Умный интернет вещей — кто он и с чем его едят? Меняем мир с Интернетом вещей. С чего начать

Сейчас многие говорят про интернет вещей, но не все понимают, что это такое.

Если верить «Википедии», это концепция вычислительной сети физических объектов («вещей»), оснащённых встроенными технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой, рассматривающая организацию таких сетей как явление, способное перестроить экономические и общественные процессы, исключающее из части действий и операций необходимость участия человека.

Говоря простым языком, интернет вещей - это некая сеть, в которую объединены вещи. Причём под вещами я подразумеваю всё что угодно: автомобиль, утюг, мебель, тапочки. Всё это сможет «общаться» друг с другом без участия человека при помощи передаваемых данных.

Появление подобной системы было ожидаемо, ведь лень - двигатель прогресса. Не придётся утром идти к кофеварке, чтобы сделать кофе. Она уже знает, когда вы обычно просыпаетесь, и к этому времени сама сварит ароматный кофе. Классно? Пожалуй, но насколько это реально и когда появится?

Как это работает

picjumbo.com

Мы находимся в начале пути, и об интернете вещей пока говорить рано. Возьмём для примера кофеварку, о которой я писал выше. Сейчас человеку приходится самостоятельно вводить время своего пробуждения, чтобы она сварила ему утром кофе. Но что произойдёт, если в это время человека не будет дома или он захочет чай? Да всё то же самое, так как он не поменял программу и бездушная железка снова сварила свой кофе. Такой сценарий интересен, но это скорее автоматизация процесса, чем интернет вещей.

У руля всегда стоит человек, он центр. Умных гаджетов с каждым годом становится всё больше, но они не работают без команды человека. Эту несчастную кофеварку придётся постоянно контролировать, менять программу, что неудобно.

Как это должно работать

picjumbo.com

Интернет вещей подразумевает, что человек определяет цель, а не задаёт программу по достижению этой цели. Ещё лучше, если система сама анализирует данные и предугадывает желания человека.

Едете вы с работы домой, уставший и голодный. В это время автомобиль уже сообщил дому, что через полчаса привезёт вас: мол, готовьтесь. Включается свет, термостат настраивает комфортную температуру, в духовке готовится ужин. Зашли в дом - включился телевизор с записью игры любимой команды, ужин готов, добро пожаловать домой.

Вот в чём главные особенности интернета вещей:

Это постоянное сопровождение повседневных действий человека.
Всё происходит прозрачно, ненавязчиво, с ориентацией на результат.
Человек указывает, что должно получиться, а не как это сделать.

Скажете, фантастика? Нет, это ближайшее будущее, но, чтобы добиться таких результатов, необходимо ещё многое сделать.

Как этого добиться

picjumbo.com

1. Единый центр

Логично, что в центре всех этих вещей должен стоять не человек, а какой-то девайс, который и будет передавать программу по достижению цели. Он будет контролировать другие устройства и выполнение задач, а также собирать данные. Такой девайс должен стоять в каждом доме, офисе и других местах. Их объединит единая сеть, через которую они будут обмениваться данными и помогать человеку в любом месте.

Зачатки такого центра мы уже видим сейчас. Amazon Echo, Google Home, да и вроде тоже работает над чем-то подобным. Такие системы уже сейчас могут выполнять роль центра умного дома, хотя их возможности пока ограничены.

2. Единые стандарты

Это станет, пожалуй, главным препятствием на пути к глобальному интернету вещей. Для масштабной работы системы необходим единый язык. Над своей экосистемой сейчас работают Apple, Google, Microsoft. Но все они двигаются по отдельности, в разные стороны, а значит, в лучшем случае мы получим локальные системы, которые сложно объединить даже на уровне города.

Возможно, какая-то из систем станет стандартом, либо каждая сеть так и останется локальной и не перерастёт в нечто глобальное.

3. Безопасность

Естественно, разрабатывая такую систему, необходимо позаботиться о защите данных. Если сеть взломает хакер, он будет знать о вас абсолютно всё . Умные вещи сдадут вас злоумышленникам с потрохами, так что над шифрованием данных стоит серьёзно поработать. Конечно, над этим работают уже сейчас, но периодически всплывающие скандалы говорят о том, что до идеальной безопасности ещё далеко.

Что нас ждёт в ближайшем будущем

Mitch Nielsen/unsplash.com

В ближайшем будущем нас ждут умные дома, которые будут сами открывать двери для владельцев при приближении, поддерживать комфортный микроклимат, самостоятельно пополнять холодильник и заказывать необходимые лекарства, если человек заболел. Причём перед этим дом получит показатели с умного браслета и отправит их врачу. По дорогам будут ездить беспилотные автомобили, а на самих дорогах больше не останется пробок. Интернет вещей позволит разработать более продвинутую систему контроля трафика, которая сможет предотвращать появление пробок и заторов на дорогах.

Уже сейчас многие гаджеты работают в связке с различными системами, однако в ближайшие 5–10 лет нас ждёт настоящий бум развития интернета вещей. Вот только в будущем возможен расклад как в мультике «ВАЛЛ-И», где человечество превратилось в беспомощных толстяков, обслуживаемых роботами. Так себе перспектива. А что думаете вы?

Интернет вещей — сегодня этот термин можно услышать чуть ли не на каждом шагу. 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 и как далеко в будущее нас сможет завести его создание.

Что такое Интернет вещей?

Определений термина сегодня можно найти сразу несколько, начиная от самых заумных 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. «Умные» гаджеты, о которых мы в последнее время все чаще слышим, — участники IoT.

Немного истории

Впервые термин «Интернет вещей» (Internet of things) использовал известный футуролог Кевин Эштон (Kevin Ashton) в 1999 году , предсказав начало эры, когда бытовые приборы уже не будут пассивными устройствами, а станут высокоинтеллектуальными гаджетами, без участия человека подключающимися к интернету. Конечно, в те времена все это казалось не более, чем фантастикой. Но с развитием технологии концепция постепенно претворяется в жизнь.

Первой вещью, которая смогла подключаться к интернету самостоятельно (без участия пользователя), был вовсе не телефон и не смартфон, а 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.

Реальные приложения

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?

Прежде всего, это самые разнообразные «умные» дома , которые станут открывать двери для владельцев при приближении, подогревать ужин, поддерживать оптимальный микроклимат, самостоятельно пополнять запасы холодильника и так далее. «Домохозяин будущего» отправится в гости к другому, недвижимость сама проинформирует о вкусах и предпочтениях владельцев.

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.

Необходимые для развития Интернета вещей технологии

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.

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 проблем — 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.

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. Человек не захочет, чтобы его «умные» тапочки рассказали злоумышленникам о том, когда владелец ложится спать или уходит на работу.

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.

Будущее технологии

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.

Роб Ван Краненбург (Rob Van Kranenburg), известный теоретик дизайна, считает, что Интернет вещей станет своего рода пирогом, состоящим из 4 слоев:

Идентификация каждого объекта из нашего окружения.
Предоставление сервиса по обеспечению потребностей пользователей (в качестве примера можно назвать систему «умный» дом).
Сбор и обработка информации, организация процессов и управление обществом на основе полученных сведений. В качестве примера можно указать автоматическое регулирование дорожного движения на основе анализа трафика. Своеобразный «умный город».
Завершающий этап развития. Все описанные процессы переходят от города в масштабы планеты. Несколько сетей, связывающих отдельные мегаполисы, объединяются в глобальную «сеть сетей».

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.

Так как это будет выглядеть?

Можно не сомневаться, что Интернет вещей полностью преобразит жизнь многих людей. Какой она станет через 5 лет? По дорогам станут ездить машины под управлением системы контроля трафика. Просыпающемуся рано утром человеку дом расскажет свежие новости, приготовит вкусный завтрак и напомнит о запланированных делах. Домашняя медицинская система соберет показатели заболевшего и автоматически проконсультируется с лечащим врачом, а после — закажет в ближайшей аптеке нужные лекарства. При входе в магазин система расскажет, где находятся нужные продукты, перечисленные в меню, о котором ей расскажет, опять же, «умный» дом или приложение после консультации с врачом-диетологом.

Впрочем, «взглянуть в будущее» можно уже сейчас:

На первый взгляд многое из этого может показаться полнейшей фантастикой, но если присмотреться, то становится ясно: технологии медленно и верно входят в нашу повседневную жизнь. Дело за малым — объединить их все в подлинный Интернет вещей.

На просьбу назвать предметы первой необходимости многие бы ответили: еда, крыша над головой, одежда… С одной оговоркой: так было в прошлом веке.

С тех пор у вида Хомо Сапиенс накопились потребности. Нам нужно, чтобы освещение контролировали автоматические датчики, а не просто выключатели, чтобы умные системы следили за состоянием здоровья и автомобильным движением. Список можно продолжить… В общем, мы умеем делать жизнь проще и лучше.

Попробуем выяснить, как весь это интернет вещей работает, прежде чем переходить к тестированию.

Интернет вещей (или IoT) - это сеть, которая соединяет в себе множество объектов: транспортные средства, домашняя автоматика, медоборудование, микрочипы и т.д. Все эти составные элементы накапливают и передают данные. Посредством такой технологии пользователь управляет устройствами удаленно.

Примеры IoT-устройств

#1) Носимые технологии:

Фитнес-браслеты Fitbit и умные часы Apple Watch легко синхронизируются с другими мобильными устройствами.

Так проще собирать сведения о здоровье: частота пульса, активность организма во время сна и пр.

#2) Инфраструктура и разработка

Приложение CitySense в онлайн режиме анализирует данные об освещении, и автоматически включает или выключает фонари. Существуют приложения, которые управляют светофорами или сообщают о доступности парковок.

#3) Здоровье

Некоторые системы, которые отслеживают состояние здоровья, используются в больницах. В основе их работы ориентировочные данные. Эти сервисы контролируют дозировку лекарств в различное время дня. Например, приложение UroSense отслеживает уровень жидкости в организме и, если нужно, повысит этот уровень. А врачи узнают сведения о пациентах по беспроводной связи.

Технологии, которые присутствуют в IoT

RFID (радиочастотная идентификация), EPC (электронный код продукта)
NFC («коммуникация ближнего поля») обеспечивает двусторонние взаимодействия между устройствами. Эта технология присутствует в смартфонах и служит для бесконтактных транзакций.
Bluetooth. Широко применяется в ситуациях, когда достаточно связи ближнего радиуса действия. Чаще всего присутствует в носимых устройствах.
Z-Wave. Низкочастотные RF-технологии. Чаще применяются для домашней автоматики, управления освещением и пр.
WiFi. Самая популярная сеть для IoT (передача файлов, данных и сообщений).

Тестирование IoT

Рассмотрим пример : медицинская система, которая следит за состоянием здоровья, частотой сердцебиений, содержанием жидкости и отправляет отчеты медработникам. Данные отображаются в системе; доступны архивы. А врачи уже решают, принимать ли пациенту медикаменты, удаленно.

Существует несколько подходов для тестирования архитектуры IoT.

#1) Юзабилити:

Необходимо обеспечить каждого из устройств.
Медицинское устройство, которое отслеживает состояние здоровья, должно быть портативным.
Необходимо достаточно продуманное оборудование, которое бы отправляло не только уведомления, но и сообщения об ошибках, предупреждения и пр.
В системе должна присутствовать опция, которая фиксирует события, чтобы конечному пользователю было понятнее. Если такая возможность не предусмотрена, сведения о событиях сохраняются в базе данных.
Тщательно проверяется возможность обработки данных и обмена задачами между устройствами.

#2) Безопасность IoT:

Данные лежат в основе работы всех подключенных устройств. Потому не исключен несанкционированный доступ во время передачи данных. С точки зрения необходимо проверять, насколько защищены/зашифрованы данные.
Если есть UI, нужно проверить, защищен ли он паролем.

#3) Сетевые возможности:

Крайне важна возможность подключения к сети и функциональность IoT. Ведь речь идет о системе, которая используется в целях здравоохранения.
Проверяются два главных аспекта:
Наличие сети , возможности передачи данных (передаются ли задания с одного устройства на другое без каких-либо заминок).
Сценарий, когда подключение отсутствует . Независимо от уровня надежности системы, существует вероятность, что статус системы будет «офлайн». Если сеть недоступна, сотрудникам больницы или другой организации необходимо об этом знать (уведомления). Таким образом, они смогут следить за состоянием пациента сами, а не ждать, когда система заработает. С другой стороны, в таких системах обычно присутствует механизм, который сохраняет данные, если система в офлайне. То есть потеря данных исключается.

#4) Эффективность:

Необходимо учитывать, насколько решение для сферы здравоохранения применимо в конкретных условиях.
В тестировании участвуют от 2 до 10 пациентов, данные передаются на 10-20 устройств.
Если вся больница подключается к сети, это уже 180-200 пациентов. То есть фактических данных будет больше, чем тестовых.
Ко всему прочему, необходимо протестовать утилиту для мониторинга системы: текущая нагрузка, потребление электроэнергии, температура и пр.

#5) Тестирование совместимости:

Этот пункт всегда присутствует в плане по тестированию IoT-системы.
Совместимость разных версий операционных систем, типов браузеров и их соответствующих версий, устройств разного поколения, режимов связи [например, Bluetooth 2.0, 3.0] крайне важна для IoT.

#6) Пилотное тестирование:

Пилотное тестирование - обязательный пункт тест-плана.
Только тесты в лаборатории позволят сделать вывод о том, что система функциональна.
При пилотном тестировании число пользователей ограничено. Они совершают манипуляции с приложением и высказывают свое мнение.
Эти комментарии оказываются весьма кстати, позволяют сделать надежное приложение.

#7) Проверка на соответствие:

Система, которая отслеживает состояние здоровья, проходит множество проверок на соответствие.
Бывает и так, что программный продукт проходит все этапы тестирования, но проваливает финальный тест на соответствие [тестирование проводит регулирующий орган].
Целесообразнее проверить на предмет соответствия нормам и стандартам перед стартом цикла разработки.

#8) Тестирование обновлений:

IoT - это комбинация множества протоколов, устройств, операционных систем, встроенного ПО, аппаратного обеспечения, сетевых уровней и т.д.
Когда происходит обновление - будь то система или что-то еще из перечисленного выше - требуется тщательное регрессионное тестирование. В общую стратегию вносятся поправки, чтобы избежать сложностей, связанных с обновлением.

Сложности тестирования IoT

#1) Хард/софт

IoT - это архитектура, в которой тесно переплетаются компоненты ПО и аппаратной части. Важен не только софт, но и хард: сенсоры, шлюзы и пр.

Одного лишь будет недостаточно, чтобы сертифицировать систему. Все составные компоненты взаимозависимы. IoT намного сложнее, чем более простые системы [только софт или только хард].

#2) Модель взаимодействия устройств

Составные части сети должны взаимодействовать в режиме реального времени или близкого к реальному. Все это становится единым целым - отсюда дополнительные сложности, связанные с IoT (безопасность, обратная совместимость и обновления).

#3) Тестирование данных, поступающих в реальном времени

Получить эти данные крайне сложно. Дело усложняется тем, что система, как в описанном случае, может относиться к сфере здравоохранения.

#4) UI

Сеть IoT обычно состоит из разных устройств, которые управляются разными платформами . Тестирование возможно только на некоторых устройствах, поскольку тестировать на всех возможных устройствах практически невозможно.

#5) Доступность сети

Сетевое соединение играет важную роль в IoT. Скорость передачи данных увеличивается. IoT-архитектура должна тестироваться в различных условиях соединения, на разной скорости. Эмуляторы виртуальных сетей в большинстве случаев используются, чтобы разнообразить сетевую нагрузку, возможности соединения, стабильность и пр элементы . Но фактические данные - это всегда новые сценарии, и команда тестировщиков не знает, где в будущем возникнут сложности.

Инструменты тестирования IoT

Существует множество инструментов, которые применяются в тестировании IoT-систем.

Software Defined Radio : эмулирует приемник и передатчик для различных беспроводных шлюзов.

IoT - это развивающийся рынок и множество возможностей. В обозримом будущем интернет вещей станет одним из главных направлений работы для команд тестировщиков. Сетевые устройства, приложения умных гаджетов, коммуникационные модули - все это играет важную роль в изучении и оценке различных сервисов.

Итог

Подход к тестированию IoT может отличаться в зависимости от конкретной системы/архитектуры.

Тестировать IoT сложно, но вместе с тем это интересная работа, благо тестировщикам есть где размахнуться - ведь устройств, протоколов и операционных систем множество.

P.S. Стоит опробовать формат TAAS («тесты с точки зрения пользователя»), а не просто выполнять формальные требования.

IoT - Internet of Things

Internet of Things (IoT) - modern telecommunication technologies
(Интернет вещей - современные телекоммуникационные технологии)

29/08/16

Что такое Интернет вещей? What is the Internet of Things, IoT? Internet of Things (IoT) - это новая парадигма Internet. Что подразумевается под термином "Things" в Internet of Things. Под термином "вещь" в Internet of Things (IoT) подразумеваются интеллектуальные, т.е. "умные" предметы или объекты (Smart Objects или SmartThings, или Smart Devices).

Чем Internet of Things (IoT) отличается от традиционного Интернет? Internet of Things (IoT) - это традиционная или существующая сеть Интернет, расширенная подключенными к ней вычислительными сетями физических устройств или вещей, которые могут самостоятельно организовывать различные шаблоны связи или модели подключения (Thing - Thing, Thing - User и Thing - Web Object).

Следует отметить, что Smart Objects – это датчики или приводы (sensors or actuators), снабженные микроконтроллером с ОС реального времени со стеком протоколов, памятью и устройством связи, встроенные в различные объекты, например, в электросчетчики или газовые счетчики, датчики давления, вибрации или температуры, выключатели и т.д. "Умные" объекты или Smart Objects могут быть организованны в вычислительную сеть физических объектов, которые могут быть подключены через шлюзы (хабы или специализированные IoT платформы) к традиционной сети Интернет.

В настоящее время существует множество определений понятия Internet of Things (IoT). Но, к сожалению, они противоречивы, нет четкого и однозначного определения понятия Internet of Things (IoT).

Чтобы разобраться в сути Internet of Things (IoT), сначала целесообразно рассмотреть инфраструктуру Internet и сервис WWW (World Wide Web) или Web (веб). Internet - это сеть сетей, т.е. сеть, объединяющая различные сети и отдельные узлы удаленных пользователей с помощью маршрутизаторов и сетевого (межсетевого) протокола IP. Другими словами под термином Internet подразумевается инфраструктура глобальной сети, состоящая из множества компьютерных сетей и отдельных узлов, соединенных каналами связи.

Глобальная сеть Internet является физической основой сервиса Web. Web - это всемирная паутина или распределенная система информационных ресурсов, предоставляющая доступ к гипертекстовым документам (веб-документам), размещенным на веб-сайтах сети Интернет. Доступ и передача веб-документов в формате HTML по сети Интернет осуществляется с помощью прикладного протокола HTTP/HTTPS сервиса Web на основе стека протоколов TCP/IP сети Интернет.

С учетом вышеизложенного, можно сделать выводы, что IoT характеризуется масштабными изменениями инфраструктуры глобальной сети Интернет и новыми моделями общения или подключения: "вещь - вещь", "вещь - пользователь (User)" и "вещь - веб объект (Web Object)".

Internet of Things (IoT) целесообразно рассматривать на технологическом, экономическом и социальном уровнях.

На технологическом уровне Internet of Things – это концепция развития инфраструктуры сети (физической основы) Интернет, в которой "умные" вещи без участия человека способны подключиться к сети для удаленного взаимодействия с другими устройствами (Thing - Thing) или взаимодействия с автономными или облачными ЦОДами или DATA-центрами (Thing - Web Objects) для передачи данных на хранение, их обработку, аналитику и принятия управленческих решений, направленных на изменение окружающей среды, или для взаимодействия с пользовательскими терминалами (Thing - User) для контроля и управления этими устройствами.

Internet of Things (IoT) приведет к изменениям экономических и социальных моделей развития общества. Существуют различные классификации Internet of Things (IoT) (например, Индустриальный Интернет вещей - IIoT, Интернет сервисов - IoS и т.д.) и области его использования (в энергетике, транспорте, медицине, сельском хозяйстве, ЖКХ, Smart Сity, Smart Home и т.д.).

Cisco ввела новое понятие - Internet of Everything, IoE («Интернет всего» или «Всеохватывающий Интернет»), а Internet of Things является начальным этапом развития «Всеохватывающего Интернет»

Развитие Интернета вещей или Internet of Things (IoT) зависит от:

технологий беспроводных сетей с низким энергопотреблением (LPWAN, WLAN, WPAN);
темпов внедрения сотовых сетей для Internet of Things (IoT): EC-GSM, LTE-M, NB-IoT и универсальных сетей 5G;
темпов перехода сети Интернет на версию протокола IPv6;
технологий Smart Objects (сенсоров и актуаторов, снабженных микроконтроллером, памятью и устройством связи);
специализированных операционных систем со стеком протоколов для микроконтроллеров сенсоров и актуаторов;
широкого применения стека протоколов 6LoWPAN/IPv6 в операционных системах микроконтроллеров сенсоров и актуаторов;
эффективного использования Cloud computing для Internet of Things (IoT) платформ;
развития технологий M2M (machine-to-machine);
применения современных технологий Software-Defined Networks, снижающих нагрузку на каналы связи.

Архитектура глобальной сети Internet of Things (IoT)

В качестве фрагмента архитектуры Internet of Things (IoT) рассмотрим сеть (рис. 1), состоящую из нескольких вычислительных сетей физических объектов, подключенных к сети Интернет с помощь одного из устройств: Gateway, Border router, Router.

Как следует из архитектуры IoT, сеть Internet of Things состоит: из вычислительных сетей физических объектов, традиционной IP сети Интернет и различных устройств (Gateway, Border router и т.д.), объединяющих эти сети.

Вычислительные сети физических предметов состоят из "умных" датчиков и приводов (исполнительных устройств), объединенных в вычислительную сеть (персональную, локальную и глобальную) и управляемых центральным контроллером (шлюзом или IoT Habs, или платформой IoT).

В Internet of Things (IoT) применяются технологии беспроводных вычислительных сетей физических предметов с низким энергопотреблением, к которым относятся сети малого, среднего и дальнего радиуса действия (WPAN, WLAN, LPWAN).

Беспроводные технологии сетей LPWAN (Low-power Wide-area Network) Интернета вещей IoT

К распространенным технологиям сетей дальнего радиуса действия LPWAN, которые представлены на рис. 1, относятся: LoRaWAN, SIGFOX, "Стриж" и Cellular Internet of Things или сокращено CIoT (EC-GSM, LTE-M, NB-IoT). К сетям LPWAN относятся и другие технологии, например, ISA-100.11.a, Wireless, DASH7, Symphony Link, RPMA и так далее, которые на рисунке 1 не указаны. Обширный список технологий представлен на сайте link-labs .

Одной из широко распространенных технологий является LoRa , которая предназначена для сетей дальнего радиуса действия, с целью передачи данных телеметрии различных приборов учета (датчиков воды, газа и т.д.) на дальние расстояния.

LoRa – это метод модуляции, который определяет протокол физического уровня модели OSI. Технология модуляция LoRa может применяться в сетях с различной топологией и различными протоколами канального уровня. Эффективными сетями LPWAN являются сети LoRaWAN, которые используют протокол канального уровня LoRaWAN (MAC протокол канального уровня), а в качестве протокола физического уровня - модуляцию LoRa.

Сеть LoRaWAN (рис. 2.) состоит из оконечных узлов End Nodes (трансиверов или модулей LoRa), подключенных по беспроводным сетям к концентраторам/шлюзам или базовым станциям, Network Server (сервера сети оператора) и Application Server (сервера приложений сервис провайдера). Сетевая архитектура LoRaWAN - "клиент-сервер". LoRaWAN работает на 2 уровне модели OSI.

Между компонентами сети «оконечные узлы – сервер» используется двусторонняя связь. Взаимодействие оконечных узлов локальной сети LoRaWAN с сервером происходит на основе протоколов канального уровня. В качестве адреса используются уникальные идентификаторы устройств (оконечных узлов) и уникальные идентификаторы приложения на сервере приложений.

Физическим уровнем стека протоколов LoRaMAC сегмента сети «оконечные узлы – шлюз», который функционирует на втором уровне модели OSI, является беспроводная модуляция LoRa, а MAC-протоколом канального уровня является LoRaWAN. Шлюзы LoRa подключаются к серверу сети провайдера или оператора с помощью стандартных технологий Wi-Fi/Ethernet/3G, которые относятся к уровню интерфейсов IP сетей (физическим и канальным уровням стека TCP/IP).

Шлюз LoRa обеспечивает межсетевое взаимодействие между сетями на основе разнородных технологий LoRa/LoRaWAN и Wi-Fi, Ethernet или 3G. На рис. 1 представлена сеть LoRa с одним шлюзом, выполненная по топологии «звезда», но сеть LoRa может быть и с множеством шлюзов (сотовая структура сети). В сети LoRa с множеством шлюзов «оконечные узлы – шлюз» построены по топологии «звезда», в свою очередь, "шлюзы - сервер" тоже подключены по топологии «звезда».

Полученные с оконечных узлов данные хранятся, отображаются и обрабатываются на сервере приложений (на автономном Web сайте либо в «облаке»). Для анализа IoT-данных могут применяться методы Big Data. Пользователи с помощью клиентских приложений, установленных на смартфон или ПК, имеют возможность доступа к информации на сервере приложений.

Технологии SIGFOX (sigfox.com) и "Стриж" (strij.net) аналогичные технологии LoRaWAN (www.semtech.com), но имеют некоторые отличия. Основное отличие заключаются в методах модуляции, которые определяют протоколы физических уровней этих сетей. Технологии SIGFOX, LoRaWAN и "Стриж" являются конкурентами на рынке сетей LPWAN.

Конкурентами на рынке сетей LPWAN являются и технологии CIoT (EC-GSM, LTE-M, NB-IoT), а также G5. Они предназначены для построения беспроводных сетей LPWAN сотовой связи на основе существующей инфраструктуры сотовых операторов. Применение традиционных сетей сотовой связи в IoT является нерентабельным, поэтому в настоящее время нишу сетей LPWAN заняли LoRaWAN, SIGFOX и т.д. Но если операторы сотовой связи своевременно внедрят технологии EC-GSM (Extended Coverage GCM), LTE-М (LTE для М2М-коммуникаций), основанные на эволюции GSM и развитии LTE, то они потеснят LoRaWAN, SIGFOX и другие технологии с рынка LPWAN.

К наиболее перспективным направлениям построения беспроводных сетей LPWAN относится узкополосный интернет вещей NB-IoT (Narrow Band IoT) на базе LTE, который может быть развернут поверх существующих сетей LTE операторов сотовой связи. Но стратегическим направлением в CIoT являются сотовые сети нового поколения 5G, которые будут поддерживать IoT.

Технология 5G, предназначенная для работы с разнородным трафиком, обеспечит подключение к Интернет разнообразных устройств с разными параметрами (энергопотреблением, скоростями передачи данных и т.д.) как мобильных устройств (смартфонов, телефонов, планшетов и т.д.), так и Smart Objects (sensors or actuators).

Где применяются сети LPWAN? Например, в Нидерландах и в Южной Корее для Internet of Things уже развернута общенациональная сеть LoRa. Сети SigFox для IoT развернуты в Испании и Франции. В России создается национальная сеть "Стриж" для Internet of Things (IoT) и т.д. В настоящее время в качестве стандарта для вычислительных сетей физических предметов LPWAN Интернета вещей IoT рассматриваются стандарты - LoRaWAN и NB-IoT.

Следует отметить, что в Internet of Things (IoT) наряду с использованием облачных технологий применяются технологии «туманных вычислений» (fog computing). Это обусловлено тем, что в облачной модели, используемой в IoT, слабым местом является пропускная способность каналов операторов связи, по которым осуществляется обмен данными между "облаком" и "умными" устройствами вычислительных сетей физических предметов.

Концепция "туманных вычислений" предполагает децентрализацию обработки данных за счет передачи части работы по обработке данных и принятию управленческих решений с "облака" непосредственно устройствам вычислительных сетей физических предметов.

Повышение пропускной способности каналов связи Cloud computing может обеспечить новый подход их построения на основе технологии Software-Defined Networks (SDN). Поэтому внедрение SDN позволит повысить эффективность работы каналов связи Cloud computing и Internet of Things (IoT).

Беспроводные персональные сети (WPAN) передачи данных малого радиуса с низким энергопотреблением - компоненты Internet of Things (IoT)

К сетям WPAN (рис. 1) относятся беспроводные сенсорные сети на основе технологий: 6LoWPAN, Thread, ZigBee IP, Z-Wave, ZigBee, BLE 4.2 (Bluetooth Mesh). Эти сети относятся к mesh-сетям (самоорганизующимся и самовосстанавливающимся сетям с маршрутизацией), которые имеют ячеистую топологию, являются составляющими (компоненнтами) сети Internet of Things (IoT).

Персональные вычислительные сети на основе технологий 6LoWPAN, Thread, ZigBee IP относятся к IP сетям со стеком протоколов 6LoWPAN или IPv6 стеком для 802.15.4 сетей (рис. 3). В них используется сетевой протокол 6LoWPAN (IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks), который является версией протокола IPv6 для беспроводных персональных сенсорных сетей с низким энергопотреблением стандарта IEEE 802.15.4. В качестве протокола маршрутизации используется RPL (Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks).

Рис. 3. 6LoWPAN Protocol Stack для IoT

IEEE 802.15.4 (standards.ieee.org) - это стандарт, который описывает физический IEEE 802.15.4 PHY и канальный уровни сетевой модели OSI. Канальный уровень, состоит из подуровня доступа к среде передачи МАС (Media Access Control) IEEE 802.15.4 MAC и подуровня управления логической связью LLС (Logical Link Control). На базе стандарта IEEE 802.15.4 построено несколько технологий, например, таких как ZigBee IP, Thread, 6LoWPAN.

Стек протоколов 6LoWPAN. Суть работы вычислительных сетей физических объектов в IoT на основе стека протоколов 6LoWPAN состоит в следующем. Например, данные с сенсора поступают на вход микроконтроллера (МК). МК обрабатывает поступающие с сенсора данные на основе прикладной программы (End Nodes Applications), которая создана разработчиком сети на основе API специализированной ОС микроконтроллера.

Для передачи обработанных данных в сеть приложение End Nodes Applications обращается к протоколу прикладного уровня (Application - IoT protocols) стека протоколов ОС микроконтроллера и через стек передает данные на физический уровень сенсора. Далее бинарные данные поступают на вход Border routers (Edge routers). Для передачи данных с End Node через Border routers на Web-сервер (Web-приложению) по прикладному протоколу CoAP, необходимо осуществить согласование сетей на прикладном уровне стека протоколов CoAP-to-HTTP, для этого используют прокси-сервер.

Стек протоколов 6LoWPAN обеспечивает подключение "умных" устройств с низким энергопотреблением к Интернету роутерами, а не специализированными IP шлюзами. Поскольку низкоскоростные сети со стеком протоколов 6LoWPAN для устройств с ограниченными возможностями не являются транзитными сетями для сетевого IP трафика традиционного Интернет, то они являются конечными сетями в Internet of Things (IoT) и подключены к сети Интернет через Border routers или Edge routers. Граничный роутер обеспечивает взаимодействие сети 6LoWPAN с сетью IPv6 путем преобразования заголовков IPv6 и фрагментации сообщений в адаптационном слое стека протоколов (Adaption of 6LoWPAN).

Z-Wave (z-wave.me) - одна из популярных технологий беспроводных сетей Internet of Things (IoT) (стандарт: Z-Wave и Z-Wave Plus). Cеть Z-Wave (рис. 1) с ячеистой топологией (mesh - сеть) и низким энергопотреблением, предназначенная для организации Smart Home. Сетевой протокол Z-Wave стека коммуникационных протоколов Z-Wave реализован компанией Sigma Designs закрытым кодом и является запатентованным. Нижние уровни MAC и PHY включены в стандарт ITU-T G.9959.

Z-Wave насчитывает множество совместимых устройств (sensors and actuators) для создания сети Smart Home. Управлять домашней сетью Z-Wave можно дистанционно с помощью пульта управления через Home Controller, контролировать работу сети можно с ПК и Интернет через смартфон. Сеть Z-Wave подключена к сети Интернет через специализированный IP шлюз Gateway "Z-Wave for IP".

ZigBee (zigbee.org) - это одна из наиболее распространенных технологий для построения беспроводных сетей Internet of Things (IoT) (открытый стандарт ZigBee). Сеть ZigBee с ячеистой топологией (mesh - сеть) имеет свой стек коммуникационных протоколов IEEE 802.15.4/Zigbee, который не поддерживает межсетевой протокол IP. Вычислительная сеть предметов на основе стека ZigBee, для взаимодействия с внешними устройствами, расположенными в IP-сети, подключена к сети Интернет через специализированный IP шлюз Gateway ZigBee. В настоящее время создан новый стандарт ZigBee IPv6.

Сети, созданные на основе нового стандарт Zigbee IPv6, могут быть подключены к IP-сети через роутер, а не специализированный шлюз. Шлюз Gateway ZigBee осуществляет переупаковку данных из одного формата в другой и обеспечивает межсетевое взаимодействие между сетями на основе разнородных технологий MQTT/ZigBee - HTTP/TCP/IP. Технология ZigBee используется как стандарт для автоматического сбора показаний счетчиков электроэнергии абонентов и передачи их на серверы операторов связи (автономные сайты), либо на Internet of Things (IoT) Habs Cloud.

WiFi (www.wi-fi.org) - это набор стандартов беспроводной связи IEEE 802.11, который можно использовать для построения беспроводной локальной вычислительной сети предметов WLAN на основе стека TCP/IP. Стек протоколов стандарта IEEE 802.11 состоит из физического уровня PHY и канального уровня с подуровнями управления доступом к среде MAC и логической передачи данных LLC. Протоколы IEEE 802.11 (WiFi) относятся к уровню сетевых интерфейсов в стеке TCP/IP.

Беспроводная локальная вычислительная сеть предметов WiFi подключена к Internet с помощью роутера (рис. 1). Следует отметить, что для построения локальных беспроводных вычислительных сетей предметов Wi-Fi Alliance создал новую спецификацию IEEE 802.11s, которая обеспечивает технологию построения ячеистых сетей. Кроме того, для Internet of Things (IoT) создан и новый стандарт Wi-Fi HaLow (спецификация IEEE 802.11ah) с низким энергопотреблением.

BLE 4.2 (bluetooth.com) - это новая версия стандарта Bluetooth low energy (Bluetooth LE), которая предназначена для построения беспроводных сетей типа Smart Home. Новый стандарт Bluetooth Mesh с ячеистой топологией будет внедрен к концу 2016г. Стек коммуникационных протоколов BLE 4.2 поддерживает сетевой протокол IPv6 over BLUETOOTH(R) Low Energy или 6LoWPAN, протоколы транспортного (UDP, TCP) и прикладного (COAP и MQTT) уровней.

Версия BLE 4.2 обеспечивает минимальное энергопотребление оборудования и выход в IP-сети. Нижние уровни MAC и PHY стека Bluetooth LE Stack: Bluetooth LE Link Layer и Bluetooth LE Physical. Для обеспечения взаимодействия сетей (BLE 4.2 и Internet) на сетевом уровне (6LoWPAN с IPv6) и прикладном уровне стека протоколов (CoAP с HTTP), сеть BLE 4.2 может быть подключена к сети Интернет (рис. 1) через Border routers и CoAP-to-HTTP Proxy соответственно.

Протоколы прикладного уровня Internet of Things (IoT)

Для передачи данных в Internet of Things (IoT) применяется множество протоколов прикладного уровня, к наиболее распространенным из которых относятся: DDS, MQTT, XMPP, AMQP, JMS, CoAP, REST/HTTP. DDS – это служба распространения данных для систем реального времени является стандартом OMG для промежуточного программного обеспечения. DDS – это базовая технология для реализации IoT, основанная на коммуникационной модели обмена сообщениями DCPS без промежуточного брокера (сервера).

MQTT, XMPP, AMQP, JMS – это протоколы обмена сообщениями, которые основаны на брокере по схеме: publish/subscribe. Брокер (сервер) можно развернуть на облачной платформе или на локальном сервере. Программы-клиенты необходимо установить на приложениях смарт-устройств.

Протокол CoAP (Constrained Application Protocol) - ограниченный протокол передачи данных IoT, аналогичный HTTP, но адаптированный для работы с "умными" устройствами низкой производительности. CoAP основан на стиле архитектуры REST. Доступ к серверам осуществляется по URL-адресу приложения смарт-устройств. Программы-клиенты для доступа к ресурсам использует такие методы, как GET, PUT, POST и DELETE.

REST/HTTP – состоит из двух технологий REST и HTTP. REST - это стиль архитектуры программного обеспечения для распределенных систем. REST описывает принципы взаимодействия приложений смарт-устройств с программными интерфейсами REST API (Web service). Через REST API приложения общаются между собой с помощью четырех HTTP методов: GET, POST, PUT, DELETE. HTTP - протокол передачи гипертекста, является протоколом прикладного уровня для передачи данных. HTTP используется для взаимодействия по схеме Device-to-User. REST/HTTP основан на коммуникационной модели обмена сообщениями req/res.

Для доступа из сетей физических объектов, не поддерживающих IP протокол, к сетям IP и наоборот используются хабы или шлюзы, или IoT платформы, которые обеспечивают согласование протоколов на различных уровнях стека коммуникационных протоколов. Для доступа из сетей физических объектов, поддерживающих IP протокол, к сетям IP и наоборот используются прокси для согласования протоколов прикладного уровня (например, для согласования протоколов CoAP и HTTP).

Сейчас многие говорят про интернет вещей, но не все понимают, что это такое.

Если верить «Википедии», это концепция вычислительной сети физических объектов («вещей»), оснащённых встроенными технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой, рассматривающая организацию таких сетей как явление, способное перестроить экономические и общественные процессы, исключающее из части действий и операций необходимость участия человека.

Как это работает

picjumbo.com

Как это должно работать

picjumbo.com

Вот в чём главные особенности интернета вещей:

Это постоянное сопровождение повседневных действий человека.
Всё происходит прозрачно, ненавязчиво, с ориентацией на результат.
Человек указывает, что должно получиться, а не как это сделать.

Как этого добиться

picjumbo.com

1. Единый центр

2. Единые стандарты

3. Безопасность

Что нас ждёт в ближайшем будущем

Mitch Nielsen/unsplash.com

Как это работает

Как это должно работать

Как этого добиться

1. Единый центр

2. Единые стандарты

3. Безопасность

Что нас ждёт в ближайшем будущем

Что такое Интернет вещей?

Немного истории

Реальные приложения

Необходимые для развития Интернета вещей технологии

Идентификация

Измерение

Передача данных

Проблемы развития

Вопрос безопасности

Будущее технологии

Так как это будет выглядеть?

Примеры IoT-устройств

#1) Носимые технологии:

#2) Инфраструктура и разработка

#3) Здоровье

Технологии, которые присутствуют в IoT

Тестирование IoT

#1) Юзабилити:

#2) Безопасность IoT:

#3) Сетевые возможности:

#4) Эффективность:

#5) Тестирование совместимости:

#6) Пилотное тестирование:

#7) Проверка на соответствие:

#8) Тестирование обновлений:

Сложности тестирования IoT

#1) Хард/софт

#2) Модель взаимодействия устройств

#3) Тестирование данных, поступающих в реальном времени

#4) UI

#5) Доступность сети

Инструменты тестирования IoT

Итог

Internet of Things (IoT) - modern telecommunication technologies (Интернет вещей - современные телекоммуникационные технологии)

Архитектура глобальной сети Internet of Things (IoT)

Беспроводные технологии сетей LPWAN (Low-power Wide-area Network) Интернета вещей IoT

Беспроводные персональные сети (WPAN) передачи данных малого радиуса с низким энергопотреблением - компоненты Internet of Things (IoT)

Протоколы прикладного уровня Internet of Things (IoT)

Как это работает

Как это должно работать

Как этого добиться

1. Единый центр

2. Единые стандарты

3. Безопасность

Что нас ждёт в ближайшем будущем

Internet of Things (IoT) - modern telecommunication technologies
(Интернет вещей - современные телекоммуникационные технологии)