Информационное письмо
Образец оформления статьи
Анкета автора
18.10.2016

Концепция Интернета вещей: возможности использования в управлении техническими устройствами

Семенченко Полина Игоревна
Факультет математической экономики статистики и информатики, ФГБОУ ВО «РЭУ им. Г.В. Плеханова», г. Москва, Российская Федерация
Аннотация: В данной статье рассматривается такая популярная в наши дни технология как интернет вещей. Выделяются и описываются механизмы работы, разновидности и конкретные примеры внедрения данной технологии. Особое внимание уделено вопросу безопасности, а также перспективам развития интернета вещей. Статья написана с помощью как российских, так и зарубежных источников информации и помогает максимально подробно рассмотреть настоящее и будущее технологии интернета вещей, в частности возможности её применения в повседневной жизни.
Ключевые слова: интернет, интернет вещей, информационная система, многоквартирный дом, умные гаджеты, умный дом
Электронная версия
Скачать (928.9 Kb)

Интернет вещей — сегодня этот термин можно услышать чуть ли не на каждом шагу. Само понятие «интернет» наверняка знакомо большинству из нас. С каждым годом эта технология развивается и охватывает всё больше гаджетов. Появляются новые возможности, а также новые понятия, одним из которых стал термин «интернет вещей». Многие компании присоединяются к программе по созданию, разработчики выпускают специальные процессоры и GPU для новых поколений устройств. Однако далеко не все знают, что же именно представляет собой Интернет вещей, как это работает и какое развитие этой технологии можно ожидать в будущем.

Определений термина сегодня можно найти сразу несколько, начиная от самых сложных и длинных и заканчивая простыми и понятными. В общем и целом, Интернет вещей (Internet of Things, IoT) — это единая сеть физических объектов, способных изменять параметры внешней среды или свои, собирать информацию и передавать ее на другие устройства. Те самые «умные» гаджеты, о которых мы в последнее время все чаще слышим и держим в руках, — непосредственные участники IoT.

Концепция единой сети «умных девайсов» была впервые выдвинута ещё в 1982 году, когда одним из первых устройств, получивших возможность подключаться к сети, стал автомат по продаже Кока-колы, установленный в Университете Карнеги-Меллон. Он передавал данные о том, сколько бутылок с напитком сейчас в автомате, как долго они стоят, а также отображал информацию о том, холодная газировка или тёплая. Несколько лет спустя, в 1994 году, в своей статье для журнала IEEE Spectrum инженер Реза Раджи упомянул о соединении, «в котором пакеты данных небольшого объёма аккумулировались бы в узлах сети, что позволило бы автоматизировать и интегрировать какие угодно процессы – от бытовых до промышленных» [4]. Тогда же ряд крупных компаний, таких как Microsoft или Novell, начали вести разработки в сфере Интернета вещей. Впервые термин «Интернет вещей» (Internet of things) использовал известный футуролог Кевин Эштон в 1999 году, предсказав начало эры, когда бытовые приборы уже не будут пассивными устройствами, а станут высокоинтеллектуальными гаджетами, без участия человека подключающимися к интернету. Тогда он предложил концепцию системы управления промышленными объектами через интернет. В его презентации рассказывалось, как всеобъемлющее внедрение радиочастотных меток сможет видоизменить систему управления логистическими цепями в корпорации.

Конечно, в те времена все это казалось не более чем очередной фантастической и неосуществимой идеей. Но с развитием технологии концепция Интернета вещей постепенно претворяется в жизнь и ежегодно совершенствуется, в том числе и в наши дни.

Первой вещью, которая смогла подключаться к интернету самостоятельно (без участия пользователя), был вовсе не телефон и не смартфон, а самый обычный тостер, созданный в 1990 году Джоном Ромки (John Romkey), выпускником Массачусетского технологического института. Спустя 20 лет количество устройств, подключенных к глобальной сети, превысило население планеты.

Начиная с 2009 года, в Брюсселе проводятся ежегодные конференции, посвященные концепции Интернета вещей. Сегодня эта идея считается очередным этапом зрелости новых технологий. Планируется, что в полном объеме концепция будет введена в течение ближайших 10 лет.

Каким же конкретно образом устроен интернет вещей? Как работает эта технология?

Механизм работы

Интеграция вещей с интернетом подразумевает использование IP-адреса как уникального идентификатора. Объекты интернета вещей помимо использования сенсорных технологий подразумевают также наличие технологий срабатывания (например, лампы или замки, управляемые через интернет). Возможности сетевых встраиваемых устройств предполагают, что интернет вещей находит применение практически в любой области. Подобные системы могли бы отвечать за сбор информации в настройках, начиная от природных экосистем и заканчивая зданиями и заводами.

С другой стороны, эти системы также могут быть ответственным за выполнение действия, а не просто за приём данных. Интеллектуальные торговые системы, например, могут контролировать поведение конкретных потребителей в магазине, отслеживая их мобильные телефоны. Эти пользователи затем могут получить специальные предложения на свои любимые продукты или даже расположение мест, которые им нужны, чтобы купить то, что им может понадобиться.

Однако применение интернета вещей не ограничено только этими областями. Другие специализированные варианты использования Internet of things также могут существовать. Обзор некоторых из наиболее известных областей применения мы рассмотрим далее. IOT продукты могут быть классифицированы в целом на пять различных категорий: смарт-носимые устройства, умный дом, умный город, умная среда, умные предприятия. IOT-продукты и решения на каждом из этих рынков имеют разные характеристики.

Умные гаджеты (smart wearable)

Smart wearable гаджеты иначе именуются как умные носимые устройства. В их число входят различные фитнес-браслеты и другие устройства, которые можно постоянно носить с собой. Они отслеживают местоположение человека, его физическое состояние, уровень его активности и как правило отображают эту информацию на сенсорном экране или направляют её на смартфон. На основании информации о своём владельце подобные устройства могут отсылать рекомендации и советы, создавать план тренировок и предупреждать о различной опасности.

Умное окружение (smart environment)

Данные технологии обеспечивают повышение эффективности работы промышленности и инфраструктуры за счет применения интеллектуальных электронных систем — так называемых «умных» сред, что является одним из наиболее известных направлений технологического.

На сегодняшний день существует множество концепций применения «умных» сред в различных предметных областях: проекты «умных» транспортных систем (intelligent transportation system), «умного» производства (smart manufacturing), «умных» домов (smart houses), «умных» городов (smart cities) и т. д.

«Умная» (интеллектуальная) среда определяется как физическая инфраструктура (сенсоры, исполнительные механизмы и сети), позволяющая функционировать окружающему интеллекту. Согласно другому определению, «умная» среда представляет собой электронную среду, способную получать и использовать информацию об окружающей реальности, а также приспосабливаться к нуждам пользователей для улучшения их взаимодействия с внешней средой.

Следует отметить, что в тематических публикациях (в особенности неисследовательского характера) понятия «окружающий интеллект» и «умные» среды часто используются как синонимы, что вносит определенную путаницу.

Умный дом (smart home)

Умный дом (smart home, также home automation) в этом значении — система домашних устройств, способных выполнять действия и решать определенные задачи без участия человека. Наиболее распространенные примеры таких действий - автоматическое включение и выключение света, автоматическая коррекция работы отопительной системы или кондиционера и автоматическое уведомление о вторжении, возгорании или протечке воды.

Домашняя автоматизация в современных условиях — чрезвычайно гибкая система, которую пользователь конструирует и настраивает самостоятельно в зависимости от собственных потребностей. Это предполагает, что каждый владелец умного дома самостоятельно определяет, какие устройства и где установить и какие задачи и как они будут исполнять.

Теперь с Internet of things, также можно контролировать электрические устройства, установленные в доме, пока вы находитесь в другом месте. Ваша вода будет теплой, как только вы встаете утром для душа. Все указания направляются на смарт-устройства, которые составляют умный дом и связаны с помощью Интернета.

Умный дом как автоматизация здания

Умный дом (smart house, также building automation и intelligent building, рус. АСУЗ) в этом контексте — жилой дом современного типа, организованный для проживания людей при помощи автоматизации и высокотехнологичных устройств. Под «умным» домом следует понимать систему, которая обеспечивает безопасность и ресурсосбережение (в том числе и комфорт) для всех пользователей. В простейшем случае она должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в доме, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Кроме того, от автоматизации нескольких подсистем обеспечивается синергетический эффект для всего комплекса. 

Это проще понять, если представить, например, что система отопления никогда не сможет работать против системы кондиционирования. А отопление осуществляется не только по погоде, но и с учётом целого ряда других факторов. От силы ветра, по предсказанию, от времени суток. 

Можно считать, что это наиболее прогрессивная концепция взаимодействия человека (пользователей) с жилым пространством, когда в автоматизированном режиме в соответствии с внешними и внутренними условиями задаются и отслеживаются режимы работы всех инженерных систем и электроприборов. 

В этом случае исключается необходимость пользоваться несколькими пультами при просмотре ТВ, десятками выключателей при управлении освещением, отдельными блоками при управлении вентиляционными и отопительными системами, системами видеонаблюдения и охранной сигнализации, моторизированными воротами и прочим.

«Умная» бытовая техника возникла как продолжение концепции «умного дома». Но в чем же их отличия?

  • Умный дом включает в себя любую автоматизированную систему (или комплекс таких систем), облегчающую быт его жителей. Это может быть система автоматического управления освещением, температурой и влажностью воздуха, электроэнергией, безопасностью, мультимедиа-устройствами и многим другим. Такая система очень удобна, но цена, как правило, делает её недоступной покупателям со средним уровнем дохода. «Умный дом» – скорее роскошь, чем необходимость, если говорить о полном комплекте услуг. Однако бытовые приборы, управляемые со смартфона, относятся отнюдь не к премиальному классу – это обычные устройства для обычных людей. Причем приложения для них, загружаемые из App Store или Google Play, всегда бесплатны.
  • «Умную» технику подключить гораздо проще, чем интегрировать в свою квартиру систему «умного дома». Например, для организации управления освещением «умный дом» потребует приобретения нескольких десятков датчиков и проведения ремонтных работ. С другой стороны, достаточно купить специальные лампочки, контроллер и подключить их к Wi-Fi-сети.
  • Комфорт, как правило, состоит из мелочей. Не всем пользователям нужен целый пакет «умного дома», кому-то достаточно «умной» кофеварки или чайника, кому-то – «умного» холодильника или стиральной машины. Для возможности пользоваться такой услугой далеко не каждый готов установить систему «умный дом», а вот приобрести пару бытовых приборов – вполне можно себе позволить.

Информационные системы для управления многоквартирными домами с применением устройств Интернета Вещей относятся к пятому, самому «продвинутому» классу информационных систем[1] и наряду с облачными информационными системами (четвертый класс) являются перспективными для внедрения. Вопросы использования Интернета Вещей для управления многоквартирными домами рассматривались в [2]. В данной работе рассмотрены устройства Интернета Вещей, которые могут быть уже в настоящее время использованы для внедрения в деятельность информационных систем в данной сфере. При этом концепция Интернета Вещей предполагает, что устройства сами будут принимать решения по управлению многоквартирными домами. Пока что управление многоквартирными домами не может идти по такому пути по причине проблем при использовании Интернета Вещей. Ведь использование устройств Интернета Вещей для управления многоквартирными домами может привести к нежелательным и неожиданным отрицательным последствиям даже при штатной работе таких устройств [3]. Поэтому устройства Интернета Вещей могут использоваться только в тех организациях по управлению многоквартирными домами, где ИТ-инфраструктура уже приспособлена к внедрению таких технологий. Таким образом, работа устройств Интернета Вещей, встраиваемых в работу информационных систем и сервисов для управления многоквартирными домами в настоящий момент должна «подстраховываться» пользователями информационных систем и сервисов - сотрудниками управляющих компаний.

Умный город (smart city)

Цель данной концепции — повышение эффективности всех городских служб. Она получила достаточно широкое распространение: в настоящий момент Smart City в том или ином объеме реализована в 2500 городах по всему миру.

Сложно дать четкое определение для Smart City. В целом, это система, при которой существующие ресурсы городских служб используются наилучшим образом и обеспечивая максимальную безопасность городской жизни. Для этого необходима тесная связь между проектами «умного города» (видеонаблюдение, гос. услуги, интеллектуальная транспортная система и пр.) в масштабах города или региона.

Одной из важнейших составляющих Smart City является Интеллектуальная транспортная система (ИТС), которая оптимизирует движение транспорта путем отображения дорожной ситуации на уличных информационных панелях и смартфонах пользователей, подсказывает им оптимальный маршрут и несет в себе множество других полезных функций. Следующая система —геоинформационная (ГИС), служит общей «географической подложкой» для всех подсистем Smart City. Еще одна подсистема — Электронная полиция (ePolice), работает следующим образом: при любом звонке на пульт «электронной полиции» на карте ГИС отображается местоположение звонящего, а на мониторе дежурного открывается окно для регистрации сообщения, его последующей обработки и принятия оперативных мер. Еще одна функция — Электронное образование (eEducation). Она позволяет студенту присутствовать на лекции, сидя за компьютером. Ученик будет точно также слушать лекцию, видеть преподавателя и следить за его записями на электронной доске в аудитории. Студент даже может виртуально «поднять руку» из дома и задать вопрос преподавателю. Все записанные лекции сохраняются для последующего просмотра и закрепления материала.

Умные предприятия (smart enterprise)

Данные технологии подразумевают появление современных систем сбора данных, называемых еще сенсорными сетями. В новых условиях задача управления по обратной связи принципиально изменилась — больше нет возможности непосредственно реагировать на каждое входное воздействие и необходимо научиться обрабатывать сложные события, анализировать потоки данных, выделять наиболее существенные и принимать такие решения, которые не могут быть однозначно запрограммированы заранее, то есть мы возвращаемся к задачам искусственного интеллекта. На этой волне и возникают «умные предприятия».

Разумеется, претворение столь масштабной идеи в жизнь невозможно без разработки соответствующих технологий. Камня преткновения в данном случае три: средства идентификации, измерения и передачи данных.

Идентификация

В момент подключения к Интернету вещей каждое устройство будет обязано опознать себя. В качестве средства идентификации могут использоваться как различные визуально распознаваемые идентификаторы (штрих-коды и QR-коды), так и средства определения местонахождения предмета в реальном времени.

Крайне важно обеспечить уникальность каждого идентификатора, что напрямую подводит к вопросу создания стандартов в данной области. Сегодня для этого традиционно используется MAC-адрес сетевого адаптера.

Измерение

Даже если какое-либо устройство получит необходимые данные о состоянии внешней среды, оно должно еще и преобразовать сведения в формат, который воспримут и прочие аппараты. Сегодня для измерения используется широкий класс сенсоров, начиная от самых простых (температуры, давления и прочих), приборов учета потребления и до сложнейших вычислительных систем

Очень важно добиться высокой автономности датчиков, что ставит ребром вопрос о понижении энергопотребления и повышении емкости и эффективности аккумуляторов. В идеале, сенсоры должны питаться энергией полностью автономно, что сразу же решит немало проблем.

Передача данных

В данном случае речь идет, прежде всего, о различных беспроводных сетях. Сегодня наибольший интерес в данной области представляет стандарт IEEE 802.15.4, обеспечивающий максимальную простоту в установке и последующем обслуживании. На его основе построено уже немало протоколов, каждый из которых может стать будущим Интернета вещей.

Вопрос безопасности

Одним из немаловажных вопросов в данном случае остается защита данных. Если новая сеть не будет полностью безопасной, пользоваться ей никто просто-напросто не станет.

Кроме того, использование беспроводной технологии для связи между отдельными устройствами способно открыть злоумышленникам поистине бесконечные перспективы. Конечно, разработка соответствующих методов защиты информации ведется уже сейчас, но за последнее время какими-либо выдающимися достоинствами данное направление похвастать не может.

В технологию интернета вещей просто необходимо вносить доработки и изменения в области безопасности. В январе 2014 года в журнале Forbes известный писатель статей в области кибер-безопасности рассматривал различные приборы, которые могут следить за своим владельцем, например телевизоры и кухонные приборы.

Открытые проблемы для умного дома безопасности были рассмотрены Wendzel в 2016 году. Многие устройства в автомобилях, такие как тормоза, двигатель, замки, капот и приборная панель оказались уязвимы для злоумышленников. В некоторых случаях, компьютер позволял им быть использованным удаленно [5].

Позднее хакеры показали пульт дистанционного управления для инсулиновых помп и имплантируемого кардиовертердефибриллятора. Дэвид Пог писал, что некоторые из недавно опубликованных отчетов о хакерах, которые могли удаленно контролировать некоторые функции автомобиля были не столь серьезны, как предполагалось, из-за различных смягчающих обстоятельств, таких, как ошибка, которая была исправлена до того, как отчет был опубликован, или тот факт, что нужно иметь физический доступ к машине для того, чтобы в дальнейшем управлять ей дистанционно [5].

Будущее технологии

Фантазия способна показать нам множество сфер приложений концепции Интернета вещей. Правда, по большей части они относятся хоть и не к слишком далекому, но все-таки будущему. Что же может предложить нам глобальная сеть сетей уже завтра?

В автомобильной промышленности Интернет вещей в первую очередь обернется более точным контролем трафика. Автомобили будут оснащены средствами позиционирования, что позволит отслеживать перемещение в реальном времени, заранее предсказывать и устранять различные пробки и заторы на дорогах.

Кроме того, «умный» автомобиль сможет сам рассказать полиции, если его вдруг решат похитить злоумышленники. В более отдаленных планах машине даже не потребуется водитель, вести ее станет компьютер.

Чего же ждать людям от этой интересной концепции? Прежде всего, бурного развития интернета в ближайшие годы. Постепенно вещи и предметы, общаясь между собой и с людьми, смогут все глубже и глубже проникать во все сферы жизни, в том числе и в бизнес, и в социальные сферы.

Следующим этапом развития данной концепции станет «Интернет всего», «Всеобъемлющий интернет», который позволит подключить к всемирной сети буквально все, что только возможно.

Планетарная сеть станет развиваться самостоятельно и принимать решения по разработанным программистами алгоритмам.

Что же касается использования интернета вещей в управлении многоквартирным домом, то сейчас именно в этой области существуют огромные перспективы для более полного внедрения данной технологии. Дело в том, что устройства интернета вещей пока еще не связаны в полной мере с информационными сервисами, которые наиболее часто используют жильцы многоквартирного дома. Предлагаемые технические решения в основном предназначены для отдельных квартира, офисов или отдельных домов (коттеджей) [2]. В многоквартирном доме огромную пользу могут принести так называемые умные счётчики, а также инфраструктура датчиков на смесителях и газовых конфорках, которая в случае утечки извещает владельца квартиры и принудительно перекрывают воду и газ в доме. Различные проекты в области интернета вещей в будущем помогут сократить расходы на отопление и водоснабжение дома. Также следует ожидать появление приборов и технологий, предназначенных для избирательного отключения техники (например, утюга) или освещения в доме посредством контроля напряжения и расхода электричества в сети. Интернет вещей в управлении многоквартирным домом в целом поможет снизить расходы владельца квартиры, а также риск возникновения форс-мажорных ситуаций (пожаров, затоплений). Это сделает жизнь человека не только удобней, но и гораздо безопасней.

Проблемы развития

Развитие Интернета вещей встретит на своем пути еще немало проблем. Две из них потребуется решить в ближайшее время. Речь идет о разработке единого языка, на котором смогут общаться между собой подключенные датчики, сенсоры и приборы. Без такого «компьютерного эсперанто» сети просто не смогут общаться между собой, что делает создание «умного города» невозможным.

Вторая проблема — разработка единых стандартов в этой области. Без создания оных объединение сетей становится невозможным. К счастью, сегодня технологии развиваются очень стремительно и многие производители уже заинтересовались интернетом вещей, так что вряд ли все это заставит себя ждать.

Список литературы:

1. Попов А.А. Разработка облачного информационного сервиса дляфункционирования инновационной ИТ-инфраструктуры организации по управлению многоквартирными домами // Известия Российского экономического университета им. Г.В. Плеханова. 2013. №4(14). С.19-57

2. Попов А.А. Формирование информационной системы для управления многоквартирным домом на основе устройств Интернета вещей // Известия Российского экономического университета им. Г.В. Плеханова. 2015. №2(20). С.69-83

3. Попов А.А., Дутов К.С. Возможность использования Интернета вещей в едином информационном пространстве для жилищно-коммунального хозяйства региона // Научные труды Вольного экономического общества России. 2014. Т.186. С.391-396

4. Как появился Интернет вещей? сайт. - URL: https://iot.ru/promyshlennost/istoriya-interneta-veshchey (дата обращения: 09.10.2016)

5. Internet of things сайт. - URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Internet_of_things (дата обращения: 09.10.2016)