Интернет вещей или IoT

Интернет вещей или IoT

Интернет вещей или IoT — это концепция подключения любого устройства (при условии, что оно имеет переключатель включения / выключения) к Интернету и другим подключенным устройствам. Интернет вещей — это гигантская сеть связанных вещей и людей, которые собирают и обмениваются данными о том, как они используются, и об окружающей среде т.е. это все физические устройства по всему миру, которые подключены к Интернету, собирая и обмениваясь данными. Интернет вещей — это часть происходящей сейчас революции Industry 4.0, а также другой важной технологии — блокчейн.

Согласно прогнозам к 2030 году во всем мире будет использоваться около 50 миллиардов устройств Интернета вещей (IoT), а также будет создавая огромная сеть взаимосвязанных устройств, охватывающую все, от подключенных к сети очков Google, Meta до бытовой техники. Границы между корпоративными и общедоступными сетями стираются из-за тенденции «работа из дома». Сегодня 49% населения мира подключено к Интернету, и, по оценкам , во всем мире используется около 8,4 миллиарда подключенных устройств.

Термин «Интернет вещей (IoT), техническим языком — это система взаимосвязанных вычислительных устройств, механических и цифровых машин, объектов, животных или людей, которым предоставлены уникальные идентификаторы и возможность передавать данные по сети без необходимости взаимодействия человека с человеком или человеком с компьютером».

Благодаря дешевым процессорам и беспроводным сетям можно превратить любой предмет, от таблетки до самолета, в часть — Интернета вещей. Это объединяя цифровой и физический миры.

Термин «Интернет вещей» был предложен 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. В этом институте был разработан способ подключения объектов к интернету при помощи технологии RFID.

В 2004 году в Scientific American опубликована статья, посвящённая «Интернету вещей», наглядно показывающая возможности концепции в бытовом применении.

В Интернете вещей все можно разделить на три категории:

  1. Датчики, которые собирают информацию, а затем отправляют ее.
  2. Компьютеры, которые получают информацию, а затем действуют в соответствии с ней.
  3. Вещи, которые делают и то, и другое.

Примеры Интернет вещей или IoT

Любой физический объект можно превратить в устройство IoT, если его можно подключить к Интернету и управлять им через Интернет.

  • светильник, который можно включить с помощью приложения для смартфона, является устройством IoT
  • датчик движения
  • интеллектуальный термостат в офисе
  • подключенный уличный фонарь.
  • системы умного дома (охранные устройства, интеллектуальное освещение, кондиционирование, отопление, подключенная бытовая техника)
  • носимые медицинские устройства как для самостоятельного отслеживания состояния здоровья (пульсоксиметры, глюкометры), так и для мониторинга показателей жизнедеятельности в клиниках
  • системы слежения за логистикой (GPS-трекеры, датчики уровня топлива, системы оповещения для отслеживания поведения водителя)
  • автономный транспорт (сельхозтехника, складские автономные роботы, пассажирские автобусы)
  • умное производственное оборудование (робототехника, решения для профилактического обслуживания).

Термин «Интернет вещей» в основном используется для обозначения устройств, которые обычно не предполагают подключения к Интернету, которые могут связываться с сетью независимо от действий человека. По этой причине ПК обычно не считается устройством IoT, равно как и смартфон, хотя последний забит датчиками. Однако смарт-часы или фитнес-браслет могут считаться устройством IoT.

Типы платформ Интернета вещей

Продукты Интернета вещей состоят из множества компонентов:

  • Аппаратное обеспечение
  • Программное обеспечение
  • Коммуникационные технологии
  • Центральный репозиторий (облачный или локальный)
  • Приложения для конечных пользователей

Типов платформ IoT:

  • Платформы подключения предоставляют коммуникационные технологии для соединения физических объектов с центром обработки данных (локального или облачного) и передачи информации между ними. Среди популярных протоколов подключения и стандартов для Интернета вещей — MQTT, DDS, AMQP, Bluetooth, ZigBee, WiFi, Cellular, LoRaWAN и другие.
  • Платформы аналитики используют интеллектуальные алгоритмы для анализа собранной информации и преобразования ее в полезные идеи для клиентов.
  • Сквозные платформы Интернета вещей охватывают все аспекты продуктов Интернета вещей, от разработки и подключения до управления данными и визуализации.
  • Платформы разработки оборудования предоставляют физические платы разработки для создания устройств IoT, включая микроконтроллеры, микропроцессоры, системы на кристалле (SoC), системы на модуле (SoM).
  • Платформы разработки приложений служат в качестве интегрированной среды разработки (IDE) с инструментами и функциями для программирования приложений.

Архитектура Интернета вещей состоит из 5ти уровней:

Интернет вещей или IoT
Интернет вещей или IoT

Первый элемент системы: датчики, сенсоры, приводы.

Датчики: это очень маленькие устройства или системы, созданные для понимания и обнаружения изменений в их среде, а также для дальнейшей оптимизации информации в своей системе. Датчики обладают уникальной способностью определять физические параметры, такие как влажность или температура, а затем преобразовывать их в электронные сигналы.

Приводы: они представляют собой часть машины, которая позволяет преобразовывать электрический сигнал в физические действия. Эти актуаторы играют решающую роль в качестве компонентов сетей IoT.

Машины и устройства: это основные устройства, у которых есть приводы и датчики.

Второй элемент системы IoT: интернет-шлюзы и системы сбора данных. Система сбора данных (DAS) собирает необработанные данные с датчиков и преобразует их из аналогового в цифровой формат. Затем DAS собирает и форматирует данные перед их отправкой через шлюз Интернета по беспроводным глобальным сетям (Wi-Fi, сотовая связь) или проводным глобальным сетям для следующего этапа обработки.

  • Wi-Fi — самый популярный и универсальный метод, используемый в технологиях, управляемых данными.
  • Ethernet  представляет собой оборудование, которое поддерживает фиксированные или постоянные устройства, такие как видеокамеры, игровые консоли и системы безопасности.
  • Bluetooth  -широко используемая технология, подходящая в основном для связи между устройствами на небольшом расстоянии.
  • NFC (Near Field Communications)  обеспечивает связь на очень коротком расстоянии 50 см. или меньше.
  • LPWAN (глобальная сеть с низким энергопотреблением),  спроектированная и построенная с учетом использования Интернета вещей на больших расстояниях. Эти маломощные устройства WAN могут прослужить до 10+ лет, потребляя при этом низкое энергопотребление.
  • ZigBee  — это еще одна передовая технология беспроводной сети, которая потребляет малое количество энергии и может предложить небольшую возможность совместного использования данных.
  • Сотовые сети  идеально подходят для связи в глобальном масштабе с большим доверием и надежностью. Для IoT существует два широких уровня IoT в сотовой сети:
  • LTE-M — это долгосрочное развитие машин, обеспечивающее очень высокоскоростной обмен данными и бесперебойную прямую облачную связь.
  • NB-IoT как узкополосный, который предлагает небольшой обмен данными с использованием соответственно низкочастотных каналов.

Так же на этом уровне, имеются определенные протоколы передачи даенных:

Служба распределения данных (DDS) представляет собой платформу обмена сообщениями между машинами в реальном времени в системах Интернета вещей.

Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) предоставляет серверные протоколы для серверов через одноранговый обмен данными.

Протокол ограниченного приложения (CoAP) определяет протоколы для ограниченных устройств, которые используют малое энергопотребление и мало памяти, например беспроводные датчики.

Транспортная телеметрия очереди сообщений (MQTT) представляет собой стандарты протокола обмена сообщениями для устройств с низким энергопотреблением, использующих TCP / IP для беспрепятственной передачи данных.

Третий элемент системы IoT: предварительная обработка и аналитика, после того, как данные Интернета вещей будут оцифрованы и агрегированы, их потребуется обработать, чтобы еще больше уменьшить объем данных, прежде чем они попадут в центр обработки данных или в облако. Пограничное устройство может выполнять некоторую аналитику в рамках предварительной обработки. Машинное обучение может быть очень полезным на этом этапе для обеспечения обратной связи с системой и постоянного улучшения процесса, не дожидаясь получения инструкций из корпоративного центра обработки данных или облака. Обработка этого типа обычно происходит на устройстве в месте, близком к тому, где находятся датчики, например, в коммутационном шкафу на месте.

  • Накопление данных

Каждое устройство отправляет миллионы потоков данных по сети IoT. Здесь данные бывают разных форм, скоростей и размеров. Отделение важных данных от этих больших потоков — первоочередная задача, которую профессионалы должны расставить по приоритетам на этом уровне.

  • Абстракция данных

После завершения этапа сбора данных выбранные данные извлекаются из больших данных для приложения, чтобы оптимизировать свои бизнес-процедуры. Здесь абстракция данных следует по следующему пути:

  • Сбор всех данных из всех систем IoT и не-IoT (CRM, ERP и ERM)
  • Использование виртуализации данных для доступа к данным из одного места
  • Управление необработанными данными в нескольких формах

Взаимодействие между устройствами и архитектурой играет решающую роль на уровне обработки.

Четвёртый элемент системы IoT: анализ в облаке или центре обработки данных. На этом этапе обработку данных начинают мощные ИТ-системы для анализа, управления и безопасного хранения данных. Обычно это происходит в корпоративном центре обработки данных или в облаке. Компания может работать в разных регионах, и данные IoT можно анализировать для выявления ключевых тенденций и закономерностей или выявления аномалий.

Пятый элемент системы IoT: на этом этапе обработанные данные поступают менеджерам системы (пользователям). Из этих данных можно узнать тенденции, закономерности и аномалии.

Самые популярные платформы Интернета вещей в 2021 году:

  1. Google Cloud IoT
  2. Cisco IoT Cloud Connect
  3. Salesforce IoT Cloud

В настоящее время во всем мире существует более 600 публично известных платформ Интернета вещей. Лидеры — Amazon AWS IoT Core, Microsoft Azure IoT Hub и IBM Watson.

Внедрение решений на основе данных, сгенерированных системой, имеет ценность только в том случае, если она приводит к решению проблем и достижению бизнес-целей. Новые данные должны инициировать сотрудничество между заинтересованными сторонами, которые, в свою очередь, внедряют новые процессы для повышения производительности. В принятии решений обычно участвует более одного человека, работающего с более чем одним программным решением. По этой причине бизнес-уровень определяется как отдельный этап, более высокий, чем один уровень приложения.