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.