Что такое internet of things
Что такое Интернет вещей и как он поможет предприятиям зарабатывать больше?
Мы находимся на пороге четвертой промышленной революции. В развитых и развивающихся странах, в каждом уголке планеты, наступит полная автоматизация производства.
Мы движемся вперед с невероятной скоростью. Десять лет назад было около 500 миллионов устройств, подключенных к сети. Сегодня их уже около 10-20 миллиардов.
Индустрия 4.0 приведет к ультраавтоматизации производственных процессов, увеличению производительности труда, экономическому росту и конкурентоспособности предприятий.
С развитием информационных технологий мир меняется кардинальным образом. Если раньше для мониторинга и получения информации с окружающих нас объектов требовалось несколько недель, десяток специалистов и финансовые вложения, то теперь достаточно одной платформы и пары «кликов» мышью.
IoT технологии открывают фантастические возможности для бизнеса и меняют саму природу продукта.
Что такое Интернет вещей?
Интернет вещей (Internet of Things, сокращенно IoT) – это концепция, по которой устройства объединяются в одну сеть и взаимодействуют друг с другом. Это помогает сделать устройства «умными»: они самостоятельно собирают информацию, обмениваются ею и принимают решения.
Следить за состоянием и управлять ими можно с компьютера или телефона. Интернет вещей применяется в производстве, сельском хозяйстве, медицине, городской среде и в быту.
Главные явления Интернета вещей:
«Если в двадцатом веке данные попадали в компьютер только от человека, использовавшего для их ввода дополнительные устройства, то в двадцать первом веке мы уже имеем дело с гаджетами, которые сами могут собирать и отправлять данные. В этом и состоит суть Интернета вещей. Данные собираются, обрабатываются и передаются устройствами без участия человека»
Кевин Эштон (Kevin Ashton) — изобретатель концепции и термина Интернет вещей (Internet of Things, IoT).
Главное отличие Интернета вещей от обычных автоматизированных систем управления (АСУ ТП) в количестве обрабатываемых данных. Сотни тысяч сигналов каждую секунду поступают на сервер и сразу же обрабатываются. Благодаря этому пользователь в режиме реального времени видит работу оборудования.
Обычная база данных SQL не справляется с таким объемом информации. Обработка занимает слишком много времени и данные теряют актуальность. Для технологии IoT используются нереляционные (NoSQL) базы данных. Они не агрегируют информацию, которая поступает от устройств, а хранят её в исходном виде, что позволяет накапливать терабайты сигналов за любой период времени. Так как данные не агрегированы, то можно сделать срез по любому параметру и применить новый алгоритм к историческим сигналам, что позволяет быстро и гибко работать с информацией.
С чего все началось?
Сама идея, что устройства могут обмениваться информацией друг с другом без участия человека, появилась еще в конце 70-х годов. Однако потребовалось 20 лет, чтобы подключить первое устройство к сети и еще 9 лет, чтобы сформулировать само определение Интернета вещей.
Ниже представлена инфографика с ключевыми моментами развития Интернета вещей.
Сегодня все формы коммуникаций сводятся либо к схеме человек – человек, либо человек – устройство. Технологии IoT предлагают «шагнуть» в будущие, в котором коммуникации представлены в форме машина – машина (M2M). Эта уникальная технология способна объединить окружающие нас физические объекты в единую систему, а эту систему в систему систем. Она дает возможность управлять объектами, получать с них информацию и предвидеть ошибки.
«IoT соединяет окружающие нас объекты в систему, а эту систему в систему систем. Они обмениваются информацией между собой и работают без вмешательства человека в режиме реального времени»
Интернет вещей дает организациям совершенно новые способы управления и мониторинга удаленно выполняемых операций. Он позволяет полностью контролировать удаленно расположенные объекты и постоянно передает информацию в хранилище данных.
Как работать с данными и управлять оборудованием?
«Профилактика – всегда дешевле ремонта»
Приятным бонусом будет наличие цифрового 3D-двойника. Это трёхмерная модель участков предприятия, которые подключены к IoT. Двойник наглядно демонстрирует работу устройств: их статусы и состояния, перемещения по участку.
В зависимости от платформы вход в систему осуществляется через специальное приложение или посредством веб-интерфейса. Второй вариант удобнее, так как позволяет работать с любого устройства, у которого есть браузер.
Интернет вещей в механическом производстве
Рассмотрим пользу от внедрения Интернета вещей на примере компании по производству автомобилей. Чтобы сделать кузов машины, нужно обработать металл, приварить детали друг к другу, покрасить всю конструкцию. В производстве работают фрезерные и токарные станки, сварочные автоматы и покрасочные камеры. Всего 100 единиц оборудования. Компания решила применить технологию Интернета вещей, чтобы улучшить производство. Всё оборудование подключили к единой сети предприятия, где каждые из 100 станков отправляет по 100 сигналов в секунду. Весь объём данных автоматически поступает на внутренний сервер компании. Доступ к этой информации предоставили начальнику цеха, инженеру-технологу и инженеру ремонтной службы.
Начальник цеха следит за работой оборудования через приложение в своём телефоне. Он видит, какой станок сейчас точит деталь, какой включен и просто стоит, а какой и вовсе выключен. Каждый час работы станка стоит 3500 рублей. Столько же денег теряет предприятие за каждый час простоя оборудования. Каждая деталь должна производиться по определенной технологии, на определенных режимах, иначе она может получиться с браком или ещё хуже — сломается станок. Таким образом, начальник цеха постоянно контролирует ход производства, находит узкие места и увеличивает эффективность работы.
Инженер-технолог также следит за производством из своего кабинета. Но его интересуют другие вещи: сколько времени изготавливается каждая деталь, как быстро расходуется инструмент. Он видит, что оборудование может работать эффективнее и производить больше деталей. Технолог даёт команду переписать управляющую программу, по которой работает станок. Теперь деталь обрабатывается на 30% быстрее, а значит станок будет изготавливать больше изделий.
Инженер ремонтной службы настроил себе оповещение. В случае аварии он получит сообщение и сможет оперативно решить проблему. Если причина поломки неизвестна, специалист изучит историю сигналов с оборудования и проведёт расследование аварии.
Интернет вещей в ближайшем будущем
По оценкам IndustryARC, к 2021 году оборот рынка Интернета вещей достигнет 123 миллиарда долларов. В условиях ужесточенной конкуренции все больше промышленных и производственных компаний начнут внедрять технологии Интернета вещей.
Идея Интернета вещей способна кардинально повлиять на развитие современного мира, поскольку позволит многим производственным процессам происходить без участия человека.
В ближайшем будущем Интернет вещей значительно трансформирует бизнес и даже целые отрасли. Эта система поможет решить целый ряд глобальных проблем современного производства.
Что нужно знать об интернете вещей: фундаментальный ликбез
Об IoT говорят сегодня чуть ли не из каждого («умного») утюга. При этом в таких разговорах обычно пропускают базовые вещи: что такое интернет вещей, из чего он состоит, и кто может отвечать на эти вопросы на правах «уполномоченного органа». А между тем, вопросы эти весьма актуальны. Вот, скажем, ваш (говорящий об IoT) «умный» утюг — он относится к интернету вещей? В этом посте мы расскажем об архитектуре интернета вещей: из каких компонентов он состоит, какие технологии имеют особое значение, какие решения позволяют упростить массовое внедрение, а также кто в мире главный по IoT.
Что такое интернет вещей?
Исследовательская компания Gartner определяет IoT как сеть физических объектов, содержащих средства для взаимодействия с внешней средой и между собой, а также для передачи сведений о своём состоянии и приёма команд.
Менее абстрактное определение предлагает McKinsey: IoT — это датчики и приводы, встроенные в физические устройства и подключенные к интернету через проводные или беспроводные сети.
Развитием IoT занимаются не только производители устройств, но и специализированные организации, в числе которых Международный союз электросвязи (ITU), Industrial Internet Consortium и IETF.
В рекомендациях Y.2060 Международного союза электросвязи, получивших название Overview of the Internet of Things, интернет вещей предстаёт как «глобальная инфраструктура, предоставляющая сложные услуги благодаря соединению физических и виртуальных вещей на основе существующих и развивающихся функционально совместимых информационно-коммуникационных технологий». Под вещью в этом определении понимается предмет физического или виртуального мира, который может быть идентифицирован и подключён к сетям связи. Устройством в контексте IoT называется элемент оборудования, который обладает обязательными возможностями связи и может производить измерения, срабатывать при определённых условиях, вводить, хранить и обрабатывать данные. 
Типы устройств IoT и их взаимодействие. Источник: ITU-T Y.4000/Y2060
В соответствии с рекомендациями Сектор стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи (ITU-T) IoT представляет собой сеть устройств, тесно связанных с вещами. Сенсорные и исполнительные устройства взаимодействуют с физическими вещами в окружающей среде. Устройства сбора данных считывают информацию из физических вещей или записывают её на физические вещи, взаимодействуя с устройствами переноса данных или носителями данных, подключенными или связанными с физическим объектом.
Другими словами, IoT — это:
Физические/Виртуальные объекты
+
контроллеры/сенсоры/исполнительные механизмы
+
интернет
Таким образом, физический экземпляр элемента IoT представляет собой объект, который
Эталонная модель IoT. Источник: ITU-T Y.4000/Y2060
Разработками архитектуры IoT также занимается Всемирный форум IoT (IoT World Forum, IWF). Это ежегодное событие, в котором участвуют представители бизнеса, государств и научных кругов. Комитет по архитектуре IWF в 2014 году опубликовал свою версию эталонной модели IoT. Она хорошо дополняет вариант, предложенный ITU-T, поскольку IWF уделяет внимание не только уровням устройств и шлюза, но и верхними уровнями, более важным для разработки приложений, промежуточного софта и поддержки промышленного интернета вещей.
Эталонная модель IoT по версии IWF. Источник: Cisco
Каковы ключевые элементы IoT?
Во-первых, это протоколы. Стандартные для интернета протоколы либо оказываются избыточными для IoT, либо не обеспечивают необходимых характеристик для случаев, когда требуется малое время отклика и высокая надёжность сети. Кроме того, процессоры устройств IoT, как правило, имеют невысокую производительность, чтобы сохранять энергопотребление на низком уровне. Это требует разработки сетевых протоколов, специально заточенных под использование в интернете вещей.
Этим занимаются несколько рабочих групп в составе IETF и W3C. Например, адаптацией IPv6 для сетей узлов с ограниченными ресурсами занимается рабочая группа 6lo. Эта группа унаследовала разработки группы 6LoWPAN, которая разрабатывала методы сжатия заголовков пакетов и оптимизации обнаружения соседей. Группа 6lo ориентирована на более широкий спектр протоколов: Bluetooth Low Energy, ITU-T G.9959, DECT Ultra Low Energy, а также протокол MS/TP для сетей RS-485.
Список других рабочих группы IETF, связанных с IoT, и того, чем они занимаются, выглядит так:
Датчики находятся на нижнем уровне стека технологий, составляющих эталонную модель IoT. Они обеспечивают взаимодействие физического и виртуального мира, собирая аналоговые данные и преобразуя их в цифровую форму. Чтобы передать собранную информацию, датчики подключаются к сети и взаимодействуют с серверами и шлюзами, используя протоколы Bluetooth, NFC, RF, Wi-Fi, LoRaWAN и NB-IoT.
Различные типы датчиков. Источник: CircuitDigest
Сами по себе датчики лишь регистрируют физическую величину и преобразуют измеренное значение в цифровой формат для отправки на микроконтроллер, составляющий «умную» часть датчика.
Инфракрасный датчик Toshiba 32C100U2 IR Sensor Board
Развитие технологий позволяет делать датчики очень компактными. Например, 14-разрядный датчик ускорения BHA250, выпускаемый Bosch Sensortec имеет размеры 2,2 × 2,1 × 0,95 мм, но при этом содержит 32-битный микроконтроллер.
Наконец, важнейшую роль играют IoT-платформы. По данным отчёта McKinsey около 40% экономической ценности IoT связано с совместимостью, то есть с тем, как устройства могут взаимодействовать друг с другом. Для раскрытия всех преимуществ интернета вещей нужны не только быстрые каналы связи и экономичные протоколы, но и стандартизация всех уровней функционирования IoT в соответствии с эталонными моделями.
IoT-платформы частично снимают остроту этой проблемы, однако и среди них не наблюдается единства. По состоянию на середину 2017 года агентство IoT Analytics насчитало 450 компаний, предлагающих свои IoT-платформы. Это число меньше, чем список производимых в мире IoT-устройств, но более чем достаточно для того, чтобы создать проблемы совместимости.
Что такое IoT-платформы и зачем они нужны?
Коротко говоря, это решения, обеспечивающие унифицированное взаимодействие между конечными устройствами IoT и сервисами, обрабатывающими данные. А объяснять, почему они важны, начнём издалека.
Исследование Cisco выявило, что 75% проектов, связанных с IoT, терпят неудачу. В опросе приняли участие более 1800 руководителей компаний и ИТ-лидеров, целью опроса было выявление основных барьеров, ограничивающих внедрение интернета вещей на предприятиях. Согласно выводам исследования, основными препятствиями для организаций, желающих внедрить IoT, становятся затраты и сроки реализации проектов. Ещё одним стоп-фактором стала ограниченность экспертных знаний штатных сотрудников.
Устранить эти проблемы позволяет использование решений, обеспечивающих унифицированное взаимодействие между конечными устройствами IoT и сервисами, обрабатывающими данные, — тех самых IoT-платформ.
Поясним: если в компании уже есть парк оборудования, при внедрении IoT потребуется подключить его к новой инфраструктуре. При этом какая-то часть «старых» устройств может вполне успешно выполнять свои производственные функции, но не иметь возможности подключения к интернету. Замена такого оборудования на IoT-совместимое повлечёт большие затраты. Это увеличит срок окупаемости, поскольку придётся списать вполне работоспособные станки и агрегаты.
Но даже если оборудование совместимо с IoT, остаётся открытым вопрос с тем, какие данные необходимо собирать и использовать, как проводить углублённый анализ собранной информации и обеспечить оперативную обратную связь. IoT-платформы как раз и обеспечивают бесшовную интеграцию аппаратных средств с использованием различных типов подключения, передачу данных на подключенные устройства или между ними.
IoT-платформы предлагают многие высокотехнологичные и ИТ-компании. Разработка компании Toshiba для интеграции IoT-устройств и сервисов получила название SPINEX. При разработке IoT-платформы SPINEX использовался обширный опыт Toshiba в энергетике, производстве полупроводниковых компонентов, а также в области интернета вещей, искусственного интеллекта, распознавания голоса и видео (то есть во всём том, о чём мы регулярно рассказываем на «Хабре»).
Платформа SPINEX. Источник: Toshiba
SPINEX обеспечивает единое пространство для сбора данных с подключённого оборудования, устройств и продуктов, хранение, визуализацию и анализ собранных данных. Благодаря использованию открытой архитектуры SPINEX может взаимодействовать с различными облачными провайдерами и устройствами. Платформа даёт пользователям три ключевые технологии:
Насколько всё это актуально и куда движется рынок IoT?
Иногда кажется, что дивный мир интернета вещей — не более чем фантастическая картинка. Это не так. В докладе Fortune Business Insights указывается, что мировой рынок Интернета вещей, стоимость которого в 2018 году оценивалась в 190 миллиардов долларов, достигнет к 2026 году 1,11 триллиона долларов, продемонстрировав совокупный темп роста 24,7% в год.
Прогноз объёма рынка IoT в 2018-2026. Источник: Fortune Business Insights
Ожидается, что крупнейшим сегментом рынка будет банковский сектор и сектор финансовых услуг.
Аналитики Gartner сообщают, что в 2019 году количество устройств IoT достигло 14,2 млрд. Компания также прогнозирует, что к 2025 году количество подключённых устройств достигнет уровня в 25 миллиардов.
Прогноз IDC о росте количества подключений IoT
IDC дают ещё более оптимистичный прогноз: к 2025 году к сети интернета вещей будет каждую минуту подключаться 152 200 устройств. Умножив 152 200 на 525 600 (количество минут в году), получим, что в 2025 году интернет вещей будет содержать около 80 миллиардов устройств.
По данным исследования IoT — The Internet of Transformation 2018, опубликованного Juniper Research, ключевыми рынками IoT остаются Северная Америка, Западная Европа, Дальний Восток и Китай. Именно эти регионы обеспечат более 60% всех доходов, связанных с интернетом вещей.
Что такое IoT и что о нем следует знать
Интернет вещей (Internet of Things, IoT) — это множество физических объектов, подключенных к интернету и обменивающихся данными. Концепция IoT может существенно улучшить многие сферы нашей жизни и помочь нам в создании более удобного, умного и безопасного мира. Примеры Интернета вещей варьируются от носимых вещей, таких как умные часы, до умного дома, который умеет, например, контролировать и автоматически менять степень освещения и отопления. Также ярким примером служит так называемая концепция умного предприятия (Smart Factory), которое контролирует промышленное оборудование и ищет проблемные места, а затем перестраивается так, чтобы не допустить поломок. Интернет вещей занимает важное место в процессе цифровой трансформации в компаниях. Прогнозируется, что к 2030 году количество подключенных к сети устройств вырастет примерно до 24 млрд с годовой выручкой до 1,5 трлн долларов.
История происхождения
Термин «Интернет вещей» был впервые употреблен в 1999 году Кевином Эштоном, предпринимателем и соучредителем центра Auto-ID Labs (независимая сеть лабораторий и исследовательская группа в области сетевой радиочастотной идентификации и новых сенсорных технологий) при Массачусетском технологическом институте. Эштон состоял в команде, которая сумела изобрести способ подключения объектов к интернету с при помощи технологии RFID. RFID-метка — это метка идентификации, позволяющая идентифицировать объекты посредством радиосигналов; на нее можно нанести определенную информацию, а позднее считать устройством.
В 2012 году произошли значительные изменения датчиков, что привело к ускорению рыночной готовности IoT, и для многих компаний это означало, что цифровая трансформация набирает обороты. Технологическое совершенствование сделало возможным появление МЭМС — микроэлектромеханических систем (миниатюрное устройство, изготовленное методом микрообработки как из механических, так и из электрических компонентов). Благодаря этому датчики уменьшились настолько, что их стало возможно фиксировать, например, на одежде.
История развития IoT. Источник изображения: https://www.avsystem.com/blog/what-is-internet-of-things-explanation/
Из чего состоит IoT? Архитектура
Для простоты попробуем разбить стек технологий IoT на четыре технологических уровня и рассмотреть их раздельно.
Конечные устройства
Устройства — это объекты, которые фактически образуют «вещи» (Things) в Интернете вещей. Они играют роль интерфейса между реальным и цифровым мирами и принимают разные размеры, формы и уровни технологической сложности в зависимости от задачи, которую они выполняют в рамках конкретного развертывания IoT. Будь то микрофоны размером с булавочную головку или внушительного размера машины, практически любой материальный объект можно превратить в подключенное устройство путем добавления необходимых элементов (датчиков или приводов вместе с соответствующим программным обеспечением).
Программное обеспечение
Это то, благодаря чему подключенные устройства можно назвать «умными». Программное обеспечение отвечает за связь с облаком, сбор данных, интеграцию устройств и за анализ данных в реальном времени. Также оно предоставляет возможности для визуализации данных и взаимодействия с системой IoT.
Коммуникации
Уровень коммуникации включает в себя как решения для физического подключения (сотовая и спутниковая связь, LAN), так и специальные протоколы, используемые в различных средах IoT (ZigBee, Thread, Z-Wave, MQTT, LwM2M). Выбор подходящего коммуникационного решения — одна из жизненно важных частей при построении каждой IoT-системы. Выбранная технология будет определять не только способы отправки и получения данных из облака, но способы связи со сторонними устройствами.
Платформа
Устройства способны «ощущать», что происходит вокруг и сообщать об этом пользователю через определенный канал связи. IoT-платформа — это место, где все эти данные собираются, анализируются и передаются пользователю в удобной форме. Платформы могут быть установлены локально или в облаке. Выбор платформы зависит от требований конкретного проекта IoT и многих факторов: архитектура и стек технологий, надежность, параметры настройки, используемые протоколы, аппаратная независимость, безопасность, эффективность, стоимость.
Ниже можно рассмотреть подробнее составляющие трех уровней IoT: конечных устройств (вещей), сети, облака.
Типовая архитектура IoT-системы. Источник изображения: https://ru.rsdelivers.com/campaigns/InternetofThings/internet-of-things
Безопасность
Одновременно с тем фактом, что IoT-системы несут в себе значительную бизнес-ценность, интеллектуальные объекты также становятся уязвимы для киберпреступности, в результате которой может происходить утечка данных, в том числе и конфиденциальной информации. Несмотря на то, что поле работы с вопросом безопасности остается огромным, сейчас существуют решения, позволяющие осуществлять развертывание IoT более надежно. Например, для решения проблемы устаревания программного обеспечения устройств, есть возможности эффективных стратегий автоматическиого обновления.
Благодаря SOTA (Software Over the Air) «обновление по воздуху» и FOTA (Firmware Over the Air) — «прошивка по воздуху», программное обеспечение подключенных устройств и настройки можно обновлять с помощью беспроводной связи.
Примеры областей применения IoT
IoT применим в разных отраслях для различных целей: отслеживания потребительского поведения в режиме реального времени, улучшения качества работы машин и систем, нахождение инновационных методов работы в рамках цифровой трансформации и многое другое.
Розничная торговля
Среди примеров приложений IoT в сфере розничной торговли можно встретить множество случаев использования интеллектуальных устройств для повышения качества обслуживания в магазинах. В частности, различные приложения IoT здесь означают, что возможности использования смартфонов (на основе технологии Beacon — миниатюрных маячков) облегчают общение между розничными продавцами и покупателями, а наиболее востребованные товары и услуги появляются перед глазами клиентов в нужном месте. Кроме того, интеллектуальная розничная торговля открывает возможности для приложений IoT с точки зрения точной рекламы, улучшения цикла цепочки поставок и фактического анализа моделей спроса. Также приложения IoT уже включают приложения для платежей NFC и интеллектуальных покупок. И конечно, нельзя не упомянуть RFID-метки для маркировки товара, которые обеспечивают моментальный и точный сбор информации, что помогает непрерывно отслеживать перемещение товаров, упростить процесс инвентаризации и в целом сократить количество ошибок.
Источник изображения: https://www.pochta.ru/support/post-rules/rfid
Производство
Благодаря IoT производство может получать общую картину о процессах производства и состоянии продукта на всех этапах — от поставки сырья до отгрузки готового продукта.
С помощью датчиков, установленных на заводском оборудовании и в складских помещениях, анализа больших данных и прогностического моделирования (predictive modeling) можно предотвратить множество ошибок, ведущих к простою и убыткам, максимизировать производительность, уменьшить гарантийные расходы и в целом улучшить качество клиентского сервиса.
Здравоохранение
С помощью технологии IoMT (The Internet of Medical Things, Интернет медицинских вещей) в режиме реального времени происходит сбор потоков малых данных из медицинских сетевых и других носимых устройств, отслеживающих различные физиологические моменты, связанные со здоровьем пациентов — движения, динамика сна, сердечный ритм, аллергические реакции и прочее. Собранные данные помогают врачам в постановке точных диагнозов, построении плана лечения, повышают безопасность пациентов, упрощают уход за ними, дают возможность непрерывного мониторинга состояния тяжелобольных пациентов.
Применение Интернета вещей способствует созданию более персонализированного подхода к анализу состояния здоровья и более последовательных стратегий борьбы с болезнями.
Ключевые моменты в сфере здравоохранения, которые можно улучшить с помощью IoT. Источник изображения: https://evercare.ru/news/kak-internet-medicinskikh-veschey-vliyaet-na-zdravookhranenie
Энергетика
Здесь с помощью IoT конструкция электрических сетей меняет правила потребления, автоматически собирая данные и обеспечивая мгновенный анализ циркуляции электроэнергии. В результате этого и клиенты, и поставщики лучше понимают, как оптимизировать использование ресурса.
Заключение
Революция в области Интернета вещей представляется важной для развития бизнеса, и это может относиться к любому типу предприятия. Будь то выращивание устриц или создание системы управления движением, самое ценное в технологической концепции IoT — это то, что он открыт к новым вызовам, и в нем достаточно возможностей для реализации практически любой бизнес-идеи.
Прямо сейчас в OTUS открыт набор на курс «Разработчик IoT». Приглашаем на бесплатный вебинар, в рамках которого наши эксперты расскажут еще больше о том, что такое интернет вещей и где он применяется, а также о карьерных перспективах в данной сфере.