Интернет вещей – фантастика или реальность?

8 часов утра. Будильник издает мягкий звук, одновременно посылая сигнал кофемашине, которая включает любимую песню из пятничного плейлиста и начинает готовить крепкий эспрессо. Жалюзи плавно идут вверх, пропуская в комнату солнечный свет.

Умный браслет на вашей руке анализирует данные о продолжительности ночного сна, замеряет пульс, давление, уровень сахара в крови и выводит рекомендации на сегодняшний день: пейте больше воды и воздержитесь от сладкого. Хорошо, тогда нужно исправить рецепт утренней каши – берете смартфон, открываете приложение, удаляете сахар из списка ингредиентов и посылаете сигнал мультиварке. Двойной писк из кухни говорит о том, что изменения приняты.

Идете в ванную. Датчики движения включают свет и воду. Чистите зубы и просматриваете последние новости, прогноз погоды и курсы валют, выведенные на цифровое табло, встроенное в зеркало над раковиной. Легкое нажатие на сенсор запускает синхронизацию датчика за зеркалом с домашним сервером, на котором хранится личная и рабочая информация. Листаете список дел на сегодня – деловая встреча в офисе, выезд к клиенту, вечером спортзал…

Кофе уже ждет вас. Мультиварка включается ровно в 08.15, и через 10 минут извещает о готовности молочной каши, ингредиенты для которой были заложены еще с вечера.

За завтраком знакомитесь с дорожной ситуацией – информация с устройств, установленных на светофорах по вашему рабочему маршруту, поступает в режиме реального времени прямо на экран смартфона.

В 08.40 на табло холодильника высвечивается перечень продуктов, которые подошли к концу: молоко, фрукты, зелень… Нажимаете кнопку, и SMS с этим списком отправляется на смартфон. Автоматически на гаджете устанавливается напоминание «Заехать в супермаркет», которое сработает ровно в 18.30, в конце рабочего дня.

В 08.55 специальное мобильное приложение издает сигнал – машина заведена. Надеваете костюм, берете сумку с бумагами и покидаете квартиру. Во всех комнатах гаснет свет, а дверной замок отдает команду системе сигнализации, которая переходит в активный режим.

Выезжаете из гаража. На приборной панели появляется совет о перестроении привычного маршрута – сегодня пятница, и дорожная ситуация меняется быстро. Знакомитесь с информацией о пробках, которую собрал автомобильный компьютер, и нажатием кнопки «ОК» соглашаетесь с его рекомендациями. Маршрут перестроен.

День начался…

Для людей старшего поколения это может показаться сценой из фантастического рассказа, но это всего лишь описание обычного утра человека, живущего в эпоху Интернета вещей. Эпоху, которая ожидает всех нас.

Что такое Интернет вещей?

Еще в 1926 году великий ученый Никола Тесла в одном из интервью выразил уверНаиьенность, что настанет тот день, когда все вещи, все предметы нашего мира станут частью одного целого. И сегодня его слова начинают сбываться.

Интернет вещей (англ. Internet of Things, IoT) характеризует один из новых этапов развития «вещного» и виртуального миров, при котором все окружающие нас предметы соединятся в глобальную сеть, при котором цифровая и физическая реальность станут единым целым, при котором человек получит громадные возможности для сбора, анализа и применения информации в любой из сфер своей деятельности – в экономике, в промышленности, в науке, в культуре, в быту…

Как и любое новое явление, IoT имеет множество трактовок. Однако все они, так или иначе сводятся к определению, сформулированному специалистами консалтингового подразделения Cisco IBSG. Согласно этой формулировке, Интернет вещей – это лишь момент времени, при котором количество предметов физического мира, подключенных к всемирной паутине, превысило число людей, проживающих на планете.

Это произошло между 2008 и 2009 годами, и одним из главных факторов стала, безусловно, «взрывная» популярность смартфонов и мобильных гаджетов – напомним, что незадолго до этого, 09 января 2007 года, Стив Джобс представил свой первый iPhone.

Последующее развитие Интернета вещей происходило стремительно. В 2010 году население Земли составляло 6,8 млрд. человек, в то время как количество предметов окружающего мира, подключенных к сети, уже приближалось к отметке 12,5 млрд. Получается, что на каждого жителя планеты приходилось по 1,84 устройства, использующих всемирную паутину. По оценке Cisco IBSG, к 2020 году к интернету будет подключено не менее 50 млрд. «вещей». Нужно сказать, эта цифра впечатляет.

С другой стороны, эта статистика кажется заниженной. Действительно, у каждого из нас есть как минимум несколько устройств, использующих интернет – смартфон, ноутбук, стационарный компьютер, телевизор… Даже приблизительный подсчет показывает, что цифра 1,84 предмета на каждого жителя Земли не соответствует действительности.

Дело в том, что специалисты учитывают все население планеты, в то время как большинство людей до сих пор не имеют доступа к сети. Если в расчетах использовать только пользователей интернета, то окажется, что в 2010 году на каждого юзера приходилось не 1,84, а 6,25 устройств!

Зачем нужен Интернет вещей?

Представьте здание, в котором живут или работают люди. Оно оснащено множеством автономных сетей – канализации, вентиляции, газо-, водо- и теплоснабжения, электрификации, сигнализации, кондиционирования. Все эти системы нужны для нормального функционирования здания, но работают разрозненно.

Internet of Things станет для них «сетью сетей», то есть объединит все автономные системы в единое целое, и каждая из них сможет обмениваться данными с другой. Это, в свою очередь, откроет огромные возможности в сфере энергосбережения, функциональности, управления и безопасности объекта.

Это лишь частный пример, возможности IoT намного шире. Благодаря Интернету вещей, человечество приблизится к решению множества глобальных социальных и экономических проблем:

• Анализаторы роста и состояния растений и животных дадут мощный стимул к развитию сельского хозяйства и повышению качества продуктов питания;
• Специальные сенсоры, имплантированные в человеческое тело, смогут составлять схемы лечения, диагностировать болезни и передавать информацию о состоянии здоровья пожилых людей, больных и инвалидов их близким или социальным службам;
• Подключенные системы IoT помогут оптимизировать инфраструктуру коммунальных сетей, снизить расходы на доставку воды и электроэнергии в труднодоступные районы, минимизировать количество краж и потерь и сделать тарифы доступнее для бедных слоев населения;
• Данные с датчиков, установленных в геологических образованиях, станут основой для пересмотра политики использования природных ресурсов и обогатят научный потенциал;
• Оборудование, передающее информацию о дорожной ситуации на компьютеры транспортных средств, помогут разгрузить автотрафик и, что более важно, снизить количество ДТП и уровень смертности на дорогах.

Эффективное энергосбережение, защита окружающей среды, сохранение природных ископаемых, улучшение качества медицинского обслуживания, помощь голодающим, снижение уровня общественной опасности, преодоление разрыва между богатыми и бедными, исследование космических объектов, повышение производительности сельского хозяйства – эти и другие проблемы поможет решить Интернет вещей. Его возможности по-настоящему обширны, и ограничиваются только человеческой фантазией и полетом мысли.

Интернет вещей сегодня

Перейдем от теоретических примеров к реальным, ведь многие из проявлений IoT мы наблюдаем уже сейчас. В частности, к ним относится система «умный дом», благодаря которой человек автоматизирует свое жилое пространство с помощью высокотехнологичных устройств, обменивающихся информацией друг с другом.

К примеру, сети отопления и вентиляции подбирают температурный уровень и создают оптимальный микроклимат в помещениях «умного дома», специальные контроллеры сигнализируют о возможных утечках воды, газа или о проникновении вора в жилище, датчики освещенности создают различные световые схемы по заданному алгоритму или в соответствии с условиями окружающей среды.

Появление «умного дома» (и Интернета вещей в целом) вполне закономерно, ведь лень – двигатель прогресса, как бы странно это ни звучало. Именно лень, как протест против монотонной и рутинной работы, стала стимулом к созданию множества технологий, облегчающих нашу жизнь.

Действительно, зачем вставать с дивана, чтобы включить музыкальный центр, если можно просто нажать кнопку на пульте? Зачем отходить от украшения праздничного торта, чтобы открыть дверь пришедшим гостям, если достаточно отдать голосовую команду на свой смартфон? Зачем каждый раз включать кухонный комбайн для приготовления коктейля, если можно загрузить в него программу, чтобы напиток готовился сам?

Впрочем, это доставляет и некоторые неудобства. К примеру, что делать, если выставленная температура в квартире уже не кажется вам комфортной, а коктейль, приготовленный точно по расписанию, сегодня пить не хочется?

Является ли такой дом по-настоящему «умным»? Ведь он не умеет самостоятельно продумывать алгоритмы своей работы – это по-прежнему делает человек. Именно человек держит в своих руках рычаги управления, пишет сценарии поведения и взаимодействия всех систем и контролирует результат.

Получается, что система «умный дом» в современном виде – это всего лишь автоматизация обычных бытовых действий, облегчение однообразной каждодневной работы.

Нам же представляется, что Интернет вещей – это нечто большее, чем просто автоматизация. Это технология, позволяющая говорить не то, «как делать», а то, «что должно получиться».

Другими словами, Internet of things должен дать человеку возможность наслаждаться результатом без продумывания алгоритмов и необходимости все контролировать. Он должен изменить саму схему взаимодействия человека и вещей: хочется просто задавать цели, а не описывать способы их достижения.

Чем отличается «умный» интернет вещей от обычной автоматизации повседневных действий? На наш взгляд, можно выделить 3 основных критерия:

1. Наиболее эффективные схемы взаимодействия предметов, которые окружают человека и поддерживают его во всех сферах жизни;
2. Исключительная ориентация на результат;
3. Главное: автономная работа на достижение цели, а не выполнение заранее записанного алгоритма.

Добавим, что переход от простой автоматизации к «умному» интернету уже начался – сегодня мы наблюдаем не только его количественные изменения, то есть подключение все большего числа устройств, но и качественные преобразования. В частности, к привычным коммутаторам, маршрутизаторам и другим узлам всемирной паутины добавляются высокотехнологичные девайсы, меняющие интернет на физическом уровне: датчики освещённости, давления, вибрации, температуры, физических нагрузок.

Кроме того, Интернет вещей сегодня – это не только умный дом. Это уникальная возможность приблизиться к решению по-настоящему глобальных проблем, которые стоят перед человечеством. Вот лишь несколько реальных примеров:

• Инновационное устройство Invisible Track, которое устанавливается в лесах Бразилии, фиксирует незаконную вырубку деревьев и их провозку и тем самым способствует сохранению природных богатств;
• Датчики, расположенные вдоль Большого Барьерного рифа в водах Австралии, передают информацию о состоянии животного и растительного мира, а также экосистемы в целом;
• Одна из голландских компаний реализует микрочипы, которые имплантируются в уши коров и следят за их передвижением и состоянием, что не только улучшает систему контроля над животными, но и повышает количество и качество мяса.

Технологии

Сущность Интернета вещей заключается в том, что для каждого участника реального мира в цифровом пространстве ставится в соответствие «помощник», принимающий и анализирующий информацию, составляющий последовательность действий и отдающий команды обратно во внешний мир.

Впрочем, слово «помощник» – не очень удачное, поскольку подразумевает лишь дополнительную функциональность, в то время как каждый цифровой «агент» (вот более подходящий термин) представляет собой самостоятельную единицу, полноправного участника Интернета вещей.

Виртуальная реальность – это модель реального мира, его улучшенная копия, населенная «агентами», которые знают ответы на все вопросы, следуют заранее установленным правилам и готовы к любым изменениям во внешней среде. Изменениям, которые, нужно сказать, могут возникнуть неожиданно.

Так, агент кондиционера оперативно перенастраивает режим работы устройства, получая прогноз погоды, которая часто меняется, а агент кофемашины игнорирует расписание и не включает аппарат, если не получен сигнал от агента замка на входной двери – владелец дома задержался на работе, и кофе готовить некому.

Если вернуться к описанию системы «умный дом», то окажется, что человек взаимодействует с агентами стиральной машины, телевизора, кондиционера и других предметов физического мира? Получается, что так. Однако функциональность агентов на современном этапе развития пока далека от идеальной – чаще они лишь выполняют команды человека и не умеют приспосабливаться к изменяющимся обстоятельствам.

Это и является одной из главных задач IoT – повысить «интеллектуальность» цифровых агентов, открыть им доступ к информации для умения выполнять логические условия и составлять алгоритмы своей работы с учетом всех внешних факторов.

Здесь возникает новый вопрос – откуда агенты будут черпать знания? Уместно вспомнить о таком научном понятии, как «онтология». В широком смысле оно означает способ хранения информации о некой физической сущности. Кстати, одной из главных сфер применения онтологий как форм представления знаний является искусственный интеллект – явление, имеющее непосредственную связь с Интернетом вещей.

Многие ученые, инженеры и футурологи связывают развитие IoT с усовершенствованием систем классификации знаний об окружающем мире и его отдельных частях, то есть онтологий. По их мнению, онтология может хранить не только конкретные данные о предмете, но и информацию о его потребностях, предназначении, способностях, правилах взаимодействия с другими объектами.

Это станет источником необходимой информации для агента любого устройства, интегрированного в Интернет вещей. Он не просто получит знания о своей физической сущности, но и сможет моделировать сценарии своего поведения, используя логические связи и выстраивая схемы взаимодействия с другими участниками «сети сетей».

Как работают агенты?

Простой пример – при подключении стиральной машины в систему «умного дома», у нее появляется программный агент, который узнает информацию о своем «физическом теле» и заявляет о себе миру (как виртуальному, так и реальному). Он уже знает о своем предназначении – следить за загрузкой машины, устанавливать режимы стирки, контролировать возможные протечки, считывать показатели с датчиков температуры и расхода воды и т.д.

Кроме того, он будет знать, что имеет свойство ломаться, поэтому в определенное время должен сигнализировать о необходимости профилактики или ремонта. Все эти знания он почерпнет из онтологии.

• С одной стороны, жизненный цикл агента достаточно прост: принял информацию из внешнего мира, проанализировал, запланировал нужные действия и отправил сигнал обратно.
• С другой стороны, Интернет вещей – это не только двунаправленная связь между миром реальным и виртуальным. Важно и то, что происходит «за кулисами» цифровой реальности – агенты должны получать информацию не только извне, но и друг от друга.

Так, агент стиральной машины должен поддерживать связь с агентом, ответственным за потребление электроэнергии, а также своевременно занимать очередь к агенту покупок, не дожидаясь, когда стиральный порошок или кондиционер для белья подойдет к концу или в том случае, если требуется незапланированно постирать большое количество одежды – например, перед поездкой в отпуск или на дачу.

И здесь снова возникает проблема «интеллектуальности» цифровых агентов, их умения приспосабливаться к изменяющимся обстоятельствам. Как быть, если требуется постирать вещь, за которой нужен особый уход, а подходящего стирального порошка в наличии нет?

Очевидно, что взаимодействие агентов «вещного» мира будет происходить автоматически, без участия человека. К примеру, при необходимости постирать шелковый халат агент стиральной машины должен получить сигнал от агента покупок, содержащий информацию о структуре ткани халата и особенностях ухода за ним. Конечно, для стирки потребуются особые средства, которые сохранят цвет одежды, ее эластичность и другие качества. Агент стиральной машины проанализирует ситуацию и при необходимости передаст агенту покупок сигнал о том, что среди стиральных порошков нет средств, предназначенных для нежных тканей. Агент покупок, в свою очередь, сделает онлайн-заказ в магазине, который будет доступен в тот момент, когда у человека появится физическая возможность его забрать.

Более того, взаимодействие агентов и этим не исчерпывается – агент покупок может сделать заказ в магазине и запросить его доставку прямо на дом. Для этого лишь потребуется обратиться к агенту доставок интернет-магазина и произвести оплату.

Эффективно ли это? Безусловно. Сложно ли это? Да. Возможно ли это? И снова да.

В результате умные цифровые «помощники» все сделают сами, а человек будет пользоваться результатом их работы, не принимая в ней непосредственного участия.

Агенты будут незримо сопутствовать человеку во всех сферах его жизни. Например, агент замка на входной двери в рабочий кабинет может согласовываться с датчиками движения внутри помещения и запирать дверь после длительного бездействия, а агент кондиционера координировать действия с агентом дома, отвечающим за энергопотребление – Iot должен быть экономным.

Можно привести еще массу примеров, но принцип уже ясен – Интернет вещей станет улучшенной копией реальности, неразрывно соединит внешний и виртуальные миры, обеспечит человека надежными и эффективными сценариями взаимодействиями с предметами, которые его окружают.

Средства идентификации объектов и передача данных

Когда мы говорим об Интернете вещей, то речь заходит не только о мультиагентных технологиях, но о и развитии социальных сетей, облачных сервисов, мобильных платформ. Действительно, все они имеют отношение к IoT, однако сегодня эта концепция сосредоточена на развитии двух следующих технологий: создание средств идентификации «вещей» и способов передачи данных от объектов реального мира в мир цифровой, и обратно.

Стимулом для практического воплощения системы идентификации стало усовершенствование технологии RFID, основанной на уникализации предметов с помощью специальных меток, в которых хранится информация. Считывание этой информации происходит посредством радиосигнала, а RFID-ридер после ее анализа подает сигнал на другое устройство. К примеру, оснащение упаковок продуктов питания RFID-метками позволит считывателю, вмонтированному в холодильник, отслеживать срок их годности. Забегая вперед скажем, что при всеобъемлющем проникновении Интернета вещей во все сферы нашей жизни (которое, безусловно, произойдет) принципиально важно обеспечить уникальную идентификацию предметов, а это потребует внедрения единых стандартов, что, в свою очередь, является одним из главных препятствий на пути IoT.

Что касается проблемы передачи данных между участниками Интернета вещей, то чаще всего в качестве решения называют развитие концепции беспроводных сенсорных сетей, которые представляют собой системы сенсоров (датчиков), соединенных друг с другом с помощью радиоканала. Уже сегодня сенсорные сети с успехом применяются для выполнения задач, связанных с логистикой, мониторингом, управлением и анализом данных в различных сферах промышленности, транспорта, охраны и коммунального хозяйства.

Беспроводная сенсорная сеть обладает всеми преимуществами, которые нужны для бесперебойного функционирования Интернета вещей: высокой отказоустойчивостью, гибкой архитектурой, адаптивностью, эффективностью при низких скоростях, способностью к самоорганизации.

Препоны и препятствия

Развитие IoT неизбежно, но и проблем, с которыми он будет сталкиваться, немало. Философы говорят о негативных качествах сети, контролирующей весь мир, социологи трубят о недопустимости глобальной открытости данных, интеллектуалы вслед за научными фантастами предсказывают упадок культуры, социальный кризис и другие следствия всеобщей «интернетизации». Однако настоящие проблемы на пути развития Internet of Things кроются в другом.

1. Интернет вещей IoT не имеет единых стандартов, регламентирующих все области, которые будут интегрированы в информационное пространство мирового масштаба. Это создает большое поле деятельности для злоумышленников, так как стандартизация должна не только оптимизировать архитектуру «сети сетей», но и сделать ее неуязвимой.
2. Серьезной проблемой представляется выработка и сбережение энергии – мысль, что миллиарды датчиков будут работать от батареек, кажется нереальной. Очевидно, что «вещи» должны получать энергию из окружающего мира – от освещения, вибрации, тепла, потоков воздуха, – а не от аккумуляторов.
3. Требуется признать, что коммуникационный протокол IPv4 себя изжил, так как в мире не осталось свободных IP-адресов. Если «Интернет людей» с этим справляется, то для «Интернета вещей» это становится критической проблемой. Впрочем, у нее есть разрешение – сегодня специалисты уже не сомневаются в жизнеспособности протокола IPv6, который поможет идентифицировать миллиарды сенсоров и контроллеров, включенных в единое физическое и цифровое пространство.

Подводим итоги

Очевидно, что Интернету вещей – быть. Однако он не должен стать технологией ради технологии. Он должен приносить пользу, помогать решать глобальные проблемы, сделать мир более открытым и более чутким к каждому из нас в отдельности и к человечеству в целом.

Сегодня мы вступаем в качественно новую эру развития Интернета, когда все наши знания, все наши усилия должны быть объединены ради достижения общей цели – сделать из фантастики реальность.

Читайте вторую часть статьи - Проблемы безопасности интернета вещей