-технологий операторы морских ветрогенераторов удаленно контролируют износ роторов и турбин, отслеживают их производительность. За счет своевременного обслуживания минимизируется риск остановки «ветряков» и отпадает необходимость в отправке бригад на удаленные морские платформы.

Швейцарская компания, выпускающая станки и двигатели, реализовала мечту производственных инженеров - проведение упреждающего техобслуживания (ТО).

Более 5000 единиц оборудования на производственных площадках подключили к IoT-платформе изготовителя, сигнализирующей о необходимости ТО для профилактики возможной поломки. Несколько лет назад компания командировала выездные бригады техников для диагностики на местах.

Сейчас эксплуатант станка или электродвигателя отслеживает состояние оборудования онлайн и вовремя узнает о возможных авариях. Такой «проактивный» мониторинг сократил расходы за счет снижения издержек и ликвидации простоев. Традиционно, ППР (планово-предупредительные ремонты) требовали остановки производственных линий и организовывались по графику, независимо от того, была в них необходимость или нет.

Внедрение IoT-технологии позволило проводить упреждающее техобслуживание тогда, когда оно действительно нужно, и ремонтировать машины до того, как они сломаются. Интернет вещей обеспечил не только непрерывность производства, но и сэкономил на планировании предупредительных работ - затраты на планирование составляют 30-40% от объема ремонтного фонда предприятия.

В ближайшее время бизнес станет первым и основным потребителем IoT-технологий. Топ-менеджеры корпораций рассматривают Интернет вещей в первую очередь как инструмент для снижения расходов и увеличения производительности. Предприниматели хотят использовать инновационную концепцию для вхождения в новые рынки и расширить свой ассортимент за счет использования подключенных устройств.

Промышленники понимают: новые технологии оптимизируют производственный процесс и уберут из него человеческий фактор, а вместе с ним и лишние риски.

Пример 6. «Носимый» IoT

Крупные ИТ-компании начали инвестировать в развитие медицинского Интернета вещей. Одно из таких решений отслеживает динамику болезни и выздоровления пациентов в режиме 24/7 посредством носимого на теле датчика. Мониторинг происходит в режиме реального времени, начиная от сбора показаний в стационаре и дома, завершая направлением данных лечащему врачу и в лаборатории для анализа и принятия решений.

В медицине есть проекты, развернутые в рамках лечебного учреждения и предупреждающие персонал об истощении запаса медикаментов или инструментов.

В обеспечении физической безопасности применение IoT-концепции скорее экзотично, чем привычно. В октябре 2016 года технологию Интернета вещей в прямом смысле «взяла на вооружение» оборонная промышленность - для охраны Крымской военно-морской базы Минобороны РФ закупило комплекс охраны «Часовой-1».

Комплекс, в состав которого входят вибробраслеты, гарантирует безопасность бойцов, охраняющих объекты и проверяющих автотранспорт на «блоках». Каждый браслет оснащен датчиком «неподвижности». Как только часовой прекращает движение более чем на 30 секунд, система посылает на его браслет вибросигнал. Если в течение 15 секунд после предупреждения боец не «оживет» - в караульном помещении объявляется тревога.

IoT - это новый этап развития сети Интернет, который проникает в ранее недоступные сферы, привнося качественные изменения, делая жизнь людей проще, а работу компаний - эффективней.

Интернет вещей будущего

IoT стал всемирным трендом, и скоро возможность «интернетизации» станет обязательным требованием для продуктов и услуг широкого потребления. Устройства будут выходить с конвейера с уже встроенными интеллектуальными и коммуникационными возможностями.

За счет увеличения масштаба производства и удешевления компонентной базы стоимость умных устройств снизится до минимума. IoT проникнет в автомобили, грунт, море и реки, в тело человека. Датчики станут настолько миниатюрными, что будут помещаться в мелких бытовых предметах или продуктах питания.

Соответственно устройствам уменьшатся в размерах и аккумуляторы, а затем они и вовсе исчезнут - «умные» датчики научатся получать энергию из окружающей среды: от вибрации, света или воздушных потоков и станут полностью автономными.

Интернет вещей станет гетерогенной средой, которая будет существовать как отдельный живой организм. Наступит время машин.

Сложности с компонентной базой ушли в прошлое, появился новый вызов: необходимо объединить миллиарды «умных» приборов в единую сеть.

Интеллектуальный станок, датчик температуры масла на промышленном агрегате, смарт холодильник - всем этим устройствам необходима среда для общения. В противном случае они так и останутся «немыми»: обычным счетчиком или датчиком, отличающимся от своих собратьев только «космическим» дизайном.

Если оставить прогнозы о «количестве устройств Интернета вещей к 2020 году» ясно, что IoT-индустрия растет. Инженерам уже не интересно, сколько, 50 миллиардов датчиков и смартфонов будет в сети или 100 миллиардов. Порядок уже ясен, как и цель - подключение «армии» устройств к Интернету.

Для передачи данных разрабатывалось множество протоколов, но каждый из них был «заточен» под определенную задачу: GSM для голосового общения, GPRS для обмена данными с мобильных телефонов, ZigBee - создания локальной сети и управления «умными» домами, а Wi-Fi для беспроводных локальных сетей с высокой скоростью передачи данных.

Эти технологии могут быть применены для решения нецелевых задач и по-разному с ними справляться.

К примеру, Яндекс.Навигатор сможет работать через GPRS/3G/4G и никакая другая связь для такого приложения не подойдет. Мы, конечно, можем подключить смартфон к Wi-Fi и запустить Навигатор, но как только автомобиль отъедет на 100 метров от точки доступа - приложение «закончится». А в «умном» доме не «приживутся» автономные GPRS-датчики - через два дня в них сядут батарейки. Поэтому в интеллектуальном жилище лучше всего подойдет энергоэффективный ZigBee.

Набирая обороты, Интернет вещей выдвигает свои требования:

1. Небольшой объем данных: датчикам и сенсорам не нужно передавать мега- и гигабайты, как правило это биты и байты.
2. Энергоэффективность: подавляющая часть датчиков автономны и должны будут работать годами.
3. Масштабируемость: в сети должны уживаться миллионы различных устройств, и добавление одного-двух миллионов не должно вызывать сложностей.
4. Глобальность: нужен широкий территориальный охват и как следствие передача информации на большие расстояния.
5. Проникающая способность: устройства в подвалах, шахтах должны передавать сигнал наружу.
6. Стоимость устройств: устройства должны быть дешевы и доступны для пользователя, а готовые решения рентабельны для бизнеса.
7. Простота: принцип «поставил и забыл»: пользователь выберет понятные и дружелюбные устройства.

Казалось бы, сотовые сети - очевидные кандидаты на построение развернутой на десятки километров беспроводной IoT-среды. Однако ни стандарт GSM, ни инфраструктура мобильных операторов изначально не создавались для М2М-диалога. Протоколы сотовой связи предназначены для общения людей: большой объем трафика и высокая скорость обмена данными в густонаселенных районах.

Разработчики изначально не предполагали возможность обмена небольшими объемами данных между разнесенными «умными» сенсорами. Датчику с WiFi необходимо постоянное питание, а элемент умного GSM устройства продержится 2-3 недели. Мы не готовы ежемесячно менять батарейки в десятках устройствах или монтировать к ним проводную систему питания.

Подключение всевозможных устройств к мобильным сетям еще можно представить в населенных пунктах, но за пределами оживленных трасс и урбанизированных территорий протоколы GSM, 3G, LTE не позволяют создавать масштабные IoT проекты - слишком дорого разворачивать и обслуживать инфраструктуру сотовой сети.

В городе сотовая связь ограничена низкой проникающей способностью сигнала. А «умные» датчики или счетчики зачастую будут находиться за несколькими стенами, в техколодцах или на цокольных этажах, где уже не берет GSM.

Фундаментом масштабных проектов станет энергоэффективная сеть, которая удовлетворит запросы промышленников, сельхозпроизводителей, государственные компании в масштабности и невысокой стоимости эксплуатации. Интернету вещей нужен стандарт связи с возможностью широкого территориального охвата, высокой энергоэффективностью, дешевой инфраструктурой и не требующей высоких эксплуатационных расходов.

LPWAN - будущее IoT концепции

С учетом перечисленных требований и ограничений, решением проблемы стало использование технологии на стыке высокой дальности и низкого энергопотребления. Она получила название Low-Power Wide-Area Network (сокращенно – LPWAN) или энергоэффективная сеть дальнего радиуса действия.

LPWAN разрабатывался специально для межмашинного общения, и стал двигателем дальнобойного Интернета вещей.

Отсутствие высоких требований к объему передаваемой информации позволило сконцентрироваться на других, более важных параметрах технологии и обеспечить 50 километровую дистанцию взаимодействия между разнесенными устройствами, высокую энергоэффективность, проникающую способность и масштабируемость.

Дальнобойная и энергоэффективная, LPWAN отлично подходит для IoT, как в бытовом, так и в промышленном секторе, где имеется потребность в автономной передаче телеметрии на дальние расстояния.

LPWAN гораздо лучше соответствует запросам М2М-сетей, чем та же сотовая связь - тысячи квадратных километров могут быть покрыты одной базовой станцией. Построение такой сети проще, а обслуживание - дешевле. Подобный подход становится единственной альтернативой в случае, когда датчики разнесены по большой территории. Как, например, счетчики воды в пределах одного квартала или датчики влажности почвы, размещенные сразу на нескольких полях.

Резюме

Уже сейчас IoT меняет правила игры в отдельных отраслях: проникает в недоступные и невозможные ранее сферы, улучшая качество жизни и увеличивая эффективность бизнеса. Технологии Интернета вещей нашли применение там, где они выгодны бизнесу и удобны людям.

LPWAN - двигатель «дальнобойного» беспроводного IoT

Преимущества LPWAN-технологии хорошо вписываются в потребности масштабного внедрения IoT в промышленности, транспорте, сфере безопасности и десятках других отраслей. Большой радиус действия, высокая автономность конечных устройств, простота развертывания LPWA-сети и низкая стоимость инфраструктуры даст толчок крупномасштабным проектам и развитию Интернета вещей.