Умные вещи: как интернет меняет промышленность. Интернет вещей «на пальцах». Применение IoT в разных отраслях

Привет, Хабр! IoT Hub Explorer - это кроссплатформенный инструмент на базе node.js по управлению устройствами в использующемся IoT Hub, который может работать в среде Windows, Mac или Linux. Сегодня поговорим о нем в рамках диагностики и усовершенствования IoT Hub Azure. Заглядывайте под кат за подробностями!

Следует учесть, что Azure IoT CLI, которому была посвящена предыдущая публикация, также поддерживает управление устройствами и его функциональные возможности будут частично совпадать с возможностями IoT Hub Explorer. Если такое произойдет, Azure CLI будет считаться главным инструментом для работы со всеми операциями IoT Hub.

Давайте воспользуемся обозревателем IoT Hub для создания и мониторинга устройства. Прежде чем сделать это, его необходимо установить. Так как это пакет node, его можно установить с помощью npm.

Npm install -g iothub-explorer
Так как IoT Hub Explorer является отдельной программой, нам необходимо сначала выполнить вход, используя для этого строку подключения нашего IoT Hub. Откройте терминал bash и введите следующее:

Iothub-explorer login "HostName=yourhub.azure-devices.net;SharedAccessKeyName=iothubowner;SharedAccessKey=yourkey"
Если у вас под рукой нет строки подключения, вы можете ввести команду az iot hub show-connection-string -g youresourcegroup , описанную в предыдущем разделе, и получить строку подключения вашего IoT Hub. Команда авторизации должна открыть временную сессию с закрепленной политикой права доступа к центру IoT. По умолчанию срок жизни данной сессии составляет 1 час.

Session started, expires on Wed Mar 15 2017 19:59:05 GMT-0500 (CDT) Session file: /Users/niksac/Library/Application Support/iothub-explorer/config
Учтите, что приведенная выше команда использует строку подключения для политики iothubowner, которая предоставляет полное управление вашим центром IoT.

Создание нового устройства

Чтобы создать новое устройство с помощью IoT Hub Explorer введите следующую команду:

Iothub-explorer create -a
Символ -a служит для автоматического генерирования Id и учетных данных устройства при его создании. Вы также можете указать самостоятельно Id устройства или добавить JSON-файл устройства, чтобы индивидуально настроить процесс его создания. Есть и другие способы указать учетные данные, например, симметричный ключ и сертификаты X.509. Мы опубликуем отдельную статью о безопасности IoT Hub, в которой рассмотрим эти способы. На данный момент используем стандартные учетные данные, сгенерированные IoT Hub.

Если все прошло успешно, вы должны увидеть ответ следующего содержания:

DeviceId: youdeviceId generationId: 63624558311459675 connectionState: Disconnected status: enabled statusReason: null connectionStateUpdatedTime: 0001-01-01T00:00:00 statusUpdatedTime: 0001-01-01T00:00:00 lastActivityTime: 0001-01-01T00:00:00 cloudToDeviceMessageCount: 0 authentication: symmetricKey: primaryKey: symmetrickey1= secondaryKey: symmetrickey2= x509Thumprint: primaryThumbprint: null secondaryThumbprint: null connectionString: HostName=youriothub.azure-devices.net;DeviceId=youdeviceId;SharedAccessKey=symmetrickey=
Здесь есть несколько важных вещей, и одна из них, очевидно, это connectionString . Она предоставляет уникальную строку подключения устройства и позволяет связываться с ним. Привилегии для строки подключения устройства основаны на политике, определенной для устройства в центре IoT, права ограничиваются только функцией DeviceConnect . Доступ, основанный на политике, защищает наши конечные точки и ограничивает область использования конкретным устройством. Подробнее о безопасности устройства IoT Hub можно узнать здесь. Также обратите внимание, что устройство активировано, а статус - отключено. Это означает, что устройство было успешно зарегистрировано в центре IoT, но у него нет активных подключений.

Отправка и получение сообщений

Давайте инициируем подключение, отправив запрос на прием устройства. В обозревателе IoT Hub доступно несколько способов отправки и получения сообщений. Один из эффективных вариантов - команда simulate-device . Команда simulate-device позволяет инструменту выполнять роль имитатора команды устройству и имитатора приема устройством. Это может применяться для отправки определенных пользователем телеметрических сообщений или команд от имени устройства. Удобство данных функциональных возможностей проявляется при тестировании интегрированности разработок на вашем устройстве, так как это позволит сократить объем кода. Вы можете одновременно создавать сообщения и отслеживать поток отправки / получения. Команда также предоставляет такие возможности, как send-interval, send-count и receive-count , позволяющие конфигурировать симуляцию. Стоит учесть, что это не инструмент для тестирования нагрузки или проникновения, с его помощью можно провести начальные тесты, предваряющие более углубленные испытания. Давайте отправим набор сообщений на созданное нами устройство (из части 1) и затем примем сообщение с командой.

Отправка сообщения

Следующая команда отправляет 5 сообщений каждые 2 минуты на устройство с определенным Id.

Niksac$ iothub-explorer simulate-device --send "Hello from IoT Hub Explorer" --device-connection-string "HostName=youriothubname.azure-devices.net;DeviceId=D1234;SharedAccessKey==" --send-count 5 --send-interval 2000
Конечное сообщение будет выглядеть следующим образом:

Message #0 sent successfully Message #1 sent successfully Message #2 sent successfully Message #3 sent successfully Message #4 sent successfully Device simulation finished.

Мониторинг сообщений

Другой полезной функцией IoT Hub Explorer является возможность производить мониторинг события вашего устройства или IoT Hub в целом. Это очень удобно, если вы хотите провести диагностику экземпляра вашего IoT Hub. Например, вы хотите проверить корректность доставки сообщений в IoT Hub. Вы можете использовать команду monitor-events для регистрирования всех событий, связанных с устройством, в терминале; вы также можете применить команду monitor-ops для отслеживания конечной точки операций в центре IoT.

Для мониторинга событий введите следующее:

Iothub-explorer monitor-events --login "HostName=youriothub.azure-devices.net;SharedAccessKeyName=iothubowner;SharedAccessKey=="
В результате создается прослушиватель, фиксирующий активность во всем центре IoT. Как отмечалось ранее, вы можете указать строку подключения устройства для мониторинга конкретного устройства.

Теперь при отправке сообщения или команды на любое устройство вашего IoT Hub конечный результат будет отображаться в терминале. Например, если вы открыли прослушиватель monitor-event в окне терминала и затем повторно выполнили команду simulate-device --send , следующий результат должен отобразиться в терминале:

Monitoring events from all devices... ==== From: D1234 ==== Hello from IoT Hub Explorer ==================== ==== From: D1234 ==== Hello from IoT Hub Explorer ==================== ==== From: D1234 ==== Hello from IoT Hub Explorer ==================== ==== From: D1234 ==== Hello from IoT Hub Explorer ==================== ==== From: D1234 ==== Hello from IoT Hub Explorer ====================
В IoT Hub Explorer доступно множество других команд, таких как: импорт / экспорт устройств, повторное создание прав доступа в SAS, команды по управлению устройством. Вам необходимо в ознакомительных целях попробовать применить различные опции и команды IoT Hub Explorer; это поможет вам избежать прописывания кода для стандартных операций.

Облачный сервис получает данные о скорости тысяч автомобилей и строит карту загруженности дорог города, помогая автомобилистам найти быстрый маршрут. Браслет на ноге юноши-футболиста отслеживает его активность во время тренировки и загружает данные в приложение, отбирающее наиболее успешных юниоров в национальную сборную по футболу. «Умные» счетчики передают показания онлайн, сообщают об утечках, помогают сэкономить на ресурсах и снизить оплату ЖКХ. А конвейеры с интеллектуальной начинкой предупреждают оператора о симптомах приближающегося износа агрегата, предотвращают остановку производства и снижают издержки на ремонт.

Все это - «Интернет вещей» или Internet of Things (IoT).

Как появился «Интернет вещей»

Концепция Интернета вещей была предугадана в начале XX века Николой Тесла - физик пророчил радиоволнам роль нейронов «большого мозга», управляющего всеми предметами. А инструменты его контроля должны будут легко умещаться в кармане. Великий изобретатель не был фантастом, просто он понимал то, что его современники не могли и представить.

Сто лет спустя термин «Интернет вещей» ввел в широкий оборот сотрудник исследовательского агентства при Массачусетском технологическом институте Кевин Эштон. Он предложил увеличить эффективность логистических процессов без вмешательства человека: с помощью радиодатчиков собирать информацию о наличии товаров на складах предприятия и отслеживать их движение к торговым точкам. Каждая метка отправляла в сеть данные о своем местонахождении в настоящий момент времени. Использование RFID-меток ускорило реакцию поставщиков и ритейлеров на изменение спроса и предложения: товары не лежали на складе, а отправлялись туда, где они действительно необходимы. Эффект от введения маркировки оценили, и с января 2007 года все поставщики крупнейшей американской розничной сети производят товары только с радиометками.

Концепция Интернета вещей базируется на принципе межмашинного общения: без вмешательства человека электронные устройства «общаются» между собой. Интернет вещей - это автоматизация, но более высокого уровня. В отличие от «умных» домов узлы системы используют TCP/IP-протоколы для обмена данными через каналы глобальной сети Интернет.

Такой метод коммуникации дает серьезное преимущество - возможность объединять системы между собой, строить «сеть сетей». Это позволяет изменить бизнес-модели отраслей и даже экономики целых стран.

Интернет вещей не только меняет существующие правила, но и формирует новые правила экономики совместного использования» (shared economy), исключая посредников из бизнес-модели.

Менее чем за 20 лет Интернет вещей стал трендом рынка информационных технологий. Аналитики прогнозируют колоссальное количество IoT устройств через несколько лет - свыше 50 миллиардов. Развитие производства электронных компонентов позволяет «штамповать» миллионы дешевых чипов для всевозможных устройств. От радиочипов, нанесенных на складские коробки, IoT трансформировался в глобальную «интернетизацию» окружающих нас предметов, воспринимаемый людьми как глобальная «оцифровка» реальности.

Интернет вещей «на пальцах»

Для широкой публики Интернет вещей - это холодильник, публикующий фото ваших продуктов в Instagram, или стиральная машина, которая постит в Facebook: «У меня была сегодня чумовая стирка». Из 28 миллиардов ожидаемых подключений менее половины придется на пользовательские гаджеты, которые составляют «customer IoT»: смартфоны и планшеты, носимые датчики для фитнеса и амбулаторной медицины.

Более 15 миллиардов устройств будут работать в бизнесе и промышленности: разнообразные датчики для оборудования, терминалы для продаж, сенсоры на производственных агрегатах и общественном транспорте.

Интернет вещей станет тем инструментом, с помощью которого можно дешево, быстро и масштабно решать конкретные бизнес-задачи в конкретных отраслях.

Промышленный IoT (Industrial IoT, IIoT) объединяет концепцию межмашинного общения, использование BigData и проверенные технологии автоматизации производства. Ключевая идея IIoT в превосходстве «умной» машины над человеком в точном, постоянном и безошибочном сборе информации. Интернет вещей повысит уровень контроля качества продукции, выстроит процесс бережливого и экологичного производства, обеспечит надежные поставки сырья и оптимизирует работу заводского конвейера.

Интернет людей - всемирная паутина, которая «высасывает» не только наши деньги, но и время. Мы проводим по несколько часов в неделю в соцсетях, онлайн-играх или на сайтах. Покупаем в интернет-магазинах вещи, которые нам зачастую не нужны, просто потому, что это легко и доступно - в два клика.

В отличие от традиционного «человеческого» интернета IoT применяется для рационального и практичного подхода. Его ключевая задача - автоматизация, оптимизация, сокращение материальных и временных затрат.

Применение IoT в промышленной индустрии и транспорте сокращает затраты за счет снижения аварийности, уменьшения потерь сырья и количества использованных ресурсов. В сфере энергетики - повышает эффективность выработки и распределения электроэнергии.

Интернет вещей экономит не только деньги, но и время: машины заменили человека на рутинной работе и освободили от выполнения рискованных или стандартных задач. Интеллектуальные системы следят за промышленным конвейером, считают товар на складах и регулируют движение вместо человека. В любую погоду, круглосуточно и без выходных.

Нас окружают разнообразные «подключенные» устройства: на улице работают системы безопасности и экомониторинга. Интернет вещей начинает использоваться в быту, в ЖКХ и индустриальной сфере, транспорте, сельском хозяйстве и медицине.

Пример 1. Яндекс.Навигатор - тоже IoT

Знакомый всем пример - Яндекс.Навигатор. Водители по всей России и СНГ пользуются этим сервисом. Смартфоны и планшеты передают координаты, направление движения и скорость в службу Яндекс, а принятая от пользователей информация анализируется на сервере компании. Получив сведения о заторе, приложение автоматически предлагает водителю варианты объезда и отображает маршрут на экране телефона или планшета. Мобильные устройства, центры обработки данных и приложение Яндекса обмениваются данными без вмешательства человека, являя собой отличный пример Интернета вещей.

Как результат - водители тратят меньше времени в пробках, выбирая оптимальные маршруты объезда.

Еще немного и искусственный интеллект Яндекса начнёт перераспределять нагрузку на дорогах городов. Учитывая накопленную статистику, он будет предлагать такие маршруты, которые оптимально загрузят магистрали и минимизируют пробки.

Пример 2. Спортивный IoT

В спорте Интернет вещей используют для накопления статистики и анализа данных. Применение IoT-решений разнообразно: от мобильных приложений для любителей утренних пробежек, следящих за расходом калорий, до производительных информационно-вычислительных систем в профессиональном спорте.

Командное IoT-решение отслеживает состояние отдельных спортсменов и всего коллектива. Информация о перемещении, пульсе считываются датчиками, встроенными в жилет, надетый игроком. Координаты и медицинская телеметрия отправляются на облачную платформу, снабжая оперативной информацией руководство и вспомогательные службы команды. Тренер строит тактику игры, не дожидаясь тайм-аута для оценки состояния коллектива и переигрывает соперников за счет быстрого реагирования на окружающую обстановку.

Ранее у тренерского состава и спортивных аналитиков не было иного выбора, кроме как просматривать после игры заметки и десятки часов видеозаписи для оценки поведения игрока на поле и его работоспособности. Теперь информация предоставляется онлайн и голевой момент матча всегда можно «вытащить» из хранилища и проанализировать. Интернет вещей обрел популярность не только среди тренеров, но и у медиков - бригады оказания первой помощи мгновенно реагируют на критические показания здоровья подопечных.

Пример 3. «Умные» счетчики

В жилищно-коммунальном хозяйстве IoT-технологии нашли применение в системах интеллектуальной диспетчеризации - «умных» приборов учета ресурсов . Подключенные к Интернету счетчики передают показания в «облако», а диспетчер видит расход воды, электричества или газа в отдельном доме, квартале или в целом городе. Это дает возможность, не заглядывая в квартиры собственников, в режиме реального времени, иметь полную картину потребления ресурсов, удаленно управлять приборами учета, оперативно выставлять счета жильцам. Без обходчиков, без обработчиков и без временных потерь.

Такой подход позволит изменить механизм учета ресурсов. Сегодня управляющие компании собирают показания с приборов учета, обрабатывают данные, выставляют счета и собирают оплату за ЖКУ. В случае внедрения «умных» счетчиков в масштабах города, структуры, обслуживающие жилые дома, превращаются в ненужных посредников и «выходят из игры». Что сегодня мы и наблюдаем в некоторых регионах России, где водоканалы переходят на прямые договоры с жильцами. Электросетевые компании, кстати, уже давно применяют такую схему расчетов, но по инерции нанимают обходчиков или требуют данные с жильцов.

Прямой диалог между счетчиками в домах и «ресурсниками» стал возможен благодаря IoT-решениям - беспроводной автоматизированной диспетчеризации. Это отличный пример того, как Интернет вещей меняет бизнес-модель в отрасли.

Аналогично - UBER, который за счет концепции Интернета вещей исключил таксомоторные компании из бизнес-модели частного извоза. Крупные структуры стали просто не нужны и сейчас клиент напрямую общается с водителем.

За счет точного учета, оповещениях о перерасходе ресурсов или авариях подключенные к Интернету приборы учета ЖКХ сохраняют до 30% ресурсов в каждом многоквартирном доме. А помимо удобства, дополнительное преимущество для конечного потребителя - сэкономленные на содержании ненужной «прослойки» деньги.

Диспетчеризация приборов учета воды и удаленного съема показаний - один из наиболее удачных примеров применения технологии Интернета вещей в сфере жилищно-коммунального хозяйства.

Организации, внедрившие IoT-решения для управления многоквартирными жилыми домами, получили эффективный инструмент контроля и учета ресурсов. Такая система автоматизирует трудоемкие операции по сбору и обработке показаний, которые ранее требовали участия половины штата сотрудников. Имея на руках прозрачные данные, управляющая компания выявляет потери и минимизирует расходы на общедомовые нужды (ОДН).

Пример 4. Сельское хозяйство

Более половины производителей томатов и треть хлопководов Израиля используют систему для мониторинга влажности, температуры грунта и других характеристик почвы . Датчик, «закрепленный» за отдельным растением или участком с посевами, отправляет информацию на облачный сервер, откуда данные поступают оператору, выводя на экран состояние саженца и рекомендации по улучшению его плодоносных свойств.

В США сформировали интересный симбиоз такой «пахучей» сферы агротехники как удобрение полей и IoT. Фермер оснастил трактора-распрыскиватели, обслуживающие угодья в радиусе 121 километра от станции, решением на базе беспроводных технологий. Водитель-оператор насосной установки удаленно отслеживает и распределяет подачу органических удобрений на поля, а владелец контролирует расход с экрана своего смартфона.

Пример 5. «Умные» заводы

Зарубежные владельцы заводов уже осознали преимущества IoT в сокращении расходов и увеличении прибыльности индустриального бизнеса. В электроэнергетике и легкой промышленности интерес к применению Интернета вещей есть. С помощью IoT-технологий операторы морских ветрогенераторов удаленно контролируют износ роторов и турбин, отслеживают их производительность. За счет своевременного обслуживания минимизируется риск остановки «ветряков» и отпадает необходимость в отправке бригад на удаленные морские платформы.

Швейцарская компания, выпускающая станки и двигатели, реализовала мечту производственных инженеров - проведение упреждающего техобслуживания (ТО).

Более 5000 единиц оборудования на производственных площадках подключили к IoT-платформе изготовителя, сигнализирующей о необходимости ТО для профилактики возможной поломки. Несколько лет назад компания командировала выездные бригады техников для диагностики на местах.

Сейчас эксплуатант станка или электродвигателя отслеживает состояние оборудования онлайн и вовремя узнает о возможных авариях. Такой «проактивный» мониторинг сократил расходы за счет снижения издержек и ликвидации простоев. Традиционно, ППР (планово-предупредительные ремонты) требовали остановки производственных линий и организовывались по графику, независимо от того, была в них необходимость или нет.

Внедрение IoT-технологии позволило проводить упреждающее техобслуживание тогда, когда оно действительно нужно, и ремонтировать машины до того, как они сломаются. Интернет вещей обеспечил не только непрерывность производства, но и сэкономил на планировании предупредительных работ - затраты на планирование составляют 30-40% от объема ремонтного фонда предприятия.

В ближайшее время бизнес станет первым и основным потребителем IoT-технологий. Топ-менеджеры корпораций рассматривают Интернет вещей в первую очередь как инструмент для снижения расходов и увеличения производительности. Предприниматели хотят использовать инновационную концепцию для вхождения в новые рынки и расширить свой ассортимент за счет использования подключенных устройств.

Промышленники понимают: новые технологии оптимизируют производственный процесс и уберут из него человеческий фактор, а вместе с ним и лишние риски.

Пример 6. «Носимый» IoT

Крупные ИТ-компании начали инвестировать в развитие медицинского Интернета вещей. Одно из таких решений отслеживает динамику болезни и выздоровления пациентов в режиме 24/7 посредством носимого на теле датчика. Мониторинг происходит в режиме реального времени, начиная от сбора показаний в стационаре и дома, завершая направлением данных лечащему врачу и в лаборатории для анализа и принятия решений.

В медицине есть проекты, развернутые в рамках лечебного учреждения и предупреждающие персонал об истощении запаса медикаментов или инструментов.

В обеспечении физической безопасности применение IoT-концепции скорее экзотично, чем привычно. В октябре 2016 года технологию Интернета вещей в прямом смысле «взяла на вооружение» оборонная промышленность - для охраны Крымской военно-морской базы Минобороны РФ закупило комплекс охраны «Часовой-1».

Комплекс, в состав которого входят вибробраслеты, гарантирует безопасность бойцов, охраняющих объекты и проверяющих автотранспорт на «блоках». Каждый браслет оснащен датчиком «неподвижности». Как только часовой прекращает движение более чем на 30 секунд, система посылает на его браслет вибросигнал. Если в течение 15 секунд после предупреждения боец не «оживет» - в караульном помещении объявляется тревога.

IoT - это новый этап развития сети Интернет, который проникает в ранее недоступные сферы, привнося качественные изменения, делая жизнь людей проще, а работу компаний - эффективней.

Интернет вещей будущего

IoT стал всемирным трендом, и скоро возможность «интернетизации» станет обязательным требованием для продуктов и услуг широкого потребления. Устройства будут выходить с конвейера с уже встроенными интеллектуальными и коммуникационными возможностями.

За счет увеличения масштаба производства и удешевления компонентной базы стоимость умных устройств снизится до минимума. IoT проникнет в автомобили, грунт, море и реки, в тело человека. Датчики станут настолько миниатюрными, что будут помещаться в мелких бытовых предметах или продуктах питания.

Соответственно устройствам уменьшатся в размерах и аккумуляторы, а затем они и вовсе исчезнут - «умные» датчики научатся получать энергию из окружающей среды: от вибрации, света или воздушных потоков и станут полностью автономными.

Интернет вещей станет гетерогенной средой, которая будет существовать как отдельный живой организм. Наступит время машин.

Сложности с компонентной базой ушли в прошлое, появился новый вызов: необходимо объединить миллиарды «умных» приборов в единую сеть.

Интеллектуальный станок, датчик температуры масла на промышленном агрегате, смарт холодильник - всем этим устройствам необходима среда для общения. В противном случае они так и останутся «немыми»: обычным счетчиком или датчиком, отличающимся от своих собратьев только «космическим» дизайном.

Если оставить прогнозы о «количестве устройств Интернета вещей к 2020 году» ясно, что IoT-индустрия растет. Инженерам уже не интересно, сколько, 50 миллиардов датчиков и смартфонов будет в сети или 100 миллиардов. Порядок уже ясен, как и цель - подключение «армии» устройств к Интернету.

Для передачи данных разрабатывалось множество протоколов, но каждый из них был «заточен» под определенную задачу: GSM для голосового общения, GPRS для обмена данными с мобильных телефонов, ZigBee - создания локальной сети и управления «умными» домами, а Wi-Fi для беспроводных локальных сетей с высокой скоростью передачи данных.

Эти технологии могут быть применены для решения нецелевых задач и по-разному с ними справляться.

К примеру, Яндекс.Навигатор сможет работать через GPRS/3G/4G и никакая другая связь для такого приложения не подойдет. Мы, конечно, можем подключить смартфон к Wi-Fi и запустить Навигатор, но как только автомобиль отъедет на 100 метров от точки доступа - приложение «закончится». А в «умном» доме не «приживутся» автономные GPRS-датчики - через два дня в них сядут батарейки. Поэтому в интеллектуальном жилище лучше всего подойдет энергоэффективный ZigBee.

Набирая обороты, Интернет вещей выдвигает свои требования:

Небольшой объем данных: датчикам и сенсорам не нужно передавать мега- и гигабайты, как правило это биты и байты.
Энергоэффективность: подавляющая часть датчиков автономны и должны будут работать годами.
Масштабируемость: в сети должны уживаться миллионы различных устройств, и добавление одного-двух миллионов не должно вызывать сложностей.
Глобальность: нужен широкий территориальный охват и как следствие передача информации на большие расстояния.
Проникающая способность: устройства в подвалах, шахтах должны передавать сигнал наружу.
Стоимость устройств: устройства должны быть дешевы и доступны для пользователя, а готовые решения рентабельны для бизнеса.
Простота: принцип «поставил и забыл»: пользователь выберет понятные и дружелюбные устройства.

Казалось бы, сотовые сети - очевидные кандидаты на построение развернутой на десятки километров беспроводной IoT-среды. Однако ни стандарт GSM, ни инфраструктура мобильных операторов изначально не создавались для М2М-диалога. Протоколы сотовой связи предназначены для общения людей: большой объем трафика и высокая скорость обмена данными в густонаселенных районах.

Разработчики изначально не предполагали возможность обмена небольшими объемами данных между разнесенными «умными» сенсорами. Датчику с WiFi необходимо постоянное питание, а элемент умного GSM устройства продержится 2-3 недели. Мы не готовы ежемесячно менять батарейки в десятках устройствах или монтировать к ним проводную систему питания.

Подключение всевозможных устройств к мобильным сетям еще можно представить в населенных пунктах, но за пределами оживленных трасс и урбанизированных территорий протоколы GSM, 3G, LTE не позволяют создавать масштабные IoT проекты - слишком дорого разворачивать и обслуживать инфраструктуру сотовой сети.

В городе сотовая связь ограничена низкой проникающей способностью сигнала. А «умные» датчики или счетчики зачастую будут находиться за несколькими стенами, в техколодцах или на цокольных этажах, где уже не берет GSM.

Фундаментом масштабных проектов станет энергоэффективная сеть, которая удовлетворит запросы промышленников, сельхозпроизводителей, государственные компании в масштабности и невысокой стоимости эксплуатации. Интернету вещей нужен стандарт связи с возможностью широкого территориального охвата, высокой энергоэффективностью, дешевой инфраструктурой и не требующей высоких эксплуатационных расходов.

LPWAN - будущее IoT концепции

С учетом перечисленных требований и ограничений, решением проблемы стало использование технологии на стыке высокой дальности и низкого энергопотребления. Она получила название Low-Power Wide-Area Network (сокращенно – LPWAN) или энергоэффективная сеть дальнего радиуса действия.

LPWAN разрабатывался специально для межмашинного общения, и стал двигателем дальнобойного Интернета вещей.

Отсутствие высоких требований к объему передаваемой информации позволило сконцентрироваться на других, более важных параметрах технологии и обеспечить 50 километровую дистанцию взаимодействия между разнесенными устройствами, высокую энергоэффективность, проникающую способность и масштабируемость.

Дальнобойная и энергоэффективная, LPWAN отлично подходит для IoT, как в бытовом, так и в промышленном секторе, где имеется потребность в автономной передаче телеметрии на дальние расстояния.

LPWAN гораздо лучше соответствует запросам М2М-сетей, чем та же сотовая связь - тысячи квадратных километров могут быть покрыты одной базовой станцией. Построение такой сети проще, а обслуживание - дешевле. Подобный подход становится единственной альтернативой в случае, когда датчики разнесены по большой территории. Как, например, счетчики воды в пределах одного квартала или датчики влажности почвы, размещенные сразу на нескольких полях.

Резюме

Уже сейчас IoT меняет правила игры в отдельных отраслях: проникает в недоступные и невозможные ранее сферы, улучшая качество жизни и увеличивая эффективность бизнеса. Технологии Интернета вещей нашли применение там, где они выгодны бизнесу и удобны людям.

LPWAN - двигатель «дальнобойного» беспроводного IoT

Преимущества LPWAN-технологии хорошо вписываются в потребности масштабного внедрения IoT в промышленности, транспорте, сфере безопасности и десятках других отраслей. Большой радиус действия, высокая автономность конечных устройств, простота развертывания LPWA-сети и низкая стоимость инфраструктуры даст толчок крупномасштабным проектам и развитию Интернета вещей.

Вопросы "Что делать и кто виноват?" актуальны практически всегда.

Кто в данном случае виноват, пока не очень ясно. А вот ответ на вопрос “Что делать?” здесь практически очевиден -- использовать ВСЕ составляющие концепции интернета вещей при создании систем мониторинга окружающей среды. Причем среды, окружающей не только города и населенные пункты, но и предприятия, являющиеся потенциальными загрязнителями атмосферы, воды и почвы...

Рискну предположить, что вложения в эти IoT-проекты достаточно быстро окупятся за счет штрафов с загрязнителей окружающей среды. Да и здоровье граждан немаловажно... Некоторые даже утверждают, что оно бесценно.

Однако ближе к делу. 5 января в ряде СМИ появились (со ссылкой на данные “Мосэкомониторинга”) сообщения типа того, которое вы видите ниже.

Интересно отметить, что на сайте “Мосэкомониторинга” какого-либо оперативного сообщения о возникновении в городе нештатной ситуации не было. Самое свежее новостное сообщение, которое все зимние каникулы висело на сайте этого ведомства, вы видите ниже. Оно датировано 19 декабря прошлого года и рассказывает о том, что разрешение на выбросы вредных (загрязняющих) веществ теперь можно оформить в электронном виде.

Рискну предположить, что данное сообщение интересно далеко не всем горожанам, а лишь тем, кто руководит предприятиями-загрязнителями и тем, кто отслеживает новости, связанные с внедрением в госучреждениях систем электронного документооборота (СЭД).

Основная же миссия “Мосэкомониторинга” – вовсе не выдача разрешений на выброс в атмосферу города вредных веществ. Напомню, что это ГПБУ (государственное природоохранное бюджетное учреждение) было создано в июне 2001 г. по решению Правительства Москвы и находится в подчинении Департамента природопользования и охраны окружающей среды города Москвы.

Основная деятельность данного ГПБУ - осуществление государственного экологического мониторинга на территории столицы. При этом информация готовится на основании данных автоматических станций контроля загрязнения атмосферы (АСКЗА) и на основании результатов рейдов передвижных экологических лабораторий. В случае выявления превышений установленных нормативов информация направляется в федеральные или региональные органы исполнительной власти для принятия мер реагирования. Впрочем, сведения о превышении установленных нормативов при желании можно найти и на сайте “Мосэкомониторинга”. Но сделать это, увы, не так просто, как хотелось бы…

В то же время представители “Мосэкомониторинга” утверждают, что посредством сайта данного ГПБУ можно узнать:

Каким образом осуществляется экологический мониторинг на территории города Москвы, где расположены пункты наблюдения за состоянием различных природных сред, по каким показателям и с какой периодичностью проводятся наблюдения;

Подробную информацию о состоянии атмосферного воздуха, поверхностных водных объектов, почв, зеленых насаждений, уровней шума на территории города;

Информацию о текущих измерениях температуры и атмосферного давления на различных территориях города.

Подробную информацию о загрязняющих веществах, присутствующих в атмосферном воздухе, поверхностных водных объектах, почвах города Москвы, источниках их поступления и воздействии на здоровье людей.

Обратите внимание: “можно узнать” и “легко можно узнать” – разные вещи. Иногда очень даже разные.

Для полноты картины необходимо добавить, что столичная система мониторинга атмосферного воздуха начала создаваться (по решению Правительства Москвы) ещё в 1996 г. Естественно, она непрерывно видоизменяется и совершенствуется. Судя по сайту ведомства, в настоящее время информация об уровне загрязнения атмосферного воздуха поступает в данную систему с 56 автоматических станций контроля загрязнения атмосферы (включая мобильные АСКЗА). АСКЗА расположены во всех округах Москвы, на разном удалении от центра города и охватывают различные функциональные зоны. Среди прочего, станции мониторинга размещаются на территориях вблизи автомагистралей, в том числе на Третьем транспортном кольце. Также организован мониторинг атмосферного воздуха на территории Новой Москвы.

На АСКЗА круглосуточно (в режиме Non-Stop), измеряются средние двадцатиминутные концентрации 26 химических веществ и метеорологические параметры, определяющие условия рассеивания примесей в атмосфере (скорость и направление ветра, температура, давление, влажность, вертикальная компонента скорости ветра).

Согласитесь, что снимаемая с этих датчиков информация имеет не такой уж большой объём, чтобы её оперативная обработка и представление в удобном графическом виде являлись непосильной техническую задачей. Трудности здесь скорее не технические, а организационные.

В “Википедии” в статье “Экологический мониторинг” читаем: “Обычно на территории уже имеется ряд сетей наблюдений, принадлежащих различным службам, и которые ведомственно разобщены, не скоординированы в хронологическом, параметрическом и других аспектах. Поэтому задача подготовки оценок, прогнозов, критериев альтернатив выбора управленческих решений на базе имеющихся в регионе ведомственных данных становится, в общем случае, неопределенной. В связи с этим, центральными проблемами организации экологического мониторинга являются эколого-хозяйственное районирование и выбор «информативных показателей» экологического состояния территорий с проверкой их системной достаточности” .

Золотые слова. Они, видимо, относятся и к рассматриваемой нами ситуации. Обратите внимание: на публикации в СМИ о превышении в 28 раз уровня загрязнения столичного воздуха в районе Марьино отреагировали не сотрудники “Мосэкомониторинга”, а специалисты Роспотребнадзора, в распоряжении которых, видимо, тоже имеются средства контроля окружающей среды.

Источник: сайт Роспотребнадзора, январь 2017 г.

В то же время некоторые СМИ сообщили, что столичные прокуроры начали проверку в связи с превышением количества сероводорода на юго-востоке Москвы. Им предстоит установить источник загрязнения и его последствия.

Теперь смотрите: на сайте «Мосэкомониторинга» особое внимание обращается на то, что данное ГПБУ “не является органом исполнительной власти, уполномоченным на осуществление государственного экологического надзора. В случае выявления превышений установленных нормативов информация направляется по компетенции в федеральные или региональные органы исполнительной власти для принятия мер реагирования”.

И что в результате происходит на практике? Граждане собственными носами чувствуют не очень приятные запахи и начинают обращаться в различные инстанции. Роспотребнадзор и прокуратура, несмотря на зимние каникулы, реагируют на жалобы трудящихся и начинают выяснять ситуацию, дабы выявить и, возможно, наказать виновных.

Ситуацию, при которой население интересуется у властей, чем вызваны необычные состояния окружающей среды, нельзя назвать нормальной!

При правильной постановке дела власти (через СМИ или каким-либо иным образом) должны оперативно доносить до населения информацию о том, что в таком-то регионе концентрация в воздухе такого- то вещества во столько-то раз превысила норму!

Вернемся к сайту “Мосэкомониторинга”. Рискну предположить, что гоcтям и жителям столицы интересны не столько места расположения станций контроля, сколько значения параметров окружающей среды, регистрируемых этими станциями.

И даже не сами значения, а то, выходят они за пределы нормы или не выходят.

На мой взгляд, сайт “Мосэкомониторинга” необходимо оснастить интерактивной картой администативно-территориального деления Москвы (типа той, которую вы видите ниже), на которой каждый из округов оперативно (раз а 20 минут) раскрашивался бы в один из трех цветов: “зеленый” (все 26 регистрируемых параметров в норме); “красный” (хотя бы один из 26 регистрируемых параметров выше нормы), “желтый” (ситуация близка к критической). Кроме того, должен быть инструмент, позволяющий любому желающему посмотреть вид этой карты в любой из интересующих его дней и часов и, при необходимости, выяснить, какие именно параметры в тот или иной интервал времени превышали предельно допустимый уровень и во сколько раз.

Карта администативно-территориального деления Москвы

Прогнозируется рост в 2025 году общемирового объема данных до 163 зеттабайт. Это в 10 раз больше всего глобального массива информации, сгенерированного в 2016 году. Более 95% данных, по оценкам аналитиков, будут передаваться в режиме реального времени устройствами, объединенными в сеть - интернетом вещей (Internet of Things, IoT).

Столетняя история

Накопление критического массива данных, миллиарды подключенных датчиков и машин, развитие облачных технологий и программных платформ - все это формирует повышенный интерес к теме интернета вещей. Информация становится основной «кровью» экономики и промышленности.

Сам по себе интернет вещей не является революционным изобретением. Телемеханика существует уже более 100 лет: телеметрические системы еще в начале прошлого века использовались для мониторинга уровня воды, температуры, нагрузки электросетей. Современный интернет вещей - результат эволюции этих технологий, а также систем бережливого производства, научной организации труда, теории решения изобретательских задач и хорошо знакомой нашим инженерам «АСУ ТП» (автоматизированная система управления технологическим процессом).

Если все эти решения были известны давно, почему именно сейчас говорят о новом прорывном шаге? Просто теперь все эти решения начали складываться в принципиально новые бизнес-модели.

Качественный скачок

Оснастить датчиком единицу оборудования - это еще не rocket science. Но создать на базе этого новую бизнес-модель - уже новая ступень эволюции. Количество переходит в качество. Под термином «уберизация» тоже подразумевается не появление новых прорывных технологий, а смена бизнес-моделей.

Одним из первых сегментов, где начали активно внедряться компоненты интернета вещей, по понятным причинам стала энергетика. Интеллектуальная аналитика особенно необходима там, где промышленные объекты работают автономно, распределены по разным территориям и уязвимы к различным внешним угрозам. Сегодня развитие уже практически всех отраслей машиностроения, в первую очередь инфраструктурного, сильно зависит от степени внедрения интернета вещей.

Рынок IoT в России складывается за счет разработки и развития специфических программных продуктов для решения определенных задач. Уже сейчас это позволяет, например, подключать к единой системе прогностики и удаленного мониторинга газотурбинное оборудование на электростанциях, расположенных в разных российских городах - Перми, Ижевске, Кирове, Владимире, выстраивая цифровые модели работы энергоустановок.

Переход на сервисную модель

Следующий этап - коммерциализация подобного рода решений. И сегодня в серьезных компаниях уже создаются отдельные команды, задачей которых является разработка и внедрение не инновационных продуктов, а именно инновационных бизнес-моделей как главного конкурентного преимущества предприятий в долгосрочной перспективе.

У традиционной, громоздкой промышленности, производящей только «железо», нет будущего. Современная индустрия говорит другими терминами - такими, как «applications» и «services» (приложения и сервисы). А для успешной карьеры на новых предприятиях требуются в первую очередь не ремесленнические навыки hard skills, а надпрофессиональные, гибкие компетенции soft skills. Интернет вещей - это история про новую промышленную коммуникацию.

В перспективе технологии «точного земледелия» смогут обеспечить человечество невиданными ранее объемами урожая. Дальнейшее развитие бесконтактных форм оплаты выведет на новый уровень розничную торговлю. Дистанционный мониторинг состояния здоровья человека и контроля за критически важным оборудованием - уровень медицины.

Как и в случае с , в области IoT ключевое значение приобретает не сам продукт и даже не сервис, а применение продукта в рамках сервисной модели для решения определенной задачи.

Интернет для станков

Промышленные компании ищут соответствующие перспективные ниши совместно с IT-компаниями и производителями софта. И это общемировой тренд. Например, гости международной промышленной выставки «Иннопром-2017» в Екатеринбурге могли заметить, что в числе ее участников представителей сферы ИТ стало едва ли не больше, чем непосредственно производителей классического промышленного железа.

На международной выставке металлообрабатывающего оборудования JIMTOF, ежегодно проходящей в Японии, станки разных производителей демонстрируются в едином пространстве, а не на отдельных стендах. Это связано с тем, что все они объединены единым программным обеспечением и технологическим циклом, все элементы производства взаимосвязаны между собой.

Оснащение датчиками мощностей старого советского завода еще не означает, что на него пришла «индустрия 4.0». За компьютеризацией оборудования и рабочих мест должно идти создание единой информационной среды, когда производственные процессы интегрируются с другими IT-решениями, причем не только производственными, но и финансовыми.

Кроме того, развитие интернета вещей - это еще и вызов для государственного управления. Например, по программе субсидирования НИОКР в Минпромторг России поступает все больше заявок по разработке новых систем, которые нельзя четко отнести ни к железу, ни к софту. Когда результатом разработок становится продукт, находящийся на стыке двух принципиально разных направлений, это тоже вызов для государственной системы, которая не имеет пока должного опыта управления такого рода конструкциями.

Вопросы безопасности

Технологии интернета вещей несут за собой и риски, связанные с угрозами безопасности: утечки информации, несанкционированный доступ к управлению объектами, умышленный вывод из строя оборудования, атаки на критическую инфраструктуру.

Но компании, которые раньше фокусировались на защите паролей, личной информации и банковских счетов клиентов, теперь предлагают свои решения для защиты промышленной инфраструктуры - предприятий, электростанций, нефтепроводов. Так, на «поляне» IoT постепенно формируются и новые смежные конкурентные рынки.

Именно промышленность является сегодня главным интересантом технологий интернета вещей. Компания IDC в своем отчете «Russia Internet of Things Market 2017–2021» ожидала наибольший объем вложений в интернет вещей в 2017 году именно от промышленных предприятий - $183 млрд. Далее идут сферы транспорта ($85 млрд) и коммунальных услуг ($66 млрд). Кросс-индустриальные инвестиции в интернет вещей эксперты оценили примерно в $86 млрд.

Ожидается, что в ближайшие четыре года инвестиции в оборудование, программное обеспечение и услуги для технологий IoT будут расти в России ежегодными темпами свыше 20%. Сопутствующее переосмысление бизнес-моделей позволит говорить уже о реальном мультипликативном эффекте от этих вложений.

Статья также доступна (this article also available):

Цветков Виктор Яковлевич

Интернет вещей как глобальная инфраструктура для информационного общества// Современные технологии управления . ISSN 2226-9339 . — . Номер статьи: 7803. Дата публикации: 2017-06-30 . Режим доступа: https://сайт/article/7803/

Библиографический список

Кудрявцева Е. И. Психология управленческой эффективности в условиях распределенного управления //Управленческое консультирование. – 2013. – №. 9 (57). – с.22-32.
Зеленин Д. В., Логинов Е. Л. Новая парадигма управления экономикой: переход к “умным сетям” различного управленческого назначения //Экономические науки. – 2010. – Т. 70. – №. 9. – С. 156-161
Internet of things. https://en.wikipedia.org/wiki/Internet_of_things. Дата доступа 17.05.2017
Tsvetkov V. Yа. Information interaction // European researcher. Series A. 2013. № 11-1 (62). С. 2573-2577/
Brown, Eric (13 September 2016).»Who Needs the Internet of Things?» Linux.com
Nordrum, Amy (18 Aug 2016).»Popular Internet of Things Forecast of 50 Billion Devices by 2020 Is Outdated». IEEE.
International Telecommunication Union, Overview of the Internet of things, Recommendation ITU-T Y.2060, June 2012
Technical Report oneM2M Use Case collection. Режим доступа: http://www.etsi.org/deliver/etsi_tr/118500_118599/118501/01.00.00_60/tr_118501v010000p.pdf (дата обращения 06.03.2017).
Чехарин Е.Е. Большие данные: большие проблемы // Перспективы науки и образования. — 2016. — №3. — с.7-11.
The Internet of Things. Режим доступа: https://www.cisco.com/web/offer/emear/38586/images/Presentations/P11.pdf (дата обращения 06.03.2017).
Цветков В. Я. Распределенное управление// Современные технологии управления. -2017. — №3(75). Режим доступа: https://сайт/article/7602/
Романов И.А. Применение информационных единиц в управлении// Перспективы науки и образования- 2014. — №3. – с.20-25.
Tsvetkov V. Ya. Information Units as the Elements of Complex Models // Nanotechnology Research and Practice. — 2014, Vol.(1), № 1, р57-64
V. Ya. Tsvetkov. Information Relations // Modeling of Artificial Intelligence, 2015, Vol.(8), Is. 4. – р.252-260. DOI: 10.13187/mai.2015.8.252 www.ejournal11.com
Tsvetkov V. Ya. Information Constructions // European Journal of Technology and Design. -2014, Vol (5), № 3. — p.147-152
Ожерельева Т.А. Информационная ситуация как инструмент управления // Славянский форум, 2016. -4(14). – с.176-181.
Дешко И.П. Информационное конструирование: Монография. – М.: МАКСПресс, 2016. – 64с. ISBN 978 -5-317-05244-7
Кудж С.А. Принципы сетецентрического управления в информационной экономике // Государственный советник. – 2013. — №4. – с30-33.
Magrassi, P. (2 May 2002). «Why a Universal RFID Infrastructure Would Be a Good Thing». Gartner research report G00106518.
CasCard; Gemalto; Ericsson. «Smart Shopping: spark deals»(PDF). EU FP7 BUTLER Project.
Ersue, M.; Romascanu, D.; Schoenwaelder, J.; Sehgal, A. (4 July 2014). «Management of Networks with Constrained Devices: Use Cases». IETF Internet Draft.
Swan, Melanie (8 November 2012). «Sensor Mania! The Internet of Things, Wearable Computing, Objective Metrics, and the Quantified Self 2.0». Sensor and Actuator Networks. 1 (3): 217–253. doi:10.3390/jsan1030217.