Семейное консультирование 

Интернет вещей internet of things iot. Интернет вещей: что это, зачем и как работает. Что нас ждёт в ближайшем будущем


Развитие рынка информационных технологий привело к появлению концепции Интернета вещей (Internet of things). Принцип IoT подразумевает взаимодействие привычных для нас в быту вещей с помощью высокоскоростных вычислительных сетей. Главной целью концепции является перестроение некоторых экономических и общественных процессов, максимально исключающих непосредственное участие человека. Желание многих пользователей почувствовать себя в роли создателей подтолкнуло некоторые компании к разработке специальных программируемых платформ.


Развитие рынка информационных технологий привело к появлению концепции Интернета вещей (Internet of things). Принцип IoT подразумевает взаимодействие привычных для нас в быту вещей с помощью высокоскоростных вычислительных сетей. В широком понимании Интернет вещей – это не просто множество различных приборов и датчиков, объединенных между собой проводными и беспроводными каналами связи и подключенных к сети Интернет, а это более тесная интеграция реального и виртуального миров, в котором основную роль играет общение между людьми и всевозможными устройствами.

По мнению Роба Ван Краненбурга IoT можно условно разделить на 4 уровня.

  • 1 уровень связан с идентификацией каждого объекта.
  • 2 уровень предоставляет с сервисом по обслуживанию потребностей потребителя (можно рассматривать как сеть собственных «вещей», частный пример – «умный дом»).
  • 3 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 уровень – сенсорная планета.

По факту данная концепция базируется на двух основных технологиях, с помощью которых могут общаться между собой умные устройства. Первая - это радиочастотная идентификация (RFID), вторая - беспроводная сенсорная сеть (БСС) .

Желание многих пользователей почувствовать себя в роли создателей подтолкнуло некоторые компании к разработке специальных программируемых платформ. В итоге оказалось, что подобные разработки позволили справиться с различными задачами, начиная решением инфраструктурных концепций и заканчивая созданием интерактивных объектов. В данной статье мы сравним наиболее популярные IoT платформы с точки зрения обычного пользователя и разработчика, а также выясним особенности каждой из них.

Samsung Artik Cloud

Начнём с самой «свежей» IoT платформы от Samsung - Artik Cloud, которая была продемонстрирована на конференции разработчиков Samsung две недели назад. Идея разработки заключается в том, чтобы соединить каждое IoT устройство со всеми облачными сервисами, сенсорами и любыми типами данных так, чтобы у пользователей не возникало проблем и путаницы с умными устройствами.

Для пользователей: Новая платформа от Samsung хорошо масштабируема. Один из сторонников Artik Cloud - компания Legrand , которая имеет более чем 200 миллионов умных сенсоров и других IoT-гаджетов по всему миру от бытовой техники и до смартфонов. Несколько дней назад Samsung совместно с Legrand представила первый в мире световой выключатель для IoT , работающей на платформе Artik. Платформа предоставляет удобные открытые программные интерфейсы и инструменты для безопасного сбора, хранения и обрабатывания данных с любых подключенных устройств или из облачных сервисов.

Для разработчиков: Samsung Artik предоставляется разработчикам по доступной цене, а также имеется пробная бесплатная версия. Новая платформа позволяет обеспечить более быструю и упрощённую разработку новых пользовательских и корпоративных приложений. Artik Cloud - это открытая платформа, содержащая один из лучших в своем сегменте набор интегрированных и готовых к использованию модулей, программного обеспечения, плат, драйверов, инструментов, и многого другого.

Windows 10 IoT

В последнее время приоритет интересов компании Microsoft все больше смещался в сторону облачных технологий. Так, в прошлом году Microsoft было выпущено семейство встраиваемых операционных систем Windows 10 IoT, пришедшее на смену Windows Embedded и активно развивающее концепцию Интернета вещей.

Для управления IoT устройствами было выпущено три версии Windows 10 IoT:

  • Enterprise - полностью совместимая с ОС для декстопов и применима для широкого круга аппаратных решений, таких как банкоматы, POS-устройства, медицинские и промышленные устройства и т.д.;
  • Mobile - ориентирована на производителей мобильных устройств;
  • Core - применима на устройствах, которые вообще не имеют дисплея. Начиная различными робототехническими изделиями, системами домашней автоматизации и заканчивая всевозможными приборами с датчиками.

Для пользователей: Windows 10 IoT Core будет работать с микрокомпьютерами Raspberry Pi 2 , MinnowBoard Max и Intel Galileo . С устройствами на Arduino пользователи смогут работать через Windows Remote и Windows Virtual Shields. Компания Microsoft активно инвестирует в IoT, и сейчас имеет или разрабатывает большинство компонентов для создания своей экосистемы: клиентские устройства, носимую электронику, инструментарий и облачный сервис Azure IoT. Среди уже существуещих проектов на основе новой платформы можно отметить системуправления с обратной связью на базе Raspberry Pi 3, метеорологическую станцию с Windows 10 и комплект "Робот" .

Для разработчиков: Основным преимуществом платформы Microsoft IoT для разработчиков является ее универсальность. Так как в основе всех операционных систем лежит одно ядро, то единожды написанное приложение (Universal App) будет одинаково функционировать на любых устройствах с OC Windows 10. Технология Universal Driver позволяет также быстро создавать универсальные драйверы и инструменты, подходящие для любых устройств на Windows 10. Многие разработчики предполагают, что в дальнейшем новая платформа сможет стать основой для домашних интеллектуальных систем, подключаемых к Интернету вещей.

Intel IoT

Для пользователей: Intel начала разработку IoT платформы ещё в 2009 году после поглощения калифорнийского разработчика ОС для встраиваемых систем Wind River Systems . Тогда концепция «умного дома» казалась полумертвой и неперспективной, но за последующие пять лет с помощью новых активов и собственных разработок Intel смогла создать единую универсальную и лёгкую для внедрения платформу. В рамках своей платформы Intel создало полную линейку масштабируемых процессоров Intel Quark, которые широко покрывают сегмент устройств для систем умный дом и умный офис.

Для разработчиков: На данный момент аппаратная часть Intel IoT работает под управлением открытой ОС - прямым конкурентом Google Brillo. Основные преимущества OC от Intel – это глубокая оптимизация и интегрированная поддержка облачной модели SaaS, которая позволяет разрабатывать приложения для IoT в виртуальной среде, а также едино управлять всеми устройствами IoT с упрощенным контролем доступа.

Google Brillo

В мае 2015 года на конференции для разработчиков компания Google представила новую операционную систему Brillo, предназначенную для Интернета вещей и умного дома. Отличительной особенностью платформы является функция Weave, которая позволяет устройствам в умном доме с системой Brillo и смартфонам общаться друг с другом напрямую, без использования промежуточного облака.

Для пользователей: Так как Brillo базируется на ОС Android, чтобы начать использовать систему пользователю надо просто установить её на само «умное» устройство (телевизор, стиральная машина и т.д.). Более того, Brillo сама по себе сможет управлять Wi-Fi, Bluetooth Low Energy, распознаванием голоса и другими базовыми функциями. В 2016 году на выставке CES 2016 компания Harman International Industries объявила о том, что она стала первым партнером системы интеграции Brillo и платформы Weave. Благодаря этому сотрудничеству, Brillo будет поддерживать различные устройства HARMAN, в числе которых оборудование для умного дома, потребительских, автомобильных и корпоративных сегментов. В частности на базе Google Brillo компания Asus создала умную камеру Ai-Cam .

Для разработчиков: По сути, Brillo это как Arduino в мире софта. Как на базе Arduino разработчики делают различные решения, так на базе Brillo можно будет создать программную часть устройства. Новая платформа также взаимодействует со многими онлайновыми сервисами Google.

Заключение

В завершении хочется отметить, что концепция Интернета вещей уже нашла широкое применение в повседневной жизни. Экосистема IoT настолько широка, что сейчас охватывает практически все сферы деятельности человека. Сложно судить какие компании добились больших успехов в данном сегменте рынка. Каждая из вышеперечисленных платформ предоставляет широкие возможности для разработчиков и широкий спектр доступных устройств для пользователей. Что касается перспектив, на мой субъективный взгляд, платформа от Samsung наравне с Microsoft в ближайшее время наберёт большие обороты и займёт львиную доля рынка IoT. Помимо вышеперечисленных систем существует еще множество разработок в сфере Интернета вещей, среди которых отдельно можно отметить платформу Apple HomeKit, впрочем, пока что компания из Купертино не сильно продвинулась в этой области.

IoT - Internet of Things

Internet of Things (IoT) - modern telecommunication technologies
(Интернет вещей - современные телекоммуникационные технологии)

29/08/16

Что такое Интернет вещей? What is the Internet of Things, IoT? Internet of Things (IoT) - это новая парадигма Internet. Что подразумевается под термином "Things" в Internet of Things. Под термином "вещь" в Internet of Things (IoT) подразумеваются интеллектуальные, т.е. "умные" предметы или объекты (Smart Objects или SmartThings, или Smart Devices).

Чем Internet of Things (IoT) отличается от традиционного Интернет? Internet of Things (IoT) - это традиционная или существующая сеть Интернет, расширенная подключенными к ней вычислительными сетями физических устройств или вещей, которые могут самостоятельно организовывать различные шаблоны связи или модели подключения (Thing - Thing, Thing - User и Thing - Web Object).

Следует отметить, что Smart Objects – это датчики или приводы (sensors or actuators), снабженные микроконтроллером с ОС реального времени со стеком протоколов, памятью и устройством связи, встроенные в различные объекты, например, в электросчетчики или газовые счетчики, датчики давления, вибрации или температуры, выключатели и т.д. "Умные" объекты или Smart Objects могут быть организованны в вычислительную сеть физических объектов, которые могут быть подключены через шлюзы (хабы или специализированные IoT платформы) к традиционной сети Интернет.

В настоящее время существует множество определений понятия Internet of Things (IoT). Но, к сожалению, они противоречивы, нет четкого и однозначного определения понятия Internet of Things (IoT).

Чтобы разобраться в сути Internet of Things (IoT), сначала целесообразно рассмотреть инфраструктуру Internet и сервис WWW (World Wide Web) или Web (веб). Internet - это сеть сетей, т.е. сеть, объединяющая различные сети и отдельные узлы удаленных пользователей с помощью маршрутизаторов и сетевого (межсетевого) протокола IP. Другими словами под термином Internet подразумевается инфраструктура глобальной сети, состоящая из множества компьютерных сетей и отдельных узлов, соединенных каналами связи.

Глобальная сеть Internet является физической основой сервиса Web. Web - это всемирная паутина или распределенная система информационных ресурсов, предоставляющая доступ к гипертекстовым документам (веб-документам), размещенным на веб-сайтах сети Интернет. Доступ и передача веб-документов в формате HTML по сети Интернет осуществляется с помощью прикладного протокола HTTP/HTTPS сервиса Web на основе стека протоколов TCP/IP сети Интернет.

С учетом вышеизложенного, можно сделать выводы, что IoT характеризуется масштабными изменениями инфраструктуры глобальной сети Интернет и новыми моделями общения или подключения: "вещь - вещь", "вещь - пользователь (User)" и "вещь - веб объект (Web Object)".

Internet of Things (IoT) целесообразно рассматривать на технологическом, экономическом и социальном уровнях.

На технологическом уровне Internet of Things – это концепция развития инфраструктуры сети (физической основы) Интернет, в которой "умные" вещи без участия человека способны подключиться к сети для удаленного взаимодействия с другими устройствами (Thing - Thing) или взаимодействия с автономными или облачными ЦОДами или DATA-центрами (Thing - Web Objects) для передачи данных на хранение, их обработку, аналитику и принятия управленческих решений, направленных на изменение окружающей среды, или для взаимодействия с пользовательскими терминалами (Thing - User) для контроля и управления этими устройствами.

Internet of Things (IoT) приведет к изменениям экономических и социальных моделей развития общества. Существуют различные классификации Internet of Things (IoT) (например, Индустриальный Интернет вещей - IIoT, Интернет сервисов - IoS и т.д.) и области его использования (в энергетике, транспорте, медицине, сельском хозяйстве, ЖКХ, Smart Сity, Smart Home и т.д.).

Cisco ввела новое понятие - Internet of Everything, IoE («Интернет всего» или «Всеохватывающий Интернет»), а Internet of Things является начальным этапом развития «Всеохватывающего Интернет»

Развитие Интернета вещей или Internet of Things (IoT) зависит от:

  • технологий беспроводных сетей с низким энергопотреблением (LPWAN, WLAN, WPAN);
  • темпов внедрения сотовых сетей для Internet of Things (IoT): EC-GSM, LTE-M, NB-IoT и универсальных сетей 5G;
  • темпов перехода сети Интернет на версию протокола IPv6;
  • технологий Smart Objects (сенсоров и актуаторов, снабженных микроконтроллером, памятью и устройством связи);
  • специализированных операционных систем со стеком протоколов для микроконтроллеров сенсоров и актуаторов;
  • широкого применения стека протоколов 6LoWPAN/IPv6 в операционных системах микроконтроллеров сенсоров и актуаторов;
  • эффективного использования Cloud computing для Internet of Things (IoT) платформ;
  • развития технологий M2M (machine-to-machine);
  • применения современных технологий Software-Defined Networks, снижающих нагрузку на каналы связи.

Архитектура глобальной сети Internet of Things (IoT)

В качестве фрагмента архитектуры Internet of Things (IoT) рассмотрим сеть (рис. 1), состоящую из нескольких вычислительных сетей физических объектов, подключенных к сети Интернет с помощь одного из устройств: Gateway, Border router, Router.

Как следует из архитектуры IoT, сеть Internet of Things состоит: из вычислительных сетей физических объектов, традиционной IP сети Интернет и различных устройств (Gateway, Border router и т.д.), объединяющих эти сети.

Вычислительные сети физических предметов состоят из "умных" датчиков и приводов (исполнительных устройств), объединенных в вычислительную сеть (персональную, локальную и глобальную) и управляемых центральным контроллером (шлюзом или IoT Habs, или платформой IoT).

В Internet of Things (IoT) применяются технологии беспроводных вычислительных сетей физических предметов с низким энергопотреблением, к которым относятся сети малого, среднего и дальнего радиуса действия (WPAN, WLAN, LPWAN).

Беспроводные технологии сетей LPWAN (Low-power Wide-area Network) Интернета вещей IoT

К распространенным технологиям сетей дальнего радиуса действия LPWAN, которые представлены на рис. 1, относятся: LoRaWAN, SIGFOX, "Стриж" и Cellular Internet of Things или сокращено CIoT (EC-GSM, LTE-M, NB-IoT). К сетям LPWAN относятся и другие технологии, например, ISA-100.11.a, Wireless, DASH7, Symphony Link, RPMA и так далее, которые на рисунке 1 не указаны. Обширный список технологий представлен на сайте link-labs .

Одной из широко распространенных технологий является LoRa , которая предназначена для сетей дальнего радиуса действия, с целью передачи данных телеметрии различных приборов учета (датчиков воды, газа и т.д.) на дальние расстояния.

LoRa – это метод модуляции, который определяет протокол физического уровня модели OSI. Технология модуляция LoRa может применяться в сетях с различной топологией и различными протоколами канального уровня. Эффективными сетями LPWAN являются сети LoRaWAN, которые используют протокол канального уровня LoRaWAN (MAC протокол канального уровня), а в качестве протокола физического уровня - модуляцию LoRa.

Сеть LoRaWAN (рис. 2.) состоит из оконечных узлов End Nodes (трансиверов или модулей LoRa), подключенных по беспроводным сетям к концентраторам/шлюзам или базовым станциям, Network Server (сервера сети оператора) и Application Server (сервера приложений сервис провайдера). Сетевая архитектура LoRaWAN - "клиент-сервер". LoRaWAN работает на 2 уровне модели OSI.

Между компонентами сети «оконечные узлы – сервер» используется двусторонняя связь. Взаимодействие оконечных узлов локальной сети LoRaWAN с сервером происходит на основе протоколов канального уровня. В качестве адреса используются уникальные идентификаторы устройств (оконечных узлов) и уникальные идентификаторы приложения на сервере приложений.

Физическим уровнем стека протоколов LoRaMAC сегмента сети «оконечные узлы – шлюз», который функционирует на втором уровне модели OSI, является беспроводная модуляция LoRa, а MAC-протоколом канального уровня является LoRaWAN. Шлюзы LoRa подключаются к серверу сети провайдера или оператора с помощью стандартных технологий Wi-Fi/Ethernet/3G, которые относятся к уровню интерфейсов IP сетей (физическим и канальным уровням стека TCP/IP).

Шлюз LoRa обеспечивает межсетевое взаимодействие между сетями на основе разнородных технологий LoRa/LoRaWAN и Wi-Fi, Ethernet или 3G. На рис. 1 представлена сеть LoRa с одним шлюзом, выполненная по топологии «звезда», но сеть LoRa может быть и с множеством шлюзов (сотовая структура сети). В сети LoRa с множеством шлюзов «оконечные узлы – шлюз» построены по топологии «звезда», в свою очередь, "шлюзы - сервер" тоже подключены по топологии «звезда».

Полученные с оконечных узлов данные хранятся, отображаются и обрабатываются на сервере приложений (на автономном Web сайте либо в «облаке»). Для анализа IoT-данных могут применяться методы Big Data. Пользователи с помощью клиентских приложений, установленных на смартфон или ПК, имеют возможность доступа к информации на сервере приложений.

Технологии SIGFOX (sigfox.com) и "Стриж" (strij.net) аналогичные технологии LoRaWAN (www.semtech.com), но имеют некоторые отличия. Основное отличие заключаются в методах модуляции, которые определяют протоколы физических уровней этих сетей. Технологии SIGFOX, LoRaWAN и "Стриж" являются конкурентами на рынке сетей LPWAN.

Конкурентами на рынке сетей LPWAN являются и технологии CIoT (EC-GSM, LTE-M, NB-IoT), а также G5. Они предназначены для построения беспроводных сетей LPWAN сотовой связи на основе существующей инфраструктуры сотовых операторов. Применение традиционных сетей сотовой связи в IoT является нерентабельным, поэтому в настоящее время нишу сетей LPWAN заняли LoRaWAN, SIGFOX и т.д. Но если операторы сотовой связи своевременно внедрят технологии EC-GSM (Extended Coverage GCM), LTE-М (LTE для М2М-коммуникаций), основанные на эволюции GSM и развитии LTE, то они потеснят LoRaWAN, SIGFOX и другие технологии с рынка LPWAN.

К наиболее перспективным направлениям построения беспроводных сетей LPWAN относится узкополосный интернет вещей NB-IoT (Narrow Band IoT) на базе LTE, который может быть развернут поверх существующих сетей LTE операторов сотовой связи. Но стратегическим направлением в CIoT являются сотовые сети нового поколения 5G, которые будут поддерживать IoT.

Технология 5G, предназначенная для работы с разнородным трафиком, обеспечит подключение к Интернет разнообразных устройств с разными параметрами (энергопотреблением, скоростями передачи данных и т.д.) как мобильных устройств (смартфонов, телефонов, планшетов и т.д.), так и Smart Objects (sensors or actuators).

Где применяются сети LPWAN? Например, в Нидерландах и в Южной Корее для Internet of Things уже развернута общенациональная сеть LoRa. Сети SigFox для IoT развернуты в Испании и Франции. В России создается национальная сеть "Стриж" для Internet of Things (IoT) и т.д. В настоящее время в качестве стандарта для вычислительных сетей физических предметов LPWAN Интернета вещей IoT рассматриваются стандарты - LoRaWAN и NB-IoT.

Следует отметить, что в Internet of Things (IoT) наряду с использованием облачных технологий применяются технологии «туманных вычислений» (fog computing). Это обусловлено тем, что в облачной модели, используемой в IoT, слабым местом является пропускная способность каналов операторов связи, по которым осуществляется обмен данными между "облаком" и "умными" устройствами вычислительных сетей физических предметов.

Концепция "туманных вычислений" предполагает децентрализацию обработки данных за счет передачи части работы по обработке данных и принятию управленческих решений с "облака" непосредственно устройствам вычислительных сетей физических предметов.

Повышение пропускной способности каналов связи Cloud computing может обеспечить новый подход их построения на основе технологии Software-Defined Networks (SDN). Поэтому внедрение SDN позволит повысить эффективность работы каналов связи Cloud computing и Internet of Things (IoT).

Беспроводные персональные сети (WPAN) передачи данных малого радиуса с низким энергопотреблением - компоненты Internet of Things (IoT)

К сетям WPAN (рис. 1) относятся беспроводные сенсорные сети на основе технологий: 6LoWPAN, Thread, ZigBee IP, Z-Wave, ZigBee, BLE 4.2 (Bluetooth Mesh). Эти сети относятся к mesh-сетям (самоорганизующимся и самовосстанавливающимся сетям с маршрутизацией), которые имеют ячеистую топологию, являются составляющими (компоненнтами) сети Internet of Things (IoT).

Персональные вычислительные сети на основе технологий 6LoWPAN, Thread, ZigBee IP относятся к IP сетям со стеком протоколов 6LoWPAN или IPv6 стеком для 802.15.4 сетей (рис. 3). В них используется сетевой протокол 6LoWPAN (IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks), который является версией протокола IPv6 для беспроводных персональных сенсорных сетей с низким энергопотреблением стандарта IEEE 802.15.4. В качестве протокола маршрутизации используется RPL (Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks).


Рис. 3. 6LoWPAN Protocol Stack для IoT

IEEE 802.15.4 (standards.ieee.org) - это стандарт, который описывает физический IEEE 802.15.4 PHY и канальный уровни сетевой модели OSI. Канальный уровень, состоит из подуровня доступа к среде передачи МАС (Media Access Control) IEEE 802.15.4 MAC и подуровня управления логической связью LLС (Logical Link Control). На базе стандарта IEEE 802.15.4 построено несколько технологий, например, таких как ZigBee IP, Thread, 6LoWPAN.

Стек протоколов 6LoWPAN. Суть работы вычислительных сетей физических объектов в IoT на основе стека протоколов 6LoWPAN состоит в следующем. Например, данные с сенсора поступают на вход микроконтроллера (МК). МК обрабатывает поступающие с сенсора данные на основе прикладной программы (End Nodes Applications), которая создана разработчиком сети на основе API специализированной ОС микроконтроллера.

Для передачи обработанных данных в сеть приложение End Nodes Applications обращается к протоколу прикладного уровня (Application - IoT protocols) стека протоколов ОС микроконтроллера и через стек передает данные на физический уровень сенсора. Далее бинарные данные поступают на вход Border routers (Edge routers). Для передачи данных с End Node через Border routers на Web-сервер (Web-приложению) по прикладному протоколу CoAP, необходимо осуществить согласование сетей на прикладном уровне стека протоколов CoAP-to-HTTP, для этого используют прокси-сервер.

Стек протоколов 6LoWPAN обеспечивает подключение "умных" устройств с низким энергопотреблением к Интернету роутерами, а не специализированными IP шлюзами. Поскольку низкоскоростные сети со стеком протоколов 6LoWPAN для устройств с ограниченными возможностями не являются транзитными сетями для сетевого IP трафика традиционного Интернет, то они являются конечными сетями в Internet of Things (IoT) и подключены к сети Интернет через Border routers или Edge routers. Граничный роутер обеспечивает взаимодействие сети 6LoWPAN с сетью IPv6 путем преобразования заголовков IPv6 и фрагментации сообщений в адаптационном слое стека протоколов (Adaption of 6LoWPAN).

Z-Wave (z-wave.me) - одна из популярных технологий беспроводных сетей Internet of Things (IoT) (стандарт: Z-Wave и Z-Wave Plus). Cеть Z-Wave (рис. 1) с ячеистой топологией (mesh - сеть) и низким энергопотреблением, предназначенная для организации Smart Home. Сетевой протокол Z-Wave стека коммуникационных протоколов Z-Wave реализован компанией Sigma Designs закрытым кодом и является запатентованным. Нижние уровни MAC и PHY включены в стандарт ITU-T G.9959.

Z-Wave насчитывает множество совместимых устройств (sensors and actuators) для создания сети Smart Home. Управлять домашней сетью Z-Wave можно дистанционно с помощью пульта управления через Home Controller, контролировать работу сети можно с ПК и Интернет через смартфон. Сеть Z-Wave подключена к сети Интернет через специализированный IP шлюз Gateway "Z-Wave for IP".

ZigBee (zigbee.org) - это одна из наиболее распространенных технологий для построения беспроводных сетей Internet of Things (IoT) (открытый стандарт ZigBee). Сеть ZigBee с ячеистой топологией (mesh - сеть) имеет свой стек коммуникационных протоколов IEEE 802.15.4/Zigbee, который не поддерживает межсетевой протокол IP. Вычислительная сеть предметов на основе стека ZigBee, для взаимодействия с внешними устройствами, расположенными в IP-сети, подключена к сети Интернет через специализированный IP шлюз Gateway ZigBee. В настоящее время создан новый стандарт ZigBee IPv6.

Сети, созданные на основе нового стандарт Zigbee IPv6, могут быть подключены к IP-сети через роутер, а не специализированный шлюз. Шлюз Gateway ZigBee осуществляет переупаковку данных из одного формата в другой и обеспечивает межсетевое взаимодействие между сетями на основе разнородных технологий MQTT/ZigBee - HTTP/TCP/IP. Технология ZigBee используется как стандарт для автоматического сбора показаний счетчиков электроэнергии абонентов и передачи их на серверы операторов связи (автономные сайты), либо на Internet of Things (IoT) Habs Cloud.

WiFi (www.wi-fi.org) - это набор стандартов беспроводной связи IEEE 802.11, который можно использовать для построения беспроводной локальной вычислительной сети предметов WLAN на основе стека TCP/IP. Стек протоколов стандарта IEEE 802.11 состоит из физического уровня PHY и канального уровня с подуровнями управления доступом к среде MAC и логической передачи данных LLC. Протоколы IEEE 802.11 (WiFi) относятся к уровню сетевых интерфейсов в стеке TCP/IP.

Беспроводная локальная вычислительная сеть предметов WiFi подключена к Internet с помощью роутера (рис. 1). Следует отметить, что для построения локальных беспроводных вычислительных сетей предметов Wi-Fi Alliance создал новую спецификацию IEEE 802.11s, которая обеспечивает технологию построения ячеистых сетей. Кроме того, для Internet of Things (IoT) создан и новый стандарт Wi-Fi HaLow (спецификация IEEE 802.11ah) с низким энергопотреблением.

BLE 4.2 (bluetooth.com) - это новая версия стандарта Bluetooth low energy (Bluetooth LE), которая предназначена для построения беспроводных сетей типа Smart Home. Новый стандарт Bluetooth Mesh с ячеистой топологией будет внедрен к концу 2016г. Стек коммуникационных протоколов BLE 4.2 поддерживает сетевой протокол IPv6 over BLUETOOTH(R) Low Energy или 6LoWPAN, протоколы транспортного (UDP, TCP) и прикладного (COAP и MQTT) уровней.

Версия BLE 4.2 обеспечивает минимальное энергопотребление оборудования и выход в IP-сети. Нижние уровни MAC и PHY стека Bluetooth LE Stack: Bluetooth LE Link Layer и Bluetooth LE Physical. Для обеспечения взаимодействия сетей (BLE 4.2 и Internet) на сетевом уровне (6LoWPAN с IPv6) и прикладном уровне стека протоколов (CoAP с HTTP), сеть BLE 4.2 может быть подключена к сети Интернет (рис. 1) через Border routers и CoAP-to-HTTP Proxy соответственно.

Протоколы прикладного уровня Internet of Things (IoT)

Для передачи данных в Internet of Things (IoT) применяется множество протоколов прикладного уровня, к наиболее распространенным из которых относятся: DDS, MQTT, XMPP, AMQP, JMS, CoAP, REST/HTTP. DDS – это служба распространения данных для систем реального времени является стандартом OMG для промежуточного программного обеспечения. DDS – это базовая технология для реализации IoT, основанная на коммуникационной модели обмена сообщениями DCPS без промежуточного брокера (сервера).

MQTT, XMPP, AMQP, JMS – это протоколы обмена сообщениями, которые основаны на брокере по схеме: publish/subscribe. Брокер (сервер) можно развернуть на облачной платформе или на локальном сервере. Программы-клиенты необходимо установить на приложениях смарт-устройств.

Протокол CoAP (Constrained Application Protocol) - ограниченный протокол передачи данных IoT, аналогичный HTTP, но адаптированный для работы с "умными" устройствами низкой производительности. CoAP основан на стиле архитектуры REST. Доступ к серверам осуществляется по URL-адресу приложения смарт-устройств. Программы-клиенты для доступа к ресурсам использует такие методы, как GET, PUT, POST и DELETE.

REST/HTTP – состоит из двух технологий REST и HTTP. REST - это стиль архитектуры программного обеспечения для распределенных систем. REST описывает принципы взаимодействия приложений смарт-устройств с программными интерфейсами REST API (Web service). Через REST API приложения общаются между собой с помощью четырех HTTP методов: GET, POST, PUT, DELETE. HTTP - протокол передачи гипертекста, является протоколом прикладного уровня для передачи данных. HTTP используется для взаимодействия по схеме Device-to-User. REST/HTTP основан на коммуникационной модели обмена сообщениями req/res.

Для доступа из сетей физических объектов, не поддерживающих IP протокол, к сетям IP и наоборот используются хабы или шлюзы, или IoT платформы, которые обеспечивают согласование протоколов на различных уровнях стека коммуникационных протоколов. Для доступа из сетей физических объектов, поддерживающих IP протокол, к сетям IP и наоборот используются прокси для согласования протоколов прикладного уровня (например, для согласования протоколов CoAP и HTTP).

IoT платформа – программное обеспечение, предназначенное для подключения интернет вещей (датчиков, контроллеров и других устройств) к облаку и удаленного доступа к ним.

Представляет собой промежуточный уровень между аппаратным уровнем (уровнем сенсоров) и прикладным.

2. История создания и развития

С момента появления термина «Интернет вещей» сети, состоящие из большого количества устройств, общающихся между собой, стремительно развиваются. Вследствие этого, IoT (Internet of Things) становится одной из основных технологий в современном обществе. С точки зрения технологических и технических аспектов развития IoT в настоящее время существует четкое разделение между аппаратными и программными платформами для подключения устройств, причем большинство поставщиков предлагают именно программные IoT платформы.

Платформы IoT обеспечивают бесшовную интеграцию различных аппаратных средств, используя протоколы связи, применяя различные типы топологии (прямое подключение или шлюз) и используя SDK при необходимости и т.д.

Используя интерфейсы интеграции с северной границей, предоставляемые платформой, вы также можете передавать собранные данные IoT в определенные системы анализа и хранения данных, а также передавать данные на подключенные устройства (конфигурация, уведомления) или между ними (элементы управления, события), используя различные виды пользовательских приложений.

Самыми популярными программными IoT платформами являются: Microsoft Azure IoT, Amazon Web Services (AWS) IoT, Google Cloud, ThingWorx IoT, IBM Watson, Artik от Samsung Electronics, Cisco IoT Cloud Connect, Salesforce IoT Cloud и многие другие.

3. Технические характеристики

Критериями отличия программных IoT платформ друг от друга являются:

    масштабируемость – количество конечных устройств, которые могут подключаться к платформе, включая эффективную балансировку нагрузки серверов;

    простота использования – гибкость API интеграции и простота управления исходным кодом;

    варианты развертывания – публичное или частное облако;

    безопасность – защита данных путем шифрования, контроля доступа пользователей и т.д.

    база данных – вариант хранения данных, получаемых с устройств, наличие гибридных облачных баз данных и т.д.

Среди протоколов, используемых платформами IoT, наиболее популярными являются MQTT, CoAP, HTTP/HTTPS, AMQP, XMPP, DDS.

Большинство современных программных плат IoT поддерживают аналитику в реальном времени - агрегирование потоков, фильтрация и др. (например, Storm, Samza), пакетную – операции с накопленным набором данных (например, Hadoop, Spark) и интерактивную аналитику данных - многократный исследовательский анализ как потоковых, так и пакетных данных (Spark MLLIB и т. д). Также существует прогностический метод аналитики, основанный на различных способах статистического и машинного обучения.

4. Кейсы применения

IoT платформы используются поставщиками и производителями умных устройств для оснащения своих продуктов функциями дистанционного управления, мониторинга в режиме реального времени, настраивания предупреждений и уведомлений, интеграции со смартфонами и другими устройствами.

Также широкой областью применения IoT платформ является оптимизация работы компаний в промышленном секторе (так называемый IIoT) посредством интеллектуального обслуживания оборудования, сбора данных с датчиков и их анализа в реальном времени. Кроме того IoT платформы используются при создании систем умного города для предоставления различных услуг частным и государственным компаниям, конечным клиентам.

Среди таких услуг можно отметить обеспечение безопасности на улицах города и в зданиях, мониторинг экологической ситуации, интеллектуальный мониторинг сетей и др.

Сейчас многие говорят про интернет вещей, но не все понимают, что это такое.

Если верить «Википедии», 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.

Говоря простым языком, интернет вещей - это некая сеть, в которую объединены вещи. Причём под вещами я подразумеваю всё что угодно: автомобиль, утюг, мебель, тапочки. Всё это сможет «общаться» друг с другом без участия человека при помощи передаваемых данных.

Появление подобной системы было ожидаемо, ведь лень - двигатель прогресса. Не придётся утром идти к кофеварке, чтобы сделать кофе. Она уже знает, когда вы обычно просыпаетесь, и к этому времени сама сварит ароматный кофе. Классно? Пожалуй, но насколько это реально и когда появится?

Как это работает

picjumbo.com

Мы находимся в начале пути, и об интернете вещей пока говорить рано. Возьмём для примера кофеварку, о которой я писал выше. Сейчас человеку приходится самостоятельно вводить время своего пробуждения, чтобы она сварила ему утром кофе. Но что произойдёт, если в это время человека не будет дома или он захочет чай? Да всё то же самое, так как он не поменял программу и бездушная железка снова сварила свой кофе. Такой сценарий интересен, но это скорее автоматизация процесса, чем интернет вещей.

У руля всегда стоит человек, он центр. Умных гаджетов с каждым годом становится всё больше, но они не работают без команды человека. Эту несчастную кофеварку придётся постоянно контролировать, менять программу, что неудобно.

Как это должно работать


picjumbo.com

Интернет вещей подразумевает, что человек определяет цель, а не задаёт программу по достижению этой цели. Ещё лучше, если система сама анализирует данные и предугадывает желания человека.

Едете вы с работы домой, уставший и голодный. В это время автомобиль уже сообщил дому, что через полчаса привезёт вас: мол, готовьтесь. Включается свет, термостат настраивает комфортную температуру, в духовке готовится ужин. Зашли в дом - включился телевизор с записью игры любимой команды, ужин готов, добро пожаловать домой.

Вот в чём главные особенности интернета вещей:

  • Это постоянное сопровождение повседневных действий человека.
  • Всё происходит прозрачно, ненавязчиво, с ориентацией на результат.
  • Человек указывает, что должно получиться, а не как это сделать.

Скажете, фантастика? Нет, это ближайшее будущее, но, чтобы добиться таких результатов, необходимо ещё многое сделать.

Как этого добиться


picjumbo.com

1. Единый центр

Логично, что в центре всех этих вещей должен стоять не человек, а какой-то девайс, который и будет передавать программу по достижению цели. Он будет контролировать другие устройства и выполнение задач, а также собирать данные. Такой девайс должен стоять в каждом доме, офисе и других местах. Их объединит единая сеть, через которую они будут обмениваться данными и помогать человеку в любом месте.

Зачатки такого центра мы уже видим сейчас. Amazon Echo, Google Home, да и Apple вроде тоже работает над чем-то подобным. Такие системы уже сейчас могут выполнять роль центра умного дома, хотя их возможности пока ограничены.

2. Единые стандарты

Это станет, пожалуй, главным препятствием на пути к глобальному интернету вещей. Для масштабной работы системы необходим единый язык. Над своей экосистемой сейчас работают Apple, Google, Microsoft. Но все они двигаются по отдельности, в разные стороны, а значит, в лучшем случае мы получим локальные системы, которые сложно объединить даже на уровне города.

Возможно, какая-то из систем станет стандартом, либо каждая сеть так и останется локальной и не перерастёт в нечто глобальное.

3. Безопасность

Естественно, разрабатывая такую систему, необходимо позаботиться о защите данных. Если сеть взломает хакер, он будет знать о вас абсолютно всё . Умные вещи сдадут вас злоумышленникам с потрохами, так что над шифрованием данных стоит серьёзно поработать. Конечно, над этим работают уже сейчас, но периодически всплывающие скандалы говорят о том, что до идеальной безопасности ещё далеко.

Что нас ждёт в ближайшем будущем


Mitch Nielsen/unsplash.com

В ближайшем будущем нас ждут умные дома, которые будут сами открывать двери для владельцев при приближении, поддерживать комфортный микроклимат, самостоятельно пополнять холодильник и заказывать необходимые лекарства, если человек заболел. Причём перед этим дом получит показатели с умного браслета и отправит их врачу. По дорогам будут ездить беспилотные автомобили, а на самих дорогах больше не останется пробок. Интернет вещей позволит разработать более продвинутую систему контроля трафика, которая сможет предотвращать появление пробок и заторов на дорогах.

Уже сейчас многие гаджеты работают в связке с различными системами, однако в ближайшие 5–10 лет нас ждёт настоящий бум развития интернета вещей. Вот только в будущем возможен расклад как в мультике «ВАЛЛ-И», где человечество превратилось в беспомощных толстяков, обслуживаемых роботами. Так себе перспектива. А что думаете вы?

Поддержка «из коробки» более 100 коммуникационных протоколов через высокопроизводительные драйвера на стороне сервера или агенты на стороне устройств. Запуск платформы на IoT-шлюзах, ПЛК на базе Linux, сенсорных панелях и промышленных ПК позволяет получить доступ к данным с разнородных устройств.

Единая модель данных, поддержка масштабирования и высокой доступности, комплексный подход к безопасности, открытые протоколы и другие технологии платформы корпоративного уровня. Модульный дизайн позволяет использовать платформу как в небольших локальных инсталляциях, так и в высокопроизводительном облачном окружении.

Библиотеки серверных API позволяют сторонним приложениям получить полный контроль над установленной платформой и данными устройств, а веб-сервисы делают это возможным даже без встраивания программных библиотек в ваше приложение. И, конечно, все внешние операции также находятся под управлением модели безопасности платформы.

Унифицированный подход к сохранению IoT-событий, исторических значений, обогащающих данных и конфигурации приложений. Возможность выбора технологии хранения между реляционными, NoSQL, графовыми, кольцевыми, файловыми базами данных и БД «ключ-значение» обеспечивает оптимальную структуру данных и высочайшую производительность.

Мы способны обслуживать многомиллионные парки устройств. Возможности управления включают автоматическое обнаружение и настройку, работу с отключёнными устройствами, групповые и пакетные операции, гибкую работу с событиями, комплексные уведомления, планировщик задач, централизованное обновление, репликацию настроек и многое другое.

Инструменты расширенной аналитики, управляемые искусственным интеллектом – важнейшая часть AggreGate. Модели объектов и процессов, предметно-ориентированные языки, визуальные бизнес-процессы и алгоритмы машинного обучения – всё это позволяет извлекать дополнительную выгоду из данных и упрощает принятие решений.

Визуальные редакторы позволяют за несколько минут создать интерактивные инфопанели или сложные графические интерфейсы с динамическими векторными изображениями, многослойными картами, графами топологий, статистическими диаграммами, видеопотоками, полями ввода и управления – всё это связано вместе без единой строчки программного кода.

Иногда существующих возможностей визуальной разработки недостаточно для решения сложных задач. В этом случае помогают расширения с поддержкой сценариев, API и SDK, которые позволяют разработать и добавить в платформу новый драйвер устройства или модуль обработки информации, компоненты пользовательского интерфейса и даже полноценное веб-приложение.