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.
Технический прогресс требует от нас выхода за рамки привычной жизни, даже если он направлен на ее упрощение. Чтобы процесс проходил гармонично, полезно расширять границы мышления. Научитесь этому на онлайн-программах «Когнитивистика» и «Лучшие техники самообразования». А мы переходим к теме.
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 [IBM, 2023].
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 [РБК, 2021].
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% [Fortune Business Insights, 2023]. 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% [ComNews, 2023].
Рост распространения технологии IoT происходит на фоне расширения географии 5G [Глонасс, 2021]. 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 [Kaspersky, 2023]. Это:
- Датчики устройств.
- Средства подключения.
- Инструменты обработки данных.
- 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:
- Часы по типу Apple Watch, Samsung, Fitbit, Xiaomi Mi Band, которые отслеживают физическую активность, измеряют пульс, отправляют уведомления, принимают звонки и многое другое.
- Очки, такие как Google Glass или для дополненной реальности. Они представляют информацию в виде изображений и видео.
- 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 [М.Видео, 2022].
- Медицинские устройства, например, дефибрилляторы с возможностью мониторинга состояния пациента и отправки данных врачам.
- Наушники, такие как Apple AirPods Pro с функцией активного шумоподавления и встроенным голосовым ассистентом.
- 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 [Умный Город, 2023]. Они оснащены устройствами для улучшения управления и качества жизни горожан. Среди них:
- Управление транспортом – адаптирующиеся к ситуации светофоры и общественный транспорт, как система АСУДД [ЦОДД, 2023].
- Управление отходами – контейнеры с датчиками заполнения и маршрутизацией сбора.
- Уличное освещение – фонари с датчиками окружающего освещения и движения.
- Системы обеспечения безопасности – видеонаблюдение и датчики обнаружения инцидентов для повышения безопасности горожан.
- Управление энергопотреблением, мониторинг и оптимизация энергопотребления в зданиях и на уровне города для экономии ресурсов.
- Парковочные системы, которые помогают находить свободные места и упрощают оплату парковки.
- Системы водоснабжения и управления стоками для оптимизации расхода воды и контроля качества водных ресурсов.
- 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 [#ПравоРоботов, 2023]. 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 [Mhealth, 2019].
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 [Mokosmart, 2023].
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 [Известия, 2023].
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 [АПНИ, 2023].
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:
- Высокая стоимость внедрения и эксплуатации при отсутствии международных стандартов совместимости оборудования и программного обеспечения.
- Риски потери конфиденциальности данных пользователей, кибератак и утечки данных.
- Возможность нарушения работы инфраструктуры и систем из-за сбоев в сети Интернет и в каналах связи.
- Необходимость постоянного обучения персонала работе с новыми системами.
- 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 [Incider, 2016].
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:
- Никогда не давайте свой пароль или другую конфиденциальную информацию об учетных данных в разных системах и банкинге незнакомым людям или компаниям.
- Используйте сложные пароли, состоящие из букв, цифр и символов.
- Включайте двухфакторную аутентификацию для защиты вашего аккаунта где бы то ни было.
- Регулярно проверяйте настройки конфиденциальности устройств и приложений.
- Обновляйте программное обеспечение и операционную систему на вашем устройстве для устранения возможных ошибок и слабых мест.
- Регулярно резервируйте важные данные. Не держите все «яйца» в одной корзине.
- 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. [RG.RU]. 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:
- Понимание основных принципов работы Интернета вещей и его протоколов.
- Знание языков программирования, таких как Python, Java или C++, для разработки приложений и систем Интернета вещей.
- Понимание сетевых технологий и протоколов, используемых в Интернете вещей: IP-адресов, маршрутизаторов, беспроводных сетей.
- Понимание баз данных и SQL для управления большими объемами данных.
- Понимание сетевых архитектур и паттернов проектирования сетей.
- Понимание алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта для анализа данных и принятия решений.
- Понимание безопасности и конфиденциальности данных, связанных с Интернетом вещей, таких как защита паролей, шифрование данных и мониторинг активности устройств.
- Понимание различных видов физических объектов, таких как «умные» дома и города, которые могут быть оснащены технологией Интернета вещей.
- Понимание различных способов хранения и передачи данных, таких как облачные хранилища и блокчейн-технологии.
- Понимание различных форматов коммуникации и обмена информацией между устройствами Интернета вещей.
С чего начать прямо сейчас? Вот что рекомендует Microsoft:
- Определите бизнес-модель для Интернета вещей и какие устройства нужны для вашей деятельности, взаимодействия с клиентами и сотрудниками.
- 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.
- Начинайте с малого. Собирайте полезные сведения постепенно, приобретайте устройства Интернета вещей поэтапно, встраивая их в бизнес-систему.
- Постепенно делегируйте Интернету вещей и облачным вычислениям все больше процессов.
- 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.
Понять технологию Интернета вещей не проблема для посвященных, а для обывателей, не связанных с технологиями, это не так уж просто. Чтобы исправить ситуацию, расширяйте свое сознание и способы мышления на онлайн-программах «Когнитивистика» и «Лучшие техники самообразования».
Желаем вам удачи в этом увлекательном деле! И предлагаем поучаствовать в нашем опросе:
