Концепция вычислительной сети физических предметов что это

Интернет вещей – технология будущего, которая меняет реальность сегодня

Самый мощный двигатель прогресса – лень, благодаря ей появились скороварки, роботы-пылесосы и посудомоечные машины, которые давно взяли на себя бытовые хлопоты. Однако эти изобретения не автономны и не могут функционировать без участия человека, который должен контролировать работу техники, покупать и заменять расходные материалы. Но что если Homo sapiens станет ненужным звеном в доведенных до автоматизма процессах? В этом и заключаются перспективы развития интернета вещей.

Интернет вещей: что это?

Название является калькой с английского Internet of Things (сокращенно IoT) и обозначает концепцию вычислительной сети физических предметов (вещей), которые взаимодействуют c другими устройствами или с внешней средой с помощью встроенных технологий. Интернет вещей – это полностью автоматизированный цикл работы приборов и систем за счет их подключения к беспроводной сети.

Простыми словами: понятие интернета вещей предполагает взаимодействие по схеме «машина – машина» с минимальным участием человека.

Пример функционирования интернета вещей: рассмотрим, как работает «умная» кофеварка. Сегодня среднестатистический любитель бодрящего напитка включает устройство, засыпает зерна в специальный отсек, наливает воду в контейнер, выбирает нужный режим и получает чашку кофе. Но это не IoT, а только автоматизация процесса.

Чтобы добиться максимальной «самостоятельности», система должна ставить на контроль несколько действий:

• вести учет остатков кофе;
• планировать время покупки;
• формировать список:
• оптимизировать покупки (если сахар тоже на исходе, список обновляется);
• согласовывать план с пользователем;
• в случае одобрения отправить уведомление (перед походом в магазин);
• в случае изменения плана перенести покупку;
• обучаться (если хозяин убежден, что зерна копи лувак сочетаются только с тростниковым сахаром, и категорически не настроен идти в магазин в пятничный вечер, значит, программа запоминает эту информацию и использует ее в дальнейшем).

Как такое вообще возможно?

Концепция интернета вещей основана на так называемых мультиагентных технологиях , которые позволяют соотносить реальный мир с виртуальным. Для каждого участника физического мира (машины или человека) устанавливается программный агент – объект из виртуального мира с задатками ИИ , который отвечает за интересы реального участника в интернет-реальности.

Виртуальный мир копирует нашу жизнь, но философия намного проще: участники (далее – агенты) следуют заранее установленным правилам.

Агенты принимают данные из внешнего мира, обрабатывают их и планируют действия, которые передают в реальный мир. То есть в примере с кофеваркой агент кофейных зерен скооперируется с агентом сахара, их запросы попадут к агенту покупок, который сообщит человеку о необходимости пополнения запасов или даже закажет доставку – с оглядкой на время и обстоятельства.

Это сложно, но вполне возможно благодаря существованию онтологии – универсального машиночитаемого способа представления знаний. Человек может задать в онтологии логические правила и сформулировать важные концепции для агентов. Целесообразнее всего создать отдельную онтологию для каждой сферы применения и прописать правила взаимодействия между ними.

Факты из истории

История интернета вещей началась с Николы Теслы в 1926 г.: ученый уверял, что в будущем все предметы станут частью всеобщей системы, а приборы, с помощью которых удастся провернуть такой фокус, будут настолько малы, что поместятся в кармане. Однако нашим предшественникам было непросто представить глубину философского осмысления мира ученым и осознать, что истина где-то рядом.

Через 64 года Джон Ромки явил миру первую интернет-вещь, подключив свой тостер к Всемирной паутине , – это стало основой основ.

Появление термина «интернет вещей» связано с XX веком, но реализацию и развитие концепция получила только в наши дни.

Идею интернета вещей вывел Кевин Эштон в 1990 г. Ученый впервые сформулировал термин для внедрения радиочастотных меток, сигнал которых покрывал бы обширные территории. Тогда появился Центр автоматической идентификации по изучению радиочастотной идентификации – это стало началом развития системы.

В 2008 году произошел переход от интернета людей к интернету вещей: появилось более 6 млрд устройств с доступом к интернету.

Где используется интернет вещей?

• Быт. Телевизор, холодильник, принтер и вся система «умный дом» могут быть доведены до полной автоматизации. С подключением IoT человек избавится от навязчивых мыслей (не забыл ли он закрыть дверь или выключить плиту) – всю информацию можно будет увидеть в смартфоне и дистанционно запустить незавершенный алгоритм. А «умный» пылесос оповестит о найденной золотой сережке, которая закатилась за кресло.
• Безопасность. Внедрение IoT-технологии в охранную систему позволит сканировать и отправлять фото- и видеоданные, а искусственный интеллект будет способен запоминать и распознавать людей.

• Промышленность. Производство станет автоматизированным: системы мониторинга оповестят о возможных проблемах и сбоях в работе оборудования, а клиент сможет выполнить заказ удаленно.
• Медицина. Интернет вещей нужен для того, чтобы персонализировать устройства, помогающие изучать и контролировать жизненные показатели человека, а при необходимости вызвать врача.
• Транспорт. В мире интернета вещей не будет пробок – сеть датчиков и сенсоров распознает загруженность и оптимизирует работу транспортных каналов.
• Ритейл. Обычные магазины снова станут конкурировать с онлайн-бутиками – будут налажены автоматическая передача и анализ информации о клиенте через POS-терминал.

Интернет вещей сегодня

На сегодняшний день к интернету вещей подсоединено меньше одного процента устройств во всем мире, но со временем количество гаджетов будет становиться все более значительным.

Определение IoT давно на слуху у жителей РФ, и российский интернет вещей не отстает от других стран, ученые разрабатывают собственные проекты.

• Пластырь-градусник. В 2016 г. компания «Изитерм» представила новую разработку: «умный» термопластырь, который через настраиваемые промежутки времени определяет температуру тела. Гаджет отправляет данные через приложение в смартфоне и передает их врачу.

• Лаборатория IoT от МТС. В январе 2017 г. в столице открылась лаборатория «интернета вещей». В залах выставлены инновационные решения по внедрению IoT в различные сферы, технологию разрешается тестировать на планшете или смартфоне.

Источник

Из чего состоит IoT

Если обратиться к википедии в поисках определения для термина “интернет вещей”, можно увидеть следущее:

Интернет вещей (англ. Internet of Things, IoT) — концепция вычислительной сети физических предметов («вещей»), оснащённых встроенными технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой, рассматривающая организацию таких сетей как явление, способное перестроить экономические и общественные процессы, исключающее из части действий и операций необходимость участия человека.

В данной статье мне хотелось бы рассмотреть то, посредством каких именно “вещей” может быть реализована в нашем мире эта идея и то, какими способами они могут взаимодействовать друг с другом или со внешней средой.

Базовые элементы делятся на несколько типов: сенсоры, актуаторы и гейты.

Сенсоры

Пожалуй нет смысла объяснять смысл и назначение этого типа элементов. Оно ничем не отличается от стандартных: разнообразные термометры, микрофоны, камеры и десятки прочих, менее распространённых устройств. Некоторые из них можно увидеть на изображении Sensors Starter Kit для Arduino:

Актуаторы

Данный тип элементов предназначается для того, чтобы воздействовать на окружающую среду, или на определённый объект в ней. Эту роль могут выполнять самые разнообразные устройства: от сервоприводов и динамиков до замков (конечно, электронных) с осветительными приборами.

Гейты

Это устройства, на которые обычно возлагают логику поверхностного анализа информации, поступающей от подключенных к ним сенсоров. В определённых ситуациях, анализ данных может требовать малого количества вычислительных ресурсов, так что гейты вполне способны принимать некоторые решения самостоятельно. Принимая такие решения, они отправляют определённые команды управления на актуаторы, которые, в свою очередь, выполняют уже свои функции.
Если же обработка иформации требует больших затрат, или эта информация подлежит сбору, гейты отправляют её на сервера, где с ней и производится дальнейшая работа. Вполне себе вероятно использование в роли гейтов микрокомпьютеров (вверху) или микропроцессоров (внизу):

Для того, чтобы построить мониторинговую систему, достаточно будет использования лишь сенсоров и некоторого сервера, который будет выступать в роли гейта. Например, благодаря сенсору движения и условной “малине”, можно без особых усилий организовать учёт количества людей, проходящих через какую-нибудь проходную.

Добавив в ранее сконструированную модель актуатор в лице динамика, можно добиться того, чтобы проход каждого n-ного проходящего был подзвучен величественными фанфарами.

Так, усложнять конструкцию подобной ячейки можно довольно долго. Однако в определённый момент неизбежно появится необходимость в долгосрочном хранении собранной статистики, её анализе, визуализации и прочем. Здесь понадобятся уже полноценные сервера, которым можно будет делегировать данные обязанности. Такие сервера в совокупности образуют облака, к которым и подключаются гейты.

Транспорт

Теперь, когда уже более или менее ясно, какие устройства используются для создания инфраструктуры, можно посмотреть на то, какими средствами эти устройства друг с другом взаимодействуют. Как видно на первом изображении, есть 2 условные группы — облако и периферия.

Ячейки, состоящие из вышеперечисленных типов устройств, как можно заметить, находятся в периферии и для коммуникации используют специальные протоколы взаимодействия. Более всего распространены LoRa и ZigBee. Обе эти сети являются очень медленными в сравнении, например, с 4G или даже с 3G, однако имеют и свои преимущества.

Одним из главных является их энергоэффективность. Дело в том, что идея интернета вещей заключается в создании среды устройств, коммуницирующих между собой без участия человека. Стоит заметить, что в некоторых случаях полностью избежать вмешательства человека избежать не удастся. Например, в системе подсчёта количества прошедших человек есть сенсор движения. Ему, как и любому другому электрическому устройству, необходимо питание. Проводить провода с питанием к каждому такому сенсору (если их больше 5 и они сильно разбросаны в пространстве) кажется не лучшей идеей. Соответственно, работать они будут от батареек или аккумуляторов. Если потребление заряда будет чрезмерным, элементы питания им нужно будет менять довольно часто. А это приведёт к тому, от чего стремится уйти интернет вещей — нужно же будет кому-то заменять эти батарейки. А вот если сенсоры будут энергоэффективны, то достаточно будет просто вставить батарейку и забыть об этом на год, два, пять и т. д.

Ещё одним преимуществом этих сетей является высокая помехоустойчивость. Каждый бит информации в этих сетях отправляется отдельным радиосигналом, поэтому его довольно просто выделить на фоне эфирного шума.

Небольшое сравнение LoRa и ZigBee

А вот между периферией и облаком, а так же и внутри облака, используются, обычно, знакомые и привычные всем wi-fi с ethernet, сотовые и спутниковые сети и т. д.

Сравнение разных видов сетей на основе скорости и дальности

Заключение

Теперь, рассмотрев устройство сетей интернета вещей, можно точно сказать, что в плане аппаратной части нет ничего загадочного и сложного. Сделать простенькую IoT-сеть может любой желающий, способный купить довольно дешёвые на сегодняшний день компоненты и написать код из пары строк. Однако для того, чтобы разработать и притворить в жизнь серьёзные проекты как, например, реализацию концепции умного дома или даже умного города, нужно приложить огромное количество усилий. Ведь для того, чтобы все эти устройства работали между собой нужна платформа, способная контролировать все протекающие процессы.

Так же не стоит забывать, что в облаках интернета вещей могут использоваться и другие технологии, помогающие раскрыть его потенциал в большей степени. Такими могут выступать и BigData, и BlockChain, и нейросети с машинным обучением. А ведь каждая из последних перечисленных технологий являет собой отдельную обширную область компьютерных (и не очень) наук.

Источник