Содержание


Как освоить Интернет вещей

Семь основных концепций и четыре шага на пути к IoT

Comments

Интернет вещей меняет положение дел

TИнтернет вещей (IoT) радикально меняет подход компаний к управлению активами и мониторингу бизнес-операций, а также их взаимодействие с заказчиками. IoT предоставляет новые способы удаленного управления оборудованием посредствомтелеметрии, позволяя использовать машинные данные в реальном времени для выработки новых операционных моделей и использовать информацию о местоположении и интеллектуальные устройства для взаимодействия с заказчиками через новые сервисы. Производители оборудования получают новые возможности благодаря встроенным в оборудование датчикам, которые в реальном времени предоставляют важную информацию по использованию оборудования, потенциальных отказах, местоположении, безопасности и требуемых расходных материалах. Такая предоставляемая в реальном времени информация помогает повысить эксплуатационную готовность оборудования и ускорить время реакции сервисов. Подобные «вещи» в корпоративных средах могут быть самыми разнообразными, разных размеров и сложности, от простых термостатов и до самоуправляемых большегрузных автомобилей и турбин.

Согласно исследованию Gartner в отношении перспектив Интернета вещей, 2015 г. в мире уже действуют миллиарды устройств с возможностью подключения к сети, а в последующие несколько лет это количество достигнет 25 млрд. В исследовании компании Beecham представлена подробная диаграмма состояния дел в секторе межмашинного взаимодействия (M2M) или Интернета вещей (IoT), которая демонстрирует мир сервисов с поддержкой сетевых подключений и содержит ссылки на подробную информацию по сервисам для различных отраслевых секторов.

Отношение многих компаний к развивающемуся Интернету вещей характеризуется, с одной стороны, интересом к освоению этой концепции, а с другой – неуверенностью в результатах. Чтобы помочь разобраться в происходящих переменах, я разъясню ряд ключевых концепций IoT, о которых организациям и разработчикам следует иметь представление, вырабатывая всеобъемлющий подход к реализации IoT-решения.

Ключевые концепции IoT, которые должны понимать каждая организация и каждый разработчик

Мы рассмотрим следующие ключевые концепции Интернета вещей:

  1. Вещи
  2. Периферия, средства подключения и центр
  3. Данные (и большие данные)
  4. Процессы
  5. Транзакции
  6. Безопасность
  7. Облачные вычисления... и новая бизнес-модель

Главное - вещи

IoT – это объединение множества вещей: устройств с датчиками, приводов и контроллеров. Все эти вещи способны подключаться к Интернету и могут иметь самые разные формы и размеры. Не исключено, что к 2020 г. количество устройств с возможностями подключения к сети во всем мире достигнет 50 млрд. Эти устройства (вещи) подключаются к сети и взаимодействуют между собой через сеть - Bluetooth, Zigbee, WiFi, сеть сотовой связи, спутниковую сеть и т.д. Каждым устройством управляет контроллер (либо микроконтроллер) или операционная система.

В промышленности речь идет в первую очередь о ПЛК (программируемых логических контроллерах), которые уже несколько десятилетий являются основой для промышленной автоматизации, а также о системах диспетчерского управления и сбора данных (SCADA-системы). В качестве примера можно привести интеллектуальный термостат, например, Nest, оснащенный датчиками, контролирующими температуру, влажность, степень активности и окружающую освещенность. Или современный автомобиль, насчитывающий 100-200 различных электронных и электромеханических систем. Еще сложнее устроены беспилотные летательные аппараты (БПЛА) с проводным управлением. Говоря об устройстве, помимо логики управления следует рассматривать и различные связанные с ним сервисы, такие как сбор данных, фильтрация событий, управление режимом энергопотребления, микропрограммное обеспечение, управление безопасностью и идентификацией, а также человеко-машинный интерфейс, такой как сенсорный экран. Кроме того, для подключенного к сети устройства имеется некоторый образ в облачной инфраструктуре, выступающий в качестве посредника для взаимодействия с реальной вещью.

На базовом уровне подобные устройства уже имеют средства подключения к сети или переоборудуются для оснащения их сетевыми возможностями. Помимо этого, уже появляются горизонтальные категории устройств, применяемые в различных секторах бизнеса - носимые устройства, роботы, дроны (беспилотные летательные аппараты), самоуправляемые транспортные средства.

Интеллектуальные системы освещения позволяют снизить потребности городов в электроэнергии, а самоуправляемые транспортные средства могут менять динамику транспортных и логистических потоков города. Хотя Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) пока не дало разрешение на использование дронов для доставки грузов, этот день не за горами. На практике использование дронов для оказания медицинской помощи в труднодоступных районах может стать средством спасения человеческих жизней. Это лишь несколько примеров применения технологии IoT, но ее влияние на различные отрасли бесспорно.

Для производителей устройств концепция IoT открывает новые возможности для творческого подхода, а реализация в устройствах накопленного отраслевого опыта может существенно способствовать их распространению. К примеру, интеллектуальные торговые автоматы, подключенные к сети продаж и поставок напитков, способны оценивать и балансировать поставку, хранение и потребление.

Если кратко, следует принимать во внимание следующие аспекты:

  • Интеллектуальные устройства становятся думающими узлами, сочетающими в себе как цифровые, так и физические аспекты вещи и способными по новому подойти к тому, кто, какие действия, где и когда должен выполнять.
  • Благодаря присутствию физических аспектов вещей IoT представляет собой колоритную смесь компьютерной техники с другими дисциплинами: вещи получают возможность чувствовать, двигаться, летать, нагреваться и охлаждаться, прикладывать усилия, перекачивать жидкость, взаимодействовать с людьми и т. д.
  • Разнообразие "вещей" огромно: от носимых устройств и средств домашней автоматизации в потребительском секторе до промышленных турбин и буровых установок.
  • Устройства с полноценными возможностями сетевого подключения имеют:
    • Новые инфраструктуры чипов, датчиков и исполнительных механизмов
    • Встроенные операционные системы
    • Средства подключения к Интернету в той или иной форме
    • Средства виртуализации, реализующие образ вещи в облачной инфраструктуре
    • Данные, генерируемые устройствами
    • Различные сервисы, которые окружают вещь, такие как идентификация, безопасность, защиты личных данных, системы публикации и подписки на сообщения (например, протокол MQTT), объединение в группы
  • Как для бытовых, так и для промышленных устройств требуется привлекательный и функциональный дизайн, оптимально сочетающий в себе различные факторы - функции, безопасность, широта применения, срок службы и т.д.

Роль периферии, средств подключения и центра во взаимодействиях в реальном времени

Курт Воннегут в романе Утопия 14: писал: "На периферии вы можете видеть то, что нельзя увидеть из центра". Наши органы чувств являются составной частью границы, которая определяет нашу физическую оболочку и позволяет нам взаимодействовать с реальным миром. Разветвленная нервная сеть фильтрует и передает полученную информацию в обрабатывающий центр - мозг, из которого поступают команды, выполняемые нашими исполнительными механизмами, в качестве которых выступает мускулатура. По большей части это происходит неосознанно. Как для тела человека, говоря об Интернете вещей, важно понимать свойственную ему распределенную и автономную природу вычислений. Подключенное к сети устройство или группа устройств, взаимодействующих через сетевой протокол, является аналогом органа чувств.

Для Интернета вещей важно понимать роль периферии, средств подключения и центра во взаимодействиях в реальном времени. Объем хранимых данных, используемая вычислительная мощность и требуемый уровень автономности зависит от общих требований, предъявляемых к процессу.

Высокоскоростная беспроводная ячеистая сеть, охватывающая территорию строительной площадки, может играть ключевую роль для связи рабочих в реальном времени с имеющимся на площадке оборудованием и предоставления сервисов, основанных на определении местоположения, а также для связи по спутниковому каналу с удаленным центрами проектирования и мониторинга. К примеру, на морской нефтедобывающей платформе ежедневно собираются терабайты различных данных – объем, который на сегодняшний день нереально передать по каналам спутниковой связи.

Появляются все возможности сетевых подключений для Интернета вещей, в различных формах, с различной дальностью действия и потребляемой мощностью - беспроводные персональные локальные сети (WPAN), сети WiFi, беспроводные ячеистые сети, сети сотовой связи, сверхузкополосные сети, сети спутниковой связи. Что касается сетей сотовой связи, очевидно, модели роуминга здесь подходят, и для IoT-решений требуются новые сверхэкономичные предложения в области сетевых подключений.

Для производителей устройств выбор технологии сетевого подключения является важным аспектом разработки. Применительно к IoT можно принять концепцию "тонкой" или "толстой" периферии, учитывая уровень сложности и функциональные возможности, необходимые для поддержки функционирования конечных точек, таких как устройство (вещь), сеть устройств со шлюзом, или сложная система, например, буровая установка. Чтобы принять решение о степени функциональной оснащенности периферии, необходимо соблюсти баланс между уровнем ответственности, сроком службы устройств, возможностями доступа к устройствам и управления ими (в том числе дистанционного) в условиях располагаемой локальной вычислительной мощности, степенью автономности устройств, типом сетевого подключения, возможностями электропитания и уровнем резервирования.

К примеру, решение поддерживать сетевые подключения по технологиям Bluetooth и WiFi одновременно налагает серьезные отпечаток на характер периферийных возможностей, предоставляемых устройством. Автомобиль с сетевым подключением, предоставляющий доступ к сервисам и информационно-развлекательным ресурсам, и самоуправляемый автомобиль представляют в сети Интернет разные грани своих возможностей, при этом функциональные возможности самоуправляемого автомобиля гораздо шире. Таким образом, при разработке вашего IoT-решения важно понимать, насколько широкими (ограниченными, насыщенными) будут функциональные возможности, а также представлять себе виды сетевых подключений, которые будет поддерживать группа устройств, образующих часть периферии.

Объем данных в IoT-решениях выходит за рамки традиционных больших данных

Очевидно, что объем данных, порождаемых решениями на базе Интернета вещей, превышает объемы, характерные для больших данных, поскольку в передаче данных участвуют миллиарды подключенных устройств. Как показываеe исследование Digital Universe за 2014 год, wопубликованное EMC на основе исследований и анализа IDC, ожидается, что к 2020 г. объем передаваемых данных составит свыше 40 трлн. гигабайт. Стратегия работы с данными для IoT подразумевает сбор, обработку, распространение и использование данных. Если принять, что среднее подключенное к сети устройство к 2020 г. будет выдавать в 10 раз больше данных (например, 100 МБ на устройство ежемесячно в сравнении с текущими 10 МБ ежемесячно), то для 50 млрд. устройств объем данных вырастет до 50 трлн. ГБ. К примеру, автомобиль с сетевым подключением может выдавать всего 1 МБ данных ежедневно, но таких автомобилей будут миллионы.

Необходимо представлять себе поток данных, поступающих от миллионов оснащенных датчиками оконечных устройств, и управлять этим потоком, обеспечивая на фильтрацию и обработку данных периферии для выполнения локальных действий и перемещая эти данные через ряд связанных между собой сетей в облако. Облако служит для хранения и обработки, и из него же результаты направляются в различные точки потребления данных пользователями (например, на смартфоны). Некоторые из этих данных также передаются в серверные системы (такие как ERP, CRM или системы управления сервисами), причем такая передача может быть двусторонней. Популярными решениями для перемещения данных являются системы передачи данных и системы очередей (использующие протоколы обмена сообщениями), а также базы данных NoSQL. В условиях резкого увеличения объемов данных и роста потребностей в предоставлении данных в реальном времени выбор все чаще делается в пользу подходов на основе самообучающихся систем.

Для управления данными в реальном времени нужны как новые алгоритмы, так и вычислительные средства, основанные на новой аппаратной базе. Таким образом, успешная стратегия работы с данными в инфраструктуре IoT подразумевает:

  • Системы сбора данных в реальном времени
  • Потоковую передачу данных
  • Хранение данных
  • Концентраторы событий
  • Анализ больших данных, в особенности с использованием самообучающихся систем
  • Защиту данных, например, путем шифрования
  • Управление доступом
  • Обнаружение вторжений
  • Новые виды вычислительных машин

Новые и необычные процессы

Все эти вещи и все эти данные, основанные на различных подходах к сетевым подключениям, диктуют для IoT новые и необычные процессы:

  • Как дроны, летающие вокруг ферм, изменят практику ведения сельского хозяйства? Кто будет анализировать изображения и определять наиболее подходящую стратегию орошения? Если соединить систему обработки изображений дрона с интеллектуальной системой орошения, можно полностью автоматизировать связь между обследованием состояния полей и их поливом.
  • Упреждающее обслуживание промышленного оборудования на базе данных телеметрии, например, подразумевает изменение операционной модели обслуживания с переходом от плановых сервисных визитов к дистанционному профилактическому обслуживанию с выездом специалистов на место только в крайних случаях.
  • Как модель дистанционного обновления программного обеспечения автомобилей, подключенных к беспроводной сети, вписывается в существующую моделью оказания услуг дилерскими центрами? Как платеж, осуществляемый непосредственно из интерфейса автомобиля или при помощи мобильного пункта продаж меняет текущие практики оплаты покупок?
  • Распространение принципов Интернет-покупок на покупки, осуществляемые в магазине, с использованием сервисов определения местоположения в реальном времени требует нового уровня координации между виртуальным и физическим миром. Как доставка товаров с помощью дронов или самоуправляемых автомобилей изменит динамику онлайновой торговли?

Одной из проблем при увязывании между собой новых процессов станет взаимодействие с прежними системами, плохо оснащенными для работы с такими новыми явлениями, как доставка при помощи беспилотного летательного аппарата или автоматического водителя - по крайней мере до завершения процесса перехода на цифровые технологии. Поскольку динамика IoT-технологий не будет плавной, переосмысление процессов также предполагает выявление и анализ ограничений, возникающих на пути применения глобального подхода.

Транзакции... везде и всегда

Появление устройств с возможностями сетевых подключений также открывает потенциал для применения новых дополнительных интерфейсов устройств, выступающих в качестве точек транзакций. Например, таким образом можно перенести на новые места интерфейс для проведения платежей.

Продажи через интернет-магазины уже стали обыденностью. Простота просмотра и поиска товаров, удобство совершения покупок сделали онлайн-торговлю доминирующим способом совершения покупок. Все шире внедряется принцип продаж с использованием всех доступных потребителю торговых каналов, таких как интернет-продажи, продажи через мобильные телефоны и физические продажи в магазинах. Ширится практика платежей при помощи мобильных устройств с использованием электронных кошельков, приложений или устройств, а планшет превращается в кассовый терминал. Большой потенциал имеют системы бесконтактных платежей на базе технологии NFC. К примеру, система Apple Pay в настоящее время используется многими розничными торговыми компаниями США, и их число будет продолжать расти.

Однако концепция IoT открывает новые модели транзакций не только в розничной торговле. К примеру, платеж за ремонт оборудования может осуществляться в электронной форме сразу же, как только будет восстановлен канал передачи телеметрии и оборудование будет диагностировано как работоспособное. Подобным образом модели выставления счетов в зависимости от использования основываются на полученных данных телеметрии. Такой подход имеет большой потенциал для новых моделей типа “ресурс как услуга”. В новых моделях страхования могут использоваться установленные на автомобиле телематические средства, позволяющие динамически менять стоимость страховки в зависимости от поведения водителя. Однако при поддержке подобного рода операций необходимо соблюсти баланс с требованиями конфиденциальности.

Безопасность

Безопасность безусловно является важным критерием для IoT-решений, охватывающим все уровни стека технологий - от управления доступом в приложении до встроенных в устройство средств безопасности. Наличие в IoT-решении связи с ответственной инфраструктурой делает обеспечение безопасности особенно важным. Такие сценарии, как злонамеренное изменение маршрута автомобиля с пассажиром или получение разрешение на вход в жилище от системы интеллектуального управления домом, использование дронов для переправки наркотиков, или даже изменение маршрута самоуправляемого транспортного средства с ценным грузом, вполне возможны в мире, в котором устройства подключены к сети.

Производители полупроводниковых компонентов уже начинают предлагать встроенные средства обеспечения безопасности для IoT, например, аппаратную реализацию протокола Transport Layer Security (TLS). Для самого устройства защита от несанкционированного вмешательства может осуществляться как на уровне микропрограммного обеспечения, так и на физическом уровне. А сервисы идентификации в составе устройства позволяют обеспечить безопасную аутентификацию и управление доступом и определять, кому разрешается выполнять определенные действия над оборудованием.

Что касается сетевых средств, то сеть должна быть защищенной и обеспечивать защиту соединений с устройством посредством шифрования. Данные, получаемые от устройства, должны быть надежно защищены. К ним должны применяться затребованные пользователем средства обеспечения конфиденциальности. Разумеется, выбор алгоритмов шифрования достаточно широк. Приложение, которое обращается к устройству, будет иметь свой собственный набор средств управления доступом и разрешений. Наличие таких разумных устройств дает основание для обдумывания возможных брешей в системе безопасности и принятия соответствующих действий с разработкой новых моделей обеспечения безопасности.

Развитие облачных вычислений... и появление новых бизнес-моделей

С появлением Интернета вещей облачные вычисления превращаются в интеллектуальную распределенную сеть с адресуемыми конечными точками, способными к самостоятельным действиям. Происходит трансформация из сетевой инфраструктуры документов и веб-сайтов в сетевую инфраструктуру вычислительных узлов и интеллектуальных устройств.

Такие известные нам сегодня онлайновые операции, как поиск, просмотр, перемещение между ресурсами и индексирование, обретают новый смысл и значение. Мы можем предложить новые и передовые бизнес-модели, в полной мере использующие мощь этой интеллектуальной сети. IoT реорганизует сеть предприятия и меняет модель бизнеса: ресурс превращается в сервис, операции переходят в реальное время, а опыт становится переносимым. Учитывая, что разумные узлы предоставляют новую грань для облачной инфраструктуры, а новые более функционально насыщенные формы данных сочетаются с новыми транзакционными возможностями и моделями безопасности, потенциал для инноваций является поистине безграничным.

Четырехэтапный подход к освоению

Итак, как приступить к созданию собственных IoT-решений? Вам поможет следующий подход, подразумевающий четыре этапа.

  1. Фаза изысканий
  2. Фаза создания прототипов
  3. Фаза полевых испытаний
  4. Фаза трансформации

Шаг 1: Фаза изысканий

Прежде всего вам нужно исследовать, как концепция IoT может повлиять на основную деятельность вашей компании или содействовать ей. Объединив усилия специалистов по ведению бизнеса и технических специалистов вашей компании, задайте им множество вопросов, например, что для них является наиболее существенным сегодня, какие вещи требуют сетевого подключения и т.д., чтобы выявить важные ресурсы, о которых может не знать ваша компания или команда разработчиков, либо имеющиеся пробелы.

Шаг 2: Фаза создания прототипов

Далее реализуйте ваши идеи в виде прототипов. Например, что будет, если оснастить ваше нынешнее оборудование средствами телеметрии? Прототип поможет вам проверить ваш замысел в отношении оборудования, тип требуемого интеллектуального модуля, средств подключения и новых обязательных функций обеспечения безопасности. Фаза создания прототипов должна быть максимально короткой и интерактивной. Разработчики, не знакомые с IoT, могут поэкспериментировать с простыми недорогими наборами, такими как Raspberry Pi и Arduino, чтобы быстро вникнуть в новую парадигму. Этап прототипирования дополняет этап изысканий и подготавливает вас к реальным экспериментам в полевых условиях. Прототипы помогают учиться, поэтому неудача в конкретном компоненте решения является не менее информативной, чем успех в другом.

Шаг 3: Фаза полевых испытаний

Далее протестируйте ваши IoT-решения в реальных условиях бизнеса. Продолжительность этапа полевых испытаний зависит от типа получаемых данных, сути перемен в бизнесе, степени конкуренции, выбора технических средств, а также регулятивной среды. Как и этап создания прототипов, этап полевых испытаний является расширенным продолжением этапа изысканий, но на этот раз в реальных условиях. Например, способна ли компания реально выполнять транзакции из любых мест? Поскольку целью полевых испытаний является воплощение найденных решений в стратегии ведения бизнеса, важно, чтобы результаты на этом этапе были максимально реалистичными. Здесь уместны те же предостережения, что и для этапа прототипирования; для выявления различных аспектов потенциальных возможностей может потребоваться подготовить и провести несколько испытаний.

Шаг 4: Фаза трансформации

LНаконец, когда вы обретете определенное понимание в ходе полевых испытаний, можно переходить к трансформации бизнеса на основе ваших IoT-решений. На этом этапе следует внимательно оценить и исследовать различные аспекты готовности бизнеса – с точки зрения персонала, системы управления активами, операции, отношений с заказчиками, правовых структур, аналитической информации, - и при необходимости внести соответствующие изменения.

Заключение

В статье были рассмотрены семь основных концепций, которые необходимо учитывать компаниям и разработчикам при создании приложений или решений для Интернета вещей. Также рассмотрен четырехэтапный подход к реализации этой стратегии.


IBM Internet of Things Foundation: Сервис IoT Foundation доступен для загрузки через Bluemix и IBM Marketplace. Ознакомительную версию можно использовать бесплатно в течение 30 дней.

Ресурсы для скачивания


Похожие темы


Комментарии

Войдите или зарегистрируйтесь для того чтобы оставлять комментарии или подписаться на них.

static.content.url=http://www.ibm.com/developerworks/js/artrating/
SITE_ID=40
Zone=Облачные вычисления
ArticleID=1024630
ArticleTitle=Как освоить Интернет вещей
publish-date=12212015