Síťové technologie internetu věcí. Internet věcí – co to je? Rozvoj internetu věcí v Rusku

„Internet věcí“, Internet věcí (IoT) – tato módní fráze je dnes jedním z nejcitovanějších termínů v IT publikacích. Analytici hovoří o rychle rostoucím trhu IoT, vlivu sociálních, cloudových a samozřejmě mobilních technologií na něj, ale není zcela jasné, co tento trh IoT zahrnuje. Výklad samotného pojmu také není zcela jasný. Od dodavatele k dodavateli, od autora k autorovi se definice značně liší. Navíc, v závislosti na interpretaci, se jev samotný jeví buď jako vyhlídka do budoucna, nebo jako hotová věc. Autor tohoto článku se pokusil o komparativní analýzu publikací na toto téma, aby pochopil, co znamená pojem „trh IoT“ a proč je mu v poslední době věnována zvýšená pozornost.

IoT koncept a technologie

Než budeme mluvit o trhu, je nutné zjistit, co je IoT a pochopit, zda existuje definice tohoto pojmu. Problémem však není nedostatek definic, ale naopak jejich přemíra. Po prostudování několika desítek článků a zpráv na téma Internet věcí se autor přesvědčil, že ve výkladu tohoto pojmu existují vážné rozpory. Ve skutečnosti uvádíme definice z nejrespektovanějších zdrojů. Analytická společnost Gartner interpretuje pojem „Internet of Things“ jako síť fyzických objektů obsahujících vestavěnou technologii, která těmto objektům umožňuje měřit parametry vlastního stavu nebo stavu prostředí, využívat a přenášet tyto informace. Všimněte si, že v této definici, která je mimochodem nejčastěji citovaná, slovo „internet“ zcela chybí. To znamená, že když se mluví o síti internetu věcí, není uvedeno, že je součástí internetu. Navíc, jak říká odborník na IoT Matt Turck, výkonný ředitel FirstMark Capital: „Ironií je, že navzdory názvu Internet věcí jsou věci samotné často propojeny spíše pomocí M2M protokolů než samotného internetu.“ Přítomnost nebo nepřítomnost připojení k internetu však není jediným rozporem v definicích. Podle výkladu specialistů z Cisco Business Solutions Group (CBSG) je IoT stavem internetu od okamžiku, kdy počet „věcí nebo objektů“ připojených k World Wide Web převyšuje počet obyvatel planety. CBSG svá zjištění dokládá výpočty. Podle společnosti explozivní růst chytrých telefonů a tabletových počítačů přinesl v roce 2010 počet zařízení připojených k internetu na 12,5 miliardy, zatímco počet lidí žijících na Zemi vzrostl na 6,8 miliardy; Počet připojených zařízení tak činil 1,84 jednotky na osobu. Na základě této jednoduché aritmetiky Cisco Business Solutions Group ve skutečnosti určila samotný bod vstupu éry internetu věcí (obr. 1). Někde mezi lety 2003 a 2010 přesáhl počet připojených zařízení světovou populaci, což znamenalo přechod na internet věcí. Autoři studie se přitom domnívají, že počet připojených zařízení na jednoho uživatele internetu v roce 2010 činil 6,25.

Rýže. 1. Zvýšení počtu připojených zařízení na osobu
(zdroj: Cisco Business Solutions Group)

Pokud Cisco v souvislosti s pojmem IoT odkazuje na explozivní nárůst chytrých telefonů připojených k internetu, pak například IDC jasně říká, že zařízení v konceptu IoT musí být autonomně připojena k internetu a přenášet signály bez lidského zásahu. Uživatelem ovládaný smartphone tedy nelze klasifikovat jako zařízení IoT.

Podle IDC je internet věcí (IoT) kabelová nebo bezdrátová síť propojující zařízení s vlastním napájením, řízená inteligentními systémy vybavenými operačním systémem na vysoké úrovni, autonomně připojená k internetu, mohou běžet nativní nebo cloud- aplikací a analyzovat shromážděná data. Kromě toho mají schopnost zachytit, analyzovat a přenášet (přijímat data) z jiných systémů.

Je zřejmé, že pokud analytici pracují s konceptem „objemu trhu IoT“, pak se nelze spoléhat na tak vágní definici jako „určitý nový stav internetu“. O IoT, jako o jakémsi přechodu internetu k nové kvalitě, přitom mluví nejen specialisté z CBSG. Věnujme pozornost Obr. 2 převzato ze zprávy Internet of Things (IoT) a Machine-to-Machine Communication Market by Technologies & Platforms (marketsandmarkets.com). IoT charakterizuje také jako fázi ve vývoji internetu, „kdy nejen lidé, ale i věci spolu začnou interagovat, iniciovat transakce, vzájemně se ovlivňovat“.

Rýže. 2. Fáze vývoje Web 1.0, Web 2.0, Web 3.0
(zdroj: Internet of Things (IoT) & Machine-to-Machine (M2M) Communication Market
Podle technologií a platforem (marketsandmarkets.com))

V tomto ohledu je orientační další diagram: ilustrace z článku korejského autora Sunsig Kim, publikovaného v roce 2012 na webu i-bada.blogspot.ru/. Zde je stav IoT prezentován jako přechodový bod – jde o další krok oproti technologii M2M (obr. 3). Naopak v publikacích řady autorů, včetně IDC, se lze dočíst, že M2M je technologie, která jako předchůdce technologie IoT je v současnosti její nedílnou součástí.

Rýže. 3. Přechod od technologií M2M k technologiím IoT (zdroj: Sunsig Kim, 8. srpna 2012 i-bada.blogspot.ru/)

Pokud definice, které jsme popsali, hovoří o daném fenoménu, pak například ve formulaci Kaivana Karimiho, výkonného ředitele globální strategie a obchodního rozvoje společnosti Freescale Semiconductor, je IoT spíše perspektivou: miliardy chytrých, propojených „věci“, které tvoří jakousi univerzální globální neuronovou síť, která bude zahrnovat všechny aspekty našeho života. IoT se skládá z chytrých strojů, které interagují a komunikují s jinými stroji, objekty, prostředím a infrastrukturou. Takový systém by generoval obrovské množství dat, jejichž zpracování by bylo možné využít k řízení a kontrole věcí, aby byl náš život pohodlnější a bezpečnější a snížil by se náš dopad na životní prostředí.

Proč existuje tolik definic a všechny jsou jiné?

Za prvé, technologie se vyvíjejí tak rychle, že se neustále objevují nové významy tohoto termínu, které ne vždy zapadají do předchozích výkladů. To je výmluvně znázorněno na obr. 4, kde je vývoj IoT ztotožňován s několika fázemi a ve skutečnosti s různými technologiemi.

Rýže. 4. Vývoj technologie internetu věcí

Za druhé, velmi často je nová technologie definována jako soubor faktorů, které ji odlišují od předchozí, a poté je tato předchozí technologie zahrnuta do nového konceptu. Poháněni marketingovými aspiracemi chtějí prodejci nazývat staré technologie novými jmény. Také analytici, kteří sledují módu a snaží se demonstrovat význam popisovaného trhu, používají jeden tzv. zastřešující termín, který v sobě spojuje několik pojmů.

Podobná situace je pozorována ve vztahu k dalším novým termínům. Vezměme si například termín SaaS, který vznikl jako označení další fáze vývoje technologie ASP. Dnes se v řadě publikací začaly projekty ASP začleňovat do trhu SaaS, což je přísně vzato nesprávné.

Zhruba totéž se děje s pojmem IoT: na jedné straně se jedná o další fázi vývoje M2M technologií, na druhé straně mnoho zdrojů uvádí, že trh M2M řešení je podmnožinou IoT a některé zdroje použijte zkratku IoT/M2M.

Dalším důvodem nejednoznačnosti termínu je, že na základě IoT se řeší různé třídy problémů. Zejména Kayvan Karimi hovoří o přítomnosti minimálně dvou tříd úkolů, které spojuje pojem IoT. Prvním úkolem je vzdálené monitorování a správa sady vzájemně propojených síťových zařízení, z nichž každé může interagovat s objekty infrastruktury a fyzickým prostředím. Například čidlo teploty a vlhkosti řídí síť zařízení, která řídí klimatický systém chytré budovy (okna, žaluzie, klimatizace atd.). Exotičtějším příkladem je, že senzor na ruce majitele chytré domácnosti vysílá signál o psychofyzickém stavu majitele do všech chytrých zařízení v síti; každý z nich reaguje určitým způsobem, v důsledku čehož se mění osvětlení, hudba na pozadí a klimatizace. Zde není hlavní funkcí analytická, ale kontrolní. Druhým úkolem je využít data shromážděná z koncových uzlů (chytrá zařízení s konektivitou a snímáním) pro inteligentní analýzu k identifikaci trendů a vztahů, které mohou generovat použitelné informace a poskytnout další obchodní hodnotu. Například sledování chování návštěvníků v obchodě pomocí štítků na zboží: jak dlouho a v blízkosti jakého zboží návštěvníci zastaví, jaké zboží si vyzvednou atd. Na základě těchto informací můžete změnit uspořádání zboží v hale a zvýšit tržby. Další příklad pochází z odvětví pojištění automobilů. Umístění zařízení vybavených akcelerometrem do automobilů umožní pojišťovně sbírat údaje o míře opatrné jízdy klienta. Zaznamenat lze nejen kolize, ale například i prudký náraz do předmětu nebo obrubníku. Čím opatrněji klient jezdí, tím je pojištění levnější a lehkomyslný řidič zaplatí víc. V nejnovějších příkladech neexistuje žádný úkol správy - zde se data shromažďují a zpracovávají pomocí moderních analytických metod. Statistické informace o všech klientech umožní společnosti správně předvídat svá rizika.

V „Co internet věcí (IoT) potřebuje, aby se stal realitou“ se Kayvan Karimi pokouší představit obecný nástin řešení IoT (obrázek 5). Podle tohoto schématu se jedná o zásobník, který zahrnuje šest vrstev: snímací zařízení a/nebo chytrá zařízení, připojovací uzly, vrstvu vestavěných uzlů pro zpracování, vrstvu vzdáleného cloudového zpracování dat; šestá vrstva může plnit dvě funkce. První, označený jako „aplikace/akce“, znamená, že řešení se používá k dálkovému ovládání zařízení nebo k automatickému řízení procesu založeného na snímacích zařízeních. Druhá možnost, analytika/velká data, znamená, že cílem mise je využít data shromážděná ze snímacích zařízení k analýze a identifikaci trendů a vztahů, které mohou generovat užitečné obchodní informace.

Rýže. 5. Typická architektura řešení IoT (zdroj: Freescale Semiconductor)

Microsoft poskytuje podobnou typickou architekturu pro řešení IoT (obr. 6).

Rýže. 6. Typická architektura IoT aplikací (zdroj: Microsoft)

Kayvan Karimi ve svých dílech představuje nejen obraz typické architektury, ale také grafickou interpretaci celého ekosystému IoT (obr. 7).

Rýže. 7. Ekosystém internetu věcí

Rýže. 8. IoT jako „síť sítí“ (zdroj: CBSG)

Trh IoT a jeho účastníci

Co je to trh IoT? Jak to vypočítat? Kdo by měl být mezi jeho účastníky? Pokud spočítáme všechny projekty, které spadají pod schéma uvedené na Obr. 5, pak bude trh velmi malý. Pokud spočítáme obrat společností zabývajících se tvorbou prvků, které by se potenciálně daly implementovat do tohoto schématu, dostaneme zcela jiný údaj. Na základě publikací je zřejmé, že analytici volí druhý přístup: prezentují trh jako celek podnikání všech hráčů, kteří vytvářejí propojená chytrá zařízení a senzory, připravují platformy pro budování IoT řešení, vyvíjejí technologie pro připojení internetu Věci do sítě a poskytování pomocných služeb. To znamená, že analytici neberou v úvahu ani tak trh s řešeními IoT (v užším slova smyslu), ale spíše podnikání všech účastníků ekosystému poskytovatelů služeb a technologií kolem výstavby řešení IoT.

Zdá se, že toto je cesta, kterou se ubírají společnosti, které používají termín „trh IoT“. Konkrétně IDC identifikuje až pět segmentů trhu IoT a odpovídající hráče.

První („Zařízení/Inteligentní systémy“) zahrnuje výrobce chytrých zařízení a senzorů, které mají schopnost připojení ke kabelovým/bezdrátovým sítím, jsou schopné zachycovat a přenášet data, provozovat vlastní nebo cloudové aplikace a automaticky interagovat s inteligentním systémem. .

Druhý segment se nazývá „Nástroje pro připojení a podporu služeb IoT“. Jedná se o potenciální byznys pro poskytovatele telekomunikačních služeb, kteří mohou poskytovat komunikační služby založené na různých technologiích, včetně kabelových, mobilních (2G, 3G, 4G), Wi-Fi a doplňkových služeb, jako je správa fakturace.

Ve třetím segmentu nazvaném „Platformy“ IDC identifikuje platformy pro aktivaci zařízení, sítí a aplikací.

Platformy pro podporu zařízení představují software zodpovědný za zajištění toku dat do az koncových zařízení, včetně aktivačních, řídících a diagnostických funkcí.

Síťové platformy poskytují klientům software pro připojení zařízení IoT/M2M ke sběru a analýze informací. Platforma umožňuje spravovat předplatné, ovládat a spravovat tarifní plány. Tato vrstva poskytuje zákazníkům dohodu o úrovni služeb a jejím cílem je zlepšit kvalitu a bezpečnost řešení.

Platformy pro poskytování aplikací jsou horizontálně orientovaná řešení pro integraci podnikových aplikací a specifických aplikací IoT.

Čtvrtý segment, „Analytics“, představuje řešení, která vám umožní zvýšit efektivitu podnikání tím, že budete efektivněji rozhodovat na základě dat shromážděných pomocí technologie IoT, včetně využití technologie Big Data. Tento sektor také zahrnuje vznikající analytická řešení, která umožní integraci dat získaných z IoT a monitorování sociálních médií.

A konečně pátý segment jsou aplikace na podporu vertikálních řešení, které implementují funkce specifické pro různá odvětví.

Autor mapy „Internet of Things Ecosystem“ Matt Turck, jednatel FirstMark Capital, představuje nejen segmentaci trhu, ale uvádí i konkrétní jména nejvýznamnějších hráčů v jednotlivých segmentech (obr. 9). Tato práce posouvá konverzaci o účastnících trhu IoT na praktičtější úroveň.

Rýže. 9. „Ekosystém internetu věcí“ (zdroj: Matt Turck, Sutian Dong & First Mark Capital)

Mat Truck také odpovídá na otázku, proč trh IoT v posledních letech přitahuje pozornost. Podotýká, že růst zájmu o trh a jeho vývoj samotný je způsoben souběhem několika klíčových faktorů. Za prvé je snazší a levnější vyrábět chytrá zařízení, objevují se distributoři a společnosti, které mají zájem takové projekty financovat. Za druhé, v posledních několika letech se technologie bezdrátové komunikace dramaticky pokročily ve svém vývoji. Dnes má každý uživatel mobilní telefon nebo tablet, který lze použít jako univerzální dálkový ovladač pro internet věcí. Všudypřítomná konektivita se stává realitou (Wi-Fi, Bluetooth, 4G). Za třetí, internet věcí je schopen využít veškerou infrastrukturu, která se objevila v souvisejících oborech. Cloud computing umožňuje zjednodušené a levné koncové body, protože inteligenci lze přesunout z koncového bodu do cloudu. Nástroje pro velká data, včetně programů s otevřeným zdrojovým kódem, jako je Hadoop, umožňují analyzovat obrovské množství dat zachycených zařízeními IoT.

V ekosystému (viz obr. 9) autor identifikuje téměř stejné tržní prvky jako IDC, ale odlišně jsou rozděleny do segmentů. Mat Truck identifikuje tři hlavní části: horizontální platformy, vertikální aplikace a stavební bloky. Autor ekosystému zdůrazňuje, že i přes aktivní podnikání v oblasti tvorby vertikálních řešení mají ambiciózní hráči na trhu za cíl stát se horizontální platformou, na jejímž základě budou postavena všechna vertikální řešení z oblasti internetu věcí. Několik hráčů ze sektoru domácí automatizace (SmartThings, Ninja Blocks atd.) jsou tedy vývojáři horizontálních softwarových platforem. Velké korporace, jako jsou GE a IBM, aktivně vyvíjejí své platformy. Telekomunikační společnosti, jako jsou AT&T a Verizon, mají také dobrou pozici, aby se tohoto závodu zúčastnily. Otázkou zůstává, jak snadno lze horizontální platformu postavenou pro jednu třídu vertikálních řešení přizpůsobit pro vertikální řešení jiné třídy. Zatím také není zřejmé, které platformy – uzavřené nebo otevřené – mají perspektivu zaujmout vedoucí pozice v této oblasti.

Vertikální řešení na Obr. 9 je značených poměrně hodně, jsou seskupeny do menších bloků. V rámci přehledového článku není možné všechny komentovat, zaměříme se proto jen na některé.

Například sekce „wearable computing“ zdůrazňuje nové zařízení Google Glass, které bylo poprvé oznámeno v únoru 2012. Zařízení na bázi Androidu (obr. 10) je vybaveno průhledným displejem umístěným nad pravým okem a je schopno nahrávat vysoce kvalitní video, provádět funkce rozšířené reality, mobilní komunikaci, přístup k internetu a vést si video deník.

Rýže. 10. Google Glass

V poslední době jsou populární nositelná fitness zařízení jako Fitbit, Nike + Fuelband, Jawbone, pomocí kterých mohou uživatelé sledovat úroveň své fyzické aktivity a počítat spálené kalorie (na obr. 9 jsou umístěny v samostatné kategorii).

Typickým zástupcem této skupiny je zařízení UP Jawbone (obr. 11), což je sportovní náramek, který umí spolupracovat s platformou iPhone a Android. Zařízení umožňuje sledovat spánek, stravu, ušlé kroky a spálené kalorie. Náramek má vibrační motorek, který může sloužit buď jako alarm, nebo připomenout uživateli, že uživatel seděl příliš dlouho. Náramek je schopen sledovat fáze spánku a probudit majitele přesně ve fázi lehkého spánku, kdy je probuzení mnohem snazší.

Rýže. 11. UP Jawbone umožňuje vedení
sledování cvičení

Zařízení obsahuje sociální aplikaci, která pomáhá přidat další vrstvu motivace ke cvičení. Uživatelé mohou prohlížet data svých přátel, sdílet sportovní výsledky a soutěžit.

Taková nositelná zařízení mohou být použita pro lékařské účely, například ke vzdálenému sledování stavu pacienta (krevní tlak, srdeční frekvence atd.), aby bylo možné upozornit blízké nebo zdravotnický personál, pokud se indikátory zvýší. Technologie internetu věcí jsou v medicíně obecně široce využívány – od nejjednodušších připomínacích systémů pro užívání léků až po sondy zaváděné do těla pro sledování fungování orgánů pro stanovení komplexní diagnózy.

IoT se nejaktivněji využívá v technologiích chytré domácnosti: dálkové ovládání domácích zařízení přes internet, vzdálené monitorování a ovládání topných systémů, osvětlení, mediálních zařízení, elektronických zabezpečovacích systémů, výstrahy proti narušení, systémy požární ochrany atd.

Z hráčů zvýrazněných v sekci domácí automatizace na obr. 9, je zajímavé si všimnout společnosti Nest Labs, která navrhuje a vyrábí programovatelné termostaty a detektory kouře s podporou Wi-Fi a samoučícími funkcemi. Startup, který v roce 2010 založili dva absolventi Applu, se během pár let rozrostl ve společnost s více než 130 zaměstnanci.

Svůj první produkt, termostat (obr. 12), uvedla firma v roce 2011. V říjnu 2013 společnost Nest Labs oznámila uvedení zařízení na sledování kouře a oxidu uhelnatého. Termostat Nest umožňuje interakci se zařízením nejen prostřednictvím dotykového rozhraní, ale také na dálku, protože termostat je připojen k internetu. Společnost může distribuovat aktualizace za účelem opravy chyb, zlepšení výkonu a přidání dalších funkcí. Chcete-li aktualizovat, musí být termostat připojen k Wi-Fi a baterie, která podporuje 3,7 V, aby bylo možné stáhnout a nainstalovat aktualizace.

Rýže. 12. Termostat Nest Labs

Technologie IoT je široce využívána v energetice (chytré měřiče, systémy pro detekci ztrát či krádeží v elektrické síti). Například ropný a plynárenský sektor využívá dálkové monitorování ropovodů.

Pro bezpečnější provoz vozidel se vyvíjí mnoho řešení. Technologie propojených vozů umožňuje využívat systémy nouzového volání sanitky z vestavěné SIM karty. V autopojištění se začínají procvičovat pojistné kalkulace založené na vzdáleném sledování jízdy uživatelů. V dopravě jsou široce používány systémy pro sledování trasy vozidel, monitorování přepravy nákladu a řízení zásilek a skladování. Používá se automatizovaný systém řízení letového provozu. Městské samosprávy mohou využívat řešení IoT k provozu, provozu a monitorování systémů veřejné dopravy, aby optimalizovaly spotřebu paliva, řídily a řídily pohyby vlaků. V maloobchodě se rozvíjí automatizace logistických úkolů, vzdálené monitorování a účtování zboží vybaveného RFID tagy, inventarizace v reálném čase a řešení pro bezdrátové platby. V systémech veřejné bezpečnosti - monitorování a kontrola stavu průmyslových objektů, mostů, tunelů atd. V průmyslové výrobě - ​​řízení výrobních procesů, dálková diagnostika, řízení robotických komplexů. V zemědělství - dálkové ovládání závlahových systémů, sledování stavu a chování zvířat, sledování vodních hladin v nádržích atd.

Co je tedy „internet věcí“ – realita nebo vyhlídka? S přihlédnutím k provedené analýze lze tvrdit, že se jedná o perspektivu, která se postupně stává realitou.

Dobré odpoledne, milí obyvatelé Khabry! Dnes bychom se rádi zaměřili na popis různých síťových technologií vyvíjených pro internet věcí.

Internet věcí (IoT, Internet of Things) se stává dalším revolučním skokem ve vývoji, srovnatelným s vynálezem parního stroje nebo industrializací elektřiny. Digitální transformace dnes revolucionizuje různá odvětví ekonomiky a mění naše známé prostředí. Přitom, jak se v takových případech často stává, konečný efekt těchto proměn je na začátku cesty těžko předvídatelný.

Proces, který začal, zjevně nemůže být jednotný a některá odvětví jsou dnes na změnu připravena více než jiná. Mezi první patří spotřební elektronika, doprava, logistika a finanční sektor, do druhých například zemědělství. I když i zde existují úspěšné pilotní projekty, které slibují zajímavé výsledky.

Projekt TracoVino, jeden z prvních pokusů o využití internetu věcí ve slavném údolí Mosely, nejstarší vinařské oblasti moderního Německa. Řešení je založeno na cloudové platformě, která automatizuje všechny procesy ve vinici, od pěstování surovin až po stáčení. Data potřebná pro rozhodování přicházejí do systému z několika typů senzorů. Kromě zjišťování teploty, vlhkosti půdy a monitorování životního prostředí dokážou zjišťovat množství slunečního záření, kyselost půdy a obsah živin v ní. Co to dává? TracoVino umožňuje nejen vinařům získat obecnou představu o zdravotním stavu jejich vinice, ale také analyzovat konkrétní oblasti vinice za účelem zjištění problémů, získat včasné informace o možné kontaminaci a dokonce získat prognózy o kvalitě a množství vína. , umožňující vinařům uzavírat forwardové smlouvy.

Co dalšího se můžete připojit k sítím? Mezi nejrozvinutější scénáře používání internetu věcí patří „chytrá města“. Podle výzkumů Beecham Research, Pike Research, iSupply Telematics a amerického ministerstva dopravy dnes v rámci těchto projektů po celém světě existuje více než miliarda zařízení, která jsou zodpovědná za různé funkce v zásobování vodou, řízení městské dopravy, veřejné dopravy. systémy ochrany zdraví a bezpečnosti. Jde o chytrá parkoviště, která optimalizují využití parkovacích míst, inteligentní systém zásobování vodou, který hlídá kvalitu vody spotřebovávané obyvateli města, chytré autobusové zastávky, které umožňují získat přesné informace o čekací době na potřebnou dopravu a mnoho více.

Průmysl má již v provozu stovky milionů zařízení připravených k připojení. Patří sem systémy pro chytrou údržbu a opravy, logistické účetnictví a zabezpečení, stejně jako chytrá čerpadla, kompresory a ventily. V oblasti energetiky a bydlení a komunálních služeb je zapojeno velké množství zařízení: četná měřidla, prvky automatizace distribučních sítí, spotřebitelská zařízení, infrastruktura elektrického nabíjení a infrastruktura pro obnovitelné a distribuované zdroje energie. V oblasti zdravotnictví jsou a budou k internetu věcí připojeny diagnostické nástroje, mobilní laboratoře, různé implantáty, přístroje pro telemedicínu.

Očekává se, že počet připojení ke strojům v příštích letech vzroste o 25 % ročně a do roku 2021 bude na planetě 28 miliard připojených zařízení. Z toho pouze 13 miliard bude pocházet ze známých spotřebitelských přístrojů: smartphony, tablety, notebooky a počítače, zatímco 15 miliard bude ze spotřebitelských a průmyslových zařízení: různé druhy senzorů, prodejních terminálů, automobilů, displejů, indikátorů atd.

Navzdory zdánlivě úžasným číslům z blízké budoucnosti nejsou konečné. IoT bude implementováno všude a čím dále, tím více zařízení, jednoduchých i složitých, bude muset být připojeno. S rozvojem technologií a zejména ovlivněním spuštěním 5G sítí po roce 2020 poroste počet připojených zařízení rychlým tempem a velmi brzy se přiblíží 50 miliardám.

Masivní povaha připojení a různé případy použití diktují požadavky na síťové technologie IoT v širokém rozsahu. Rychlosti přenosu dat, zpoždění a spolehlivost (záruka) přenosu jsou určeny vlastnostmi konkrétní aplikace. Existuje však řada obecných cílů, které vyžadují, abychom samostatně zvažovali síťové technologie pro IoT a to, jak se liší od tradičních mobilních sítí.

Za prvé, náklady na implementaci síťové technologie do finálního zařízení by měly být několikanásobně nižší než stávající GSM/WCDMA/LTE moduly používané dnes při výrobě smartphonů a modemů, a to i v cenově nejdostupnější třídě. Jedním z důvodů, proč brání masovému přijetí připojených zařízení, jsou vysoké náklady na čipovou sadu, která implementuje celou sadu síťových technologií, včetně přenosu hlasu a mnoha dalších funkcí, které nejsou ve většině scénářů IoT nutné.

Souvisejícím, ale samostatným požadavkem je nízká spotřeba energie a dlouhá výdrž baterie. Mnoho IoT scénářů a aplikací vyžaduje, aby připojená zařízení byla napájena autonomně z vestavěných baterií. Zjednodušení síťových modulů a energeticky úsporná konstrukce umožňují dosáhnout životnosti baterie až 10 let s kapacitou baterie 5 Wh. Takových ukazatelů lze dosáhnout zejména snížením objemu přenášených dat a využitím dlouhých období „ticha“, během nichž zařízení nepřijímá ani nevysílá informace a prakticky nespotřebovává elektřinu. Implementace konkrétních mechanismů se však technologie od technologie liší.

Pokrytí sítě je další charakteristikou, kterou je třeba přezkoumat. V dnešní době pokrytí mobilní sítí poskytuje poměrně stabilní přenos dat v obydlených oblastech, včetně interiérů. Připojená zařízení však mohou být umístěna i tam, kde většinu času nejsou žádní lidé: odlehlé oblasti, dlouhé železniční úseky, povrchy rozsáhlých vodních ploch, sklepy, izolované betonové a kovové boxy, výtahové šachty, kontejnery atd. Cílem řešení tohoto problému je podle většiny účastníků trhu IoT zlepšit rozpočet linky o 20 dB oproti tradičním GSM sítím, které jsou dnes lídrem v pokrytí mezi mobilními technologiemi.

Různé případy použití IoT v různých odvětvích vyžadují zcela odlišné požadavky na komunikaci. A nemluvíme jen o schopnosti rychle škálovat síť z hlediska počtu zařízení vyžadujících připojení. Pokud v příkladu „chytré vinice“, který jsme popsali, bylo zapojeno mnoho poměrně jednoduchých senzorů, pak v průmyslových podnicích budou připojeni velmi složití roboti, kteří budou provádět akce a nejen zaznamenávat určité parametry prostředí. Vzpomenout můžeme i na oblast zdravotnictví, konkrétně na zařízení pro telemedicínu. Využití těchto komplexů, určených pro vzdálenou diagnostiku, monitorování složitých lékařských výkonů a vzdálený výcvik pomocí videokomunikace v reálném čase, bude nepochybně klást zcela jiné požadavky na zpoždění signálu, přenos dat, spolehlivost a bezpečnost.

Technologie IoT musí být dostatečně flexibilní, aby poskytovaly různou sadu síťových charakteristik v závislosti na případu použití, upřednostňovaly desítky nebo stovky různých typů síťového provozu a optimálně přerozdělovaly síťové zdroje, aby byla zachována nákladová efektivita. Miliony připojených zařízení, desítky případů použití, flexibilní správa a kontrola – to vše musí být implementováno v rámci jediné sítě.

Četný vývoj v posledních letech v oblasti bezdrátového přenosu dat byl věnován řešení těchto problémů, souvisejících jak s touhou přizpůsobit stávající síťové architektury a protokoly, tak s vytvářením nových systémových řešení od začátku. Na jedné straně vidíme tzv. „kapilární řešení“, která poměrně úspěšně řeší problémy IoT komunikace v rámci jedné místnosti nebo omezené oblasti. Mezi taková řešení patří dnes populární Wi-Fi, Bluetooth, Z-Wave, Zigbee a jejich četné analogy.

Na druhé straně jsou moderní mobilní technologie, které jsou zjevně bezkonkurenční v poskytování pokrytí a škálovatelnosti dobře spravované infrastruktury. Podle zprávy Ericsson Mobility Report je pokrytí GSM 90 % obydlené oblasti planety, sítě WCDMA a LTE 65 % a 40 %, přičemž výstavba aktivní sítě pokračuje. Kroky podniknuté při vývoji standardů mobilní komunikace, zejména specifikace 3GPP Release 13, jsou zaměřeny právě na dosažení cílů IoT při zachování výhod využívání globálního ekosystému. Vývoj těchto technologií se stane základem pro budoucí modifikace standardů mobilní komunikace, včetně síťových standardů páté generace (5G).

Alternativní nízkopříkonové technologie pro nelicencované spektrum jsou obecně zaměřeny na užší aplikace. Potřeba vytvořit novou infrastrukturu a uzavřenost technologie výrazně brání šíření takových systémů.

Zvažme, která rozšíření standardů mobilní komunikace jsou definována pro zahrnutí do nejnovějšího vydání doporučení 3GPP Release 13.

EC-GSM

Zde jsou hlavní charakteristiky:

Ve skutečnosti je použit standardní GSM/GPRS nosič s úpravami pro zvýšení rozpočtu linky, zvýšení počtu zařízení a snížení nákladů na implementaci technologie v koncovém zařízení.

Zavedené hlavní změny:

1) Extended DRX (eDRX, Extended Discontinuous Reception) pro GSM a režim úspory energie (PSM)) – snížení frekvence povinných signalizačních zpráv, optimalizace intervalů příjmu a příjmu informací, podpora dlouhých období „ticha“, až 52 minut, během kterých zůstává zařízení připojeno k síti, aniž by vysílalo nebo přijímalo informace.

2) Rozšířené pokrytí– přizpůsobení spojové vrstvy sítě, která využívá mimo jiné mnohonásobné opakování přenášených informací pro zlepšení pokrytí o 20 dB ve srovnání s tradičními systémy.

3) Další vylepšení: zjednodušení síťové signalizace (odmítnutí podpory té části signalizace, která zajišťuje společný provoz se sítěmi WCDMA/LTE); rozšíření mechanismů autentizace a zabezpečení připojení atd.

Klíčovou výhodou EC-GSM je připravenost síťové infrastruktury (ve většině případů jsou vyžadovány pouze aktualizace softwaru na uzlech sítě) a také rozšířenost GSM sítí a jejich pokrytí.

eMTC

EMTC je navrženo tak, aby snížilo náklady na konečné zařízení IoT odstraněním funkčnosti LTE, která je žádaná a široce používaná v mobilních širokopásmových přístupových sítích (MBAD), ale stává se nadbytečnou, když jsou zařízení IoT masivně připojena. Pokračuje to v práci zahájené 3GPP v předchozí verzi specifikace (Release 12), která definovala LTE Cat.0 pro IoT. eMTC také přidává mechanismy Extended DRX a PSM pro LTE, které řeší problém snížení spotřeby energie stejným způsobem, jak bylo ukázáno výše u EC-GSM.

Stejně jako EC-GSM má eMTC vysoce vyspělou síťovou infrastrukturu a lze ji nasadit na stávající sítě LTE prostřednictvím upgradů softwaru. Sítě MSB a IoT navíc mohou koexistovat a dynamicky přerozdělovat používané zdroje (frekvenční spektrum, výpočetní výkon základnové stanice atd.) v závislosti na typu a počtu připojených zařízení a provozu, který generují.

NB-IoT

Očekává se, že výrazné přepracování protokolů linkové vrstvy sníží náklady na zařízení NB-IoT ve srovnání s LTE Cat.M1 o 90 %. Mnoho výrobců síťových zařízení a předplatitelských modulů již oznámilo podporu technologie NB-IoT ve svých produktech: Ericsson, Huawei, Nokia, Intel, Qualcomm, ale i přední telekomunikační operátoři, mezi které patří například Vodafone, Deutsche Telekom a China Unicom. .

S přijetím finální verze specifikací EC-GSM, eMTC a NB-IoT, které je naplánováno na červen tohoto roku, tak budou mít účastníci trhu k dispozici tři efektivní nástroje pro rozvoj sítí IoT. Každý z nich má své vlastní charakteristiky a výhody v závislosti na konkrétním případu použití a vlastnostech mobilní sítě, na které budou nasazeny. V každém případě však výhody globálního ekosystému, dostupnost a připravenost nasazené sítě a IT infrastruktury a využití chráněného (licencovaného) frekvenčního spektra přispějí ke snížení nákladů na implementaci a provoz. To znamená, že v blízké budoucnosti zaznamenáme explozivní nárůst projektů, které je využívají.

Dokončíme zde náš příběh a poděkujeme obyvatelům Khabry za pozornost! V příštím příspěvku se zaměříme na technologické aspekty technologie NB-IoT.

Na vyjmenování základních životních potřeb by mnozí odpověděli: jídlo, střecha nad hlavou, oblečení... S jednou výhradou: v minulém století tomu tak bylo.

Od té doby druh Homo sapiens nashromáždil potřeby. Potřebujeme, aby osvětlení bylo řízeno automatickými senzory, nejen vypínači, a chytrými systémy pro sledování zdraví a dopravy. Seznam pokračuje... Obecně víme, jak si usnadnit a zlepšit život.

Pokusme se zjistit, jak celý tento internet věcí funguje, než přejdeme k testování.

Internet věcí (neboli IoT) je síť, která spojuje mnoho objektů: vozidla, domácí automatizaci, lékařské vybavení, mikročipy atd. Všechny tyto komponenty shromažďují a přenášejí data. Pomocí této technologie uživatel ovládá zařízení na dálku.

Příklady IoT zařízení

#1) Nositelná technologie:

Fitness náramky Fitbit a chytré hodinky Apple Watch se snadno synchronizují s jinými mobilními zařízeními.

To usnadňuje shromažďování zdravotních informací: srdeční frekvence, tělesná aktivita během spánku atd.

#2) Infrastruktura a rozvoj

Aplikace CitySense analyzuje data osvětlení online a automaticky zapíná nebo vypíná světla. Existují aplikace, které řídí semafory nebo hlásí dostupnost parkování.

#3) Zdraví

Některé systémy, které sledují zdravotní stav, se používají v nemocnicích. Jejich práce je založena na orientačních údajích. Tyto služby sledují dávkování léků v různých denních dobách. Například aplikace UroSense sleduje hladinu tekutin v těle a v případě potřeby tyto hladiny zvyšuje. A lékaři se prostřednictvím bezdrátové komunikace dozvídají informace o pacientech.

Technologie, které jsou přítomné v IoT

• RFID(radiofrekvenční identifikace), EPC (elektronický produktový kód)
• NFC(„Near-field communication“) umožňuje obousměrnou interakci mezi zařízeními. Tato technologie je přítomna v chytrých telefonech a slouží pro bezkontaktní transakce.
• Bluetooth.Široce používané v situacích, kdy stačí komunikace na krátkou vzdálenost. Nejčastěji se vyskytuje v nositelných zařízeních.
• Z-Wave. Nízkofrekvenční RF technologie. Nejčastěji se používá pro domácí automatizaci, ovládání osvětlení atd.
• WiFi. Nejoblíbenější síť pro IoT (přenos souborů, dat a zpráv).

testování IoT

Podívejme se na příklad: Zdravotnický systém, který sleduje zdravotní stav, srdeční frekvenci, hladinu tekutin a odesílá zprávy zdravotnickým pracovníkům. Data se zobrazí v systému; dostupné archivy. A lékaři už řeší, zda budou brát pacientovi léky na dálku.

Existuje několik přístupů k testování architektury IoT.

#1) Použitelnost:

• Je nutné zajistit každé ze zařízení.
• Zdravotnický prostředek, který monitoruje zdraví, musí být přenosný.
• Potřebujete poměrně sofistikované vybavení, které by posílalo nejen notifikace, ale i chybové hlášky, varování atp.
• Systém by měl mít možnost zaznamenávat události, aby to bylo pro koncového uživatele přehlednější. Pokud tato možnost není k dispozici, informace o události se uloží do databáze.
• Schopnost zpracovávat data a vyměňovat si úlohy mezi zařízeními je pečlivě kontrolována.

#2) Zabezpečení IoT:

• Data podporují provoz všech připojených zařízení. Nelze tedy vyloučit neoprávněný přístup při přenosu dat. Z hlediska je potřeba zkontrolovat, jak moc jsou data bezpečná/šifrovaná.
• Pokud existuje uživatelské rozhraní, musíte zkontrolovat, zda je chráněno heslem.

#3) Možnosti sítě:

• Síťová konektivita a funkce internetu věcí jsou zásadní. Přeci jen mluvíme o systému, který se používá pro účely zdravotnictví.
• Kontrolují se dva hlavní aspekty:
• Dostupnost sítě, možnosti přenosu dat (zda jsou úlohy přenášeny z jednoho zařízení na druhé bez jakýchkoliv zádrhelů).
• Scénář, kdy není připojení. Bez ohledu na úroveň spolehlivosti systému existuje možnost, že stav systému bude „offline“. Pokud je síť nedostupná, zaměstnanci v nemocnici nebo jiné organizaci to potřebují vědět (upozornění). Tímto způsobem budou moci sami monitorovat stav pacienta, místo aby čekali na fungování systému. Na druhou stranu takové systémy mají obvykle mechanismus, který šetří data, pokud je systém offline. To znamená, že ztráta dat je vyloučena.

#4) Účinnost:

• Je nutné zvážit, jak aplikovatelné je zdravotnické řešení v konkrétním prostředí.
• Testování se účastní 2 až 10 pacientů, data jsou přenášena do 10-20 zařízení.
• Pokud je k síti připojena celá nemocnice, je to již 180-200 pacientů. To znamená, že bude více skutečných dat než testovacích dat.
• Kromě toho je nutné otestovat utilitu pro sledování systému: aktuální zatížení, spotřeba energie, teplota atd.

#5) Testování kompatibility:

• Tato položka je vždy přítomna v plánu testování systému IoT.
• Kompatibilita mezi různými verzemi operačních systémů, typy prohlížečů a jejich příslušných verzí, zařízení různých generací, komunikační režimy [například Bluetooth 2.0, 3.0] je pro IoT nesmírně důležitá.

#6) Pilotní testování:

• Pilotní testování je povinnou součástí zkušebního plánu.
• Pouze laboratorní testy nám umožní dojít k závěru, že systém je funkční.
• Během pilotního testování je počet uživatelů omezen. Manipulují s aplikací a vyjadřují své názory.
• Tyto komentáře jsou velmi užitečné a umožňují vám vytvořit spolehlivou aplikaci.

#7) Kontrola souladu:

• Systém, který sleduje stav, prochází mnoha kontrolami souladu.
• Stává se také, že softwarový produkt projde všemi fázemi testování, ale neprojde závěrečným testem shody [testování prováděné regulačním orgánem].
• Před zahájením vývojového cyklu je vhodnější zkontrolovat soulad s normami a standardy.

#8) Testování aktualizací:

• IoT je kombinací mnoha protokolů, zařízení, operačních systémů, firmwaru, hardwaru, síťových vrstev atd.
• Když dojde k aktualizaci – ať už jde o systém nebo cokoliv jiného výše uvedeného – je vyžadováno důkladné regresní testování. Celková strategie je upravena tak, aby se předešlo komplikacím spojeným s aktualizací.

Výzvy testování IoT

#1) Tvrdé/měkké

IoT je architektura, ve které jsou softwarové a hardwarové komponenty úzce propojeny. Důležitý je nejen software, ale také hardwarový hardware: senzory, brány atd.

To samo o sobě nebude stačit k certifikaci systému. Všechny komponenty jsou na sobě závislé. IoT je mnohem složitější než jednodušší systémy [pouze softwarové nebo pouze hardwarové].

#2) Model interakce zařízení

Komponenty sítě musí interagovat v reálném čase nebo téměř v reálném čase. Vše se sjednotí – proto další složitosti spojené s IoT (zabezpečení, zpětná kompatibilita a aktualizace).

#3) Testování dat v reálném čase

Získat tato data je nesmírně obtížné. Věc je komplikovaná tím, že systém, jako v popsaném případě, se může týkat sektoru zdravotnictví.

#4) Uživatelské rozhraní

Síť IoT se obvykle skládá z různých zařízení, která jsou spravována různými platformami. Testování je možné pouze na některých zařízeních, protože testování na všech možných zařízeních je téměř nemožné.

#5) Dostupnost sítě

Síťová konektivita hraje v IoT důležitou roli. Rychlost přenosu dat se zvyšuje. Architektura IoT musí být testována za různých podmínek připojení, při různých rychlostech. Emulátory virtuálních sítí se ve většině případů používají k diverzifikaci zatížení sítě, konektivity, stability a dalších prvků. Skutečná data jsou však vždy nové scénáře a testovací tým neví, kde v budoucnu nastanou potíže.

Nástroje pro testování IoT

Existuje mnoho nástrojů, které se používají při testování systémů IoT.

IoT je rozvíjející se trh s mnoha příležitostmi. Internet věcí se v dohledné době stane jednou z hlavních oblastí práce testovacích týmů. Síťová zařízení, aplikace chytrých gadgetů, komunikační moduly – to vše hraje důležitou roli při studiu a hodnocení různých služeb.

Sečteno a podtrženo

Přístup k testování IoT se může lišit v závislosti na konkrétním systému/architektuře.

Testování IoT je náročné, ale zároveň je to zajímavá práce, naštěstí mají testeři prostor pro natahování svých limitů – vždyť zařízení, protokolů a operačních systémů je mnoho.

P.S. Vyplatí se spíše vyzkoušet formát TAAS (testy z pohledu uživatele), než jen dodržovat formální požadavky.

IoT – Internet věcí

Internet věcí (IoT) - moderní telekomunikační technologie
(Internet of Things - moderní telekomunikační technologie)

Co je to internet věcí? Co je internet věcí, IoT? Internet věcí (IoT) je nové internetové paradigma. Co se rozumí pod pojmem „věci“ v Internetu věcí. Pojem „věc“ v internetu věcí (IoT) znamená inteligentní, tzn. „chytré“ položky nebo objekty (chytré objekty nebo SmartThings nebo chytrá zařízení).

Jak se internet věcí (IoT) liší od tradičního internetu? Internet věcí (IoT) je tradiční nebo existující internetová síť, rozšířená o počítačové sítě fyzických zařízení nebo věcí k ní připojených, která může samostatně organizovat různé komunikační vzorce nebo modely připojení (Věc – Věc, Věc – Uživatel a Věc – Webový objekt ).

Je třeba poznamenat, že Smart Objects jsou senzory nebo akční členy vybavené mikrokontrolérem s OS reálného času se zásobníkem protokolů, pamětí a komunikačním zařízením, zabudovaným do různých objektů, například elektroměrů nebo plynoměrů, tlakových senzorů, vibrací popř. teploty, spínače atd. „Inteligentní“ objekty neboli Smart Objects lze organizovat do počítačové sítě fyzických objektů, které lze připojit přes brány (rozbočovače nebo specializované platformy IoT) k tradičnímu internetu.

V současné době existuje mnoho definic pojmu internet věcí (IoT). Ty jsou ale bohužel protichůdné, neexistuje jasná a jednoznačná definice pojmu internet věcí (IoT).

Pro pochopení podstaty internetu věcí (IoT) je nejprve vhodné zvážit internetovou infrastrukturu a WWW (World Wide Web) nebo webovou službu. Internet je síť sítí, tzn. síť, která propojuje různé sítě a jednotlivé uzly vzdálených uživatelů pomocí směrovačů a síťového (internetového) protokolu IP. Jinými slovy, pojem internet označuje globální síťovou infrastrukturu sestávající z mnoha počítačových sítí a jednotlivých uzlů propojených komunikačními kanály.

Globální internet je fyzickým základem webové služby. Web je World Wide Web nebo distribuovaný systém informačních zdrojů, který poskytuje přístup k hypertextovým dokumentům (webovým dokumentům) umístěným na internetových stránkách. Přístup a přenos webových dokumentů ve formátu HTML přes internet se provádí pomocí aplikačního protokolu HTTP/HTTPS webové služby založeného na zásobníku protokolů TCP/IP Internetu.

Vezmeme-li v úvahu výše uvedené, můžeme dojít k závěru, že IoT se vyznačuje rozsáhlými změnami v infrastruktuře globálního internetu a novými modely komunikace nebo připojení: „věc – věc“, „věc – uživatel (Uživatel)“ a „věc“ - webový objekt (Web Object)“.

Je vhodné uvažovat o internetu věcí (IoT) na technologické, ekonomické a sociální úrovni.

Na technologické úrovni je internet věcí konceptem rozvoje síťové infrastruktury (fyzické základny) internetu, ve které se „chytré“ věci bez lidského zásahu dokážou připojit k síti pro vzdálenou interakci s jinými zařízeními. (Thing - Thing) nebo interakce s autonomními nebo cloudovými datovými centry nebo DATA centry (Thing - Web Objects) pro přenos dat pro ukládání, zpracování, analýzu a přijímání manažerských rozhodnutí zaměřených na změnu prostředí nebo pro interakci s uživatelskými terminály (Thing - User) pro sledování a správu těchto zařízení.

Internet věcí (IoT) povede ke změnám v modelech ekonomického a sociálního rozvoje společnosti. Existují různé klasifikace internetu věcí (IoT) (například průmyslový internet věcí - IIoT, internet služeb - IoS atd.) a oblasti jeho využití (v energetice, dopravě, lékařství, zemědělství, bydlení a komunální služby, Smart City, Smart Home atd.).

Cisco představilo nový koncept – Internet of Everything, IoE („Internet of Everything“ nebo „All-encompassing Internet“) a Internet of Things je počáteční fází vývoje „All-encompassing Internet“

Rozvoj internetu věcí nebo internetu věcí (IoT) závisí na:

• technologie bezdrátových sítí s nízkou spotřebou (LPWAN, WLAN, WPAN);
• tempo implementace celulárních sítí pro internet věcí (IoT): EC-GSM, LTE-M, NB-IoT a univerzální sítě 5G;
• tempo přechodu internetu na verzi protokolu IPv6;
• Technologie Smart Objects (senzory a akční členy vybavené mikrokontrolérem, pamětí a komunikačním zařízením);
• specializované operační systémy se zásobníkem protokolů pro mikrokontroléry, senzory a akční členy;
• široké použití 6LoWPAN/IPv6 protokolového zásobníku v operačních systémech mikrokontrolérů pro senzory a akční členy;
• efektivní využívání cloud computingu pro platformy internetu věcí (IoT);
• vývoj technologií M2M (machine-to-machine);
• aplikace moderních technologií Software-Defined Networks, které snižují zátěž komunikačních kanálů.

Architektura globální sítě internetu věcí (IoT).

Za fragment architektury internetu věcí (IoT) uvažujme síť (obr. 1) sestávající z několika počítačových sítí fyzických objektů připojených k internetu pomocí jednoho ze zařízení: Gateway, Border router, Router.

Jak vyplývá z architektury IoT, síť internetu věcí tvoří: počítačové sítě fyzických objektů, tradiční IP internetová síť a různá zařízení (Gateway, Border router atd.) propojující tyto sítě.

Výpočetní sítě fyzických objektů se skládají z chytrých senzorů a aktuátorů (aktuátorů) integrovaných do výpočetní sítě (osobní, lokální a globální) a řízených centrálním ovladačem (brána nebo IoT Habs, nebo IoT platforma).

Internet věcí (IoT) využívá technologie pro bezdrátové výpočetní sítě fyzických objektů s nízkou spotřebou energie, které zahrnují sítě krátkého, středního a dlouhého dosahu (WPAN, WLAN, LPWAN).

Bezdrátové technologie sítí LPWAN (Low-power Wide-area Network) Internet věcí IoT

Běžné technologie sítí LPWAN dlouhého dosahu, které jsou uvedeny na Obr. 1 zahrnují: LoRaWAN, SIGFOX, „Swift“ a Cellular Internet of Things nebo zkráceně CIoT (EC-GSM, LTE-M, NB-IoT). Sítě LPWAN také zahrnují další technologie, například ISA-100.11.a, Wireless, DASH7, Symphony Link, RPMA atd., které nejsou na obrázku 1 uvedeny. Rozsáhlý seznam technologií je uveden na webových stránkách link-labs.

Jednou z rozšířených technologií je LoRa, která je určena pro sítě dlouhého dosahu, s cílem přenášet telemetrická data z různých měřicích zařízení (voda, plynová čidla atd.) na velké vzdálenosti.

LoRa je modulační metoda, která definuje protokol fyzické vrstvy modelu OSI. Modulační technologii LoRa lze použít v sítích s různými topologiemi a různými protokoly spojové vrstvy. Efektivní sítě LPWAN jsou sítě LoRaWAN, které používají protokol spojové vrstvy LoRaWAN (protokol MAC spojové vrstvy) a modulaci LoRa jako protokol fyzické vrstvy.

Síť LoRaWAN (obr. 2.) se skládá z koncových uzlů (transceivery nebo moduly LoRa) připojených prostřednictvím bezdrátových sítí k rozbočovačům/bránám nebo základnovým stanicím, síťového serveru (server sítě operátora) a aplikačního serveru (aplikační server poskytovatele služeb). Síťová architektura LoRaWAN je "klient-server". LoRaWAN pracuje na vrstvě 2 modelu OSI.

Mezi koncovými uzly a komponentami serverové sítě se používá obousměrná komunikace. Interakce mezi koncovými uzly lokální sítě LoRaWAN a serverem probíhá na základě protokolů linkové vrstvy. Adresa používá jedinečné identifikátory zařízení (koncové uzly) a jedinečné identifikátory aplikace na aplikačním serveru.

Fyzická vrstva zásobníku protokolů LoRaMAC segmentu sítě koncový uzel-brána, která funguje na druhé vrstvě modelu OSI, je bezdrátová modulace LoRa a protokol MAC spojové vrstvy je LoRaWAN. Brány LoRa jsou připojeny k síťovému serveru poskytovatele nebo operátora pomocí standardních technologií Wi-Fi/Ethernet/3G, které patří do úrovně síťového rozhraní IP (fyzické a linkové úrovně TCP/IP stacku).

LoRa Gateway poskytuje propojení sítí mezi sítěmi založenými na heterogenních technologiích LoRa/LoRaWAN a Wi-Fi, Ethernet nebo 3G. Na Obr. Obrázek 1 ukazuje síť LoRa s jednou bránou, implementovanou v topologii hvězdy, ale síť LoRa může mít také více bran (struktura celulární sítě). V síti LoRa s více branami jsou „koncové uzly – brána“ sestaveny pomocí „hvězdové“ topologie a „brány – server“ jsou rovněž připojeny pomocí „hvězdové“ topologie.

Data přijatá z koncových uzlů se ukládají, zobrazují a zpracovávají na aplikačním serveru (na samostatném webu nebo v cloudu). K analýze dat IoT lze použít metody velkých dat. Uživatelé, kteří používají klientské aplikace nainstalované ve smartphonu nebo PC, mají možnost přistupovat k informacím na aplikačním serveru.

Technologie SIGFOX (sigfox.com) a „Strij“ (strij.net) jsou podobné technologiím LoRaWAN (www.semtech.com), ale mají určité rozdíly. Hlavní rozdíl spočívá v metodách modulace, které definují protokoly fyzické vrstvy těchto sítí. Technologie SIGFOX, LoRaWAN a Strizh jsou konkurenty na trhu sítí LPWAN.

Mezi konkurenty na trhu sítí LPWAN patří technologie CIoT (EC-GSM, LTE-M, NB-IoT), stejně jako G5. Jsou určeny pro budování bezdrátových LPWAN celulárních sítí založených na stávající infrastruktuře celulárních operátorů. Využití tradičních celulárních sítí v IoT je nerentabilní, takže v současné době je výklenek sítí LPWAN obsazen LoRaWAN, SIGFOX atd. Pokud však mobilní operátoři rychle zavedou technologie EC-GSM (Extended Coverage GCM), LTE-M (LTE pro komunikaci M2M) založené na vývoji GSM a rozvoji LTE, vytlačí LoRaWAN, SIGFOX a další technologie z trhu LPWAN. .

Mezi nejslibnější oblasti pro budování bezdrátových sítí LPWAN patří úzkopásmový internet věcí NB-IoT (Narrow Band IoT) založený na LTE, který lze nasadit nad stávající sítě LTE mobilních operátorů. Ale strategickým směrem v CIoT jsou nové generace celulárních sítí 5G, které budou podporovat IoT.

Technologie 5G, navržená pro práci s heterogenním provozem, poskytne připojení k internetu pro řadu zařízení s různými parametry (spotřeba, rychlost přenosu dat atd.), a to jak pro mobilní zařízení (smartphony, telefony, tablety atd.), tak pro Smart Předměty (senzory nebo akční členy).

Kde se používají sítě LPWAN? Například celostátní síť LoRa již byla nasazena pro Internet věcí v Nizozemsku a Jižní Koreji. Sítě SigFox pro IoT jsou nasazeny ve Španělsku a Francii. V Rusku se vytváří národní síť „Strizh“ pro internet věcí (IoT) atd. V současné době jsou standardy LoRaWAN a NB-IoT považovány za standard pro výpočetní sítě fyzických objektů LPWAN Internet of Things IoT.

Je třeba poznamenat, že v internetu věcí (IoT) se spolu s využitím cloudových technologií používají technologie fog computingu. Důvodem je skutečnost, že v cloudovém modelu používaném v IoT je slabým místem šířka pásma kanálů telekomunikačních operátorů, přes které dochází k výměně dat mezi „cloudem“ a „chytrými“ zařízeními počítačových sítí fyzických objektů.

Koncept „fog computingu“ zahrnuje decentralizaci zpracování dat přenesením části práce na zpracování dat a rozhodování o řízení z „cloudu“ přímo do zařízení počítačových sítí fyzických objektů.

Zvýšení kapacity komunikačních kanálů Cloud computingu může poskytnout nový přístup k jejich konstrukci založené na technologii Software-Defined Networks (SDN). Zavedení SDN proto zlepší efektivitu komunikačních kanálů Cloud computing a internetu věcí (IoT).

Nízkoenergetické bezdrátové osobní sítě (WPAN) s krátkým dosahem – komponenty internetu věcí (IoT).

Sítě WPAN (obr. 1) zahrnují bezdrátové senzorové sítě založené na technologiích: 6LoWPAN, Thread, ZigBee IP, Z-Wave, ZigBee, BLE 4.2 (Bluetooth Mesh). Tyto sítě patří mezi mesh sítě (samoorganizující se a samoopravné sítě s routováním), které mají mesh topologii a jsou součástmi (součástmi) sítě internetu věcí (IoT).

Sítě osobních počítačů založené na technologiích 6LoWPAN, Thread, ZigBee IP označují IP sítě se zásobníkem protokolu 6LoWPAN nebo zásobníkem IPv6 pro sítě 802.15.4 (obr. 3). Používají síťový protokol 6LoWPAN (IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks), což je verze protokolu IPv6 pro nízkoenergetické bezdrátové osobní senzorové sítě standardu IEEE 802.15.4. Použitý směrovací protokol je RPL (Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks).

Rýže. 3. 6LoWPAN Protocol Stack pro IoT

IEEE 802.15.4 (standards.ieee.org) je standard, který popisuje fyzické vrstvy IEEE 802.15.4 PHY a datové spoje modelu sítě OSI. Linková vrstva se skládá z podvrstvy IEEE 802.15.4 MAC (Media Access Control) a podvrstvy LLC (Logical Link Control). Několik technologií je postaveno na základě standardu IEEE 802.15.4, například ZigBee IP, Thread, 6LoWPAN.

6Zásobník protokolů LoWPAN. Podstata fungování počítačových sítí fyzických objektů v IoT založených na zásobníku protokolu 6LoWPAN je následující. Například data ze senzoru vstupují do mikrokontroléru (MCU). MK zpracovává data přijatá ze senzoru na základě aplikačního programu (End Nodes Applications), který byl vytvořen síťovým vývojářem na základě API specializovaného OS mikrokontroléru.

Pro přenos zpracovaných dat do sítě aplikace End Nodes Applications přistupuje k protokolu aplikační vrstvy (Application - IoT protocols) zásobníku protokolů OS mikrokontroléru a přenáší data přes zásobník do fyzické vrstvy senzoru. Dále jsou binární data odeslána na vstup Border routerů (Edge routery). Pro přenos dat z koncového uzlu přes hraniční směrovače na webový server (webovou aplikaci) prostřednictvím aplikačního protokolu CoAP je nutné vyjednat sítě na aplikační úrovni zásobníku protokolů CoAP-to-HTTP; k tomu slouží proxy server se používá.

Protokol 6LoWPAN zajišťuje, že chytrá zařízení s nízkou spotřebou jsou připojena k internetu prostřednictvím směrovačů, nikoli přes specializované IP brány. Vzhledem k tomu, že nízkorychlostní sítě se zásobníkem protokolů 6LoWPAN pro zařízení s omezenými schopnostmi nejsou tranzitními sítěmi pro IP síťový provoz tradičního internetu, jedná se o koncové sítě v Internetu věcí (IoT) a k internetu jsou připojeny přes Border routery resp. Okrajové směrovače. Okrajový směrovač umožňuje síti 6LoWPAN komunikovat se sítí IPv6 překladem hlaviček IPv6 a fragmentací zpráv v Adaptační vrstvě zásobníku protokolů (Adaptace 6LoWPAN).

Z-Wave (z-wave.me)- jedna z populárních technologií bezdrátové sítě Internet of Things (IoT) (standard: Z-Wave a Z-Wave Plus). Z-Wave síť (obr. 1) s mesh topologií (mesh network) a nízkou spotřebou energie, určená pro organizaci Smart Home. Síťový protokol Z-Wave sady komunikačních protokolů Z-Wave je implementován společností Sigma Designs jako uzavřený kód a je patentován. Spodní vrstvy MAC a PHY jsou součástí standardu ITU-T G.9959.

Z-Wave má mnoho kompatibilních zařízení (senzorů a aktuátorů) pro vytvoření sítě Smart Home. Svou domácí Z-Wave síť můžete ovládat na dálku pomocí ovládacího panelu přes Home Controller, provoz sítě můžete ovládat z PC a internetu přes chytrý telefon. Síť Z-Wave je připojena k internetu prostřednictvím specializované IP brány Gateway „Z-Wave for IP“.

ZigBee (zigbee.org) je jednou z nejběžnějších technologií pro budování bezdrátových sítí internetu věcí (IoT) (otevřený standard ZigBee). Síť ZigBee s topologií mesh (síť mesh) má svůj vlastní zásobník komunikačních protokolů IEEE 802.15.4/Zigbee, který nepodporuje internetový protokol IP. Výpočetní síť objektů založená na zásobníku ZigBee pro interakci s externími zařízeními umístěnými v síti IP je připojena k internetu prostřednictvím specializované IP brány Gateway ZigBee. V současné době byl vytvořen nový standard, ZigBee IPv6.

Sítě založené na novém standardu Zigbee IPv6 lze připojit k síti IP prostřednictvím směrovače, nikoli přes specializovanou bránu. Brána Gateway ZigBee přebaluje data z jednoho formátu do druhého a zajišťuje propojení sítí mezi sítěmi založené na heterogenních technologiích MQTT/ZigBee – HTTP/TCP/IP. Technologie ZigBee se používá jako standard pro automatický sběr odečtů z elektroměrů účastníků a jejich přenos na servery telekomunikačních operátorů (offline stránky) nebo do Internetu věcí (IoT) Habs Cloud.

WiFi (www.wi-fi.org) je sada standardů bezdrátové komunikace IEEE 802.11, které lze použít k vybudování bezdrátové místní sítě (WLAN) založené na zásobníku TCP/IP. Protokolový zásobník IEEE 802.11 se skládá z fyzické vrstvy PHY a vrstvy datového spojení s podvrstvami logického přenosu dat MAC a LLC. Protokoly IEEE 802.11 (WiFi) patří do vrstvy síťového rozhraní v zásobníku TCP/IP.

Bezdrátová lokální síť WiFi objektů je připojena k internetu pomocí routeru (obr. 1). Je třeba poznamenat, že pro budování místních bezdrátových sítí vytvořila Wi-Fi Alliance novou specifikaci IEEE 802.11s, která poskytuje technologii pro budování mesh sítí. Pro internet věcí (IoT) byl navíc vytvořen nový standard Wi-Fi HaLow (specifikace IEEE 802.11ah) s nízkou spotřebou energie.

BLE 4.2 (bluetooth.com) je nová verze standardu Bluetooth low energy (Bluetooth LE), který je určen pro budování bezdrátových sítí jako Smart Home. Nový standard Bluetooth Mesh bude implementován do konce roku 2016. Sada komunikačních protokolů BLE 4.2 podporuje protokol IPv6 přes síťový protokol BLUETOOTH(R) Low Energy nebo 6LoWPAN, transportní (UDP, TCP) a aplikační (COAP a MQTT) protokoly vrstvy.

Verze BLE 4.2 zajišťuje minimální spotřebu energie zařízení a přístup k IP síti. Spodní vrstvy MAC a PHY sady Bluetooth LE Stack jsou: Bluetooth LE Link Layer a Bluetooth LE Physical. Pro zajištění interakce sítí (BLE 4.2 a Internet) na úrovni sítě (6LoWPAN s IPv6) a aplikační vrstvy protokolového zásobníku (CoAP s HTTP) lze síť BLE 4.2 připojit k internetu (obr. 1) přes Border routery a odpovídajícím způsobem CoAP-to-HTTP Proxy.

Protokoly aplikační vrstvy internetu věcí (IoT).

Pro přenos dat v internetu věcí (IoT) se používá mnoho protokolů na aplikační úrovni, z nichž nejběžnější zahrnují: DDS, MQTT, XMPP, AMQP, JMS, CoAP, REST/HTTP. DDS je služba distribuce dat pro systémy reálného času a je standardem OMG pro middleware. DDS je základní technologie pro implementaci IoT, založená na komunikačním modelu DCPS pro zasílání zpráv bez zprostředkujícího zprostředkovatele (serveru).

MQTT, XMPP, AMQP, JMS jsou protokoly pro zasílání zpráv, které jsou založeny na zprostředkovateli podle schématu publikování/odběru. Broker (server) může být nasazen na cloudové platformě nebo na lokálním serveru. Klientské programy musí být nainstalovány v aplikacích pro chytré zařízení.

CoAP (Constrained Application Protocol) je omezený protokol pro přenos dat IoT, podobný HTTP, ale přizpůsobený pro práci s chytrými zařízeními s nízkým výkonem. CoAP je založeno na stylu architektury REST. K serverům se přistupuje prostřednictvím adresy URL aplikace chytrého zařízení. Klientské programy používají pro přístup ke zdrojům metody jako GET, PUT, POST a DELETE.

REST/HTTP – skládá se ze dvou technologií REST a HTTP. REST je styl softwarové architektury pro distribuované systémy. REST popisuje principy interakce mezi aplikacemi chytrých zařízení a programovacími rozhraními REST API (Web service). Prostřednictvím REST API spolu aplikace komunikují pomocí čtyř HTTP metod: GET, POST, PUT, DELETE. HTTP - Hypertext Transfer Protocol je protokol aplikační vrstvy pro přenos dat. HTTP se používá pro interakci mezi zařízeními. REST/HTTP je založeno na komunikačním modelu zasílání zpráv req/res.

Pro přístup ze sítí fyzických objektů, které nepodporují IP protokol, do IP sítí a naopak se používají huby nebo brány, případně platformy IoT, které zajišťují koordinaci protokolů na různých úrovních zásobníku komunikačních protokolů. Pro přístup ze sítí fyzických objektů, které podporují protokol IP, do sítí IP a naopak se používají proxy k vyjednávání protokolů na aplikační úrovni (například k vyjednávání protokolů CoAP a HTTP).

Internet věcí – dnes je tento pojem slyšet téměř na každém kroku. Do programu tvorby se zapojuje mnoho společností, vývojáři uvolňují speciální procesory a GPU pro nové generace zařízení. Ne každý však ví, co přesně internet věcí je a jak daleko do budoucnosti nás jeho vytvoření může zavést.

Co je to internet věcí?

Dnes můžete najít několik definic tohoto pojmu, od těch nejsrozumitelnějších až po ty jednoduché a srozumitelné. Celkově Internet věcí(Internet of Things, IoT) je jednotná síť fyzických objektů schopných měnit parametry vnějšího prostředí nebo své vlastní, sbírat informace a přenášet je do dalších zařízení. „Smart“ gadgety, o kterých v poslední době stále častěji slyšíme, jsou účastníky IoT.

Trochu historie

Poprvé termín „internet věcí“ použil slavný futurista Kevin Ashton v roce 1999, předpovídající začátek éry, kdy domácí spotřebiče již nebudou pasivními zařízeními, ale stanou se vysoce inteligentními gadgety, které se připojují k internetu bez lidského zásahu. Samozřejmě, v té době to všechno vypadalo jako fantazie. Ale s rozvojem technologií se koncept postupně zavádí.

První věc, která se mohla sama (bez uživatelské interakce) připojit k internetu, nebyl vůbec telefon nebo smartphone, ale obyčejný toustovač, který v roce 1990 vytvořil John Romkey, absolvent Massachusetts Institute of Technology. O 20 let později počet zařízení připojených ke globální síti přesáhl světovou populaci.

Od roku 2009 se v Bruselu konají každoroční konference věnované konceptu internetu věcí. Dnes je tato myšlenka považována za další fázi vyspělosti nových technologií. Plánuje se, že koncept bude plně představen během příštích 10 let.

Skutečné aplikace

Fantasy nám může ukázat mnoho oblastí použití konceptu internetu věcí. Pravda, většinou se týkají, i když ne příliš vzdálené, ale přece jen budoucnosti. Co nám může globální síť sítí nabídnout zítra?

Za prvé, tyto jsou nejrozmanitější „chytré“ domy, která majitelům při příchodu otevře dveře, ohřeje večeři, udrží optimální mikroklima, samostatně doplní ledničku a podobně. „Domácnost budoucnosti“ půjde navštívit jinou, nemovitost sama bude informovat o vkusu a preferencích majitelů.

V automobilovém průmyslu přinese internet věcí především přesnější řízení dopravy. Vozy budou vybaveny polohovacími nástroji, které jim umožní sledovat jejich pohyb v reálném čase, předem předvídat a eliminovat různé dopravní zácpy a zácpy na silnicích.

Kromě, chytré auto bude moci sám říct policii, pokud se ho zločinci náhle rozhodnou unést. Ve vzdálenějších plánech auto nebude potřebovat ani řidiče, bude ho řídit počítač.

Technologie nezbytné pro rozvoj internetu věcí

Realizace takto rozsáhlého nápadu je samozřejmě nemožná bez vývoje vhodných technologií. V tomto případě jsou tři kameny úrazu: prostředky identifikace, měření a přenos dat.

Identifikace

V okamžiku připojení k internetu věcí se každé zařízení bude muset identifikovat. Jako prostředek identifikace lze použít jak různé vizuálně rozpoznatelné identifikátory (čárové kódy a QR kódy), tak prostředky pro určení polohy předmětu v reálném čase.

Je nesmírně důležité zajistit jednoznačnost každého identifikátoru, což přímo vede k problematice tvorby standardů v této oblasti. Dnes se k tomu tradičně používá MAC adresa síťového adaptéru.

Měření

I když jakékoli zařízení přijme potřebná data o stavu vnějšího prostředí, musí je také převést do formátu, který mohou vnímat i ostatní zařízení.. K měření se dnes používá široká třída senzorů, od nejjednodušších (teplota, tlak atd.) měřičů spotřeby až po nejsložitější výpočetní systémy

Je velmi důležité dosáhnout vysoká autonomie senzorů, což vyvolává otázku snížení spotřeby energie a zvýšení kapacity a účinnosti baterií. V ideálním případě by senzory měly být napájeny zcela autonomně, což okamžitě vyřeší mnoho problémů.

Přenos dat

V tomto případě se bavíme především o různých bezdrátových sítích. Dnes je o tuto oblast standardem největší zájem IEEE 802.15.4, zajišťující maximální jednoduchost instalace a následné údržby. Na jeho základě již bylo postaveno mnoho protokolů, z nichž každý se může stát budoucností internetu věcí.

Vývojové problémy

Rozvoj internetu věcí bude stále čelit mnoha výzvám. Dvě z nich bude nutné v blízké budoucnosti vyřešit. Hovoříme o vývoji jednotného jazyka, ve kterém mohou vzájemně komunikovat propojené senzory, senzory a zařízení. Bez takového „počítačového esperanta“ sítě prostě nebudou schopny mezi sebou komunikovat, což dělá vytvoření „chytrého města“ nemožné.

Druhý problém - vývoj jednotných norem v této oblasti. Bez jejich vytvoření je sjednocení sítí nemožné. Naštěstí se dnes technologie velmi rychle rozvíjejí a o internet věcí se již začalo zajímat mnoho výrobců, takže je nepravděpodobné, že to vše bude trvat dlouho.

Bezpečnostní problém

Jednou z důležitých otázek v tomto případě zůstává ochrana dat. Pokud není nová síť zcela bezpečná, nikdo ji prostě nepoužije.Člověk nebude chtít, aby jeho „chytré“ pantofle říkaly vetřelcům, když jde majitel spát nebo odchází do práce.

Využití bezdrátové technologie pro komunikaci mezi jednotlivými zařízeními navíc může útočníkům otevřít opravdu nekonečné možnosti. Vývoj vhodných metod ochrany informací již samozřejmě probíhá, ale v poslední době se tato oblast nemůže pochlubit žádnými výraznými přednostmi.

Budoucnost technologie

Co mohou lidé od tohoto zajímavého konceptu očekávat? Za prvé rychlý rozvoj internetu v následujících letech. Postupně budou moci věci a předměty, komunikující mezi sebou i s lidmi, pronikat stále hlouběji do všech sfér života, včetně sféry obchodní a společenské.

Rob Van Kranenburg, renomovaný teoretik designu, věří, že internet věcí se stane jakýmsi koláčem sestávajícím ze 4 vrstev:

1. Identifikace každého objektu z našeho prostředí.
2. Poskytování služeb pro uspokojení potřeb uživatelů (příkladem je „inteligentní“ domácí systém).
3. Sběr a zpracování informací, organizace procesů a řízení společnosti na základě přijatých informací. Příkladem je automatické řízení dopravy na základě dopravní analýzy. Jakési „chytré město“.
4. Konečná fáze vývoje. Všechny popsané procesy se přesouvají z města do planetárního měřítka. Několik sítí propojujících jednotlivé metropolitní oblasti je spojeno do globální „sítě sítí“.

Další fází vývoje tohoto konceptu bude „Internet of Everything“, „Comprehensive Internet“, který umožní připojení doslova všeho možného k World Wide Web.

Planetární síť se bude vyvíjet nezávisle a rozhodovat se bude na základě algoritmů vyvinutých programátory.

Jak to tedy bude vypadat?

Není pochyb o tom, že internet věcí zcela změní životy mnoha lidí. Jaké to bude za 5 let? Auta budou po silnicích jezdit pod kontrolou systému řízení dopravy. Dům sdělí tomu, kdo se brzy ráno probudí, nejnovější zprávy, připraví chutnou snídani a připomene mu plánované aktivity. Domácí lékařský systém bude shromažďovat pacientovy indikátory a automaticky je konzultuje s ošetřujícím lékařem a následně objedná potřebné léky v nejbližší lékárně. Při vstupu do prodejny vám systém sdělí, kde se nacházejí potřebné produkty uvedené v nabídce, o čemž mu opět řekne chytrá domácnost nebo aplikace po konzultaci s výživovým poradcem.

Nyní se však můžete „podívat do budoucnosti“:

Na první pohled se mnohé z toho mohou zdát jako úplná fantazie, ale když se podíváte blíže, je jasné: technologie pomalu a jistě vstupuje do našeho každodenního života. Jediné, co zbývá udělat, je spojit je všechny do skutečného internetu věcí.