Тренд интернета вещей сейчас набирает всё большую популярность. Чаще всего понятие интернета вещей неразрывно связано с чем-то умным: умные дома, умный транспорт, умные предприятия… Но когда смотришь на эту интеллектуальность внимательнее, то часто разочаровываешься: удаленное управление лампочкой в доме - это в лучшем случае автоматизация, но никак не умный дом. Кажется, что и интернет получается не таким уж и умным… А что же такое умный интернет вещей?

Вообще, историю интернета можно разделить на 4-5 этапов, сейчас мы находимся в эпоху Интернета вещей (Internet of things, IoT). Кратко его можно описать так: увеличение количества устройств, взаимодействующих не только с пользователями, но и друг с другом. Т.е. каждая кофеварка имеет доступ в сеть - но вот для чего ей этот доступ нужен, только предстоит решить.

Появление интернета вещей - это довольно ожидаемый шаг, ведь лень - двигатель прогресса. Зачем подходить к телевизору для переключения каналов, если можно придумать дистанционный пульт управления, зачем нажимать кнопочку на кофеварке, если можно сделать это в смартфоне или настроить правило, чтобы кофе наливался сам… Удобно ли это? Что произойдет, если человека нет дома или свет в настроенное время ему не нужен?

Дом получился не «умным», ведь такой подход слабо меняет ситуацию: человек по-прежнему должен все контролировать, он – центр управления всего. Получается, это “всего лишь” автоматизация. При этом я прекрасно оцениваю мощь прогресса, которая к ней привела. Просто хочется чего-то большего, нужен “умный” интернет.

Что в моем понимании означает умный интернет вещей? Это интернет вещей, который позволит изменить парадигму достижения результата: хочется задавать цели, а не способы их достижения.

• Умный интернет вещей – постоянная поддержка человека предметами, которые его окружают.
• Умный интернет вещей – это прозрачность процессов, это ориентация на результат.
• Умный интернет вещей – это говорить не как надо делать, а что должно получиться.

Как этого достичь технически?

Во-первых, мультиагентные технологии - они уже везде и всюду, и интернет вещей без них невозможен. Каждому участнику из реального мира (т.е. каждому человеку и каждому устройству) ставится в соответствие программный агент - объект с некоторой степенью интеллектуальности, представляющий его интересы в мире виртуальном. Виртуальный мир можно назвать в некоторой степени улучшенной копией нашей жизни: там есть те же участники, которые чаще всего следуют заранее установленным и известным правилам, предоставляя достоверные ответы на заданные вопросы, честные и открытые - альтруисты, в общем. При этом взаимосвязь реального и виртуального миров двунаправленная: решения из виртуального мира отдаются в реальность для исполнения, а все события реального мира (очень часто непредвиденные) отражаются на мире виртуальном.

Как живут и работают агенты

Жизненный цикл агентов довольно прост. Сначала они воспринимают информацию из внешнего мира. Потом ее нужно обработать, т.е. запланировать некие действия. Ну а действия уже нужно выполнить – отдав соответствующие команды в реальный мир.

Получается, что в нашем “умном” доме агент человека постоянно общается с агентами кофеварки, лампочек и прочих холодильников - отдавая им команды и обмениваясь информацией. Что-то похожее мы видим в оффлайне: допустим, человек хочет запустить стирку. Он загружает вещи в стиральную машинку, хочет засыпать порошок и понимает, что его не хватит для стирки. После чего идет в магазин, покупает порошок и вновь пытается запустить стирку. Хорошо еще, если кондиционер для белья у него есть и в магазин больше идти не надо.

Смоделируем эту ситуацию с точки зрения агентов, при этом помним, что каждый агент у нас знает всю информацию о своей физической сущности.

Тогда агент стирального порошка попросит закупиться им еще до того, как запасы будут исчерпаны. Как он попросит? Скорее всего, он попадет в очередь к агенту покупок и куплен будет именно тогда, когда у человека будет физическая возможность его принести - или даже будет заказана доставка, без участия человека. Удобно ли это? Да. Сложно ли это? Тоже да. Возможно ли это? И снова да.

Все это кажется чересчур уж далеким будущем. Но вспомним о такой чудесной вещи, как онтологии. Это относительно универсальный и машиночитаемый способ представления знаний, причем знания там могут быть описаны самые разные. В онтологии мы можем описать важные для нас концепции, описать логические правила - а наши интеллектуальные агенты использовать эти знания для достижения и взаимодействия целей.

Можно ли разработать одну универсальную онтологию, которая будет содержать все нужные для умного интернета вещей знания? Наверное, да. Но каким должен быть объем этой онтологии, страшно даже представить. Гораздо более простым кажется возможность поддержки онтологий предметных областей - и, при необходимости, матчинга между ними.

Получается, что пользователь может создать онтологию дома, онтологию рабочего пространства - и данные, описанные в них, должны иметь соответствие. При таком подходе получается, что у нас может быть и “умный” офис, и “умный” дом.

Онтология для логики работы

Наиболее частый способ применения онтологий – это лишь способ хранения знаний, которые жестко структурированы. При этом знания эти, как правило, говорят лишь о некой сущности физического мира. А почему бы не пойти дальше и не хранить в онтологиях и правила взаимодействия, логику работы умного интернета вещей? На практике это может выглядеть так: при создании агент смотрит на сущность, к которой он относится. Для корректного понимания свойств этой сущности агент должен обратиться к онтологии – оттуда он почерпнет информацию, что может делать эта сущность, какие у нее потребности. А знает ли он, как достичь эти потребности, как применить ее способности? Эта информация тоже лежит в онтологии! Рассмотрим пример – покупку кондиционера. При подключении кондиционера в общую сеть у него появляется программный агент. Агент этот может знать о своем предназначении. Тогда ему достаточно лишь заявить о себе: «Я агент кондиционера! Я могу охлаждать! Я хочу тратить энергию! Я могу ломаться! Я хочу профилактику раз в год!»

Эти сообщения должны получить все заинтересованные участники – например, агент дома, который отвечает за потребление электричества. Дальше эти два агента должны будут договариваться о потреблении энергии в доме – интернет вещей должен быть экономным. При этом агент кондиционера может повлиять на другие процессы, потребляющие энергию – в случаях, когда поддержание высокой температуры дома имеет высокий приоритет.

Агент кондиционера и сам может нуждаться в информации. Например, неплохо было бы учитывать текущую температуру за окном и прогноз на день-два: тогда можно не охлаждать дом в жару перед сильным похолоданием. Как можно получить необходимые данные? Надо узнать из онтологии, кто может их предоставить.

Умный интернет вещей – это только умный дом?

Все примеры выше – про интернет вещей в быту, про умные дома. Но это не единственная область применения столь мощных технологий. Предприятия уже сейчас проявляют большую заинтересованность к интернету вещей. Так, Airbus в своем отчете о предприятиях будущего видит IoT одной из важных технологий.

Попробуем определить, как интернет вещей может применяться на современных предприятиях. На таких предприятиях, как правило, есть множество разных станков, множество разных заказов на производство продукции, множество разных технологических процессов. Вообще, там много всего разного. И, конечно, в интеллектуальных системах интернета вещей этих предприятий будет множество разных агентов. Все эти агенты обязаны входить в единое информационное пространство – тогда применение интернета вещей позволит показать более высокую эффективность. Рассмотрим пример – агент заказа на производство продукции хочет, чтобы его выполнили. Для этого ему надо найти свободных рабочих – и поиск надо начинать именно со своего цеха! А если в цеху свободных рабочих нет, у всех высокая занятость, то логично будет попробовать найти этих людей где-то еще. Чтобы найти свободную рабочую силу с определенными компетенциями, надо понять, а где вообще ее искать. Для этого достаточно «всего лишь» обратиться к онтологии, которая подскажет, в каком цехе обитают рабочие с нужными возможностями. А после ответа уже начинать общение с этими цехами и пытаться найти работников для выполнения заказа.

Другой пример – это агент станка, который сам стать проактивным и искать себе работу. Этому агенту надо понять, какие заказы он может выполнять – для этого ему нужна информация о заказах и технологических процессах их выполнения. Если такая информация у него уже есть, то агент станка может из онтологии определить, кто принимает решение о планировании этих заказов – и пытаться переманить их к себе. Как правило, решение может принимать либо сам заказ, либо менеджер этого заказа – человек.

Стоит отметить, что в описанном интеллектуальном интернете вещей человек является полноправным участником всех процессов – он постоянно видит актуальную информацию, может считать цену произведенной продукции по-настоящему честно. При этом конечное слово в принятии решений может оставаться за ним – но ему будет предоставлена качественная поддержка для этого принятия, а решение будет полностью прозрачным и гибким.

Сетецентрический принцип

Разумеется, все наши сферы жизни (в которых, я уверен, будет интернет вещей), будут тесно пересекаться. Крайне важно, чтобы пересечение таких сфер было жизнеспособным и полезным пользователю. Ведь если в этих наших интернетах каждая область будет использовать свои собственные стандарты взаимодействия, то ни к чему хорошему это не приведет.

В 80-х годах прошлого века маршал Советского Союза Н.В. Огарков сформулировал сетецентрический подход относительно ведения боевых действия (а в США эти идеи получили развитие благодаря вице-адмиралу ВМС Артуру Себровски и профессору Джону Гартска). Согласно этому подходу все ресурсы, которые способны выполнить задачу, должны входить в одну информационную сеть и уметь обмениваться информацией для выполнения этой задачи. Ничего не напоминает? Интернет вещей - это крайне логичное применение сетецентрического подхода, ведь он использует современные информационные технологии для интеграции распределенных элементов в глобальную систему, способную к адаптации под изменяющиеся условия внешнего мира.

Краткие выводы

Интернету вещей - быть, в этом уже никто не сомневается. Быть ли умному интернету вещей - это большой вопрос, но хотелось бы, чтобы он был. Повлиять на эту ситуацию могут компании, участвующие в разработке ПО и железа для интернета вещей. Каким я вижу это влияние? Хочется, чтобы были единые и внятные стандарты, которые будут применимы везде и всюду. Хочется, чтобы было единое и внятное понимание, каким должен быть интернет вещей. Хочется, чтобы этот умный интернет вещей появился как можно скорее.

Сейчас многие говорят про интернет вещей, но не все понимают, что это такое.

Если верить «Википедии», это концепция вычислительной сети физических объектов («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.

Говоря простым языком, интернет вещей - это некая сеть, в которую объединены вещи. Причём под вещами я подразумеваю всё что угодно: автомобиль, утюг, мебель, тапочки. Всё это сможет «общаться» друг с другом без участия человека при помощи передаваемых данных.

Появление подобной системы было ожидаемо, ведь лень - двигатель прогресса. Не придётся утром идти к кофеварке, чтобы сделать кофе. Она уже знает, когда вы обычно просыпаетесь, и к этому времени сама сварит ароматный кофе. Классно? Пожалуй, но насколько это реально и когда появится?

Как это работает

picjumbo.com

Мы находимся в начале пути, и об интернете вещей пока говорить рано. Возьмём для примера кофеварку, о которой я писал выше. Сейчас человеку приходится самостоятельно вводить время своего пробуждения, чтобы она сварила ему утром кофе. Но что произойдёт, если в это время человека не будет дома или он захочет чай? Да всё то же самое, так как он не поменял программу и бездушная железка снова сварила свой кофе. Такой сценарий интересен, но это скорее автоматизация процесса, чем интернет вещей.

У руля всегда стоит человек, он центр. Умных гаджетов с каждым годом становится всё больше, но они не работают без команды человека. Эту несчастную кофеварку придётся постоянно контролировать, менять программу, что неудобно.

Как это должно работать

picjumbo.com

Интернет вещей подразумевает, что человек определяет цель, а не задаёт программу по достижению этой цели. Ещё лучше, если система сама анализирует данные и предугадывает желания человека.

Едете вы с работы домой, уставший и голодный. В это время автомобиль уже сообщил дому, что через полчаса привезёт вас: мол, готовьтесь. Включается свет, термостат настраивает комфортную температуру, в духовке готовится ужин. Зашли в дом - включился телевизор с записью игры любимой команды, ужин готов, добро пожаловать домой.

Вот в чём главные особенности интернета вещей:

• Это постоянное сопровождение повседневных действий человека.
• Всё происходит прозрачно, ненавязчиво, с ориентацией на результат.
• Человек указывает, что должно получиться, а не как это сделать.

Скажете, фантастика? Нет, это ближайшее будущее, но, чтобы добиться таких результатов, необходимо ещё многое сделать.

Как этого добиться

picjumbo.com

1. Единый центр

Логично, что в центре всех этих вещей должен стоять не человек, а какой-то девайс, который и будет передавать программу по достижению цели. Он будет контролировать другие устройства и выполнение задач, а также собирать данные. Такой девайс должен стоять в каждом доме, офисе и других местах. Их объединит единая сеть, через которую они будут обмениваться данными и помогать человеку в любом месте.

Зачатки такого центра мы уже видим сейчас. Amazon Echo, Google Home, да и вроде тоже работает над чем-то подобным. Такие системы уже сейчас могут выполнять роль центра умного дома, хотя их возможности пока ограничены.

2. Единые стандарты

Это станет, пожалуй, главным препятствием на пути к глобальному интернету вещей. Для масштабной работы системы необходим единый язык. Над своей экосистемой сейчас работают Apple, Google, Microsoft. Но все они двигаются по отдельности, в разные стороны, а значит, в лучшем случае мы получим локальные системы, которые сложно объединить даже на уровне города.

Возможно, какая-то из систем станет стандартом, либо каждая сеть так и останется локальной и не перерастёт в нечто глобальное.

3. Безопасность

Естественно, разрабатывая такую систему, необходимо позаботиться о защите данных. Если сеть взломает хакер, он будет знать о вас абсолютно всё . Умные вещи сдадут вас злоумышленникам с потрохами, так что над шифрованием данных стоит серьёзно поработать. Конечно, над этим работают уже сейчас, но периодически всплывающие скандалы говорят о том, что до идеальной безопасности ещё далеко.

Что нас ждёт в ближайшем будущем

Mitch Nielsen/unsplash.com

В ближайшем будущем нас ждут умные дома, которые будут сами открывать двери для владельцев при приближении, поддерживать комфортный микроклимат, самостоятельно пополнять холодильник и заказывать необходимые лекарства, если человек заболел. Причём перед этим дом получит показатели с умного браслета и отправит их врачу. По дорогам будут ездить беспилотные автомобили, а на самих дорогах больше не останется пробок. Интернет вещей позволит разработать более продвинутую систему контроля трафика, которая сможет предотвращать появление пробок и заторов на дорогах.

Уже сейчас многие гаджеты работают в связке с различными системами, однако в ближайшие 5–10 лет нас ждёт настоящий бум развития интернета вещей. Вот только в будущем возможен расклад как в мультике «ВАЛЛ-И», где человечество превратилось в беспомощных толстяков, обслуживаемых роботами. Так себе перспектива. А что думаете вы?

«Интернет вещей» является частью концепции, что Интернет стал уже не просто глобальной сетью для людей, позволяющей общаться друг с другом посредством компьютеров, но также Интернет теперь является платформой для устройств, позволяющей им общаться в электронном виде с окружающим миром.
В результате это мир, который живет в виде информации и потоков данных от одного устройства к другому, является общим и может повторно использовать каналы для различных целей.
Использование потенциала «Интернета вещей» для экономического и социального блага в ближайшие десятилетия будет одной из основных задач, включая проблемы и возможности, вытекающие из этого явления.

Комбинирование технологий, в том числе дешевых датчиков, маломощных процессоров, постоянного масштабирования облачных сервисов, а также повсеместное внедрение беспроводного подключения позволили начать эту революцию.

Все чаще компании используют эти технологии для внедрения аналитики деятельности и поиска новых возможностей своих продуктов, что позволяет предметам быта становиться умнее, учиться на своем опыте и качественнее взаимодействовать с окружающей их средой.

Некоторые из этих устройств осуществляют коммуникации вида машина-машина. Например, датчики на проезжей части оповещают автомобили о потенциальных опасностях, смарт-сетки посылают динамические данные о ценах на электроэнергию бытовой технике с целью оптимизации энергопотребления.

Другие устройства используют коммуникацию вида машина-человек, что осуществляется непосредственно через сам продукт или косвенно через веб-браузер на ПК или мобильном устройстве. Например, системы управленческого саппорта (содействие принятию правильных управленческих решений) на фермах могут объединить данные о почвенных условиях из экологических датчиков с историческими данными и прогнозами о ценах и погодных условиях, что позволяет выработать рекомендаций для фермеров о том, как сажать и удобрять конкретные земельные участки.
Эти трансформации несмотря на свою значимость будут во многом незаметными для обывателя, потому что изменения в физической среде будут невидимым или очень неприметными. «Умный» дом или «умный» мост выглядят так же как и обычный – весь интеллект встроен в инфраструктуру. Потребительские товары, со встроенным интеллектом (например, сушилки для одежды или термостаты) внешне не будут значительно отличаться от тех, что есть сегодня.

Тем не менее, несмотря на отсутствие серьезных внешних изменений, влияние «Интернета вещей» будет весьма глубоким и создаст новые возможности для решения многих насущных социальных проблем сегодняшнего дня.

Возможности IoT представляются новыми продуктами и услугами, которые помогут защитить окружающую среду, сохранить энергию, повысить производительность сельского хозяйства, сделать перевозки быстрее и безопаснее, повысить уровень общественной безопасности, а также сделать медицинское обслуживание лучше и доступнее. Кроме того, некоторые предметы путем предоставления своевременной информации смогут просто помогать своим занятым владельцам в быту: например, «умный» холодильник может напомнить своему владельцу, что пора купить молоко, когда оно почти закончилось.
Большие изменения состоят из множества мелких и влекут за собой новые, также и «Интернет вещей» может принести миллионы дополнительных изменений в ближайшие годы. Эта статья демонстрирует разнообразие устройств, входящих в состав «Интернета вещей» уже сегодня. В потенциале эти устройства могут быть применимы для решения различных практических задач, больших и маленьких, а также в открытых новыми технологиями стратегических принципах, которые помогут правительственным лидерам максимизировать выгоду.

Окружающая среда

С постоянно растущей численностью людей на планете (сейчас уже более 7 миллиардов) рациональное использование природных ресурсов Земли становится все более сложной задачей, но это тот вопрос, который должен быть решен для достижения устойчивого экономического развития в первую очередь.

Защита окружающей среды требует многогранного решения, но «Интернет вещей» уже сейчас предлагает уникальные возможности для решения таких вопросов, загрязнение воды и воздуха, свалки отходов и вырубка лесов.

Сенсорные устройства, соединенные в общую сеть, теперь внимательно следят за воздействием на окружающую среду наших городов, собирая сведения о канализации, качестве воздуха и мусорных отходах. За пределами города такие же сети сенсорных устройств ведут постоянный мониторинг наших лесов, рек, озер и океанов.

Многие экологические тенденции настолько сложны, что их трудно осмыслить, но сбор данных является первым шагом на пути к пониманию и в конечном итоге к выработке решений по снижению отрицательного воздействия деятельности человека на окружающую среду.

Атмосфера

Air Quality Egg («яйцо проверки качества воздуха») представляет собой устройство, которое использует датчики для сбора и обмена данными о качестве воздуха за пределами дома или офиса человека. В то время как государственные учреждения, такие как Агентство по охране окружающей среды США, мониторят качество воздуха и уровень загрязненности в центрах мегаполисов, «яйцо» собирает данные о непосредственного окружения своего пользователя в режиме реального времени. Базовая станция передает данные о качестве воздуха через Интернет, где на специальном веб-сайте собирается и отражается информация, собранная всеми «яйцами», которые используются. В режиме реального времени данные могут быть использованы для оценки влияния городской политики и изменения уровня загрязнения, а также для разработки и принятия новых программ и решений в этой сфере. Также данный сервис позволяет жителям города больше узнать о своем месте жительства и своем личном и непосредственном влиянии на свой дом. Устройство «Air Quality Egg» можно найти по всей Северной Америке, в Западной Европе и Восточной Азии и в будущем может сыграть свою роль в развивающихся странах с наиболее быстрым ростом городского населения и высокими темпами загрязнения.

Мусорные контейнеры (урны)

Устройство BigBelly является работающей на солнечных батареях урной, которая уплотняет мусор и предупреждает санитарные экипажи (дворников и уборщиков), когда она полна. Общая сеть анализирует собранные данные, полученные от каждой урны BigBelly, что позволяет планировать деятельность по сбору и оперативно вносить коррективы, такие как частота вывоза мусора и размер самой урны. Системы BigBelly располагаются повсюду: в городах, крупных деловых центрах, в университетских городках, в парках и на пляжах.
Бостонский университет сократил частоту вывоза мусора с 14 до 1,6 раза в неделю. В университете не только сэкономили время, но и энергию, так как теперь используется меньшее количество мешков для мусора и производится меньше углекислого газа во время вывозов мусора.

Учитывая, что объемы бытовых отходов согласно прогнозам возрастут с 1,3 тонны, производимых сейчас, до 2,2 млрд. тонн к 2025 году, то дополнительные инструменты будут крайне необходимы, чтобы справляться с большими объемами мусора.

Леса

Invisible Tracck (невидимый Трак) представляет собой небольшое устройство, которое незаметно размещается на деревьях в охраняемых лесных районах, чтобы помочь в борьбе с незаконной вырубкой лесов. Устройства, которые меньше, чем колода карт, уведомляют власти, когда незаконно заготовленные деревья проходят в зоне действия мобильной связи. Сотрудники правоохранительных органов затем могут найти производственные площадки и остановить эту деятельность в более полном масштабе, нежели просто оштрафовав за незаконную вырубку.

Сети невидимых Траков в настоящее время развернуты в амазонских лесах в Бразилии, которые теряли в среднем по 3 460 000 гектаров девственных лесов каждый год в период с 2000 по 2005 года. Многие незаконные действия по вырубке лесов прошли незамеченными, так как частоты спутникового диапазона и радиочастоты часто слишком слабые в отдаленных районах. Невидимый Трак теперь гарантирует, что даже в наиболее уязвимых и отдаленных районах Бразилии можно охранять и защищать леса.

Водные пути

Интегрированная система морских наблюдений в Австралии представляет собой сеть датчиков вдоль Большого Барьерного рифа, позволяющую собирать данные для исследователей, изучающих влияние океанических условий на морские экосистемы и изменения климата. Буйки, оснащенные датчиками, собирают биологические, физические и химические данные. Данные передаются на базовую станцию на берегу за счет использования различных беспроводных технологий, в том числе микроволн, телевидения и мобильных сетей 3G, в зависимости от расстояния до берега. Система была развернута в 2010 года в семи различных местах вдоль Большого Барьерного рифа и собрала данные для исследования движения рыб, биоразнообразия и повреждений коралловых рифов.

На просьбу назвать предметы первой необходимости многие бы ответили: еда, крыша над головой, одежда… С одной оговоркой: так было в прошлом веке.

С тех пор у вида Хомо Сапиенс накопились потребности. Нам нужно, чтобы освещение контролировали автоматические датчики, а не просто выключатели, чтобы умные системы следили за состоянием здоровья и автомобильным движением. Список можно продолжить… В общем, мы умеем делать жизнь проще и лучше.

Попробуем выяснить, как весь это интернет вещей работает, прежде чем переходить к тестированию.

Интернет вещей (или IoT) - это сеть, которая соединяет в себе множество объектов: транспортные средства, домашняя автоматика, медоборудование, микрочипы и т.д. Все эти составные элементы накапливают и передают данные. Посредством такой технологии пользователь управляет устройствами удаленно.

Примеры IoT-устройств

#1) Носимые технологии:

Фитнес-браслеты Fitbit и умные часы Apple Watch легко синхронизируются с другими мобильными устройствами.

Так проще собирать сведения о здоровье: частота пульса, активность организма во время сна и пр.

#2) Инфраструктура и разработка

Приложение CitySense в онлайн режиме анализирует данные об освещении, и автоматически включает или выключает фонари. Существуют приложения, которые управляют светофорами или сообщают о доступности парковок.

#3) Здоровье

Некоторые системы, которые отслеживают состояние здоровья, используются в больницах. В основе их работы ориентировочные данные. Эти сервисы контролируют дозировку лекарств в различное время дня. Например, приложение UroSense отслеживает уровень жидкости в организме и, если нужно, повысит этот уровень. А врачи узнают сведения о пациентах по беспроводной связи.

Технологии, которые присутствуют в IoT

• RFID (радиочастотная идентификация), EPC (электронный код продукта)
• NFC («коммуникация ближнего поля») обеспечивает двусторонние взаимодействия между устройствами. Эта технология присутствует в смартфонах и служит для бесконтактных транзакций.
• Bluetooth. Широко применяется в ситуациях, когда достаточно связи ближнего радиуса действия. Чаще всего присутствует в носимых устройствах.
• Z-Wave. Низкочастотные RF-технологии. Чаще применяются для домашней автоматики, управления освещением и пр.
• WiFi. Самая популярная сеть для IoT (передача файлов, данных и сообщений).

Тестирование IoT

Рассмотрим пример : медицинская система, которая следит за состоянием здоровья, частотой сердцебиений, содержанием жидкости и отправляет отчеты медработникам. Данные отображаются в системе; доступны архивы. А врачи уже решают, принимать ли пациенту медикаменты, удаленно.

Существует несколько подходов для тестирования архитектуры IoT.

#1) Юзабилити:

• Необходимо обеспечить каждого из устройств.
• Медицинское устройство, которое отслеживает состояние здоровья, должно быть портативным.
• Необходимо достаточно продуманное оборудование, которое бы отправляло не только уведомления, но и сообщения об ошибках, предупреждения и пр.
• В системе должна присутствовать опция, которая фиксирует события, чтобы конечному пользователю было понятнее. Если такая возможность не предусмотрена, сведения о событиях сохраняются в базе данных.
• Тщательно проверяется возможность обработки данных и обмена задачами между устройствами.

#2) Безопасность IoT:

• Данные лежат в основе работы всех подключенных устройств. Потому не исключен несанкционированный доступ во время передачи данных. С точки зрения необходимо проверять, насколько защищены/зашифрованы данные.
• Если есть UI, нужно проверить, защищен ли он паролем.

#3) Сетевые возможности:

• Крайне важна возможность подключения к сети и функциональность IoT. Ведь речь идет о системе, которая используется в целях здравоохранения.
• Проверяются два главных аспекта:
• Наличие сети , возможности передачи данных (передаются ли задания с одного устройства на другое без каких-либо заминок).
• Сценарий, когда подключение отсутствует . Независимо от уровня надежности системы, существует вероятность, что статус системы будет «офлайн». Если сеть недоступна, сотрудникам больницы или другой организации необходимо об этом знать (уведомления). Таким образом, они смогут следить за состоянием пациента сами, а не ждать, когда система заработает. С другой стороны, в таких системах обычно присутствует механизм, который сохраняет данные, если система в офлайне. То есть потеря данных исключается.

#4) Эффективность:

• Необходимо учитывать, насколько решение для сферы здравоохранения применимо в конкретных условиях.
• В тестировании участвуют от 2 до 10 пациентов, данные передаются на 10-20 устройств.
• Если вся больница подключается к сети, это уже 180-200 пациентов. То есть фактических данных будет больше, чем тестовых.
• Ко всему прочему, необходимо протестовать утилиту для мониторинга системы: текущая нагрузка, потребление электроэнергии, температура и пр.

#5) Тестирование совместимости:

• Этот пункт всегда присутствует в плане по тестированию IoT-системы.
• Совместимость разных версий операционных систем, типов браузеров и их соответствующих версий, устройств разного поколения, режимов связи [например, Bluetooth 2.0, 3.0] крайне важна для IoT.

#6) Пилотное тестирование:

• Пилотное тестирование - обязательный пункт тест-плана.
• Только тесты в лаборатории позволят сделать вывод о том, что система функциональна.
• При пилотном тестировании число пользователей ограничено. Они совершают манипуляции с приложением и высказывают свое мнение.
• Эти комментарии оказываются весьма кстати, позволяют сделать надежное приложение.

#7) Проверка на соответствие:

• Система, которая отслеживает состояние здоровья, проходит множество проверок на соответствие.
• Бывает и так, что программный продукт проходит все этапы тестирования, но проваливает финальный тест на соответствие [тестирование проводит регулирующий орган].
• Целесообразнее проверить на предмет соответствия нормам и стандартам перед стартом цикла разработки.

#8) Тестирование обновлений:

• IoT - это комбинация множества протоколов, устройств, операционных систем, встроенного ПО, аппаратного обеспечения, сетевых уровней и т.д.
• Когда происходит обновление - будь то система или что-то еще из перечисленного выше - требуется тщательное регрессионное тестирование. В общую стратегию вносятся поправки, чтобы избежать сложностей, связанных с обновлением.

Сложности тестирования IoT

#1) Хард/софт

IoT - это архитектура, в которой тесно переплетаются компоненты ПО и аппаратной части. Важен не только софт, но и хард: сенсоры, шлюзы и пр.

Одного лишь будет недостаточно, чтобы сертифицировать систему. Все составные компоненты взаимозависимы. IoT намного сложнее, чем более простые системы [только софт или только хард].

#2) Модель взаимодействия устройств

Составные части сети должны взаимодействовать в режиме реального времени или близкого к реальному. Все это становится единым целым - отсюда дополнительные сложности, связанные с IoT (безопасность, обратная совместимость и обновления).

#3) Тестирование данных, поступающих в реальном времени

Получить эти данные крайне сложно. Дело усложняется тем, что система, как в описанном случае, может относиться к сфере здравоохранения.

#4) UI

Сеть IoT обычно состоит из разных устройств, которые управляются разными платформами . Тестирование возможно только на некоторых устройствах, поскольку тестировать на всех возможных устройствах практически невозможно.

#5) Доступность сети

Сетевое соединение играет важную роль в IoT. Скорость передачи данных увеличивается. IoT-архитектура должна тестироваться в различных условиях соединения, на разной скорости. Эмуляторы виртуальных сетей в большинстве случаев используются, чтобы разнообразить сетевую нагрузку, возможности соединения, стабильность и пр элементы . Но фактические данные - это всегда новые сценарии, и команда тестировщиков не знает, где в будущем возникнут сложности.

Инструменты тестирования IoT

Существует множество инструментов, которые применяются в тестировании IoT-систем.

Software Defined Radio : эмулирует приемник и передатчик для различных беспроводных шлюзов.

IoT - это развивающийся рынок и множество возможностей. В обозримом будущем интернет вещей станет одним из главных направлений работы для команд тестировщиков. Сетевые устройства, приложения умных гаджетов, коммуникационные модули - все это играет важную роль в изучении и оценке различных сервисов.

Итог

Подход к тестированию IoT может отличаться в зависимости от конкретной системы/архитектуры.

Тестировать IoT сложно, но вместе с тем это интересная работа, благо тестировщикам есть где размахнуться - ведь устройств, протоколов и операционных систем множество.

P.S. Стоит опробовать формат TAAS («тесты с точки зрения пользователя»), а не просто выполнять формальные требования.

Добрый день, уважаемые хабравчане! Сегодня мы бы хотели остановиться на описании различных сетевых технологий, разрабатывающихся для Интернета вещей.

Интернет вещей (IoT, Internet of Things) становится следующим революционным скачком развития, сравнимым с изобретением парового двигателя или индустриализацией электричества. Сегодня цифровая трансформация переворачивает самые различные отрасли экономики и изменяет наше привычное окружение. При этом, как часто бывает в таких случаях, конечный эффект этих преобразований трудно спрогнозировать, находясь в начале пути.

Начавшийся процесс, очевидно, не может быть равномерным и на сегодняшний день одни отрасли оказываются в большей степени готовы к изменениям, чем другие. К первым можно отнести потребительскую электронику, транспорт, логистику, финансовый сектор, ко вторым – например, сельское хозяйство. Хотя и здесь есть успешные пилотные проекты, обещающие интересные результаты.

Проект TracoVino, одна из первых попыток использовать IoT в знаменитой долине Мозеля, старейшем винодельческом регионе современной Германии. В основе решения лежит облачная платформа, автоматизирующая все процессы в винограднике, от выращивания сырья до бутилирования. Данные, необходимые для принятия решений, поступают в систему от нескольких типов датчиков. Помимо определения температуры, влажности почвы и мониторинга окружающей среды, они могут определять количество солнечной радиации, кислотность почвы и содержание в ней биогенных элементов. Что это дает? TracoVino не только позволяет виноделам получить общее представление о состоянии их виноградника, но и проанализировать его определенные области, чтобы выявить проблемы, получить заблаговременную информацию о возможном заражении и даже получить прогнозы о качестве и количестве вина, что позволяет виноделам заключать форвардные контракты.

Что еще можно подключить к сетям? К наиболее развитым сценариям использования IoT можно отнести «умные города». Согласно исследованиям Beecham Research, Pike Research, iSupply Telematics и министерства транспорта США на сегодняшний день в рамках реализации этих проектов по всему миру насчитывается более миллиарда устройств, отвечающих за те или иные функции в системах водоснабжения, управления городским транспортом, общественного здравоохранения и безопасности. Это умные парковки, оптимизирующие использование мест для стоянки, интеллектуальная система водоснабжения, следящая за качеством потребляемой жителями города воды, умные автобусные остановки, позволяющие получить точную информацию о времени ожидания нужного транспорта и многое другое.

В промышленности уже функционируют сотни миллионов устройств, готовых к подключению. Среди них системы умного технического обслуживания и ремонта, логистического учета и безопасности, а также умные насосы, компрессоры и клапаны. Большое количество устройств задействовано в сферах энергетики и ЖКХ: многочисленные счетчики, элементы автоматики распределительных сетей, потребительское оборудование, электрозарядная инфраструктура и инфраструктура для возобновляемых и распределяемых источников энергии. В области здравоохранения к интернету вещей подключаются и будут подключены средства диагностики, мобильные лаборатории, различные имплантаты, устройства для телемедицины.

Ожидается, что в ближайшие годы количество машинных подключений будет увеличиваться на 25% в год, а всего к 2021 году на планете будет 28 миллиардов подключенных устройств. Из них всего 13 миллиардов придется на привычные пользовательские гаджеты: смартфоны, планшеты, лэптопы и ПК – в то время как 15 миллиардов будут составлять пользовательские и промышленные устройства: разного рода датчики, терминалы для продаж, автомобили, табло, индикаторы и т.д.

Несмотря на, казалось бы, поражающие воображение цифры из ближайшего будущего, и они не являются окончательными. IoT будет внедряться повсеместно, и чем дальше, тем больше устройств, простых и сложных, придется подключить. По мере развития технологий, а особенно под влиянием запуска сетей 5G после 2020 года, рост числа подключенных устройств пойдет стремительными темпами и очень скоро приблизится к 50 млрд.

Массовый характер подключений и различные сценарии использования диктуют требования к сетевым технологиям IoT в самом широком диапазоне. Скорости передачи данных, задержки, надежность (гарантированность) передачи определяются особенностями конкретного применения. И тем не менее есть ряд общих целевых показателей, которые требуют от нас отдельно рассматривать сетевые технологии для IoT и их отличия от традиционных сетей мобильной связи.

В первую очередь, стоимость реализации сетевой технологии в конечном устройстве должна быть в разы меньше существующих сегодня модулей GSM/WCDMA/LTE, используемых при производстве смартфонов и модемов, даже в самом доступном классе. Одна из причин, сдерживающих массовое внедрение подключенных устройств – высокая стоимость чипсета, реализующего полный стек сетевых технологий, включая передачу голоса и многие другие функции, не являющиеся необходимыми в большинстве IoT сценариев.

Связанное с этим, но формулируемое отдельным, требование – низкое энергопотребление и продолжительное время автономной работы. Многие сценарии и области применения IoT предусматривают автономное питание подключенных устройств от встроенных элементов питания. Упрощение сетевых модулей и энергоэффективный дизайн позволяют добиться времени автономной работы до 10 лет при емкости элемента питания 5 Вт*ч. Таких показателей, в частности, удается достичь благодаря снижению объема передаваемых данных и использованию продолжительных периодов «молчания», в течение которых устройство не получает и не передает информацию и практически не потребляет электроэнергию. Впрочем, реализация конкретных механизмов отличается от технологии к технологии.

Покрытие сети, еще одна характеристика, нуждающаяся в пересмотре. Сегодня покрытие мобильной сети обеспечивает достаточно устойчивую передачу данных в населенных пунктах, в том числе внутри помещений. Однако подключенные устройства могут находиться и там, где людей большую часть времени нет: отдаленные районы, протяженные железнодорожные перегоны, поверхность обширных водоемов, подвалы, изолированные бетонные и металлические короба, лифтовые шахты, контейнеры и т.п. Целевым ориентиром решения этой задачи, по мнению большинства участников IoT рынка, является улучшение бюджета линии на 20 dB относительно традиционных сетей GSM, являющихся лидером по покрытию среди мобильных технологий сегодня.

Разные сценарии использования Интернета вещей в разных индустриях предполагают совершенно разные требования к связи. И речь не только о возможности быстрого масштабирования сети в плане числа требующих подключения устройств. Если в описанном нами примере «умного виноградника» были задействовано множество достаточно простых датчиков, то на промышленных предприятиях подключены будут весьма сложные роботы, выполняющие действия, а не просто фиксирующие определенные параметры окружающей среды. Можно вспомнить и про область здравоохранения, в частности про оборудование для телемедицины. Использование этих комплексов, предназначенных для проведения дистанционной диагностики, мониторинга сложных медицинских манипуляций и удаленного обучения с использованием видеосвязи в режиме реального времени несомненно будет предъявлять совершенно иные требования в плане задержек сигнала, передачи данных, надежности и безопасности.

Технологии IoT должны быть достаточно гибкими, чтобы обеспечивать различный набор сетевых характеристик в зависимости от сценария использования, приоритизацию десятков и сотен различных видов сетевого трафика и оптимальное перераспределение ресурсов сети для сохранения экономической эффективности. Миллионы подключенных устройств, десятки сценариев использования, гибкое управление и контроль – все это должно быть реализовано в рамках единой сети.

Решению поставленных задач посвящены многочисленные разработки последних лет в сфере беспроводной передачи данных, как связанные со стремлением адаптировать имеющиеся сетевые архитектуры и протоколы, так и с созданием новых системных решений с нуля. С одной стороны мы видим так называемые «капиллярные решения», довольно успешно решающие задачи IoT коммуникаций в рамках одного помещения или ограниченной территории. К таким решениям можно отнести популярные сегодня Wi-Fi, Bluetooth, Z-Wave, Zigbee и их многочисленные аналоги.

С другой – современные мобильные технологии, которые, очевидно, находятся вне конкуренции с точки зрения обеспечения покрытия и масштабируемости хорошо управляемой инфраструктуры. Согласно исследованию Ericsson Mobility Report, покрытие GSM составляет 90% населенной территории планеты, сети WCDMA и LTE 65% и 40% соответственно при активно продолжающемся строительстве сетей. Шаги, предпринятые в рамках развития стандартов мобильной связи, в частности спецификации 3GPP Release 13 направлены как раз на достижение целевых для IoT показателей при сохранении преимуществ использования глобальной экосистемы. Эволюция этих технологий станет основой будущих модификаций стандартов мобильной связи, в том числе стандартов сетей пятого поколения (5G).

Альтернативные технологии низкой мощности для нелицензируемого частотного спектра, в общем случае, направлены на более узкое применение. Необходимость создания новой инфраструктуры и закрытость технологий существенно сдерживают распространение подобных систем.

Рассмотрим, какие расширения стандартов мобильной связи определены для включения в последнюю на сегодняшний день редакцию рекомендаций 3GPP Release 13.

EC-GSM

Рабочая группа GERAN, развивающая технологии GSM, предложила пакет расширенных функций под названием EC-GSM (варианты того же названия: EC-GPRS, EC-GSM-IoT). Данная технология предусматривает сравнительно небольшие изменения относительно базового GSM/GPRS/EDGE, что позволяет использовать подавляющее большинство установленных базовых станций этого стандарта без замены или модернизации аппаратного обеспечения.

Приведем основные характеристики:

Фактически, используется стандартная несущая GSM/GPRS, с изменениями, позволяющими увеличить бюджет линии, увеличить количество устройств и снизить стоимость реализации технологии в конечном устройстве.

Основные привнесенные изменения:

1) Extended DRX (eDRX, Extended Discontinuous Reception) для GSM и Power Saving Mode (PSM ) – снижение периодичности обязательных сигнальных сообщений, оптимизация интервалов приема и получения информации, поддержка длительных, до 52 мин., периодов «молчания», в течение которых устройство остается подключенным к сети, не передавая и не получая информацию.

2) Extended coverage – адаптация канального уровня сети, использующая, в том числе, многократное повторение передаваемой информации для улучшения покрытия на 20 dB по сравнению с традиционными системами.

3) Другие улучшения : упрощение сетевой сигнализации (отказ от поддержки той части сигнализации, которая обеспечивает совместную работу с WCDMA/LTE сетями); расширение механизмов аутентификации и безопасности соединения и др.

Ключевое преимущество EC-GSM в готовности сетевой инфраструктуры (в большинстве случаев требуется только обновление программного обеспечения на узлах сети), а также в распространенности сетей стандарта GSM и их охвата.

eMTC

Вариант eMTC (встречаются также названия LTE-M, LTE Cat.M1) является адаптацией IoT для LTE сетей. Фокус по-прежнему на достижении целевых показателей массового IoT (стоимость, покрытие, срок автономной работы) при обеспечении максимальной совместимости с имеющейся у операторов сетевой инфраструктурой.
Важное отличие технологии eMTC – высокая пропускная способность, до 1 Мбит/с в каждом направлении (от абонента и к абоненту). Самое время вспомнить про разнообразие сценариев использования IoT, к которым мы обращались в начале статьи. В определенных случаях такие скорости передачи данных будут явно востребованы.

EMTC призван обеспечить снижение стоимости конечного IoT устройства за счет отказа от функциональности LTE, которая востребована и широко применяется в сетях мобильного широкополосного доступа (МШПД), но становится избыточной при массовом подключении IoT устройств. Это продолжение работы, начатой 3GPP в предыдущем релизе спецификаций (Release 12), определившей LTE Cat.0 для IoT. В eMTC также добавлены механизмы Extended DRX и PSM для LTE, которые решают задачу снижения энергопотребления аналогично тому, как это было показано выше для EC-GSM.

Как и в случае с EC-GSM, eMTC имеет высокую степень готовности сетевой инфраструктуры и может быть развернута на существующих сетях LTE путем обновления ПО. Более того, сети МШПД и IoT могут сосуществовать и динамически перераспределять используемые ресурсы (частотный спектр, вычислительную мощность базовой станции и др.) в зависимости от типа и количества подключенных устройств и создаваемого ими трафика.

NB-IoT

Narrowband IoT (узкополосный IoT) – это относительно новое направление развития сетевых IoT технологий и несмотря на то, что его использование предусматривает тесное взаимодействие и интеграцию c LTE, речь все же идет о создании нового типа радиодоступа, характеристики которого имеют больше отличий, чем сходства с имеющимися технологиями.

Ожидается, что существенная переработка протоколов канального уровня позволит снизить стоимость устройства NB-IoT по сравнению с LTE Cat.M1 на 90%. О поддержке технологии NB-IoT в своих продуктах уже заявили многие производители сетевого оборудования и абонентских модулей: Ericsson, Huawei, Nokia, Intel, Qualcomm, а также ведущие операторы связи, среди которых, например, Vodafone, Deutsche Telekom и China Unicom.

Таким образом, с принятием финальной версии спецификаций EC-GSM, eMTC и NB-IoT, которое запланировано на июнь текущего года, участники рынка получат в свое распоряжение три эффективных инструмента развития сетей IoT. Каждый из них имеет свои особенности и преимущества в зависимости от конкретного сценария использования и характеристик той мобильной сети, на базе которой они будут развертываться. Однако в любом случае преимущества глобальной экосистемы, наличие и готовность развернутой сетевой и IT инфраструктуры, использование защищённого (лицензируемого) частотного спектра будут работать на снижение стоимости внедрения и эксплуатации. А значит, в ближайшем будущем нас ожидает взрывной рост проектов с их использованием.

На этом закончим свой рассказ и благодарим хабравчан за внимание! В следующем посте мы сфокусируемся на технологических аспектах технологии NB-IoT.