Идея Интернета вещей была разработана в начале 20 века Николой Тесла — физик предсказал, что радиоволны станут нейронами «большого мозга», который будет управлять всеми вещами. А инструменты для управления им должны легко помещаться в кармане. Великий изобретатель не был провидцем, он просто понимал то, что его современники не могли себе представить.
Что такое «Интернет Вещей»
IoT — это аббревиатура, которая расшифровывается как «Интернет вещей». Это глобальная компьютерная сеть физических устройств, объединяющая датчики, программное обеспечение и другие средства для сбора, обработки и передачи информации. «Умные» объекты могут общаться друг с другом и внешним миром через интернет и другие передовые технологии. Обмен данными осуществляется напрямую или через удаленные серверы.
IoT-устройства работают автоматически, но также могут управляться командами, которые при необходимости могут быть отданы удаленно.
Краткая история появления Интернета Вещей
Считается, что первым устройством с поддержкой Интернета был тостер, который Джон Ромки, один из разработчиков TCR/IP, в 1990 году подключил к компьютеру, который включал и выключал кухонный прибор с помощью команд get и set. Тостером можно управлять дистанционно или запрограммировав его на автономную работу.
В 1999 году Кевин Эштон — соучредитель Auto-ID Labs в Массачусетском технологическом институте — впервые ввел термин «Интернет вещей». Но только после 2010 года эта область вычислений начала интенсивно развиваться благодаря усовершенствованию беспроводных технологий и дизайна датчиков, а также снижению стоимости чипов.
Появились микроэлектромеханические схемы (МЭМС), состоящие из механических и электрических компонентов. Датчики, изготовленные с помощью МЭМС, настолько малы, что их можно прикреплять даже к одежде. Считается, что мировые компании признали Интернет вещей перспективным направлением после приобретения Google компании Nest, которая занимается разработкой систем для «умного дома».
К 2020 году количество устройств в Интернете вещей приблизится к 50 миллиардам, включая холодильники, кондиционеры, умные часы, светильники, микроволновые печи, платежные и информационные терминалы, сложную строительную технику и многие другие устройства.
Что такое IoT, и как он устроен
Ключевым показателем того, что устройство является системой IoT, является его способность самостоятельно взаимодействовать с Интернетом или другими устройствами для передачи информации через Wi-Fi, Bluetooth или другими доступными способами. Подключенные к Интернету вещи могут общаться друг с другом в комнате, городе, стране или даже во всем мире. Системы IoT работают в режиме реального времени.
Проще говоря, принцип работы IoT можно описать следующим образом:
- интернет-вещи собирают необходимую информацию с помощью сенсоров и датчиков;
- данные поступают во встроенные микропроцессоры и контроллеры для предварительной обработки и передачи в облачное хранилище или в другой информационный центр;
- на базе обработанной информации выполняется управление IoT-устройствами.
С помощью Интернета вещей можно управлять бытовой техникой, следить за дорожным движением, строить практически автономно и реализовывать множество других небольших и глобальных проектов.
1980-е
Одним из первых устройств, способных
Со временем многие люди стали все больше задумываться о технологии, которая могла бы соединять устройства. Благодаря этой технологии перспектива создания вычислительной среды, способной автономно выполнять определенные задачи и обмениваться информацией без вмешательства человека, стала реальностью. К этому времени спрос на такие технологии уже возник — как среди обычных людей (о чем свидетельствуют многочисленные книги, фильмы и музыкальные темы об автоматизации, роботах и «умных» устройствах в популярной культуре, начиная с 1950-х годов, причем на более серьезном уровне, чем раньше), так и в промышленности, где автоматизация была главной проблемой с 19 века. Важной предпосылкой для появления концепции межмашинной коммуникации стало ускоренное развитие высоких технологий в 1970-х и 1980-х годах (появление микропроцессора, персонального компьютера, графического интерфейса, развитие Интернета).
В конце 1980-х — начале 1990-х годов Марк Вайзер, директор по исследованиям в Xerox PARC (исследовательский центр компании Xerox), предложил концепцию повсеместных вычислений. По мнению Вайзера, компьютеры должны быть интегрированы в окружающую действительность и уметь общаться друг с другом, чтобы незаметно для пользователя решать его повседневные задачи. В статье 1991 года под названием «Компьютеры для 21 века», в которой Марк развил свою идею, ученый с большой точностью предсказал появление Интернета вещей. В статье 1994 года для журнала IEEE Spectrum инженер Реза Раджи говорил о соединении, «где небольшие пакеты данных агрегируются в узлы сети, позволяя автоматизировать и интегрировать все процессы от потребителей до промышленности». В то же время некоторые крупные компании, такие как Microsoft или Novell, начали разрабатывать Интернет вещей.
1990-е
Важной вехой в появлении Интернета вещей стало выступление ученого Билла Джоя на Международном экономическом форуме в Давосе в 1999 году, где один из основателей Sun Microsystems представил свою идею «шести сетей». Джой выделил шесть типов интернета, четыре из которых создаются пользователями. Один из них, «интернет здесь и сейчас», обеспечит доступ к сети в любое время и в любом месте для устройства, которое всегда с вами (очевидный прототип 4G, LTE), или «странный интернет», который вы можете получить с помощью голоса, отдавая команды своему автомобилю или тому или иному голосовому помощнику. Среди этих типов интернета ученый выделил два, в которых непосредственно не участвуют люди — «B2B» и «D2D». По словам Джой, связь B2B (business-to-business) не имела пользовательского интерфейса и
В 1980-х и 1990-х годах идея межмашинной связи, интернета, невидимого для пользователя и обеспечивающего связь между различными устройствами, получила развитие в различных концепциях, статьях и разработках. Однако не было короткого названия, под которым можно было бы начать новый этап технологического развития в этой области. Название было придумано в 1999 году, когда Кевин Эштон, пионер технологии RFID, представил руководителям компании Procter & Gamble концепцию Интернета вещей. Презентация была посвящена технологии RFID и тому, как она может преобразовать некоторые рынки, такие как логистика и розничная торговля.
Кевин Эштон
Тот факт, что я, возможно, первым произнес термин «Интернет вещей», не дает мне права контролировать значение, которое придают ему другие. Но мое понимание таково. Компьютеры и Интернет нуждаются в людях, потому что они созданы людьми. Вся информация, хранящаяся в Интернете, когда-то была загружена туда людьми. Будь то текст, изображения, видео, сканированная информация или информация со штрих-кодом — все это создается и размещается в Интернете людьми. Проблема в том, что время, забота и внимание не бесконечны. Если бы наши компьютеры и устройства могли собирать, распространять, анализировать и обмениваться информацией друг с другом, это было бы настоящей победой. Интернет вещей может изменить мир так же, как это уже сделал традиционный Интернет», — написал позже в своей статье Кевин Эштон.
В новом десятилетии стремительно набирает обороты концепция Интернета вещей, которая включает в себя всевозможные технологии взаимодействия с устройствами, от RFID-меток и подключенных автомобилей до промышленной автоматизации и «умных» городов. Например, журнал ScientificAmerican опубликовал статью о том, как Интернет вещей может изменить повседневную жизнь — умные бытовые приборы, счетчики и т.д. И многие крупные компании интегрировали разработки IoT в свою деятельность. Постепенно стали проводиться мероприятия (конференции, круглые столы, форумы) по IoT. К концу 2000-х годов количество подключенных к сети устройств превысило численность населения планеты, что ознаменовало окончательную победу и жизнеспособность концепции.
В своем нынешнем виде Интернет вещей уже стал неотъемлемой частью жизни многих людей. Благодаря появлению беспроводных сетей, постоянному увеличению пропускной способности интернет-соединений и появлению новых сетевых устройств, люди окружили себя сетевой инфраструктурой, которая помогает им и решает проблемы, которые раньше были
2000-е
Проще говоря, Интернет вещей — это совокупность вычислительных устройств, которые связаны между собой и способны получать и передавать информацию по беспроводным сетям без вмешательства человека.
Первыми на ум приходят планшеты и ноутбуки. Теоретически, однако, почти все устройства, имеющие кнопку включения/выключения, могут быть подключены к Интернету и таким образом стать частью системы IoT.
Как устроен интернет вещей
Помимо бытовых приборов, это может быть человек, носящий имплантат для мониторинга сердца, камера наблюдения, установленная в джунглях или у водоема для наблюдения за дикими животными, или автомобиль, в который встроены датчики потенциальных угроз. То есть, любой объект, которому может быть присвоен IP-адрес (сетевой адрес) и который может взаимодействовать с сетью.
Интернет вещей — это не только устройства, но и датчики. Они обмениваются данными через облачное соединение. Как только информация попадает в облако, она сразу же обрабатывается программным обеспечением. Затем он решает, какие действия предпринять и в каком порядке (например, настройка микроустройств и датчиков таким образом, чтобы не отправлялись уведомления и пользователю не приходилось вводить данные вручную).
Полная система IoT состоит из четырех различных элементов: пользовательского интерфейса, средств обработки данных, способов подключения и датчиков устройств. Давайте рассмотрим каждый из них подробнее.
Область применения устройства, которое является частью Интернета умных вещей, определяет сетевые протоколы и протоколы подключения. Чтобы ускорить и упростить сбор данных для систем IoT, в последнее время активно используются технологии машинного обучения и искусственного интеллекта.
Системы IoT делятся на две большие категории: системы, созданные для предприятий, и системы, предназначенные для домашних пользователей.
- Датчики приборов. Они предназначены для сбора информации в той или иной среде. Гаджет может быть оснащён целым рядом датчиков (таких как камера, акселерометр, GPS у смартфона). Они собирают в окружающей среде данные, чтобы с их помощью решать определённые задачи.
- Способы подключения. Собранные сведения нужно как-то передать в облако. Можно сделать это разными путями: подключиться к интернету через спутник или Wi-Fi, воспользоваться LPWAN (энергоэффективными сетями дальнего радиуса действия), Bluetooth или старым добрым Ethernet. Какой вариант будет выбран, зависит от назначения того или иного гаджета в интернете вещей.
Инструменты обработки данных. Применяются уже в облачном хранилище, куда стекаются данные. Они подвергаются программной обработке для принятия решения о том, что делать дальше (например, перенастроить датчики, не заставляя пользователя вмешиваться, или отправить предупреждение). В некоторых случаях человек всё-таки должен сам ввести какие-либо данные, и тогда на помощь приходит пользовательский интерфейс. Пользовательский интерфейс даёт возможность пользователю добавлять информацию или настройки в систему либо проверять её работоспособность. Тут последовательность циркуляции данных обратная: из интерфейса в облако и потом к датчикам, чтобы применить внесённые изменения. Наиболее типичным примером таких систем являются «умные дома». Этот пример уже упоминался, но мы должны вернуться к нему, поскольку это наиболее распространенное применение технологий IoT среди обычных пользователей.
Виды интернета вещей
Команда GeekBrains совместно с международными экспертами по развитию карьеры подготовила материалы, которые помогут вам найти работу своей мечты.
Потребительский интернет вещей
В подборку вошли только самые востребованные и высокооплачиваемые карьеры и области в ИТ-секторе. 86% наших студентов использовали эти материалы для определения своей карьерной цели на ближайшее будущее!
Загрузите его и начните использовать уже сегодня:
30 самых востребованных и высокооплачиваемых профессий в 2022 году.
Лучше понять текущее состояние рынка труда.
Сборник из более чем 50 ресурсов из сектора информационных технологий
Только лучшие Telegram-каналы, YouTube-каналы, подкасты, форумы и многое другое, чтобы узнать больше об ИТ.
50+ лучших сервисов и приложений от Geekbrains.
Безопасные и надежные приложения для работы сегодня
Экосистемы умных бытовых приборов могут включать в себя множество действительно полезных устройств.
Конечно, чайники с программным управлением и умные стиральные машины приносят в дом большое удобство, но гораздо более
Промышленные IoT-системы принципиально отличаются от потребительских IoT-систем своим масштабом. «Умный» измеритель глюкозы в крови или тонометр влияет на жизнь одного человека, «умный» дом — на целую семью, а промышленные IoT-решения могут влиять на сотни или тысячи людей.
Интернет вещей (IoT) сегодня интегрирован в очень многие промышленные процессы. Благодаря сложным, чувствительным системам датчиков работники тратят гораздо меньше времени на контроль оборудования и могут полностью посвятить свое внимание работе.
Если вы все еще убеждены, что Интернет вещей предназначен только для того, чтобы сделать вашу повседневную жизнь более удобной, это не совсем так. Решения IoT используются везде, где можно автоматизировать процессы: в городском управлении, в розничной торговле, в здравоохранении, в сельском хозяйстве, в энергетическом секторе и в различных отраслях промышленности. Давайте рассмотрим несколько практических примеров.
Промышленный интернет вещей
Благодаря IoT можно не только увеличить объемы производства, но и повысить качество продукции. Современные технологии, беспилотники и чувствительные датчики позволяют отслеживать поведение и благополучие животных, анализировать состав почвы и делать прогнозы относительно изменения климата. Ошейники слежения для сельскохозяйственных животных могут определить их точное местонахождение и предоставить информацию об их здоровье: Частота пульса, температура тела и общая активность.
Как за 3 часа узнать о компьютерной науке больше, чем 90% новичков, и заработать ₽ 200 000?
Сферы использования интернета вещей
Приглашаем вас присоединиться к нашей бесплатной онлайн-интенсивной программе «Путь в ИТ»! Всего за несколько часов эксперты GeekBrains поймут, как работает ИТ-индустрия, как в нее войти и развиваться.
Сельское хозяйство
Интенсивный курс «Путь в ИТ» поможет вам в этом:
Когда вы зарегистрируетесь, вы получите подарок:
Тест, позволяющий оценить ваши навыки и узнать, какая карьера в сфере ИТ вам подходит.
«Критические ошибки, которые могут разрушить карьеру».
- За 3 часа разбираться в IT лучше, чем 90% новичков.
- Понять, что действительно ждет IT-индустрию в ближайшие 10 лет.
- Узнать как по шагам c нуля выйти на доход в 200 000 ₽ в IT.
Мы собрали 7 типичных ошибок, четвертую из которых должен знать каждый!
Тест «Есть ли у вас синдром самозванца?».
Мини-тест из 11 вопросов поможет вам распознать своего внутреннего критика
Хотите сделать первый шаг и погрузиться в мир компьютерных наук? Запишитесь и ознакомьтесь с интенсивным курсом:
Умные теплицы автоматически регулируют микроклимат, влажность, свет и вентиляцию. Все, что вам нужно сделать, это установить нужные параметры в приложении. В сельском хозяйстве технологии точного земледелия обычно используются для расчета точного времени для выполнения определенных операций (посев, полив, сбор урожая, внесение удобрений). В компании Atilze в Индонезии эти инновации помогли повысить урожайность риса на
Больничные кровати также оснащены датчиками для контроля состояния тяжелобольных пациентов. Датчик измеряет давление, оказываемое на матрас, и обеспечивает равномерное распределение давления для предотвращения ранений у пациента. Теперь врачи могут ставить диагноз дистанционно, просто собрав все данные, и сразу же назначать лечение.
1. это дешевле. Умный дом — это целая система, которая стоит немало. Но бытовые приборы IOT можно купить в обычном магазине, и стоят они недорого. А приложения для смартфонов бесплатны.
2. к нему легче подключиться. Чтобы управлять освещением в «умном» доме, необходимо купить десяток датчиков света и провести капитальный ремонт для их установки. Для Интернета вещей достаточно иметь набор «умных лампочек» и контроллер для подключения освещения к WiFi.
Медицина и здравоохранение
3. решайте небольшие задачи чайника, который знает, когда вскипятить воду, тогда купите чайник, но не устанавливайте целую интеллектуальную систему управления.
Кухня. Мы уже знаем о чайнике и кофеварке. А еще есть умный холодильник, который распознает, что лежит на полках, предлагает рецепты и предупреждает о том, что срок годности продуктов истек. Вилка, контролирующая скорость жевания, поможет вам сбросить вес, а мультиварка и духовка — приготовить обед.
Уборка помещений. Энергосберегающий термостат: он нагревает пол, когда вы просыпаетесь или возвращаетесь домой. Робот-пылесос со встроенной камерой делает работу по дому, когда вас нет дома, а стиральная машина запоминает, какое белье вы стираете чаще всего, и составляет индивидуальное расписание.
Особенности безопасности. Радионяня улавливает голос плачущего ребенка и звонит вам, где бы вы ни находились. Камера с ночным видением передает изображение в реальном времени через WiFi. Двери сами запираются, когда вы уходите, а свет и утюги выключаются.
Почему «Интернет вещей» лучше умного дома?
Еще не пришло время, когда мы сможем управлять всем домом с помощью одного приложения. Но вы уже можете купить умные приборы, которые экономят ваше время.
Современные стиральные машины, например, регулируют нужное количество воды, время и расход энергии в зависимости от загрузки, а специальные программы бережно относятся к текстилю во время стирки и сушки и выполняют работу на уровне профессиональной стиральной машины.
Полный «Интернет вещей» уже не за горами!
Какие приборы можно подключить к «Интернету вещей»?
Сложность компонентной базы осталась в прошлом, но появился новый вызов: Миллиарды «умных» устройств должны быть связаны между собой.
Умная машина, датчик температуры масла в промышленной машине, датчик температуры масла в промышленной установке
Эти технологии могут применяться для решения нецелевых задач и выполнять их по-разному.
Как начать пользоваться «Интернетом вещей»?
Например, Яндекс.Навигатор будет работать через GPRS/3G/4G, и никакое другое соединение не подойдет для такого приложения. Конечно, мы можем подключить смартфон к Wi-Fi и запустить Navigator, но как только автомобиль удаляется от точки доступа на 100 метров, приложение «выдыхается». А автономные GPRS-датчики не смогут «закрепиться» в умном доме — батарейки разряжаются уже через два дня. Поэтому энергоэффективный ZigBee — лучший выбор для умного дома.
Интернет вещей находится на подъеме и имеет свои требования:
Кажется, что сотовые сети являются очевидными кандидатами на создание беспроводной среды IoT, развернутой на десятки километров. Однако ни стандарт GSM, ни инфраструктура мобильных операторов изначально не были рассчитаны на диалог M2M. Сотовые протоколы разработаны для общения между людьми: большие объемы трафика и высокая скорость передачи данных в густонаселенных районах.
Машины требуют свой WiFi
Разработчики изначально не предусматривали возможность обмена небольшими объемами данных между разрозненными интеллектуальными датчиками. Датчик WiFi нуждается в постоянном питании, в то время как GSM-ячейка умного устройства работает 2-3 недели. Мы не готовы ежемесячно менять батарейки в десятках устройств или обеспечивать их проводной системой питания.
Учитывая эти требования и ограничения, решение заключалось в использовании технологии, которая находится на пересечении большого радиуса действия и низкого энергопотребления. Она называется Low Power Wide Area Network (сокращенно LPWAN).
LPWAN была разработана специально для межмашинной связи и стала движущей силой далеко идущего Интернета вещей.
Благодаря отсутствию требований к большим объемам, технология смогла сосредоточиться на других, более важных параметрах, обеспечивая взаимодействие между разрозненными устройствами на расстоянии 50 км, высокую энергоэффективность, проникновение и масштабируемость.
Благодаря большой дальности действия и энергоэффективности LPWAN идеально подходит для Интернета вещей как в бытовом, так и в промышленном секторе, где требуется автономная передача телеметрии на большие расстояния.
LPWAN гораздо лучше подходит для нужд сетей M2M, чем сотовые сети — одна базовая станция может покрывать тысячи квадратных километров. Такую сеть проще создать и дешевле обслуживать. Этот подход является единственной альтернативой, когда датчики разбросаны по большой площади. Например, водомеры в пределах микрорайона или датчики влажности почвы, размещенные на разных полях.
Уже сейчас Интернет вещей меняет правила игры в некоторых секторах, проникая в ранее недоступные и слабые области, улучшая качество жизни и повышая эффективность бизнеса. Технологии IoT нашли применение, которое приносит пользу как бизнесу, так и людям.
- Небольшой объем данных: датчикам и сенсорам не нужно передавать мега- и гигабайты, как правило это биты и байты.
- Энергоэффективность: подавляющая часть датчиков автономны и должны будут работать годами.
- Масштабируемость: в сети должны уживаться миллионы различных устройств, и добавление одного-двух миллионов не должно вызывать сложностей.
- Глобальность: нужен широкий территориальный охват и как следствие передача информации на большие расстояния.
- Проникающая способность: устройства в подвалах, шахтах должны передавать сигнал наружу.
- Стоимость устройств: устройства должны быть дешевы и доступны для пользователя, а готовые решения рентабельны для бизнеса.
- Простота: принцип «поставил и забыл»: пользователь выберет понятные и дружелюбные устройства.
Преимущества технологии LPWAN идеально соответствуют потребностям масштабного развертывания IoT в промышленности, на транспорте, в сфере безопасности и десятках других отраслей. Широкое покрытие, высокая автономность конечных устройств, простота развертывания сетей LPWA и низкие затраты на инфраструктуру будут стимулировать масштабные проекты IoT и их внедрение.
LPWAN — будущее IoT концепции
Резюме
