Интернет вещей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Балтийский государственный технический университет

«ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. УСТИНОВА

Курсовая работа

на тему: Интернет вещей

Выполнил:

Гузев З.А.

Санкт-Петербург 2014



Содержание

Введение

1. Развитие "Интернета вещей"

2. Реальные приложения IoT и M2M

3. Особенности технологий IoT

4. Прогнозы развития

5. Проблемы развития

6. Сеть сетей

7. Значение Интернета вещей

8. "Мудрость" информации

9. Мировой рынок технологий IoT

10. IoT в культурно-историческом контексте

11. Прибыль от "Интернета всего"

Заключение



Введение

«В будущем радио будет преобразовано в «большой мозг», все вещи станут частью единого целого, а инструменты, благодаря которым это станет возможным, будут легко помещаться в кармане».

Никола Тесла. В интервью для журнала «Collier's». 1926г.

Когда-нибудь любая вещь, с которой нельзя связаться по сети, будет казаться морально устаревшей в той же степени, что и деревянное колесо с железным ободом по сравнению с колесом современного автомобиля. Конечно, и то и другое -- круглое, но функциональность и сложность -- качественно иные. Вещи нового поколения (smart things) будут не только «умными», но и объединенными в сеть -- Интернет вещей (Internet of Things, IoT). Как повлияет изменение мира вещей на нашу жизнь и как вообще под действием предстоящей метаморфозы окружающих нас вещей будет выглядеть мир через 15-20 лет, никто точно не скажет, но с определенностью можно утверждать -- потрясения будут не меньше тех, что вызвал нынешний Интернет или сотовая связь. Поэтому уже сейчас, загодя, IoT становится предметом широкого, в том числе и спекулятивного, обсуждения.

Предложив в 1999 году термин Internet of Things, основатель исследовательского центра Auto-ID Center в Массачусетском технологическом институте Кевин Эштон явно не предполагал нынешнего разворота событий. За прошедшие годы представление об IoT заметно расширилось и углубилось -- тринадцать лет назад масштаб грядущих изменений казался намного скромнеее.



1. Развитие "Интернета вещей"

В 2003 году на нашей планете проживало около 6,3 млрд человек, а к Интернету было подключено 500 млн устройств. Разделив количество подключенных устройств на величину населения земного шара, мы увидим, что на каждого человека тогда приходилось по 0,08 такого устройства. Таким образом, в соответствии с определением Cisco IBSG, в 2003 году Интернета вещей еще не было. Смартфоны в то время только появились на рынке. Напомним, что главный исполнительный директор компании Apple Стив Джобс анонсировал iPhone лишь четыре года спустя -- 9 января 2007 года.

В 2010 году в результате стремительного распространения смартфонов и планшетных компьютеров количество подключенных устройств выросло до 12,5 млрд, тогда как население Земли составило 6,8 млрд человек. Таким образом, впервые в истории на каждого человека стало приходиться более одного подключенного устройства (1,84 устройства на душу населения).

В январе 2009 года группа исследователей замерила объемы маршрутизируемых данных в Китае за период с декабря 2001 года по декабрь 2006 года с 6-месячными интервалами.

Исследование показало, что, подобно закону Мура, объем трафика в Интернете удваивается каждые 5,32 года. На основе этого показателя, а также количества устройств, подключенных к Интернету в 2003 году (500 млн., по данным аналитической компании Forrester Research), и данных о населении земного шара (по информации Бюро переписи населения США), специалисты Cisco IBSG рассчитали количество подключенных устройств на душу населения. интернет вещей приложение прибыль

Уточнив затем эти цифры, исследователи Cisco IBSG сделали заключение о том, что Интернет вещей «появился на свет» в промежутке между 2008 и 2009 годами.

Сегодня Интернет вещей живет и здравствует, чему в немалой степени способствуют такие инициативы как Cisco Planetary Skin, Smart Grid и появление "умных" автомобилей.

Теперь же IoT не ограничен связью с вещами, снабженными метками RFID, а рассматривается в контексте объединения таких современных концепций, как всепроникающие компьютерные системы и интеллектуальная окружающая среда (Pervasive Computing, Ubiquitous Computing, Ambient Intelligence). Конвергенция создает условия для нового явления -- Интернета будущего, включающего в себя помимо нынешнего Интернета людей (Internet of People, IoP) еще и Интернет медиаконтента (Internet of Media, IoM), Интернет сервисов (Internet of Services, IoS) и Интернет вещей (Internet of Things, IoT).

Попробуем c трех точек зрения разобраться, что такое IoT (рис. 1).



Рис. 1. Интернет вещей с трех точек зрения

Многим великим изобретениям человечества требуются десятки и даже сотни лет на переход от простых по форме представлений до сложных систем. Около ста лет потребовалось авиационному сообщению на путь от простейших бипланов, садившихся на травяное поле, до современных авиатранспортных комплексов. От создания предпосылок до массового внедрения Интернета людей ушло почти четверть века, однако похоже, что для IoT на то же самое потребуется существенно меньше времени. Понимание того, что такое Интернет вещей, вызревает быстро -- еще недавно традиционным примером потенциала IoT был холодильник, подключенный к сети, но уже сегодня ясно: IoT станет принципиально новой формой организации пространства, окружающего человека, с последствиями, сравнимыми с изобретением электричества или атомной энергии.

Национальный разведывательный совет США, осуществляющий координацию усилий разведки в определенных географических регионах и промышленных отраслях, в 2008 году опубликовал документ “Disruptive Civil Technologies”, в котором среди шести гражданских технологий с наибольшей «взрывной силой» назван IoT. По мнению авторов отчета, к 2025 году узлами IoT смогут стать все окружающие нас предметы.

Понятие «вещь» не так банально и очевидно, как кажется: определение вещи интересовало философов, начиная с Аристотеля и продолжателя его дела Филопона вплоть до современности, есть еще юридическая трактовка «вещи» и бытовая, которая и доминирует. Вещь может быть материальной и нематериальной, одушевленной и неодушевленной, а в контексте IoT вещью можно считать нечто реальное или виртуальное, но обязательно так или иначе связанное с цифровым миром посредством беспроводных коммуникаций, и это нечто должно обладать способностью быть так или иначе идентифицированным во времени и пространстве.

Интернет вещей позволит создать динамические сети, состоящие из миллиардов и триллионов таких вещей, коммуницирующих между собой. Таким образом, обеспечится сплав цифрового и физического миров, для которого приложения, сервисы, компоненты связующего ПО и оконечные устройства -- это вещи. У каждой из вещей реального физического мира в IoT будет цифровой двойник, ее виртуальное представление (рис. 2). Эти цифровые аналоги смогут воспринимать информацию из окружающего мира, вступать во взаимодействие, обмениваться данными. В результате сложится совершенно новая среда, где интеллект, заложенный в приложения, позволит оценивать происходящее в физическом мире, учитывать накопленные ранее сведения и опыт для поддержки принятия решений. В такой среде создаются качественно иные, чем сегодня, условия для бизнеса, для охраны здоровья, для обеспечения экологической безопасности и всего остального, что нас окружает. Разумеется, вся эта автоматизация не исключает человека, и в доказательство стоит привести неутешительный вывод, к которому пришли создатели самоуправляемого автомобиля Google после серии экспериментов, закончившихся в марте, -- они считают результат отрицательным, и в обозримом будущем без водителя обойтись не удастся, более того, уровень автоматизации уже сегодня пора ограничить, не доводя его до той черты, когда человек теряет чувство ответственности за происходящее.

Рис. 2. Интернет вещей и интеграция в трех мирах

Не предполагается, что IoT полностью автономизирует вещи, -- по существу, он ориентирован на человека и предоставляет ему возможность доступа к вещам, хотя многие вещи смогут вести себя иначе, чем мы представляем себе сегодня. В IoT каждая вещь будет иметь свой уникальный идентификатор (Unique Identifier) или виртуальный идентификатор (Virtual Identifier), которые совместно образуют континуум вещей, способных адресоваться друг другу, создавая временные или постоянные сети. Вещи смогут соучаствовать в процессе их перемещения, сообщая о себе сведения, они позволят полностью автоматизировать процесс логистики, а имея встроенный интеллект, они смогут менять свои свойства и адаптироваться к окружающей среде в том числе для уменьшения энергопотребления. Обладая «органами чувств», они смогут обнаруживать другие, так или иначе связанные с ними вещи, и налаживать с ними взаимодействие. Типичный пример такого рода, так называемый атакующий рой, -- стая небольших беспилотных самолетов, способная выполнять поставленную перед ней задачу. Более того, IoT позволяет создавать комбинацию из интеллектуальных устройств (например, различного рода средства дистанционного сбора данных и роботы), объединенных мультипротокольными сетями связи, и людей-операторов. Совместно они могут создавать системы для работы в средах, неудобных или недоступных для человека: космос, большие глубины, ядерные установки, трубопроводы и т. п. Синергия различных вещей в сочетании с творческими возможностями может принести качественно новые результаты.

2. Реальные приложения IoT и M2M

Фантазия в части применения умных вещей ничем не ограничена, но это в будущем, а уже сегодня просматриваются приложения, где IoT даст очевидный эффект.

Авиационная и аэрокосмическая промышленность.

Традиционные методы контроля не исключают вероятности использования контрафактных узлов, это болезнь всеобщая, ею страдают и другие отрасли, но здесь она особенно опасна и является причиной до трети авиационных происшествий. При наличии неотделимой от изделия метки RFID и распределенной базы данных выпущенных разными производителями запасных частей проблема контроля происхождения той или иной детали снимается. Следующий шаг -- контроль состояния изделия в процессе эксплуатации, при этом ответственные узлы и механизмы могут быть снабжены беспроводными системами диагностики и сбора данных для анализа и принятия решений с использованием современных аналитических технологий.

Автомобильная промышленность.

В этой сфере могут быть реализованы системы мониторинга и плюс к тому механизмы взаимодействия между транспортными средствами (Vehicle to Vehicle, V2V), взаимодействия транспортного средства с инфраструктурой (Vehicle to Infrastructure, V2I). Снабжение автомобилей системами позиционирования в реальном времени (Real-time Locating Systems, RTLS) позволяет оптимизировать движение, а системами связи на малом расстоянии (Dedicated Short Range Communication, DSRC) -- упростить прохождение пунктов оплаты, таможенных терминалов. Системы V2V и V2I позволяют организовать интеллектуальные транспортные сети, наладить идентификацию микроточкой, когда в неприметных местах наклеивается метка, содержащая персональный идентификационный номер автомобиля VIN, что в сочетании с технологией RFID сократит возможности хищения.

Телекоммуникации.

IoT открывает возможности для объединения различных телекоммуникационных технологий с целью предоставления сервисов нового типа. Предполагается интеграция глобальной цифровой мобильной сотовой связи GSM с коммуникациями ближнего радиуса действия (Near Field Communication, NFC), персональными сетями на базе Bluetooth, беспроводными локальными сетями, беспроводными сенсорными сетями стандарта ZigBee в сочетании с системой глобального позиционирования и технологией идентификации абонента (SIM-карты). Такая интеграция позволит сервисам преодолевать границы различных административных доменов и образовывать необходимые пользователю композиции.

Умные дома.

Сегодня представление об умном доме распространяется на дорогие офисы, а IoT демократизирует эти возможности прежде всего за счет использования массовых продуктов (произойдет примерно то же, что было с переходом от мэйнфреймов к ПК).

Близкие по смыслу преобразования возможны в медицине, в технике ухода за больными, в фармацевтике, в различных областях производства, в страховании и т. д.

Навигация внутри зданий. Как известно, сигнал GPS плохо относится к металлическим перекрытиям современных торгово-развлекательных и деловых центров. ГЛОНАСС к ним относится не менее чувствительно. В общем, сигнал "не пробивает". В то же время иные заведения (ну, кто так строит?!) представляют собой полноценные лабиринты, причем, иногда кажется, что неевклидовой геометрией строители совсем не брезгуют. Заблудиться в эдаких ТРЦ можно легко.

Решение: расставляем маячки в разных местах ТЦ с применением гвоздей и шурупов (чтоб не утащили), пишем приложение-навигатор, которое считывает показания сигналов маячков и пытается методом трилатирации\полигонометрии определить ваше положение в пространстве. Нужен только коннект в интернет, чтобы получить координаты и UUID маячков. Или не нужен - ввести заранее, а приложение просто периодически обновлять.

Разумеется, большой точности местоопределения не получить, но плюс-минус десять метров в помещении достаточно, чтобы найти дорогу к выходу.

Такси. Приложений для вызова такси уже пруд пруди. Они все разные. Но у всех есть один недостаток - чтобы найти вызванное такси на стоянке аэропорта, необходимо иметь орлиное зрение и дедуктивный склад ума. Кроме того, мониторинг и контроль - сел пассажир в авто, или таки не сел с помощью маяка можно автоматизировать.

Решение: приложение для смарта у нас уже есть по определению, осталось только поставить маяк в машину. При приближении в зону приема (это примерно 70 метров) приложение как минимум начинает пищать и привлекать внимание. При посадке в авто сигнал еще более мощный и приложение автоматом шлет диспетчеру сигнал "ок, машина едет".

Производственный процесс. Это для таких производств, где оперируют большими сборочными единицами. Или для логистических центров с контейнерами, например. В контейнер ставится маяк, а считывать их можно как стационарными постами, так и мобильными устройствами - подошел со смартом к контейнеру и тут же получаешь данные о нем. И не нужно ничего сканировать и/или считывать. Собственно, решение уже описано.

Социальные сети и игры - например, авточекин, когда приближаешься к определенному маяку. Не нужно ждать пока форсквер загрузит все свои точки и карты. И такой чекин обмануть уже нельзя. А для социальных игр есть масса сценариев типа "ночного дозора".

Хронологгер - а если из предыдущего варианта поток данных отправлять не Фейсбук, а в корпоративную систему, то можно создать систему учета времени и писать статистику перемещения сотрудников с целью оптимизации процессов. Нужно только не акцентировать внимание на поощрениях/наказаниях, а сделать процесс "рабочих чекинов" веселым, но полезным.

Если снабдить маячки каким-либо датчиком, который меняет значение "светящейся" информации (это можно сделать как раз с помощью переменных major и minor, входящих в UUID), то появляется возможность организации мониторинга окружающей среды "за недорого". Ограничение - радиус действия маяка. Если использовать простые, неэнергоемкие датчики типа "контакт", то на сроке службы батарейки маячка это никак не отразится. Возможность подключения таких датчиков, например, у Kontakt.io имеется.

Мобильные платежи можно сделать более безопасными введя третью разрешительную категорию для фиксации сделки - теперь к "иметь" (физический носитель) и "знать" (пароль/пин-код) можно ввести еще и "находиться". Айбикон может использоваться в качестве триггера местонахождения физического носителя. Сценарий примерно такой: вы бронируете место в кинотеатре и оплачиваете его. Но деньги с вашего счета не спишутся, пока вы со своим смартом и соответствующим приложением не явитесь лично в кинотеатр. Как только пришли, и ваш смарт зафиксировал близость соответствующего маяка - дается сигнал по проведению трансакции. Мне такой сценарий кажется более чем удобным. А если идею развить и приложить, например, к городскому транспорту, то получается следующая схема - подписался на услугу в местном трамвайно-троллейбусном управлении, которые расставили маячки во всех своих ТС. Далее остается только аппрувить оплату за проезд при входе в салон.

Ещё пример: Приложение получает список маячков в зоне видимости с определенным Proximity UUID (поиск можно сузить, указав значение major или major/minor), и определяет расстояние до маячка в трех значениях Immediate (очень близко - в нескольких сантиметрах), Near (рядом - до 2 метров) и Far (далеко, но в зоне видимости) и погрешность расстояния в метрах. Полученные данные отдаются приложению, которое выполняет то, или иное действие.

Мониторинг региона.

Когда пользователь заходит в зону действия маячка или покидает ее, возникают соответствующие события.

Причем мониторинг работает даже когда приложение находится в фоне, а при наступлении события приложение будет разбужено и отработан заданный сценарий.

В каких же мирных целях можно использовать этот сценарий? И вот тут необходимо включить ту самую фантазию и воображение из самого первого абзаца.

Например, айбикон можно использовать в музейно-экскурсоводном деле - проходишь мимо памятника на Тверской площади, и бац! У тебя в смарте имеется вся информация, где выясняется, что когда-то эта площадь называлась Скобелевская - в честь героя Русско-турецкой войны генерала М. Д. Скобелева (1843--1882), а на площади стоял памятник финского гранита работы П.А. Самсонова (памятник в 1918 снесли большевики, а на его месте водрузили стеллу в честь Конституции РСФР, которую опять снесли в 1947 году и поставили памятник Ю.Долгорукому, в честь 800-летия Москвы).

Современные машины и механизмы могут взаимодействовать между собой (Machine-to-Machine - машина к машине, M2M), с инфраструктурой внешней среды (Machine-to-Infrastructure M2I) и с природой (Machine-to-Nature, M2N). Межмашинное взаимодействие иногда определяют как набор технологий, позволяющих машинам обмениваться информацией друг с другом или передавать ее в одностороннем порядке.

Однако машины могут обмениваться исключительно данными, но не информацией, и это важно для понимания сущности взаимодействия. В ряде работ M2M отождествляется с IoT, что категорически неверно, поскольку сегодня мы понимаем Интернет расширительно, не только как способ передачи данных между узлами сети с использованием определенных протоколов и технологий. В Интернет мы включаем сервисы, и для многих, если не для большинства пользователей, нет различия между World Wide Web и Интернетом, главное -- возможность взаимодействия человека с сетью, с сервисами сети, отсюда следует Internet of People. То же самое и в случае с IoT -- здесь под Интернетом понимается возможность взаимодействия между машинами, и совершенно не обязательно, что для этого используются те или иные протоколы. Иначе говоря, M2M -- это физическая основа Интернета вещей, а используются или не используются при этом протоколы, значения не имеет.

Межмашинное взаимодействие началось с систем автоматизации, телеметрии и того, что называют системами диспетчерского управления и сбора данных (Supervisory Control And Data Acquisition, SCADA). Классические системы этого типа собирают немного, по современным понятиям, данных и направляют их в центральный узел, где они обрабатываются компьютерами и анализируются людьми. Такие системы были специализированными, строились с использованием «тяжелого» оборудования с высоким энергопотреблением, а связь в 99,9% случаев была организована по проводам. Нынешние M2M отличаются применением универсальных датчиков, стандартных систем передачи данных, главным образом беспроводных, минимальным потреблением энергии, отсутствием обязательной централизации и обработкой данных, поступающих от большого числа датчиков. Главное -- интеллект системы распределен по иерархии (рис. 3).

Рис. 3. Иерархия устройств



3. Особенности технологий IoT

Создание полноценного Интернета вещей -- задача куда более сложная, чем это может показаться, а ее решение потребует пересмотра практически всех составляющих современного Интернета, от общих архитектурных принципов существующих технологий идентификации, технологий идентификации и управления сетями до обеспечения безопасности и соблюдения прав личности.

Идентификация.

В традиционном Интернете с 1994 года, когда консорциум World Wide Web Consortium утвердил систему универсальных идентификаторов ресурсов URI (Uniform Resource Identifier), с адресацией проблем нет. В общем случае URI включает в себя указание на механизм, используемый для доступа к ресурсу, компьютер, на котором ресурс находится, и имя ресурса (обычно имя файла). Используется подмножество URI, называемое URL (Uniform Resource Locator), а ограниченное распространение имеет близкая по существу система URN (Uniform Resource Name). Однако при переходе к IoT проблема в том, что ресурсы более разнообразны и намного сложнее организованы, чем файлы в обычных файловых системах.

В IoT невозможно обойтись одним идентификатором в силу того, что вещь может существовать в разных контекстах. Например, как изделие она может проходить по цепочке поставок от первых этапов производства до потребления или использования по месту назначения. Вначале она существует как отдельное изделие, а потом как часть чего-то целого: скажем, турбинная лопатка является частью двигателя, а двигатель -- частью самолета, а самолет находится под контролем системы сопровождения и т.д. Кроме всего прочего, в ряде случаев нельзя раскрывать подлинное имя вещи, в таких случаях требуются своего рода псевдонимы. Видимо, нужен какой-то уникальный идентификатор и средства его перевода для поддержки жизненного цикла вещи в соответствующих обстоятельствах. Первыми попытками движения в этом направлении стали стандарты на транспортные бирки Transport Label (ISO 15394), лицензионные знаки License Plate (ISO 15459), штрихкоды Code 128 barcodes (ISO 15417) и идентификаторы данных Data Identifiers (ISO 15418), но их область действия ограничена только логистикой. Необходимы исследования и разработки в области конвергенции и совместимости систем идентификации, чтобы однозначно именовать вещи в разных условиях и с использованием различных технических средств идентификации.

Архитектура и семантическая совместимость.

По определению IoT должен в максимальной степени обеспечить совместимость гетерогенных систем и разнородных ресурсов, включая поставщиков и потребителей информации и сервисов, людей, программное обеспечение, умные вещи и устройства. При этом отдельные узлы должны иметь возможность образовывать сети, связывающие их напрямую (peer), или собираться вместе в некоторые суперузлы. К тому же должна быть обеспечена полная децентрализация, причем не просто в виде распределенного интеллекта, а с возможностью, условно говоря, перемещения интеллекта с тем, чтобы перенести его ближе к источнику Больших Данных. Чтобы реализовать подобную, еще не вполне понятную сегодня функциональность, во главу угла архитектуры должна быть положена семантическая совместимость -- возможность компьютерных систем обмениваться смыслом передаваемых сообщений с однозначным его пониманием вне зависимости от форм представления.

О семантической совместимости много говорят в контексте Semantic Web, хотя, по существу, представления о семантической совместимости возникли вместе с сервис-ориентированными архитектурами (Service-Oriented Architecture). Но в SOA все относительно просто -- системы статичны, и можно без особых сложностей использовать два альтернативных подхода: либо применять какие-то общие взаимно понятные информационные структуры, либо задействовать специальные брокеры, выполняющие функции перевода (семантические медиаторы). В условиях децентрализованной и гетерогенной природы вещей все намного сложнее -- поддержка семантической совместимости должна быть масштабируемой, гибкой, открытой, многоуровневой, способной реагировать на события в окружающей среде, свободной от привязанности к определенным технологиям (язык программирования, операционная система, способы транспортировки данных и т. д.).

Обеспечение семантической совместимости в условиях IoT будет строиться исходя из возможностей тех же двух подходов, но задачи их реализации отличаются существенно большей наукоемкостью. Необходимо создавать специализированные словари для определенных вертикальных областей (Vertical domain cantered business vocabularies), горизонтальные конструкции (Horizontal Canonical Cross-Vertical frameworks) наподобие ebXML (Electronic Business using eXtensible Markup Language) и UBL (Universal Business Language). Количественное увеличение вещей и автоматизация работы с ними приведут к тому, что нынешние рутинные операции, такие как управление потоками работ, контрактами и тому подобное, превратятся из унылой офисной работы в полноценное высококвалифицированное управление. В данном случае предстоит переход, не меньший по радикальности, чем от управления лошадью кнутом и вожжами к управлению современным автомобилем или самолетом.

Главная отличительная особенность беспроводных сенсорных сетей (Wireless Sensor Network, WSN) заключается в способности к самоорганизации, их так и называют кооперативными (cooperative). Каждый из узлов WSN состоит из одного или нескольких микроконтроллеров на микропроцессоре или на сигнальном процессоре DSP, имеет память для хранения программ и данных, приемник-передатчик, источник питания и датчики. Если есть еще какие-то приводы, то такие сети называют WSAN (Wireless Sensor and Actuator Networks). Сети WSN могут включать в себя десятки тысяч узлов, которые могут конфигурироваться «по обстоятельствам» (ad hoc).

Совместная деятельность узлов поддерживается несколькими базовыми решениями: распределением доступа к эфиру, маршрутизацией, возможностью определения местоположения узла и синхронизацией по времени (рис. 4). Доступ к носителю (Medium Access Control, MAC) напоминает Ethernet, но проще. Здесь тоже могут возникать коллизии, когда передатчик обнаруживает, что несущая частота занята, но в силу того, что скорости передачи и объемы данных в WSN намного меньше, а вычислительная мощность узлов ниже, алгоритмы разрешения конфликтных ситуаций проще. Организация прохождения пакетов (маршрутизация) в WSN существенно отличается не только от Интернета, но и от близких по возможностям сетям MANET (Mobile Ad hoc Network). За основу взят географический принцип (Geographic Forwarding, GF) -- каждый датчик имеет сведения только о ближайших маршрутизирующих узлах и может передавать данные только им. Такой подход позволяет использовать маломощные передатчики, что важно с точки зрения потребления энергии и минимизации коллизий. Локализация узлов не исключает применения в WSN технологий геолокации, но чаще используются различные радиотехнические методы, например на основе измерения интерференции сигналов (Radio Interferometric Geolocation), что эффективно при работе в сантиметровом частотном диапазоне.

Безопасность.

В IoT каждая вещь приобретает своего виртуального двойника -- следовательно, помимо обеспечения физической безопасности, возникают проблемы информационной безопасности, значимость которой прямо пропорциональна количеству вещей. Использование беспроводных методов передачи данных открывает для злоумышленников бесконечные возможности. Чтобы оценить масштаб проблемы, достаточно представить себе, сколько уязвимостей создает использование меток RFID на изделиях, например на товарах потребления. На всех этапах логистики от производителя до магазина данные могут быть похищены, о товарах и продуктах сведения может получить кто угодно со всеми вытекающими последствиями. При выходе из магазина любой может узнать состав корзины покупателя и воспользоваться этими данными. Следовательно, нужны методы криптографии и физической защиты. Одновременно возникают многочисленные проблемы, связанные с защитой прав личности и другими вопросами.

4. Прогнозы развития

Заглядывая в будущее, Cisco IBSG прогнозирует, что к 2015 году к Интернету будет подключено 25 миллиардов, а к 2020 году - 50 миллиардов устройств. Важно заметить, что эти прогнозы не учитывают ускоренного развития интернет-технологий и устройств. Представленные на рисунке 1 показатели основаны на наших сегодняшних представлениях.

Кому-то количество подключенных устройств может показаться заниженным. Это связано с тем, что в приведенных выше расчетах учитывается все население нашей планеты, тогда как большинство людей до сих пор не имеет доступа в Интернет. Если же учитывать только тех, кто пользуется Интернетом, то количество подключенных устройств на одного пользователя окажется намного выше. Мы знаем, что сегодня Интернетом пользуется примерно 2 млрд. человек(8). Таким образом, количество подключенных устройств на одного пользователя в 2010 году составило 6,25 единиц (а не 1,84, как говорилось выше).

В нашем мире нет ничего неизменного, особенно, в Интернете. Такие инициативы и достижения, как Cisco Planetary Skin, HP CeNSE (Central Nervous System for the Earth - центральная нервная система Земли) и "умная пыль", могут подключить к Интернету миллионы и даже миллиарды датчиков. По мере того, как коровы и прочие животные, а также растения, водопроводные трубы, люди и их обувь будут подключаться к Интернету вещей, наш мир, возможно, изменится к лучшему. Когда к Интернету подключится триллион сенсоров со всеми сопутствующими вычислительными системами, программным обеспечением и услугами, мы услышим пульс Земли.

По мнению Питера Хартуэлла (Peter Hartwell), старшего исследователя из лабораторий HP, это вызовет в нашей жизни глубокие изменения под стать революционным преобразованиям в области коммуникаций, которые произошли на предыдущем этапе развития Интернета.

5. Проблемы развития

Есть факторы, способные замедлить развитие Интернета вещей. Из них самыми важными считаются три: переход к протоколу IPv6, энергопитание датчиков и принятие общих стандартов.

Переход к IPv6. В феврале 2010 года в мире не осталось свободных адресов IPv4. Хотя рядовые пользователи не нашли в этом ничего страшного, данный факт может существенно замедлить развитие Интернета вещей, поскольку миллиардам новых датчиков понадобятся новые уникальные IP-адреса. Кроме того, IPv6 упрощает управление сетями с помощью автоматической настройки конфигурации и новых, более эффективных функций информационной безопасности.

Питание датчиков. Чтобы Интернет вещей полностью реализовал свои возможности, его датчики должны работать совершенно автономно. А теперь представьте, что это значит: нам понадобятся миллиарды батареек для миллиардов устройств, установленных по всей планете и даже в космосе. Это совершенно нереально. Нужно идти другим путем. Датчики должны научиться получать электроэнергию из окружающей среды: от вибрации, света и воздушных потоков(18). Недавно в этой области был достигнут большой успех. Ученые анонсировали пригодный к коммерческому использованию наногенератор -- гибкий чип, преобразующий в электроэнергию человеческие телодвижения (даже одного пальца). Об этом было объявлено в марте 2011 года на 241-ом собрании Американского химического общества(19). "Это событие [создание наногенератора] стало важной вехой на пути к портативной электронике, использующей движения человеческого тела для производства электроэнергии, что позволит обходиться без батареек и розеток электрической сети. В будущем наногенераторы смогут полностью изменить нашу жизнь. Их возможности ограничены только рамками человеческого воображения", -- считает Чжон Лин Ван (Zhong Lin Wang), ведущий исследователь Технологического института штата Джорджия.

Стандарты. Хотя в области стандартов был достигнут значительный прогресс, впереди нас ждет большая работа, особенно в таких областях, как безопасность, защита личной информации, архитектура и коммуникации. IEEE - одна из организаций, пытающаяся решить указанные проблемы за счет стандартизации методов передачи пакетов IPv6 по сетям разных типов.

Важно отметить, что препоны существуют, но не являются непреодолимыми. Преимущества же Интернета вещей настолько велики, что человечество обязательно найдет решения для всех перечисленных проблем. Это лишь вопрос времени.

6. Сеть сетей

Сегодня Интернет вещей состоит из слабо связанных между собою разрозненных сетей, каждая из которых была развернута для решения своих специфических задач. К примеру, в современных автомобилях работают сразу несколько сетей: одна управляет работой двигателя, другая -- системами безопасности, третья поддерживает связь и т.д. В офисных и жилых зданиях также устанавливается множество сетей для управления отоплением, вентиляцией, кондиционированием, телефонной связью, безопасностью, освещением. По мере развития Интернета вещей эти и многие другие сети будут подключаться друг к другу и приобретать все более широкие возможности в сфере безопасности, аналитики и управления (см. рисунок 2). В результате Интернет вещей приобретет еще больше возможностей открыть человечеству новые, более широкие перспективы.

Примечательно, что эта тенденция отражает то, что наблюдалось на ранних этапах развития сетевых технологий. В конце 1980-х -- начале 1990-х годов Cisco сформировалась как крупная компания именно благодаря своим усилиям по установлению связи между разнородными сетями с помощью многопротокольной маршрутизации, которая в конечном итоге сделала протокол IP общепринятым сетевым стандартом. В том, что касается Интернета вещей, история повторяется, но в значительно больших масштабах.

7. Значение Интернета вещей

Прежде чем рассуждать о значении Интернета вещей, нужно понять разницу между Интернетом и тем, что именуется "всемирной паутиной" (World Wide Web, или просто Web). Эти термины часто используются как абсолютные синонимы, хотя Интернет -- это, прежде всего, физический уровень сетей: коммутаторы, маршрутизаторы и прочее оборудование. Главная функция Интернета состоит в быстрой, надежной и безопасной передаче информации из одной точки в другую. Web же -- это уровень приложений, работающий поверх Интернета. Его задача -- создать интерфейс для получения реальной пользы от передаваемой через Интернет информации.

В своем развитии Web прошел через несколько четко различимых этапов. Первый из них -- этап исследований. В то время Web назывался ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network) и использовался, главным образом, университетами в исследовательских целях.

Второй этап можно назвать "брошюрным". На этом этапе возникла `доменная лихорадка`: каждая компания захотела вывести информацию о себе в Интернет, чтобы проинформировать людей о своих продуктах и услугах.

Третий этап представлял собой переход от статичных данных к транзакционной информации, позволяющей не только читать о продуктах и услугах, но и покупать и продавать их. На этом этапе на рынок буквально ворвались такие компании, как eBay и Amazon.com. Кроме того, этот этап запомнился бумом и крахом "доткомов".

Четвертый этап (на нем мы и находимся сегодня) -- это `социальный` этап или `этап пользовательского опыта`. На этом этапе огромную популярность приобрели такие компании, как Facebook, Twitter и Groupon, которые, помимо прочего, стали работать с большой прибылью (что выгодно отличает нынешнюю ситуацию от того, что произошло на третьем этапе). Эти компании позволяют людям связываться друг с другом, подключаться к сети и обмениваться личной информацией: текстами, фотографиями, видео, -- с друзьями, родственниками и коллегами.

В отличие от Web-технологий, Интернет развивался, прежде всего, в количественном отношении, почти не меняясь качественно. Сегодня Интернет делает примерно то же самое, что и во времена сети ARPANET. В те дни существовало несколько коммуникационных протоколов (AppleTalk, Token Ring и IP). Сегодня остался только IP. Вот, пожалуй, и все.

В этой ситуации Интернет вещей приобретает особое значение, ибо в данном случае мы наблюдаем первое действительно существенное изменение на уровне физического Интернета. Этот качественный скачок должен вызвать к жизни удивительные приложения, способные резко изменить то, как мы живем, учимся, работаем и развлекаемся. Уже сегодня Интернет вещей вызвал широкое распространение датчиков температуры, давления, вибрации, освещения, влажности и физических нагрузок, которые помогают нам упреждать различные проблемы и не действовать в "пожарном порядке".

Кроме того, Интернет начал проникать в ранее недоступные сферы. Пациенты начинают проглатывать интернет-устройства, позволяющие точно диагностировать некоторые заболевания и выявлять их причины. Микроскопические датчики, подключенные к Интернету, можно закреплять на растениях, животных и геологических образованиях. С другой стороны, Интернет начинает выходить в открытый космос, например, в рамках программы Cisco IRIS (Internet Routing in Space - интернет-маршрутизация в космосе).

8. "Мудрость" информации

Человек развивается, потому что общается с себе подобными. Совершив однажды открытие, человечеству уже не нужно совершать его снова и снова -- достаточно рассказать о нем. В качестве примера приведу открытие спирали ДНК, передающей генетическую информацию от поколения к поколению. После того, как в апреле 1953 года Джеймс Уотсон (James Watson) и Фрэнсис Крик (Francis Crick) опубликовали свое открытие в научном журнале, все другие специалисты в области медицины и генетики стали пользоваться этой информацией для совершения новых фундаментальных открытий.

Принцип передачи информации и ее использования для новых открытий лучше поймешь, посмотрев, что обычно делают люди с полученными данными. Пирамида на этом рисунке имеет несколько уровней: данные, информация, знания, мудрость. Данные -- это "сырой материал", превращающийся в полезную информацию. Сами по себе исходные данные могут быть совершенно бесполезны, однако большой объем накопленных данных помогает выявить закономерности и тенденции развития. Информация складывается в знания. Простое определение знания -- "информация, известная какому-либо человеку". Мудрость -- это знания плюс опыт. Знания со временем меняются, мудрость же остается неизменной. Но весь процесс начинается со сбора исходных данных.

Здесь важно отметить прямую корреляцию между входом (данные) и выходом (мудрость). Чем больше генерируется данных, тем больший объем знаний и мудрости можно получить в итоге. Интернет вещей радикальным образом увеличивает объем данных. Рост объема данных плюс возможности Интернета по передаче данных -- все это поможет человечеству развиваться еще быстрее.

Население Земли продолжает расти, поэтому нам нужно все рачительнее использовать природные ресурсы. Кроме того, люди хотят не просто существовать, а жить полнокровной жизнью в здоровой и удобной среде, создавая такую же среду для своих родных и близких. Возможности Интернета вещей в области генерирования, сбора, передачи, анализа и распределения данных в мировом масштабе позволят человечеству в конечном итоге получить знания и мудрость, которые необходимы не только лишь для выживания, но и для настоящего процветания на протяжении многих месяцев, лет, десятилетий, веков.

9. Мировой рынок технологий IoT

В октябре 2013 года компания IDC выступила с заявлением, что рынок технологий и сервисов, связанных с «интернетом вещей», а также гало-эффект, который окажет развитие таких технологий, сгенерировал выручку в размере $4,8 трлн в 2012 году, а к 2020 году она составит $8,9 трлн при среднегодовом росте на порядка 7,9%.

По словам аналитиков IDC, возможности и перспективы, которые дают технологии, связанные с «интернетом вещей», привлекают все больше новых вендоров на этот рынок.

Так что эксперты полагают, что «интернет вещей» в скором времени станет глобальным феноменом, который проявит себя весьма явным образом в экономике стран «большой 20-ки» (G20).

Что касается готовности этих стран к развитию «интернет-вещей», то в IDC отмечают наиболее высокую готовность США и Южной Кореи. Индия заняла 16-ю строчку по готовности к «интернету вещей», позиции других стран в бесплатной части исследования не уточняются.

В мае 2013 года глава компании Cisco Джон Чемберс (John Chambers) заявил, что новый технологический рынок, связанный с интернетом вещей (Internet of Things (IoT), в ближайшее десятилетие сгенерирует $14 трлн.

«Интернет вещей» станет крупнейшей составной частью рынка ИТ в ближайшие 10 лет, реализация этой концепции принесет $14 триллионов выручки», - заявил топ-менеджер на конференции AllThingsD's D11.

По словам Чемберса, это утверждение основывается на исследованиях Cisco в данной области. В мае 2013 года компания также представила новый отчет по трендам интернета. Согласно содержащимся в нем прогнозам, к 2017 году будет около 2,8 млрд машин в интернете, это 30% всех устройств, подключенных к глобальной сети во всем мире. В 2012 году этот показатель составлял 960 млн и 17% соответственно.

Рост проникновения этих устройств спровоцирует рост рынка сопутствующих приложений, сервисов, услуг поддержки, а также побудит бизнес- и сервис-провайдеров обновить их сети. Без сомнения, указные процессы станут источником прибыли для многих технологических компаний, уверены в Cisco.

10. IoT в культурно-историческом контексте

Руководитель MIT Media Lab Николас Негропонте пишет: «Когда мы говорим об Интернете вещей, не стоит все сводить к нанесению меток RFID на тупые вещи, чтобы более умные вещи могли их распознавать. Суть совсем в другом -- мы встраиваем интеллект в вещи, чтобы они стали умнее и могли делать больше, чем мы ожидали получить от них прежде». Не может не удивлять тот факт, что, в отличие от подавляющего большинства новых идей в области ИТ, IoT привлек к себе внимание авангардных архитекторов и культурологов. По их представлениям наступает момент, когда количество цифровых взаимосвязанных между собой устройств становится достаточным для изменения городского пространства, компьютеры «выходят из коробок» и обыкновенные предметы превращаются в носителей цифровых сигналов. Начинают воплощаться в жизнь предвидения таких персонажей, как скульптор и писатель из книги «Искусство как система», написанной Джеком Бурнхамом, как теоретик архитектуры и создатель группы «Аркигрэм» Седрик Прайс, архитектор и дизайнер Кристофер Александер. Дошло до того, что IoT превратился в расхожую тему для разговоров, и зачастую его используют в маркетинговых целях без адекватного понимания сущности происходящего.

В тех случаях, когда IoT рассматривается одновременно как технический и культурный феномен, его историю ведут с 1832 года, когда Павел Львович Шиллинг продемонстрировал первую действующую модель электромагнитного телеграфа. С этого момента началась передача данных с использованием электрической энергии со всеми вытекающими отсюда последствиями. Но подлинным началом IoT можно считать середину 20-х годов XX века -- великие и таинственные работы Николы Теслы, апологета беспроводной передачи не только данных, но и энергии. Вот что он говорил тогда: «Когда беспроводные технологии достигнут подлинного развития, вся Земля превратится в единый огромный мозг, все вещи станут частью единого целого и доступ к этому мозгу человек будет иметь с помощью прибора, похожего на современный телефон, каждый сможет носить его в кармане». Трудно поверить, что это было сказано почти 90 лет назад. Философ Маршалл Маклюэн, исследователь воздействия электронных средств коммуникации на человека и общество, еще в 1964 году отмечал: «Посредством электронных медиа и других технологий мы превратим города в информационные системы».

С 1969 года, вошедшего в историю человечества как год создания ARPAnet, началась следующая технологическая фаза, которая продолжалась до 1999 года: протокол TCP/IP, DNS, World Wide Web и т. п. А в 1990 году Джон Ромни сделал первое интернет-устройство -- тостер, управляемый по Сети. Из книги Марка Вейзера «Компьютер в XXI веке», вышедшей в 1991 году: «Наиболее продвинутые технологии характерны тем, что они вроде бы исчезают из виду, вплетаясь в ткань повседневной жизни так, что становятся ее неразрывной частью, неотличимы от нее». И еще одно высказывание из последней работы Вейзера, написанной в 1998 году: «Всепроникающие компьютерные системы представляют собой прямую противоположность виртуальной реальности. Виртуальная реальность позволяет человеку отключиться от жизни и погрузиться в мир, созданный компьютерными технологиями, а всепроникающие вычисления вводят компьютер в мир, где живут люди».

Решающим стал 1999 год, когда в МТИ был создан Auto-ID Center, а затем еще семь лабораторий Auto-ID Labs, расположенных на четырех континентах. Создатель и первый директор Auto-ID Center спустя десять лет писал: «Я могу ошибиться, но убежден, что фраза “Internet of Things” начала свое существование в 1999 году, я использовал ее во время презентации технологии RFID в Procter&Gamble, не претендуя на глобальность, а скорее, чтобы образно подчеркнуть суть. Позже ее стали использовать где угодно, от статей в научно-популярных журналах до названия конференций, но чаще всего без достаточного понимания сути». На пару лет позже в МТИ был организован междисциплинарный центр Center for Bits and Atoms -- его создатель Нейл Гершенфельд в 1999 году выпустил книгу «Когда вещи начинают думать», где писал: «Ретроспективно глядя на быстрый рост World Wide Web, можно допустить, что он спровоцирует еще больший взрыв, результатом которого будут вещи, подключенные к Сети».

После 2003 года поднялась волна публикаций, конференций и прочих массовых акций по поводу IoT, но, пожалуй самым значимым событием был запуск протокола IPv6, позволяющего присвоить адреса 340 ундециллионам (10 39) объектов. По мнению авторов IPv6, 240 из них хватит, чтобы адресоваться к каждому атому на поверхности Земли и еще 100 с лишним останется в резерве.

11. Прибыль от "Интернета всего"

На фоне фейерверка новинок и калейдоскопа забавных случаев, которые, в лучших традициях города казино, предлагает вниманию почтенной публики выставка International Consumer Electronics Show (CES 2014), детальный прогноз перспектив "интернета всего", представленный там Cisco, выглядит на первый взгляд немного скучновато… Но -- только на первый. Ведь там речь идёт о деньгах, причём о деньгах в таком масштабе, что они способны влиять и на социально-политические, и на геополитические процессы. О возникающем рынке «интернета всего» потенциальной стоимостью в девятнадцать триллионов долларов, прекрасном ориентире для наступившего года!

Поскольку выставка в Лас-Вегасе ориентирована на потребительскую электронику, то наиболее детально эксперты Cisco рассмотрели тот сектор экономики, в котором мы выступаем потребителями, объединившись в муниципалитеты и государства, а именно -- глобальный публичный сектор. И хотя порой кажется, что влиять на процессы в этом секторе мы не можем, всё там решают за нас, но воздействуют они на жизнь каждого из нас, и очень серьёзно. Так что внимание читателей к этой сфере кажется более чем оправданным.

Примеры успешного внедрения «интернета всего» в публичном секторе, которые приводит Cisco, кажутся поначалу малозначительными. Так, в Финляндии муниципальные службы оборудовали контейнеры для мусора датчиками заполнения, подключёнными к сети. Мелочь? Но мелочь в высшей степени полезная, позволяющая выстроить график движения и маршруты машин коммунальных служб так, что контейнер забирают именно в тот момент, когда он близок к заполнению. При этом экономятся и объем контейнера, и горючее, и ресурс мусоровозов, и труд коммунальщиков…

И экономятся очень существенно: Cisco говорит о 40% сокращения расходов на сборку мусора. Весьма суммарно существенных -- ведь не зря же уборка мусора была во все времена объектом пристального интереса организованной преступности и куском, который политики-демагоги щедро отваливали своим союзникам-соратникам… Да и чистота от этого только выигрывает: по улицам чухонских городов мусор не летит и не скапливается на них горами -- в отличие от того, что можно наблюдать в послерождественские дни в стране родимых осин…

А вот другой край Европы -- солнечная Ницца, открытая и обустроенная некогда для красивой жизни имущими классами Российской империи. Там «интернет всего» привлечён к решению другой проблемы современных городов -- уличному движению и автомобильной парковке. Smart Parking уведомляет водителей о свободных местах парковки и предупреждает об их отсутствии. Говорит о заторах и регулирует график работы светофоров так, чтобы способствовать повышению пропускной способности городских магистралей.

Считается, что в результате этих мер пробки уменьшились на 30% -- с одновременной экономией потерянного в них времени и избавлением приморского города от копоти сожжённого в них бензина. Пользу информированности о наличии/отсутствии свободных мест на стоянках в ближайшее время -- после того как привыкнут к платности парковок внутри Садового кольца -- смогут оценить и москвичи, а за ними и жители других городов нашей страны; пробки в центре городов и проблемы с парковками являются проблемой уже и для полумиллионников.

Интерактивные информационные экраны City 24/7 на улицах Нью-Йорка не только снабжают жителей информацией, но и пополняют городскую казну.

Ну а система интерактивных информационных экранов установленных в Нью-Йорке (пока на улицы пришла первая четверть тысячи), не только позволяет гостю из России получить информацию, где можно в неурочный час, оказавшись застигнутым неожиданным новогодним холодом, купить пуховичок подлиннее и чуждую американским аборигенам шапку потеплее и узнать, по каким музеям удобнее шляться в скверную погоду, но и приносит в городскую казну поступления от рекламных отчислений…

Все это, в общем-то, мелочи… Но жизнь и состоит из мелочей. Маленьких событий, складывающихся в процессы, которым посвятил целую философскую систему Альфред Рассел Уайтхед и которые Cisco определяет в высшей степени деловито и конкретно -- как доставку нужной информацию нужному человеку по наиболее эффективному пути. Скучно -- так один из основополагающих принципов естествознания, принцип наименьшего действия Мопертюи, состоит в том, что процессы в мироздании текут самым эффективным путём.

И теперь «интернет всего», объединяющий людей, процессы, данные и машины, готов повысить эффективность их взаимодействия, направив его по самым верным путям. То есть техносфера, созданная руками людей вторая природа, окажется пронизанной «нервной системой» информационных технологий, будет работать с большей отдачей. Именно из того, что мусоровоз в Суоми поедет точно к заполнившемуся бачку, а курортник в Ницце -- к освободившемуся месту на стоянке, подобно тому как квант света летит по кратчайшему пути, и сложится многотриллионная эффективность «интернета всего».