Интернет вещей: технологии будущего уже в нашей жизни

Интернет вещей (Internet of Things, IoT) – это компонент стремительно развивающегося технического прогресса. Он представляет собой грандиозную сеть устройств, способных взаимодействовать и обмениваться данными через Интернет без необходимости активного участия человека. Однако важно отметить, что IoT далеко не сводится к онлайн-шопингу и покупкам товаров. Эта технология проникает во все сферы жизни, переплетая нашими дома, города, медицинские учреждения, промышленность и даже сельское хозяйство. Разберемся, как IoT меняет нашу реальность и создает новые возможности для будущего.

Что такое интернет вещей?

Интернет вещей (IoT) представляет собой сеть устройств, объектов и систем, оборудованных сенсорами, актюаторами и средствами связи (чаще всего через Интернет), которые позволяют им собирать, передавать и обрабатывать данные и взаимодействовать друг с другом или с внешними системами без прямого участия человека.

Основная идея IoT заключается в том, что физические объекты и устройства становятся «умными» благодаря встроенным сенсорам и возможности сетевого подключения, что позволяет им собирать и анализировать данные, а также принимать решения на основе этой информации.

IoT может применяться в различных областях:

• В управлении домашней инфраструктурой.
• В промышленном оборудовании.
• В здравоохранении.
• В производстве транспорта и логистике.
• В сельском хозяйстве.
• В городской инфраструктуре и т.д.

По большому счету, любую технику, оборудованную кнопкой включения/выключения и возможностью назначения IP-адреса, можно подключить к управлению и сделать частью Интернета вещей. Ей может стать человек с имплантом для мониторинга сердечной деятельности, автомобиль, оборудованным датчиками для предупреждения водителя об опасных ситуациях, полка склада, оборудованная товарным счетчиком.

Основная цель IoT – автоматизация и улучшение эффективности процессов, повышение уровня комфорта и безопасности, а также создание новых возможностей для интеллектуального управления процессами и взаимодействия с окружающим миром.

Мировой опыт и при чем тут 5G

Интернет вещей повышает эффективность бизнеса и органов управления. Однако его внедрение может привести к разочарованиям использующих его компаний. Проблема в том, что Интернет вещей – структура сложная и требует интеграции IT-технологий с бизнес-процессами. Для этого необходимо отлаживать работу системы, чтобы она была действительно эффективной и не оказалась в числе 90% неуспешных внедренных проектов.

По данным Fortune Business Insights, в 2022 году объем мирового рынка Интернета вещей оценивался в 544,38 млрд долларов США. По прогнозам он вырастет с 662,21 млрд до 3 352,97 млрд долларов с 2023 по 2030 годы. Среднегодовой рост при этом составит 26,1%. Рост связан с внедрением в процессы искусственного интеллекта, систем с машинным обучением, увеличением числа пользователей «умных» устройств, смартфонов, спроса на энергосбережение.

В России данные о денежном рынке Интернета вещей отсутствуют – для этого нет систематических измерений. Однако Ассоциация Интернета вещей прогнозирует среднегодовой рост рынка IoT около 9%.

Рост распространения технологии IoT происходит на фоне расширения географии 5G. Новый стандарт мобильной связи обеспечивает высокую скорость передачи данных до 100 Мбит/с и выше.

Интернет вещей использует технологию 5G для создания «умных» сетей, которые обмениваются данными, поступающими от устройств. Например, «умные» дома и города могут использовать IoT для мониторинга и управления энергопотреблением, автоматического управления освещением, светофорами. Также IoT может использоваться для создания новых типов устройств, таких как автономные автомобили и дроны, которые могут работать без участия человека.

Как работает Интернет вещей?

Принцип работы Интернета вещей заключается в том, что устройства, оснащенные встроенными микросхемами, датчиками и сенсорами, взаимодействуют друг с другом через сеть – облачное соединение, по протоколу Интернета, который обеспечивает безопасность передачи информации и защиту от несанкционированного доступа. Кроме того, устройства могут получать данные о состоянии окружающей среды, передавать ее другим устройствам в Сети. Данные, попав в облако, обрабатываются программными средствами. По результату принимается решение о совершении тех или иных действий устройствами.

Состав системы

Массив данных, собираемых и генерируемых устройствами IoT, которые могут быть огромными и сложными для обработки и анализа с использованием традиционных методов и инструментов, это Big Data – целевой компонент технологии. Кроме него в систему Интернета вещей входит четыре ключевых компонента. Это:

1. Датчики устройств.
2. Средства подключения.
3. Инструменты обработки данных.
4. Интерфейс пользователя.

Подробнее остановимся на каждом из них.

Датчики устройств (Sensors and Data Collection)

Датчики устройств в Интернете вещей собирают и анализируют данные из окружающего мира. Они могут использоваться для мониторинга состояния оборудования, контроля за энергопотреблением, местоположения объекта, определения уровня шума и т.д. Датчики могут быть внутренними и внешними и могут работать как автономно, так и в составе системы «умного» дома или промышленного предприятия.

Примеры датчиков устройств: камера, устройство GPS, акселерометр, термостат, счетчики потребления электроэнергии, датчики движения, камеры видеонаблюдения, датчики давления. В одном устройстве может быть несколько датчиков, например, в смартфоне.

Средства подключения (Wireless Networks)

Средства подключения в Интернете вещей – это программные и аппаратные компоненты, которые позволяют устройствам в Сети обмениваться информацией и управлять другими устройствами. К ним относятся маршрутизаторы, коммутаторы, точки доступа Wi-Fi, мобильные приложения и другие технологии. Они обеспечивают надежную связь между различными устройствами в Сети и позволяют им эффективно функционировать вместе.

Средства подключения работают на основе протокола Интернета вещей, который обеспечивает безопасную передачу данных и защиту от несанкционированного доступа. Экспорт в облако осуществляется по Wi-Fi, Bluetooth, спутниковой связи, через прямое подключение напрямую к Интернету. Также могут быть использованы сети дальнего радиуса действия (LPWAN). Способ передачи зависит от конкретного устройства и его технических возможностей.

Каждое устройство в Сети должно иметь свой уникальный идентификатор, который позволяет программному обеспечению «узнать» его и установить соединение. После этого система передает данные устройству, используя протокол Интернета. Затем устройство анализирует полученные данные и использует их для принятия решений или выполнения определенных действий.

Инструменты обработки данных и аналитика (Data Processing, Analytics)

Инструменты обработки данных в Интернете вещей – это программное обеспечение и аппаратные средства, которые анализируют и обрабатывают большие объемы данных Big Data, собранных устройствами в Сети. Эти инструменты помогают организациям принимать более обоснованные решения на основе полученной информации и повышать эффективность своих бизнес-процессов. Например, анализ данных о потреблении энергии может помочь определить области, где можно сэкономить ресурс, а анализ данных о качестве продукции может помочь определить области, где необходимо внести изменения для улучшения качества продукции.

Инструменты обработки данных в Интернете вещей работают путем сбора, хранения и анализа большого объема данных, собранных устройствами в Сети, без участия пользователя, хотя человек иногда может вводить данные через специальный интерфейс. Эти данные затем обрабатываются с помощью программного обеспечения и аппаратных средств, выявляются скрытые закономерности и тренды. К инструментам обработки данных относятся модели машинного обучения, статистические методы, алгоритмы кластеризации и другие технологии.

Пользовательский интерфейс (Interaction and Control)

Пользовательский интерфейс в Интернете вещей (GUI) используется для взаимодействия человека (пользователя) с устройством в Сети. Он обычно отображается на экране мобильного устройства или компьютера и предоставляет возможность выбирать различные функции и настройки: включение/отключение уведомлений, управление питанием, установка таймеров и т.д. Пользовательский интерфейс также может предоставлять пользователю информацию о текущем статусе устройства, например, о температуре, уровне заряда батареи и т.д.

Интерфейс позволяет пользователю вводить данные и проводить проверку корректности работы системы. Его действия через систему попадают в облако, после – к датчикам устройств для внесения изменений. Управление пользователем реализуется через мобильные приложения, веб-интерфейсы, автоматизированные системы управления.

Сферы использования Интернета вещей

В настоящее время Интернет вещей распространен довольно широко. Рассмотрим основные направления его использования.

Носимые устройства

Самые популярные в миру носимые устройства Интернета вещей (IoT) – это гаджеты, которые можно носить при себе и подключать к Сети для сбора и обмена данными. Они обычно служат для мониторинга аспектов жизни и тела человека:

1. Часы по типу Apple Watch, Samsung, Fitbit, Xiaomi Mi Band, которые отслеживают физическую активность, измеряют пульс, отправляют уведомления, принимают звонки и многое другое.
2. Очки, такие как Google Glass или для дополненной реальности. Они представляют информацию в виде изображений и видео.
3. Одежда, например, спортивные костюмы с встроенными датчиками, может отслеживать движения и физическое состояние. Она подключается к гаджетам и может управляться со смартфона. А «умные» шапки позволяют слушать музыку без наушников.
4. Медицинские устройства, например, дефибрилляторы с возможностью мониторинга состояния пациента и отправки данных врачам.
5. Наушники, такие как Apple AirPods Pro с функцией активного шумоподавления и встроенным голосовым ассистентом.
6. Ювелирные изделия – кольца типа Oura Ring и другие, по функционалу схожие с «умными» часами и браслетами.

Эти устройства дают пользователям возможность более эффективно управлять своей жизнью и заботиться о здоровье.

«Умные» дома

В «Умный дом» Интернета вещей входят различные устройства и системы, работа которых автоматизирована через всемирную Сеть. Это могут быть:

• Освещение.
• Термостаты, подключаемые к приборам отопления для дистанционного управления климатом в доме.
• Замки и дверные звонки по типу August или Ring Video Doorbell.
• Розетки и выключатели.
• Системы безопасности, камеры наблюдения, датчики движения и сигнализации.
• Кухонные устройства: кофемашины, мультиварки.
• Голосовые ассистенты.
• Интеллектуальные счетчики коммунальных услуг

«Умные» дома IoT улучшают комфорт, безопасность и энергоэффективность жилья, предоставляют пользователям больше контроля над своими устройствами и системами дома через мобильные приложения или голосовые интерфейсы.

Умные города

«Умный» город в системе Интернета вещей – это информационное пространство, участники которого – власть, научное сообщество и бизнес. Они оснащены устройствами для улучшения управления и качества жизни горожан. Среди них:

1. Управление транспортом – адаптирующиеся к ситуации светофоры и общественный транспорт, как система АСУДД.
2. Управление отходами – контейнеры с датчиками заполнения и маршрутизацией сбора.
3. Уличное освещение – фонари с датчиками окружающего освещения и движения.
4. Системы обеспечения безопасности – видеонаблюдение и датчики обнаружения инцидентов для повышения безопасности горожан.
5. Управление энергопотреблением, мониторинг и оптимизация энергопотребления в зданиях и на уровне города для экономии ресурсов.
6. Парковочные системы, которые помогают находить свободные места и упрощают оплату парковки.
7. Системы водоснабжения и управления стоками для оптимизации расхода воды и контроля качества водных ресурсов.
8. Системы для городских услуг, приложения и платформы для обратной связи горожан с муниципальными службами.

В «умных городах» устройства системы собирают данные о жизни горожан и используют эту информацию для улучшения инфраструктуры, коммунального обслуживания и прочих сервисов.

Беспилотные автомобили

Беспилотные автомобили перемещаются в городской среде посредством Интернета вещей, в который входят системы автопилота: камеры, радары и датчики для автономной навигации и управления на дороге. Автономные автомобили оснащены лидаром, камерами, в их программное обеспечение встроены механизмы машинного обучения и управления движением.

Устройства IoT в беспилотных автомобилях передают на сервер данные не только о средстве передвижения, но и о дороге и улицах – анализ последних как раз помогает ориентироваться в машинном потоке.

Телемедицина

В телемедицине сеть Интернет используется для удаленных медицинских консультаций, диагностики и мониторинга пациентов, минимизируя их физическое присутствие в клинике. Устройства, которые могут использоваться в системе:

• Носимые медицинские устройства – «умные» часы, фитнес-трекеры и другие гаджеты, собирающие данные о пульсе, активности и сне, и передающие их медицинским специалистам для анализа.
• «Умные» инсулиновые насосы – устройства для пациентов с диабетом, которые автоматически регулируют уровень инсулина в организме на основе данных о сахаре в крови.
• Телемедицинские приложения и платформы, позволяющие пациентам проводить консультации с врачами, обмениваться данными и получать рекомендации через смартфоны или компьютеры.
• Дистанционные мониторинговые устройства – датчики, которые следят за показателями здоровья пациента (например, ЭКГ, артериальное давление) и передают данные врачам для удаленного мониторинга.
• «Умные» аппараты для домашней медицинской диагностики, например, устройства для измерения уровня глюкозы, артериального давления или дыхательной функции.

Телемедицина в IoT улучшает доступность медицинской помощи, особенно в отдаленных районах, обеспечивает непрерывный мониторинг здоровья для нуждающихся пациентов и способствует более эффективному взаимодействию между врачами и пациентами.

Розничная торговля

В торговле технологии Интернета вещей используют для автоматизации процесса покупки и доставки товаров потребителям. Такие системы включают в себя «умные» кассовые аппараты, стеллажи, полки и другие устройства, которые помогают отслеживать движение товаров, сканировать штрихкоды, автоматически оплачивать покупки, а также персонализированный контент и рекомендации на основе истории покупок.

Розничные компании используют эти системы для повышения эффективности своих операций, снижения затрат на персонал и улучшения опыта покупателя, стимулирования его ко все новым приобретениям.

Автоматизированная система торговли, т.е. интернет-магазин разных товаров в технологии Интернета вещей, внедрена в магазины Amazon Go, где объединены черты онлайн- и офлайн-магазинов. Так, найти интересующие позиции в них помогает анализ запросов пользователя. Также представлена возможность найти вещь по фото, товары в корзину попадают в режиме реального времени, а деньги за заказы списываются с покупательских кошельков Amazon.

Впоследствии вещи, заказанные через интернет-магазин, станут элементом данных, которые проанализирует программное обеспечение, чтобы предложить пользователю то, что может его заинтересовать.

«Умное» сельское хозяйство

Технологии Интернета вещей в сельском хозяйстве используют для мониторинга и управления процессами выращивания растений и животных. Это датчики, которые собирают данные о влажности почвы, освещенности, температуре воздуха, анализаторы воздуха на ферме и других параметрах. В полях устанавливают камеры видеонаблюдения, на животных надевают «умные» ошейники или чипы.

Собранные данные затем анализируются с помощью специализированного программного обеспечения, которое позволяет фермерам принимать решения о внесении удобрений, поливе растений, удалении сорняков, увеличении температуры в стойле и других действиях.

«Умное» сельское хозяйство в Интернете вещей помогает значительно снизить затраты на производство сельскохозяйственной продукции и повысить ее качество.

Производство

Технологии Интернета вещей внедряются для автоматизации и оптимизации производственных процессов в промышленности. Такие системы могут включать в себя:

• «Умные» станки автоматической обработки материалов.
• Роботов, которые выполняют повторяющиеся задачи быстрее и точнее, чем человек.
• Системы мониторинга и аналитики, используемые для выявления проблем в производстве и быстрого реагирования на них.

Кроме этого, на производстве нередко используют элементы «умного» дома: автоматически регулируемое освещение, системы безопасности и т.д. Работники могут иметь при себе анализаторы воздуха, камеры компьютерного зрения и прочие девайсы, которые вовремя предупредят о чрезвычайных ситуациях.

Интернет вещей позволяет существенно повысить эффективность производства, сократить время его цикла и уменьшить количество отходов. Профилактическое оборудование помогает сокращать внеплановые расходы на простое и обслуживании производственной линии. Технологии IoT используют Amazon, Walmart, Tesla, Ford, BMW, Samsung и многие другие ведущие мировые производители.

Автомобилестроение

Автомобильная промышленность также активно использует технологии Интернета вещей для улучшения производительности и безопасности транспортных средств:

• «Умное» мониторинговое оборудование. Многие современные автомобили оснащены сенсорами и датчиками, внутренними камерами, которые собирают данные о состоянии транспортного средства и его производительности. Эти данные накапливаются на сервере и впоследствии могут быть использованы для определения поломки или ее предупреждения.
• Повышенная безопасность. Системы Интернета вещей помогают предупреждать водителя о возможных аварийных ситуациях на дороге.
• Сервисы регулирования в автомобиле. IoT связано с интерфейсами в автомобиле, такими как выдвижные системы, интернет-радио, онлайн-навигация, регулирование расхода топлива и многое другое.

Как известно, современные автомобили оснащаются программным обеспечением подобно смартфонам – у каждого автоконцерна оно свое. Все данные о транспортном средстве теперь хранятся у производителя, который дистанционно может заблокировать доступ к компьютеру машины, поставить запрет на изготовление дубликатов ключей, как это случилось в России в 2023 году.

Еще один яркий пример использования дистанционного управления в автомобилестроении – городские самокаты, которые в определенных зонах автоматически снижают скорость максимального разгона.

Логистика

Логистические компании все чаще используют технологии Интернета вещей для оптимизации операций и улучшения эффективности доставки грузов. Например, «умная» система отслеживания позволяет транспортной компании точно определить местоположение груза в любой момент времени и оптимизировать, скорректировать маршрут доставки, чтобы минимизировать время простоя грузовиков на дороге.

Также технологии IoT позволяют отслеживать расход топлива у транспортных средств, температуру в рефрижераторных контейнерах.

Аналогично, логистические компании могут использовать технологии Интернета вещей для мониторинга состояния склада и оптимизации запасов, что помогает им сокращать издержки и повышать удовлетворенность клиентов скоростью доставки.

Плюсы и минусы Интернета вещей

Развитие интернет-технологий имеет свои преимущества и недостатки. Теперь поговорим о них.

Плюсы Интернета вещей

Начнем с позитивного. Интернет вещей значительно упрощает жизнь человека. Благодаря ему происходят:

• Улучшение эффективности производства и снижение издержек.
• Повышение уровня комфорта и удобства для потребителей, жителей городов.
• Увеличение доступности и улучшение качества услуг для отдаленных регионов.
• Сокращение времени цикла и повышение скорости доставки товаров и грузов.
• Усиление конкуренции на рынке.
• Создание новых возможностей для инноваций и развития бизнеса.
• Развитие новых форм сотрудничества и коллаборации между различными участниками рынка.

С Интернетом вещей процессы, в систему которых он внедрен, автоматизируются – человеку не нужно тратить время на их реализацию. Кроме того, все действия удобно отслеживать, контролировать и при необходимости корректировать. Это безусловный плюс.

Минусы Интернета вещей

Теперь о том, какие сложности или последствия может вызвать использование Интернета вещей:

1. Высокая стоимость внедрения и эксплуатации при отсутствии международных стандартов совместимости оборудования и программного обеспечения.
2. Риски потери конфиденциальности данных пользователей, кибератак и утечки данных.
3. Возможность нарушения работы инфраструктуры и систем из-за сбоев в сети Интернет и в каналах связи.
4. Необходимость постоянного обучения персонала работе с новыми системами.
5. Ограниченность полноценного применения и замены человека в некоторых областях, таких как медицина и энергетика.

Минусы Интернета вещей – это задачи для развития технологии. Разработчики трудятся над тем, чтобы улучшать сохранность собираемых данных, стабильность Интернет-линий и каналов передачи данных. Так, группа исследователей Microsoft и Мичиганского университета нашла уязвимости в системе безопасности платформы «умного» дома Samsung и предложила способы их устранения.

Вероятно, со временем системы IoT будут более безопасными и эффективными.

Проблема конфиденциальности

Нарушение конфиденциальности – один из главных рисков при использовании технологий Интернета вещей. Системы собирают огромное количество персональных данных, включая информацию о местоположении, здоровье человека, финансовых транзакциях и других личных фактах. Эти данные могут использоваться злоумышленниками для мошенничества и разных преступлений.

Чтобы защитить свою личную информацию, следуйте нескольким простым правилам:

1. Никогда не давайте свой пароль или другую конфиденциальную информацию об учетных данных в разных системах и банкинге незнакомым людям или компаниям.
2. Используйте сложные пароли, состоящие из букв, цифр и символов.
3. Включайте двухфакторную аутентификацию для защиты вашего аккаунта где бы то ни было.
4. Регулярно проверяйте настройки конфиденциальности устройств и приложений.
5. Обновляйте программное обеспечение и операционную систему на вашем устройстве для устранения возможных ошибок и слабых мест.
6. Регулярно резервируйте важные данные. Не держите все «яйца» в одной корзине.
7. Читайте условия обслуживания и политику конфиденциальности прежде, чем нажать кнопку «Принять».

Интересно, что не все пользователи понимают, на что соглашаются, когда принимают условия обслуживания программного обеспечения – некоторые компании собирают информацию о пользователях с их устройств Интернета вещей, в том числе посредством прослушки, чтобы предлагать товары, рассчитывать стоимость страховки и т.д. Впоследствии эти данные могут быть «слиты». При установке нового приложения или программы читайте, с чем вам предлагают согласиться и какие разрешения выдать.

Как освоить Интернет вещей?

Для полноценного освоения Интернета вещей вам потребуется следующее:

1. Понимание основных принципов работы Интернета вещей и его протоколов.
2. Знание языков программирования, таких как Python, Java или C++, для разработки приложений и систем Интернета вещей.
3. Понимание сетевых технологий и протоколов, используемых в Интернете вещей: IP-адресов, маршрутизаторов, беспроводных сетей.
4. Понимание баз данных и SQL для управления большими объемами данных.
5. Понимание сетевых архитектур и паттернов проектирования сетей.
6. Понимание алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта для анализа данных и принятия решений.
7. Понимание безопасности и конфиденциальности данных, связанных с Интернетом вещей, таких как защита паролей, шифрование данных и мониторинг активности устройств.
8. Понимание различных видов физических объектов, таких как «умные» дома и города, которые могут быть оснащены технологией Интернета вещей.
9. Понимание различных способов хранения и передачи данных, таких как облачные хранилища и блокчейн-технологии.
10. Понимание различных форматов коммуникации и обмена информацией между устройствами Интернета вещей.

С чего начать прямо сейчас? Вот что рекомендует Microsoft:

1. Определите бизнес-модель для Интернета вещей и какие устройства нужны для вашей деятельности, взаимодействия с клиентами и сотрудниками.
2. Ищите нужные сведения для компании с помощью Интернета вещей. Так вы сможете извлекать информацию среди огромных объемов данных с помощью облачной аналитики и систематизировать ее. Внедряйте облачные хранилища, например, от Microsoft.
3. Начинайте с малого. Собирайте полезные сведения постепенно, приобретайте устройства Интернета вещей поэтапно, встраивая их в бизнес-систему.
4. Постепенно делегируйте Интернету вещей и облачным вычислениям все больше процессов.
5. Безопасность данных поддерживайте с помощью специализированного программного обеспечения, которое будет отслеживать и предотвращать угрозы, например, от Лаборатории Касперского.

Для частного использования технологии IoT следует внедрять также постепенно, если речь идет о комплексной системе, например, «Умный дом». В случае использования Интернета вещей только для себя соблюдайте осторожность при передаче данных, устанавливайте двухфакторную аутентификацию, внимательно читайте условия пользовательского соглашения при установке программных обеспечений.