Техника

В мире «интернет-вещей»: один день из 2020 года

«Интернет Вещей» («The Internet of Things»)
------------------------------------------------
Содержание
1   Вступление
2   Что такое «Интернет Вещей»
3   Технологии, составляющие основную суть «Интернета Вещей»
4    Рыночные возможности, предоставляемые развитием «Интернета Вещей» и примеры внедрений
4.1    Примеры внедрений
5    Вызовы и интерес
5.1    Проблемы со стандартизацией
5.2    Проблемы с психологией потребителей
6    2020 год: один день из будущего
7    Используемая и рекомендуемая литература
------------------------------------------------

1 Вступление
Применительно к области вычислений английская википедия дает следующее определение термину «The Internet of Things»:
«The Internet of Things» – это беспроводная самоконфигурирующаяся сеть между объектами типа бытовых приборов (household appliances ). Возникновение концепции «The Internet of Things» приписывают заслугам исследовательской лаборатории «Auto-ID Center», изначально занимающейся проблематикой радиочастотной идентификации (RFID) (фактически эта лаборатория вместе с компанией EPCglobal является родоначальником RFID-технологии), основанной в 1999 году и трансформированной в последующем в исследовательскую группу «Auto-ID Labs», базирующейся в данное время в Массачусетском Технологическом Институте. Точнее обо всех унаследованиях и кто во что трансформировался можно почитать здесь . На сегодня ведущие позиции в разработке «Интернета вещей» занимают Массачусетский технологический институт (США), Политехнический институт (Цюрих, Швейцария), японский университет Кейо, Аделаидский университет (Австралия), корейский университет ICU и китайский университет Фудань.
Идея «Интернета Вещей» сама по себе очень проста. Но вот реализация этой идеи является несравненно более сложным делом. Представьте себе, что все предметы (например, книги, наушники, обувь, другая домашняя утварь, детали автомобилей и сами автомобили и т.п.) снабжены миниатюрными идентификационными устройствами. Наверняка повседневная жизнь на всей Земле тогда подвергнется огромной трансформации. В прошлое уйдут кражи, дефициты товаров, их перепроизводства и проч,, поскольку будет точно известно что, в каком месте и сколько производится и потребляется. Если все повседневные объекты (начиная от йогурта и заканчивая самолетами) будут снабжены миниатюрными радиометками, то все они могут идентифицироваться и управляться компьютерами аналогично как это сейчас делается людьми. Задача адресации всех таких радиометок-объектов возлагается на семейство протоколов IP версии 6 (IPv6). Согласно предварительных расчетов, в случае повсеместного внедрения технологий семейства «The Internet of Things» понадобится идентифицировать и управлять (в первую очередь отслеживать перемещение) «всего-то» от 50-ти до 100,000 миллиардами объектов (все ближе и ближе к гуголю :). Ориентировочно при этом каждый человек будет в среднем «окружен» (носить при себе, или пребывать в непосредственном контакте с) от 1,000 до 5,000 таких объектов.
Итак, рассмотрим более детально, что же это за зверь такой, «Интернет Вещей».

2 Что такое «Интернет Вещей»
В 1996 году Марк Вейзер (Mark Weiser) сформулировал основополагающее видение будущей технологической «вездесущности», один из принципов которой гласил, что возрастание доступности вычислительных мощностей сопровождается снижением их наблюдаемости. Его слова: «Наиболее глубокими и совершенными технологиями являются те, которые исчезают… они переплетаются между собой, формируя обыденность повседневной жизни, до тех пор, пока не становятся от нее неотличимы». Очевидным примером ранних форм вездесущности информационных и вычислительных сетей является массовое использование мобильных телефонов. Эти небольшие устройства давно стали целостной и даже интимной частью для миллиардов людей. Даже в более значительной степени, чем Интернет. В данное время непрерывно проводятся крупные исследования, направленные на то, чтобы феномен мобильных сетей сделал дальнейший принципиально важный шаг: в направлении расширения коммуникаций не только между людьми, а и между людьми и вещами. И даже только между одними вещами! Путем использования встроенных short-range мобильных трансиверов в широкий набор дополнительных гаджетов и обыденных предметов. Вследствие этого можно говорить о новом измерении во всей области информационно-коммуникационных технологий (ИКТ): переход от коммуникаций в любое время из любого места для кого угодно к коммуникациям для чего угодно (см. рис. 1).

Рис. 1. Новое «измерение» в «пространстве» ИКТ

Количество коммуникационных связей т.о. будет лавинообразно нарастать, создавая принципиально новую динамичесткую сеть сетей – «Интернет Вещей». Концепция «Интернета Вещей» - это не научная фантастика, и не попытка ИКТ-отрасли «напустить туману/срубить бабла». Она основана как на солидном развитии информационных и иных технологий, так и на экспертных видениях (visions) усердного развития «всепроникающей» сути коммуникационных сетей.

3 Технологии, составляющие основную суть «Интернета Вещей»
«Интернет Вещей» - это технологическая революция, которая представляет собой будущее вычислений и коммуникаций, и ее развитие зависит от динамических технических инноваций в несколько важных областей: от беспроводных сенсоров до нанотехнологий.

Во-первых, для того, чтобы подсоединить окружающие повседневные объекты и устройства к большим базам данных и сетям – то есть к сети сетей (интернету) – необходима простая, незаметная и эффективная по затратам система идентификации элементов. Только лишь в этом случае данные о вещах могут быть собраны и обработаны. Такую возможность и необходимый функционал предоставляет технология RFID (Radio-Frequency IDentification).

Во-вторых, польза от собранных данных будет проявляться только при возможности отслеживания изменений в физическом статусе элементов, которые описываются этими данными. Для этого используются различные виды сенсорных технологий.

В-третьих, встроенный в объекты «интеллект» может усиливать мощь сети распространяя возможности информационного процессинга к ее периметру.

И наконец преимущества в миниатюризации и нанотехнологиях означают, что все более и более мелкие объекты получат возможность коммуникации и взаимодействия между собой (см. рис. 2). Комбинация всех этих факторов и приведет к созданию «Интернета Вещей», который соединит объекты нашего мира чувствительным и «интеллигентным» образом.

Рис. 2. Миниатюризация объектов в направлении создания «Интернета Вещей»

Очевидно, что с развитием и внедрением интегрированной обработки информации промышленные объекты и повседневные предметы будут приобретать интеллектуальные характеристики и возможности. Они также могут приобретать некую электронную идентичность, которая может удаленно запрашиваться в процессе аутентификации и/или авторизации, или быть снабжены сенсорами для определения изменений в их физическом состоянии. В конце концов даже очень малые объекты (типа частиц пыли) могут быть промаркированы и объединены в [коммуникационную] сеть. Подобного рода развитие превратит исключительно статичны объекты сегодняшнего дня в новые динамичные вещи, вносящие интеллектуальность в наше окружение, стимулирующие создание инновационных продуктов и сервисов совершенно нового типа.

RFID-технология, использующая радиоволны для идентификации предметов, рассматривается как одна из главных движущих сил «Интернета Вещей». Несмотря на то, что она иногда считается «просто» следующим этапом развития бар-кодов, RFID-системы предоставляют неизмеримо больший функционал (в частности отслеживание местонахождения, фактов перемещения и статуса предметов в реальном режиме времени)по сравнению с последними. Я не буду детально останавливаться на описании RFID-технологии, так как уже сделал это несколько раньше в специализированной статье-обзоре .

Рис. 3. EPC RFID-метка, используемая в торговой сети Wal-Mart

В дополнении к перечню всех функциональных возможностей RFID можно сказать, что возможность отслеживать изменения физического статуса вещей является критической в плане фиксации изменений всей окружающей их среды. В этом плане сенсоры играют центральную роль в преодолении разрыва между физическим и виртуальным миром и позволяют вещам реагировать на изменения окружающей их физической среды. Сенсоры собирают данные с окружающей среды, генерируют определенную информацию и повышают осведомленность о ситуации. Например, сенсоры, установленные в электронной оболочке, могут собирать информацию об изменениях внешней температуры, вызывая в свою очередь процедуры подстройки параметров этой оболочки.

Встроенный в самих вещах «интеллект» будет распространять мощь информационно-вычислительной обработки к периметру сети (среды), предоставляя великолепные возможности для обработки данных и увеличивая устойчивость и гибкость сети. Это также позволит вещам и устройствам на границах сети принимать независимые решения. Довольно нелегко дать понятие «умным вещам», хотя неявно под ними подразумеваются наличие определенной процессорной мощи и реакции на внешние воздействия. Достижения в сфере интеллектуальных домов, интеллектуальных устройств и персональной робототехнике являются отдельными примерами лидирующих отраслей. Быстро прогрессируют также исследования в области портативных вычислений (включая портативные мобильные устройства). Ученые используют свой взгляд и свои представления для разработки новых устройств и приспособлений таких как, например (см. рис. 4),

  • интеллектуальные печи с возможностью их управления через мобильный телефон, или Интернет
  • онлайновые холодильники
  • сетевые жалюзи, ставни и экраны

Рис. 4. Умный дом для "продвинутых" людейЭра «Интернета Вещей» будет приближаться по мере внедрения функциональности, предлагаемой всеми этими технологиями с целью реализации видения полностью интерактивной и быстрореагирующей сетевой среды.«Сегодня компьютеры слепы. Технология RFID научит их видеть, - говорит один из ее разработчиков, Кевин Эштон. - С ее помощью можно научить общаться друг с другом любые предметы. Нам нужен ‘Интернет Вещей’. Вот что определит развитие информатики в ближайшие полвека».4 Рыночные возможности, предоставляемые развитием «Интернета Вещей» и примеры внедрений
Технологии «Интернета Вещей» владеют огромным потенциалом, направленным на удовлетворение желаний потребителей, производителей и иных компаний. Однако, чтобы этот инновационный потенциал взрастить от идеи до конкретного продукта (или приложения) для массового рынка, требуется пройти целый трудный путь коммерциализации, вовлекая множество участников, включая организации по разработке стандартов, национальные исследовательские центры, поставщиков услуг, операторов сетей, и «продвинутых» пользователей (см. рис. 5).

Рис. 5. «Интернет Вещей» - от идеи к рынкуНачиная от появления конструктивных мыслей, проходя всю фазу R&D, новые идеи и технологии должны привлекать к работе над своим воплощением в производственную стадию настоящих лидеров-чемпионов в своих отраслях. Фаза вывода на рынок также требует участия ключевых «продвинутых» пользователей, способных продвинуть новацию далее. До настоящего времени технологии, являющиеся движителем «Интернета Вещей», характеризуются активным участием частного сектора, например, через промышленные форумы и разного рода консорциумы. С другой стороны растет также уровень участия и общественного сектора. Это происходит посредством принятия и реализации национальных стратегий технического развития(например, нанотехнология) и инвестиций в определенные сектора народного хозяйства (здравоохранение, безопасность, образование).Сенсорные беспроводные сети широко используются в таких отраслях промышленности как автомобильное строительство, безопасность страны, медицина, космическая промышленность, бытовая автоматика, удаленный мониторинг и контроль, структурный и экологический контроль. Оценки их рыночного потенциала изменчивы (частично из-за различия в определениях и подходах), но аналитики предсказывают значительное возрастание внедрений таких сетей при условии снижения их стоимости.Тем не менее со временем, робототехника расширяется все на новые и новые рынки. В настоящее время, рыночная доля промышленной робототехники значительнее нежели робототехники, занятой в бытовом и сервисном секторах. Но данное положение вещей демонстрирует тенденцию к изменениям, поскольку именно «бытовая» робототехника, как ожидают, приведет к будущему рыночному росту. В игру по-большому счету вступает изменение бизнес-стратегий, в особенности в розничной, автомобильной и телекоммуникационной отраслях промышленности. Компании все решительнее начинают внедрять и использовать основные технологии «Интернета Вещей» для оптимизации своих внутренних процессов, расширения своих традиционных рынков и трансформации в компании нового типа (хороший imho пример такой трансформации – Apple. Кто из аналитиков мог предположить в свое время, что из производителя компьютеров Apple трансформируется в одного из основных игроков медиа-рынка? Даже ACM (Assotiated Computer Machinery) вместе со всеми своими мощными мозговыми центрами этого не смог предвидеть).

4.1 Примеры внедрений
Уже сейчас понятно, что появление «умных вещей» разительно изменит повседневную жизнь. И речь не только о стоянии в очередях в супермаркетах. Примеров несть числа. Скажем, ключи уже не удастся так легко потерять, как это бывает теперь. Прикрепленная к ним микросхема сама определит свои координаты и поможет отыскать пропажу. Автомобили, словно приставленные агенты страховых компаний, будут педантично извещать те самые страховые компании о любом превышении скорости, приучая водителей образцово ездить даже по пустынным трассам. С другой стороны, те же микросхемы заставят автомобили, движущиеся навстречу друг другу, корректировать курс - так что привычка обгонять впереди идущий транспорт по встречной полосе отойдет в прошлое.Или представим себе полки магазина, в котором все товары снабжены электронными метками. Возьмем любой из них, например, бутылку вина. Она не только «знает», на каком винограднике был собран урожай или к каким блюдам лучше всего подходит это вино, но и сообщит, при какой температуре оно лежало на складе и сильно ли трясло бутылку, когда ее везли в магазин.Эффективно также использование RFID-микросхем в промышленности, при хранении и транспортировке изделий. Специалисты говорят даже о «революции в логистике». Весь технологический процесс, от изготовления товаров и их складирования вплоть до доставки клиенту, можно проконтролировать. Считывание информации с электронных меток, в отличие от считывания штрихкода, осуществляется автоматически. Изделие с меткой не нужно подносить к сканеру. Как только перемещаемый товар достигает той или иной узловой точки в транспортной сети, он сам сообщает об этом. После этого товар доставляется в нужном направлении по кратчайшему маршруту. Многочисленные операции, производимые по старинке, почти вручную, и требующие огромного числа документов (описей, накладных и т.п.), могут быть предельно автоматизированы. Благодаря этим меткам можно также контролировать состояние товаров, проданных покупателям, и своевременно проводить профилактическое обслуживание. Йогурт «признается» холодильнику, что срок его годности скоро истечет. Отвертка, забытая авиамехаником в двигателе самолета, непременно подаст голос перед стартом. Коробка конфет, оставленная на столе, заметит, что предельный показатель влажности воздуха превышен, и кондиционер автоматически среагирует на ее жалобу. Датчики на трамвайных остановках сообщат, сколько времени осталось до прибытия очередного рейсового транспорта.«Постепенно нас окружат крохотные компьютеры, вездесущие, как пылинки, - рисует картину не столь отдаленного будущего один американский исследователь. - Они станут снабжать нас самой разнообразной информацией. Например, оконное стекло, пусть оно и закрыто шторой, подскажет мне, кто прошел мимо дома, сосед или незнакомец. Утром, спрыгнув с софы, я не стану нащупывать выключатель - свет загорится сам. И не только в спальне. Мой дом заучит мои привычки. Он запомнит, куда я имею обыкновение заходить поутру, и везде включит свет. Лет через двадцать исчезнет множество теперешних бытовых неудобств. Люди XXI века не поймут, как мы обходились без помощи электронных слуг».Множество предметов уже сегодня связаны с веб-страницами. В качестве маркеров (tags) используются небольшие излучатели радиоволн или графические символы. Иногда сетевой адрес привязывается к координатам в системе GPS. Например, Semapedia позволяет пользователям самим создавать графические тэги и наносить их на материальные объекты. Каждый тэг «ведет» на статью в «Википедии». Тэги прикрепляются на зданиях и других объектах, превращая «интернет вещей» из футурологического термина в часть привычного городского ландшафта.Согласно сообщению из одного онлайнового российского издания (к сожалению потерялась у меня ссылка на него)«Все системы радиочастотной идентификации в России внедряются впервые. Компании, устанавливающей RFID-систему, не нужно тянуть за собой устаревшее оборудование и частоты, подстраивать под задачу уже имеющееся на объекте оборудование, есть возможность внедрять самые передовые разработки. В силу своей дороговизны RFID в России используется преимущественно для осуществления логистических операций, в метрополитене крупных городов (Москва, Санкт-Петербург, Казань) и в библиотечных системах». Можно также отметить, что в Санкт-Петербурге с помощью RFID автоматизирована библиотека восточного факультета СпБГУ, а в Москве этой системой оснащен Дом украинской книги имени Леси Украинки.5 Вызовы и интерес
5.1 Проблемы со стандартизацией
Как и во многих других инновационных областях уровень стандартизации в области «Интернета Вещей» если и не пребывает в «младенческом» возрасте, то уж точно довольно сильно фрагментирован. Это, в принципе, не новость. Достаточно вспомнить процесс развития и внедрения того же Интернета (развитие стандартов TCP/IP стека) и мобильных телефонов (стандарты IMT-2000).

Первоначальные успехи в процессе стандартизации RFID-технологии были достигнуты благодаря стараниям уже упоминавшейся исследовательской фирмы Auto-ID Center, а потом EPC Global. Однако, в настоящее время усилия в этом направлении оказались чересчур распылены среди различных форумов по стандартизации (ETSI, ISO и т.д..), а в последнее время были и призывы к активизации деятельности и ITU в деле стандартизации протоколов RFID. Стандартизация сенсорных беспроводных сетей проводилась в основном Альянсом ZigBee , хотя ныне определенную активность проявляют и другие участники. В отличие от RFID и сенсорных сетей стандарты в нанотехнологии и робототехнике намного более фрагментированы, страдают от недостаточности общих определений, чрезмерного количества активно заинтересованных участников и нормативных актов регуляторной политики.

Еще одними, хоть и не столь серьезными, врагами новой технологии являются металл и вода. Эти материалы экранируют радиоволны, мешая передаче информации. Нередко, если считывающие устройства расположены рядом, они затрудняют работу друг друга. Т.е. их надо разносить на некоторое расстояние. Также во многих случаях введение электронных меток оказывается бессмысленным с экономической точки зрения. Привычный штрихкод зачастую лучше и дешевле.

5.2 Проблемы с психологией потребителей
Одной из самых важных проблем в распространении технологий «Инетрнета Вещей» является убеждение пользователей в том, что эти технологии не посягают на приватные данные и частную жизнь. Вопросы, связанные с нарушением частной жизни и защиты данных очень актуальны, особенно по отношению к возможностям сенсоров и интеллектуальных устройств отслеживать передвижения пользователей, их привычки и предпочтения.
Кто в конечном счете будет управлять данными, собранными всеми сенсорами (глазами и ушами), размещенными в окружающей нас среде? Известен случай, когда активисты различных общественых движений уже препятствовали коммерческим испытаниям RFID, проводимым двумя известными ритейлерами. Отсюда следует, что для реального продвижения технологий «Интернета Вещей» непременно следует озаботиться принципами консенсуса на основе всей полноты информации, конфиденциальности и безопасности данных. Кроме того, вопросы защиты частной жизни не должны ограничиваться только техническими решениями, но охватывать также вопросы регулирования, основанные на законах рынка и социоэтических общественных слушаний (см. рис. 6).

Рис. 6. Аспекты защиты частной жизни

Если не будут организованы усилия, вовлекающие правительства, гражданское общество, частный сектор для защиты этих ценностей, то развитие «Интернета Вещей» столкнется с серьезным противодействием, если вообще не будет похоронен. Только через глубокое понимание технических достижений и проблем, к которым они могут привести, можно реализовать все преимущества «Интернета Вещей».

6 2020 год: один день из будущего
Что же означает технология «Интернет Вещей» в практическом смысле для гражданина будущего? Давайте вообразим на мгновение один реальный день из жизни 23-летней студентки по имени Роза, из Испании, в году эдак 2020.

Роза только что поссорилась со своим другом и хочет немного расслабиться и успокоиться. Она решила съездить во французские Альпы в своей «умной» Тойоте, для того, чтобы провести выходные на лыжном курорте. Но, кажется, сразу столкнулась с первой проблемой – она вынуждена посетить станцию техобслуживания, потому что сенсорная система RFID-датчиков ее автомобиля (необходимая согласно действующего на то время законодательства) начала сигнализировать о возможной проблеме с покрышками.
Проезжая через вход СТО автомобиль одновременно, причем совершенно прозрачно (незаметно) для Розы, автоматически проходит всестороннюю проверку благодаря диагностическим средствам СТО, основанным на датчиках и радио-технологии, которые предлагают Розе пройти дальнейшую, более глубокую проверку на специализированном терминале обслуживания. Терминал оборудован полностью автоматизированными «руками роботов», и Роза спокойно оставляет свой любимый автомобиль, чтобы выпить немного кофе. Автомат «Orange Wall» по продаже напитков знает о приверженности Розы к ice-кофе и наливает его в стакан после того, как девушка подносит свои интернет-часы к считывателю для совершения безопасной (SSL) банковской транзакции в качестве оплаты за напиток. Когда она возвращается, новая пара покрышек с интегрированными RFID-метками уже установлена на ее автомобиль, позволяя в реальном режиме времени мониторить давление, температуру и деформацию.
Информация, хранящаяся в системе управления автомобиля Розы, предназначена для целей сервисного обслуживания, но также может быть считана в различных пунктах в пути следования, где доступны RFID-считыватели. Однако, так как девушка не желает, чтобы кто-либо знал (а особенно в то время ее друг :)) куда она едет и где в данный момент находится, она просто включает в системе управления опцию «privacy» для предотвращения нежелательного отслеживания своего текущего местонахождения.

Наконец Роза может пройтись по магазинам и едет к ближайшему Mall'у. Она желает подобрать себе новый сноубордистский жилет с встроенным медиаплейером и некоторыми дополнительными возможностями, позволяющими подстраивать функциональность жилета в зависимости от погодных условий. Курорт, к которому она направляется, использует сеть беспроводных датчиков для контроля за уровнем опасности схода лавин. Таким образом девушка будет чувствовать себя в полной безопасности.
На французско-испанской границе ей нет никакой необходимости останавливаться, поскольку автомобиль Розы содержит всю необходимую информацию касательно ее водительских прав и паспорта, которая автоматически передается на специализированные установки пограничного контроля.

Внезапно Роза получает видео-вызов, отображающийся на ее солнцезащитных очках с дополнительной функциональностью (встроенный монитор отображения видео-вызовов). Девушка останавливается и видит своего друга, который просит у нее прощения и спрашивает, не желает ли она провести эти выходные вместе. Ее настроение сразу улучшаается, и она подает речевую команду навигационной системе на снятие опции «privacy» для того, чтобы автомобиль ее друга мог бы найти ее местоположение (через GPS? - прим. мое) и сориентироваться непосредственно на него.

7 Используемая и рекомендуемая литература

  • «The Internet of Things» - статья в википедии. Крайне рекомендуется. В этой же статье присутствует достаточное количество других ссылок на предметную область.
  • «ITU Internet Reports 2005: The Internet of Things Executive Summary» - краткое резюме отчета ITU-T «The Internet of Things», специально выданного к Мировому Саммиту Информационного Сообщества, состоявшемуся 16-18 ноября 2005 года в Тунисе. Полный 130-страничный отчет стоимостью 100 швейцарских франков за каждый раздел (их есть 6), включающий в себя информацию о слиянии ключевых технологий, рыночных возможностях, политических последствиях, о влиянии на бизнес и на каждого человека, можно заказать и получить прямо с официального ITU-T сайта.
  • «Internetting every thing, everywhere, all the time» - неплохая научно-популярная (больше, конечно, популярная, чем научная :) статья Cherise Fong в CNN.
  • «Интернет вещей» - статья Влада Кротова в «ComputerWorld Russia», где рассматриваются примеры новаторских применений RFID.
  • «Социальная сеть фотографий» - статья из журнала «Секрет фирмы» № 20 (203) за 28.05.2007.
  • «Маечное знакомство» - статья из журнала «Секрет Фирмы» № 24 (207) за 25.06.2007. Очень поучительная! Читать!

Автор:  Олег Гринчук,  http://telecomer.com/ucontent/blogs/1002.html

Нажмите, чтобы прокомментировать

Вы можете сказать по этому поводу все что думаете

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Новое

To Top