Что такое «Интернет вещей»

В 1926 году Никола Тесла в интервью для жур­нала «Collier’s» сказал, что 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. Цифровые технологии и Интернет прочно вошли в нашу жизнь. Да и при слове «сеть» мы все реже представляем себе ры­боловную снасть или авоську. Через всемирную паутину связываются между собой не только лю­ди, но различные вещи — устройства и целые ком­плексы, предназначенные для того, чтобы облег­чить нам жизнь. Несколько лет назад появился и новый термин: «Интернет вещей», которому по­священ этот краткий Интернет обзор.

Определение понятия, взятого в качестве за­главия, иногда довольно сухо. Википедия объяс­няет его так: «Интернет вещей (loT — Internet of Things) — 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».Существует множество других определений термина «Интернет вещей». В наиболее общем слу­чае под этим понятием подразумевается единая сеть физических объектов, имеющих доступ в гло­бальную сеть и использующих встроенную техноло­гию для измерения собственных характеристик или параметров внешней среды, анализа собираемых данных и передачи полученной информации на дру­гие устройства.

Проще говоря, если мы приобрели скоровар­ку и калорифер, которые можно включить дистан­ционно через Интернет, едучи, например, домой с работы, то, приехав, мы сразу можем наслаж­даться теплом в комнате и горячим обедом. Все это мы получили благодаря концепции под назва­нием «Интернет вещей». Соответствующим обра­зом оснащенный холодильник, при наличии ин­фраструктуры, может сам заказать через сеть в супермаркете закончившиеся продукты безучас­тия владельца холодильника. Примеров реализа­ции и использования этой концепции можно при­вести множество.

Немного истории. В 1990 году выпускник MIT, один из отцов протокола TCP/IP, Джон Ромки со­здал первую в Мире Интернет-вещь. Он подклю­чил к сети свой тостер. Сам термин Internet of Things («Интернет вещей») был предложен Кевином Эштоном в 1999 году. В этом же году был со­здан Центр автоматической идентификации (Auto- ID Center), занимающийся радиочастотной иден­тификацией (RFID) и сенсорными технологиями, благодаря которому эта концепция и получила ши­рокое распространение, а 2008-2009 годах про­изошел переход от «Интернета людей» к «Интер­нету вещей», т.е. количество подключенных к сети предметов превысило количество людей.

Наполнение концепции «Интернета вещей» многообразным технологическим содержанием и внедрение практических решений для ее реализа­ции, начиная с 2010-х годов, считается восходя­щим трендом в информационных технологиях, прежде всего, благодаря повсеместному распро­странению беспроводных сетей, появлению об­лачных вычислений, развитию технологий межма­шинного взаимодействия, началу активного перехода на IPv6 и освоению программно-конфи­гурируемых сетей.

По мнению Роба Ван Краненбурга, «Интернет ве­щей» представляет собой «четырехслойный пирог»:

• 1-й слой (уровень) связан с идентификацией каждого объекта;
• 2-й уровень предоставлен сервисом по обслу­живанию потребностей потребителя (можно рас­сматривать как сеть собственных «вещей» частный пример — «умный дом»);
• 3-й уровень связан с урбанизацией городской жизни, т.е. это концепция «умного города», где вся информация, которая касается жителей этого го­рода, стягивается в конкретный жилой квартал, в ваш дом и соседние дома;
• 4-й уровень — сенсорная планета.

Иными словами, Интернет вещей можно рас­сматривать как сеть сетей, в которой небольшие малосвязанные сети образуют более крупные.

В течение многих лет огромный потенциал «Интернета вещей» не был полностью раскрыт ввиду влияния таких технических факторов, как ог­раниченный срок службы аккумуляторов оконеч­ных устройств сети, необходимость использова­ния дополнительных ретрансляторов для обеспечения надежной связи, особенно в условиях городской застройки, высокие материальные затраты и недостаток необходимых стандартов.

По прогнозам многих исследовательских ком­паний, например Forrester Research, к 2020 году число подключённых к «Интернету вещей» уст­ройств достигнет 22 млрд. штук, при этом 60% из них будут относиться к маломощным устройствам, работающим в сетях WAN (Wide Area Network). Воз­никает вопрос: как обеспечить надёжное объеди­нение этих устройств в сети с возможностью мас­штабирования без сопутствующего двух- или трехкратного увеличения количества базовых стан­ций GSM сетей и/или значительного увеличения числа точек доступа. Очевидный ответ — внедрение устойчивых сетей связи на основе узлов с увели­ченным радиусом действия и максимальным вре­менем автономной работы, позволяющих полно­стью отказаться от использования ретрансляторов. 23 марта 2015 года Semtech Corporation и иссле­довательский центр IBM Research объявили о важ­ном достижении в области беспроводных техноло­гий передачи данных, представив новый открытый энергоэффективный сетевой протокол LoRaWAN (Long RangeVWde Area Networks), обеспечивающий значительные преимущества перед Wi-Fi и сотовы­ми сетями благодаря возможности развертывания межмашинных (М2М) коммуникаций.

Ряд проблем, ограничивающих широкое рас­пространение «Интернета вещей», позволила ре­шить разработка протокола сети LoRaWAN и со­здание альянса LoRa, занимающегося его поддержкой и развитием.

Появившаяся технология вызвала неподдель­ный интерес на рынке беспроводной связи. Для ее поддержки, развития и стандартизации был со­здан альянс LoRa (LoRa Alliance), который в насто­ящее время стремительно развивается, о чем свидетельствует постоянное увеличение количе­ства зарегистрированных членов. В состав альян­са входят как известные производители электро­ники: Cisco, IBM, Kerlink, IMST, Semtech, Microchip Technology, таки ведущие телекоммуникационные операторы (Bouygues Telecom, KPN, SingTel, Proximus, Swisscom).

Основная задача LoRa Alliance — объединение аппаратного и программного обеспечения на ба­зе стандарта LoRaWAN, чтобы обеспечить возмож­ность операторам связи предоставлять услуги «Интернета вещей» как коммерческим организа­циям, так и частным лицам. Активное использова­ние стандарта позволит значительно упростить за­дачу соединения миллиардов устройств — от беспроводных датчиков в приложениях промыш­ленной автоматизации и системах безопасности до бытовой электроники.

На основе нового протокола было создано про­стое в использовании аппаратно-программное ре­шение, включающее в себя программный комплект разработки Mote Runner от IBM и однокристальные трансиверы Semtech на аппаратном уровне, позво­ляющее создавать системы с возможностью бес­проводной передачи данных на расстояния до 15 км (в зависимости от особенностей рельефа местно- ста). Mote Runner являющийся средством разработ­ки инфраструктуры беспроводных сенсорных сетей, представляет собой открытую платформу для под­ключения датчиков и исполнительных механизмов к сети. Среда разработки IBM Mote Runner содер­жит все необходимые инструменты для проектиро­вания приложений на высокоуровневых объектно- ориентированных языках, таких как Java и Си#, и предоставляет поддержку отладки и моделирования сети на уровне исходного кода. Для разработки при­ложений IBM также открыла исходный код протоко­ла LoRaWAN, доступный вместе с примерами, как на самом сайте компании, таки на популярном ресур­се github.com.

Быстрый рост «Интернета вещей» ставит перед разработчиками задачу создания простой и надеж­ной инфраструктуры. Использование готовых мо­дулей упрощает решение этой задачи. Компания Microchip Technology представила серию модулей беспроводной связи, соответствующих специфи­кации, разработанной участниками отраслевой организации LoRa Alliance. Серию модулей откры­ла модель RN2483, способная, по данным произ­водителя, обеспечивать связь на расстоянии не менее 16 км (в пригороде) в течение не менее чем 10 лет без замены источника питания. Задача та­ких модулей — соединять узлы сети, соответству­ющие датчикам, со шлюзами LoRa. Модуль рабо­тает на частотах 433/868 МГц и позволяет существенно ускорить и упростить разработку ус­тройств «Интернета вещей». Его размеры равны 17,8×26,3×3 мм. Помимо небольших размеров, к достоинствам модуля относится наличие 14 линий ввода-вывода общего назначения (GPIO), что обес­печивает гибкость в подключении и управлении различными датчиками и приводами. Беспровод­ной модуль Microchip LoRa RN2483 обеспечивает связь в течение 10 лет без замены питания.