В настоящее время прогресс и его роль в жизни людей стремительно увеличивает свои темпы. Нас окружают множество объектов, соединённых с помощью компьютерной сети. Это всевозможные устройства от IP-телевизоров до датчиков артериального давления, подключенных к интернету. Современного человека уже невозможно представить без разных гаджетов, возможности которых порой колоссально удивляют.
Традиционно под Интернетом Вещей понимается новый этап развития интернета, расширяющий все системы сбора, анализа и распределения информации, увеличивающий возможности человека.
Иными слова, Интернет Вещей (англ. Internet of Things, IoT) представляет собой концепцию вычислительной сети физических предметов, оснащённых встроенными технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой, рассматривающую организацию таких сетей как явление, способное перестроить экономические и общественные процессы, исключающее из части действий и операций необходимость участия человека. [1]
Появление первой Интернет-вещи произошло в 1990 году, когда Джон Ромки представил миру уникальный тостер, который можно было запустить из сети. Однако, концепция и термин для неё впервые сформулированы основателем исследовательской группы Auto-ID при Массачусетском технологическом институте Кевином Эштоном в 1999 году на презентации для руководства Procter & Gamble. В презентации рассказывалось о том, как всеобъемлющее внедрение радиочастотных меток сможет видоизменить систему управления логистическими цепями в корпорации. [2]
Период 2008–2009 гг. аналитики корпорации Cisco считают «настоящим рождением «Интернета Вещей», так как именно в этом промежутке количество устройств, подключённых к глобальной сети, превысило численность населения Земли, тем самым «интернет людей» стал «интернетом вещей», что наглядно представлено на рисунке 1.
Рис. 1. Тенденции роста населения Земли и количества подключенных устройств
Все мы знаем о трех промышленных революциях, однако, с 2011 года введен термин четвертой индустриальной революции, под которой понимается переход на полностью автоматизированное цифровое производство, управляемое интеллектуальными системами в режиме реального времени в постоянном взаимодействии с внешней средой, выходящее за границы одного предприятия, с перспективой объединения в глобальную промышленную сеть вещей и услуг.
В таблице 1 приведены краткие характеристики каждой из революций. Можно увидеть, что четвертая промышленная революция является настоящим прорывом, возможности которого в прошлом веке могли только снится. Такие изменения приводят к колоссальным результатам, таким как: прямой доступ производителя к потребителю, эффективное распределение, экономика совместного пользования и многое другой. Причем это далеко не предел возможностей технологий Интернета Вещей.
Таблица 1
Краткие характеристики четырех промышленных революций
|
Промышленный переворот |
Период |
Инновации/прорывы |
Результат |
|
Первая промышленная революция |
Конец 18 — начало 19 века |
Водяные и паровые двигатели, ткацкие станки, механические устройства, транспорт, металлургия |
Переход от аграрной экономики к промышленному производству, развитие транспорта |
|
Вторая промышленная революция |
Вторая половина 19 — начало 20 века |
Электрическая энергия, высококачественная сталь, нефтяная и химическая промышленность, телефон, телеграф |
Поточное производство, электрификация, железные дороги, разделение труда |
|
Третья промышленная революция |
Конец 20 века |
Цифровизация, развитие электроники, применение в производстве инфокоммуникационных технологий (ИКТ) и ПО |
Автоматизация и робототехника |
|
Четвертая промышленная революция |
Термин введен в 2011 году в рамках государственной Hi-Tech Стратегии Германии |
Глобальные промышленные сети, Интернет вещей, переход на возобновляемые источники энергии, переход от металлургии к композитным материалам, 3D принтеры, вертикальные фермы, синтез пищи, самоуправляемый транспорт, нейросети, генная модификация, биотехнологии, искусственный интеллект |
Распределенное производство, распределенная энергия, сетевой коллективный доступ и потребление, замена посредников на распределительные сети, прямой доступ производителя к потребителю, экономика совместного использования |
Сегодня к интернету уже подключено 10 миллиардов устройств. Реальный Интернет Вещей (IoT) состоит из трех сегментов, развивающихся каждый своим путем:
- Межмашинные коммуникации (M2M). Это не новшество, технологии M2M — необходимая составляющая IoT.
- Умные системы. Данная концепция получит широкое признание, и первым шагом к этому станут периферийные устройства, связывающиеся по Bluetooth.
- Ситуативный Интернет-вещей. Этот сегмент состоит из привычных, но усовершенствованных бытовых вещей.
Интернет Вещей обычно разделяют на промышленный и потребительский. К промышленному относят умный транспорт или подключенные автомобили, умный город, умные сети в энергетике, умные машины и целые фабрики. К потребительскому — носимые устройства, подключенные устройства, умный дом и др. Более расширенная классификация представлена в таблице 2.
Таблица 2
Классификация составляющих Интернета Вещей. [3]
|
Параметр |
Классификационное деление |
|
По стоимости |
Дешевые |
|
Средние |
|
|
Дорогие |
|
|
Эксклюзивные |
|
|
По интерфейсу |
Интерфейс с низкопотребляющими сетями (ZigBee, 6LoWPAN, RPL, Bluetooth) |
|
Интерфейс с беспроводной локальной сетью Wireless LAN (WiFi) |
|
|
Интерфейс с беспроводной местной сетью (WiMax) |
|
|
Интерфейс с сотовой сетью (3G, 4G, 5G) |
|
|
Проводной интерфейс (Ethernet) |
|
|
По вычислительной возможности |
На основе микрочипа (RFID, NFC) |
|
Без использования аналого-цифрового преобразователя (ПАВ-метки) |
|
|
На основе процессора (компьютеры, микрокомпьютеры) |
|
|
На основе микроконтроллера |
Определения IoT (Интернет вещей) и M2M (Межмашинное взаимодействие) часто принимают за одно и то же. Однако M2M по сути своей — это технологии, отвечающие за обеспечение связи между устройствами. Они являются одной из многочисленных составных частей Интернета вещей. IoT — более широкое определение, которое помимо коммуникации объектов подразумевает вовлечение в это взаимодействие дополнительных контекстов. По этой причине многие специалисты считают, что в будущем термин можно будет обозначить как «Интернет Всего». Наблюдать переход мы можем на рисунке 2.
Рис. 2. Переход от технологии M2M к IoT
В данной работе особое внимание уделяется технологии M2M. Под межмашинным взаимодействием (англ. Machine-to-Machine, M2M) понимают общее название технологий, которые позволяют машинам обмениваться информацией друг с другом, или же передавать её в одностороннем порядке. Боб Хил (член рабочей группы IEEE 802.15) поясняет: «M2M означает передачу телеметрических данных между устройствами, которые нельзя назвать традиционно сетевыми, такими, как кондиционеры, системы безопасности и лифты». [4]
Как отметил Роб Конант (вице-президент по развитию бизнеса компании Dust Networks), в основе M2M лежит идея, что машина приносит больше пользы, когда она подключена к сети, а полезность сети растет по мере увеличения числа машин, к ней подключенных. Благодаря M2M машины могут не только собирать данные о других устройствах, но и, в некоторых случаях, на основе полученной информации предпринимать определенные действия. [5]
Одной из первых разработок в области мобильного межмашинного взаимодействия является решение OmniTRACS компании Qualcomm, разработанное в 1989 году для отслеживания коммерческого транспорта. Такие «умные наклейки» применяются в медицине, обеспечении безопасности, в навигации, телематических, платёжных системах, в системах категории «умный дом», для обеспечения «электронного правительства», систем контроля и учёта энергоресурсов и многих других областях.
В последнее десятилетие устройства Интернета Вещей стали использоваться в самых разнообразных отраслях, число которых растет с каждым годом. Ниже представлены лишь некоторые сферы использования:
- Банки и платежные системы (решения для соединения банкоматов, терминалов оплаты и других устройств с корпоративными IT-системами клиента)
- Транспорт и логистика(решения для мониторинга автопарка, грузоперевозок, городского и муниципального транспорта)
- Безопасность (решения по охране стационарных/подвижных объектов, видеонаблюдение)
- Технологические АСУ естественных монополий и промышленных предприятий (энергетика, ЖКХ) и другие отрасли (потребительская электроника, вендинг).
Хотя технология M2M, в первую очередь, рассчитана на беспроводную связь, в некоторых ситуациях проводные системы будут играть не менее важную роль. Например, проводные системы M2M способны функционировать на производстве, несмотря на применение стальных конструкций или армированного бетона в зданиях и оборудовании. Радиоволны беспроводных систем не всегда могут проникать сквозь них. Проводные системы M2M во многом работают так же, как беспроводные, за исключением применения в них беспроводных протоколов и отсутствия инфраструктуры радиомодулей. В таблице 3 представлены следующие основные функции М2М, выделяемые учеными, которые способствуют улучшению качества жизни на всей планете.
Таблица 3
Основные функции M2M. [6]
|
Функция M2M |
Роль функции вжизни общества |
|
Повышение эффективности информационных технологий для бизнеса и власти |
Государственные и частные организации могут значительно выиграть по части автоматизированных бизнес-процессов, планирования ресурсов (ERP) и оптимизации управления взаимоотношениями с клиентами (CRM) |
|
Получение и сохранение конкурентных преимуществ |
M2M добавляет новые функции в уже известные устройства. Например, электронику можно напрямую связать с охранными системами или страховой компанией, чтобы вовремя предотвращать проблемы |
|
Соблюдение нормативных требований |
Иногда государственное регулирование подразумевает постоянное снятие показаний с приборов. Этот фактор может дать сильнейший толчок роста для M2M в ближайшие 2–3 года. |
|
Экологическая функция |
M2M в режиме реального времени помогает оптимизировать процессы. Например, на автопарковке M2M может сократить количество времени на поиск свободного места, что способствует уменьшению количества выброшенных в воздух машинных выхлопов. |
Стоит уделить внимание тому, что существуют некоторые общие тенденции развития M2M, такие как:
- Удаленные узлы становятся все более «интеллектуальными». Эксперты уверены, что в ближайшее время устройства буду оснащены более широким функционалом.
- Миниатюризация M2M-систем. Открывает возможности для применения этих технологий там, где они были немыслимы ранее.
- Малогабаритные и легко встраиваемые М2М- устройства пользуются высоким спросом на рынке.
- Высокая надежность, эксплуатационная готовность и стабильность изделий. Поскольку многие системы функционируют без участия человека, имеют мобильный характер или располагаются в труднодоступных областях, где полевое обслуживание является затратным или труднореализуемым.
- Важна высокая скорость передачи данных в обоих направлениях. В M2M- системах данные часто генерируются на мобильном устройстве, а затем выгружаются с него.
Важной проблемой современного рынка M2M является безопасность такого типа взаимодействия. К сожалению, о ней создатели подобных устройств думают далеко не в первую очередь, ставя во главу угла практичность и удобство применения.
Первые внедрения межмашинного взаимодействия в России относятся к банковской отрасли, использовавшей радиосвязь в банкоматах. Значительный толчок сегменту M2M придал начавший формироваться с начала 2000 годов рынок платёжных терминалов и систем позиционирования на основе GPS/ГЛОНАСС. В начале 2000-х годов у операторов мобильной связи начали появляться специальные тарифы для подобных услуг, а с начала второго десятилетия двухтысячных годов полный спектр тарифов на услуги мобильного межмашинного взаимодействия представлен в продуктовой линейке всех крупнейших операторов мобильной связи.
В настоящее время глобальными лидерами в области M2M являются американские (AT&T, Sprint, Verizone) и европейские (Telenor Connexion, Vodafone, Telstra) операторы. В России свои решения предлагают сотовые операторы МТС, Beeline, «Мегафон», Tele2. В 2010–2012 годах главными драйверами рынка мобильного межмашинного взаимодействия были ГЛОНАСС/GPS системы на пассажирском, спецтранспорте и в сегменте грузовых перевозок, электронные платёжные системы и потребительский сегмент (в первую очередь навигаторы с функцией мониторинга пробок). Быстро росли и другие сфнрыM2M (промышленность и энергетика, умное страхование), но пока в них число подключений небольшое, и они оказывают слабое влияние на рынок в целом.
В 2016 году по оценкам «Директ инфо» рынок межмашинного взаимодействия в России может вырасти до 23 млн. устройств. Основными драйверами роста рынка останутся системы на базе ГЛОНАСС, сегмент потребительской электроники (навигаторы, планшеты, устройства чтения электронных книг), платёжные системы и розничная торговля. Темпы роста мобильных M2M-подключений в России остаются достаточно высокими, что указывает на то, что рынок все еще находится в начальной стадии развития и имеет большой потенциал развития. Например, абонентская база M2M у Вымпелкома выросла в 2014 г. на 51 %, у МегаФона — на 152,6 %.
Один из наиболее заметных M2M-проектов на российском рынке — производитель RFID-меток «РСТ-Инвент», совместное предприятие РОСНАНО и группы «Систематика». Компания «РСТ-Инвент» производит «умные» наклейки серии iNano для логистики, маркировки лекарственных препаратов и библиотечных архивов. Общий бюджет проекта — 630 млн. рублей, из которых 190 миллионов выделила корпорация РОСНАНО.
Третье десятилетие двухтысячных, по прогнозам, покажет устойчивый рост числа соединенных устройств. (рисунок 3).
Рис. 3. Число соединенных устройств по основным отраслям экономики в мире в 2019 году, млн шт.
Основное число соединений придётся на энергетику, транспорт, промышленность и здравоохранение. Однако, наибольшие доходы принесет транспортный и промышленный секторы (рисунок 4)
Рис. 4. Доходы рынка Интернета вещей по основным отраслям экономики в мире в 2025 году, в млрд. евро
По мнению экспертов, 2017 год пройдет под знаком конкурентной борьбы между операторами сотовой связи в области IoT для крупных госкомпаний и корпоративных заказчиков. До этого времени за этих заказчиков будут бороться как крупные игроки ИТ-рынка (Cisco, HP, SAP, Microsoft), так и стартапы рынка LPWA (Low Power Wide Area). Массовый рынок IoT, скорее всего, возникнет не ранее 2018 года, когда рыночная цена оконечных устройств опустится на порядок по сравнению с существующими сегодня — до 10–12 евро за устройство. Коммерциализация технологии NB-IoT (NarrowBand IoT) представляющей собой стандарт LTE-Cat.M2 приложений для узкополосного Интернета вещей и подходящей практически для всех отраслей, к сожалению, по прогнозам также будет сдвинута по времени и по некоторым оценкам, начнется в России не ранее 2018 г. Стоит отметить, что к основным барьерам внедрения Интернета Вещей в России часто относят:
- Технологический барьер между Россией и ведущими технологическими державами, делающими ставку на внедрение высокоэффективных технологий.
- Отсутствие понимания практического применения со стороны большинства массовых пользователей.
- Финансовые и психологические барьеры даже для тестирования подобных услуг.
- Низкую покупательная способность.
- Отсутствие интегрированных юридических и технических решений во взаимодействии с управляющими компаниями.
Согласно статистике, на каждого жителя Земли в настоящее время приходится по три подключенных устройства. Чаще всего это смартфон, ноутбук и умная вещь: фитнес-трекер, smart-часы, подключенный телевизор или умная система безопасности. В первую очередь умные вещи позволяют разгрузить быт и автоматизировать повседневные, рутинные обязанности человека. Например, это может быть будильник, который синхронизирует информацию с умным матрацем и включает звонок после завершения очередной фазы сна пользователя, не нарушая тем самым отдых организма и способствуя легкому подъему. Машина, которая прогревает двигатель к выходу хозяина из квартиры. Умный холодильник, формирующий список покупок, исходя из диеты пользователя смартфона. Все это — уже созданные умные вещи, которыми можно оборудовать свой дом.
В мире насчитывается более 2 миллиардов «связей» между 200 млн. приборов. Ожидается, что к 2022 году число таких связей составит 18 миллиардов. Объем мирового рынка эксперты оценивают в $250 миллиардов, а к 2022 году прогнозируют увеличение до $1,2 триллиона. Такой рост связан с развитием технологий облачных вычислений и ростом продаж смартфонов.
Считается, что добавочная стоимость за счет использования технологий Интернета Вещей в мировой бизнес-практике составит 1,9 трлн. долларов к 2020 году. Лидирующими сферами по использованию Интернета вещей станут производство (15 %), здравоохранение (15 %) и страхование (11 %). Можно прогнозировать, что значительная часть применяемых технологий Интернета Вещей придется на системы электронного мониторинга и радиочастотную идентификацию. На рис.5 представлено общее количество устройств Интернета Вещей, подключенных в России за последние годы и прогнозы до 2018г. Число таких устройств с 2010 года уже выросло в 4 раза. [7]
Рис. 5.. Общее количество устройств интернета вещей, подключенных в России на 2015 год и прогнозы на 2018 год, тыс. штук.
Инвестиции в такого рода инновации довольно рискованны, однако при выигрышной ситуации могут принести колоссальные прибыли. Например, в 2014 году интернет-гигант Google приобрел компанию Nest Labs за $3,2 млрд. В этом же году конгломерат Samsung за $200 млн. купил компанию SmartThings, технология которой обеспечивает кросс-платформенную коммуникацию между умными устройствами в доме. В марте 2015 британская компания AlertMe (сервис мониторинга домашнего энергопотребления) была продана British Gas (часть группы Centrica PLC) за £65 млн. ($100 млн.). Американская компания по спортивной экипировке Under Armour заплатила в сумме $560 млн. за две компании персонального мониторинга Endomondo и MyFitnessPal. В 2015 году производитель шин и автокомпонентов Continental инвестировал $687 млн. в компанию Elektrobit, разрабатывающую встроенное программное обеспечение для автомобилей. Заметим, что Continental интересуется подключенными автомобилями (Connected Car) и сотрудничает с IBM и Cisco в области беспилотных авто, а Elektrobit, в свою очередь, владеет 51 % долей в совместном с Audi предприятии, разрабатывающем дисплеи, системы распознавания голоса и развлечений.
По разным прогнозам, объемы подключенных устройств на транспорте во всем мире увеличатся более чем на 400 % (рисунок 6). Значительная часть применяемых технологий Интернета Вещей придется на системы электронного мониторинга и радиочастотную идентификацию.
Рис. 6. Прогнозы по росту количества подключенных устройств на транспорте к 2018 и 2020 гг., в %
Таким образом, Интернет Вещей и технологии межмашинного взаимодействия формируют фундамент семантической сети и применения искусственного интеллекта в быту, строительстве, медицине и многих других отраслях.
Развитие идет стремительно во всем мире и России, однако в нашей стране существуют некоторые барьеры, среди которых особое влияние оказывает технологический барьер между Россией и развитыми странами, который в будущем обязательно будут преодолен.
Литература:
- Что такое Интернет вещей (InternetofThings, IoT) [Электронный ресурс]. URL: http://tadviser.ru/a/135141
- Kevin Ashton. That ‘Internet of Things’ Thing. In the real world, things matter more than ideas // RFID Journal, 22 June 2009.
- О классификации Интернета вещей [Электронный ресурс]. URL: http://rusbase.com/opinion/iot-classes/
- Новостной портал ITC.ua http://m.itc.ua/articles/m2m_-_ot_mashiny_k_mashine_19417/
- Интернет-журнал «Открытые системы. СУБД» № 10, 27.10.2004, Джордж Лоутон «Перспективы технологии межмашинного взаимодействия» http://www.osp.ru/os/2004/10/184661/
- Дэйв Эванс (Dave Evans) Интернет вещей: как изменится вся наша жизнь на очередном этапе развития Сети http://www.cisco.com/web/RU/news/releases/txt/2011/062711d.html
- Проблемы и перспективы Интернета вещей [Электронный ресурс]. URL: http://rusbase.com/opinion/russian-iot/
