IoT (Інтернет речей): детальний аналіз

15.01.2017

IoT (Інтернет речей): детальний аналіз

Важко знайти в наш час людину, нічого не чула про Internet of Things (IoT, Інтернет речей). У світових засобах масової інформації говорять про майбутню технологічної революції, яка торкнеться всіх і змінить наше життя в тій же мірі, як поява телебачення, персональних комп’ютерів або мережі Інтернет. Біржова аналітика сповнена оптимістичних прогнозів, з’являються нові консорціуми з розвитку і стандартизації IoT, анонсуються нові продукти і послуги.

Все це відбувається на тлі відсутності єдиної думки про те, що ж таке Інтернет речей і де його межі навіть на рівні базових визначень. У міру руху від ядра – онтології до периферії – прикладного використання, уявлення розходяться сильніше. Перевагою аналітичного підходу до розкриття теми, є можливість, не нав’язуючи суб’єктивної думки читачеві, сформувати у нього власне уявлення на тему, що таке IoT і ставлення до питання про його корисності і перспективи використання в найширших областях: від приватного життя до бізнесу.

Передумови

М2М

Більшість джерел сходяться на думці, що безпосереднім попередником IoT (Інтерні є концепція Machine to machine (M2M), яку образно називають «Інтернетом машин». Інтернет речей включає в себе M2M і є подальшим технологічним розвитком раніше закладених ідей і їх маркетинговим переосмисленням. Парадигму Machine -to-machine можна уявити як «сплав» можливостей, що надаються сучасними технологіями:

  • бездротові комунікації;
  • значна обчислювальна потужність в вузлах, пристроях М2М;
  • хмарні сервіси і технології.

Кожен з трьох компонентів вносить свій внесок у формування цінності для споживача і постачальника рішень:

  • Бездротові комунікації – суттєве скорочення термінів проектування і монтажу, можливість гнучкої перенастроювання, в тому числі і на перспективні завдання.
  • Обчислювальна потужність в вузлах, пристроях М2М – дозволяє на рівні датчиків і сенсорів використовувати багато недорогих пристроїв. Від обробки «в центрі» можна перейти до обробки «на місці». Рух від ієрархічних технологічних систем і методів управління в сторону сетецентріческой також є одним із трендів.
  • Хмарні сервіси і технології гарантують максимальну гнучкість і знижують не тільки вартість володіння, а й «поріг» входження в нові рішення.

Додаткові блоки, які лягли в фундамент Інтернету речей (IoT):

  • низька вартість володіння;
  • мінімальне енергоспоживання;
  • комунікації і базова функціональність, доступна «з коробки»;
  • глобальна доступність пристроїв і сервісів.

На мал. 1 приведена точка зору компанії Beecham Research. Класи додатків групуються по секторам вертикальних ринків, а в кожному з них перераховується можливе місце застосування і види пристроїв.

интернет вещей

Мал. 1 Світ M2M і IoT за версією Beecham Research

Конвергенція технології

Серед технологій майбутнього, які вже змінюють або змінять наше життя і ділової ландшафт на найближчі роки, найбільш часто називають такі:

  1. Штучний інтелект і розвиток робототехніки (AI)
  2. Хмарні технології і сервіси (Cloud)
  3. Великі дані (Big Data)
  4. Інтернет 3.0 (Web 3.0)
  5. Адитивні технології (3D printing або additive manufacturing, AM)

Для перших чотирьох технологій зі списку Інтернет речей є одночасно і рушійною силою і «бенефіціаром» їх розвитку. Іншими словами, IoT в його сучасному розумінні не існує без використання хмарних сервісів, великих даних і можливостей по їх інтелектуальної обробці. Нові споживчі якості і можливості з’являються як складний сплав сучасних трендів, причому вірні пропорції для успіху знайти не просто.

Трохи теорії

Закон Меткалфа, спочатку сформульований 1980 році, говорить, що цінність телекомунікаційної мережі пропорційна квадрату числа підключених користувачів системи. Уже тоді під користувачами розумілися сумісні пристрої, наприклад, факсимільні апарати, телефони і т.п. Закон є відображенням простого факту: кількість унікальних з’єднань в мережі з кількістю вузлів (n) описується формулою n (n-1) / 2. Зрозуміло, мова йде про найбільш оптимістичною оцінкою корисності, в силу об’єктивних причин: несумісність протоколів пристроїв або мовний бар’єр, якщо мова йде про людей; захоплення значної кількості ресурсів окремими пристроями або групами користувачів і просто для великих значень n – більш правильною оцінкою буде пропорційність N * log (N). Але які б поправки ми не вносили, очевидно, що коли рахунок піде на мільярди підключених пристроїв потенційна споживча цінність такої мережі буде величезною! Див. мал. 2.

002-vkt

Мал. 2. Прогноз зростання числа пристроїв в структурі секторів

Прогнози

Кожен продукт потенційно здатний трансформувати світ або, принаймні, наше уявлення про нього, перебуваючи на ранній стадії свого життєвого циклу, викликає очікування щодо потенційних переваг і хвилювання інвесторів. Помилки в прогнозах, з якою швидкістю Інтерент речей (IoT) буде завойовувати ринок і яке займе на ньому в результаті місце, можуть мати непередбачувані і дорогі наслідки. Далекоглядні організації повинні вже зараз думати про кроки, які необхідно зробити на протязі всього життєвого циклу знову пропонованих продуктів і сервісів. Невизначеність посилюється тим фактором, що парадигма IoT втручається не тільки в розуміння, але і в самі процеси життєвого циклу. На мал. 3 відображена точка зору компанії IBM.

интернет

Мал. 3. Життєвий цикл за версією IBM

Зміни торкнулися не тільки кількість стадій і їх назви. Найістотнішим відмінністю є те, що процеси, які раніше виконувалися послідовно тепер йдуть паралельно і часто одночасно.

Архітектура Інтернету речей

Референтна модель

Фундаментальними характеристиками Інтернету речей є:

– Взаимосвязанність. Всі пристрої взаємодіють через глобальну або локальну інфраструктуру інформаційного обміну.

– Сервіси, орієнтовані на пристрої. Інтернет речей здатний забезпечити семантичну узгодженість між фізичними об’єктами реального світу і їх інформаційним поданням у віртуальному просторі і об’єднати фізичні пристрої з урахуванням правил і обмежень.

– Гетерогенність. Пристрої в IoT неоднорідні за визначенням і можуть належати різним мережам і апаратних платформ, що не є перешкодою до взаємодії.

– Динамічність. Стан пристроїв змінюється постійно: включення і виключення, контекстна і технологічна інформація, включаючи місце розташування і швидкість. Кількість підключених пристроїв також може динамічно змінюватися.

– Масштабність. Кількість пристроїв, які будуть «спілкуватися» і отримувати керуючий вплив в десятки разів перевищить кількість вузлів в поточній мережі Інтернет. Очевидно, що кількість комунікацій, які можуть бути ініційовані пристроями, радикально перевищить можливе число з’єднань, ініціаторами яких виступають люди. Тому на перший план виходять питання інтерпретації даних, з метою їх подальшого застосування.

Комунікації і протоколи

З розвитком мережі Інтернет і бездротових технологій ми отримали «комунікації в будь-який час», смартфони та планшети дозволили реалізувати принцип «комунікації в будь-якому місці». IoT додає новий вимір і третю ступінь свободи в просторі комунікацій – «комунікації з будь сутністю» будь то комп’ютери, люди або пристрою. Також принципово новим явищем стає «самостійний» обмін даними або інформацією між пристроями різних типів.

Базовими способами комунікацій між пристроями можуть бути:

  • з використанням шлюзу і концентратора даних (via gateway);
  • з використанням тільки мережі передачі даних (without gateway);
  • прямі з’єднання між пристроями (direct communication).

Стандарти та консорціуми

Блискучі ринкові перспективи, які аналітики обіцяють напрямку IoT (Інтернет речей), не дозволяють компаніям самого різного розміру і спеціалізації в області інформаційних технологій залишитися байдужими. Поодинці і шляхом об’єднання в консорціуми вони намагаються зайняти свою нішу і освоїти цей перспективний напрямок. Найбільші об’єднання, їх завдання та назви основних компаній учасників:

AllJoyn – дозволити сумісним «розумним» пристроїв «дізнаватися» один одного, встановлювати з’єднання і розподіляти свої ресурси і обмінюватися даними незалежно від виробника, виду мережі і операційної системи.
(Qualcomm + Cisco, Microsoft, LG, HTC).

The Physical Web – забезпечення можливості споживачам спілкуватися з будь-яким доступним «розумним» пристроєм без попереднього завантаження і установки спеціалізованого програмного забезпечення. (Google).

Industrial Internet Consortium – проектування і створення рішень в області інтелектуальної промислової автоматизації.
(Intel, Cisco, AT & T, GE, IBM, Microsoft).

Open Interconnect Consortium – розробка комунікаційного каркаса додатків, що базується на індустріальних стандартах з метою встановлення бездротових з’єднань і інтелектуального управління інформаційними потоками. (Intel + Atmel, Dell, Broadcom, Samsung, Wind River).

Thread: – розробка нового бездротового мережевого протоколу.
(Google’s Nest, Samsung Electronics, ARM Holdings, Freescale Semiconductor, Silicon Labs, Big Ass Fans, and Yale Locks & Hardware)

Практичне застосування

Сценарії використання

Можливі сценарії використання парадигми Інтернету речей (IoT) і їх взаємний зв’язок добре відображені на інфографіку, підготовленої компанією Libelium Див. мал. 4.

интернет

Мал. 4. «Розумний» світ

Бізнес модель і екосистема

Щоб краще зрозуміти методи і способи отримання прибутку або переваг від використання Інтернету речей (IoT) необхідно визначитися з кількома довідниками. Види довідників безпосередньо випливають з референтної моделі, а склад може відрізнятися. В першу чергу, визначимося з кінцевим споживачем або замовником. У двох великих категорій різні драйвери розвитку. Якщо на вертикальних ринках користь від Інтернету речей визначається наявністю специфічних завдань (включаючи державне регулювання) або нішевих проблем, нерозв’язних ефективно існуючими технологіями, то на споживчому ринку тренд задають нові бізнес моделі, які включають в себе формування потреб споживача і створення принципово нових послуг і можливостей.

Промисловість і держава (Industrial & Government Applications)

  • Розумні міста (Smart Cities)
  • Моніторинг навколишнього середовища (Smart Environment)
  • Розумне водокористування (Smart Water)
  • Розумний облік (Smart Metering)
  • Безпека і надзвичайні ситуації (Security & Emergencies)
  • Роздрібна торгівля (Retail)
  • Логістика і транспорт (Logistics & Transportation)
  • Виробнича автоматизація і контроль (Industrial Control)
  • Сільське господарство (Smart Agriculture)
  • Будівництво (Buildings)
  • Прогресивне тваринництво (Smart Animal Farming)

Споживчі пристрої (Consumer)

  • Домашня автоматизація (Domotic & Home Automation)
  • Носяться пристрої (Wearable Technology)
  • Електронна охорона здоров’я (e-Health, Healthcare)

Бізнес-модель діяльності компаній, в яку вже входить або органічно може увійти Інтернет речей можна сегментувати таким чином:

  • Аналіз даних (Data Analysis)
  • Виконання НДР і ДКР, консалтинг (Management Consulting / Research).
  • Хмарні платформи і сервіси (Cloud Platform Service).
  • Виробництво і постачання устаткування (Hardware Producer / Vendor).
  • Проектування продуктів і послуг (Product / Service Design).
  • Розробка апаратного забезпечення (Hardware Development).
  • Розробка програмного забезпечення (Software Development).
  • Системна інтеграція (System Integrator).
  • Послуги та сервіси зв’язку (End-to-end Service Provider).

Відзначимо також, що традиційні хмарні сервіси:

  • програмне забезпечення як послуга (SaaS)
  • платформа як послуга (PaaS)
  • інфраструктура як послуга (IaaS)
  • моніторинг як послуга (Маас)
  • комунікація як послуга (CaaS)

істотно скорочують час і вартість розгортання, рішень заснованих на парадигмі Інтернету речей (IoT). У цьому ряду сервісів, розташованих в порядку убування комплексності, з точки зору замовника, з’являється ще один, самий елементарний, властивий тільки IoT – «датчик як послуга».

интернет

Мал. 5. Екосистема IoT (Інтернету речей)

Ролі учасників екосистеми (нумерація збігається з мал. 5):

  1. Забезпечує можливість передачі «сирих» даних, відповідних логіці і призначенням пристрою, оператору зв’язку або безпосередньо постачальнику додатків.
  2. Відіграє центральну роль в екосистемі Інтернету речей і виконує наступні функції: забезпечення доступу та інтеграція ресурсів, що надаються іншими постачальниками; підтримка і контроль сервісів інфраструктури IoT; розміщення сервісів, в тому числі для (від) інших провайдерів.
  3. Забезпечує можливості інтеграції і відкриті інтерфейси. Найбільш типовими є функції інтеграції, зберігання і обробки даних і управління конфігурацією самих пристроїв.
  4. Використовує функціональні можливості і ресурси, що надаються операторами зв’язку, платформами і самими пристроями в інтересах вирішення завдань клієнта за допомогою спеціалізованих програм.

Перебираючи різні поєднання 1-4, можна отримати п’ять базових бізнес-моделей:

  1. Весь комплекс послуг надається замовнику одним провайдером (1,2,3,4).
  2. Пристрої, послуги зв’язку та платформу надає один провайдер, а додатки від незалежного постачальника (1,2,3) + (4).
  3. Виробник пристроїв постачає їх відповідними додатками, послуги мережі і платформу надає іншій вендор (1,4) + (2,3).
  4. Аналогічно п.3. – виробник також є і розробником платформи (1,3,4) + (2), оператор зв’язку незалежний і вибирається замовником.
  5. Замовник або системний інтегратор «збирає» систему з компонентів від чотирьох незалежних виробників (1) + (2) + (3) + (4).

Ризики

Оптимізм в частині перспектив Інтернету речей (IoT) стримується існуванням різного виду бар’єрів, що стоять на шляху цієї технології. Перерахуємо і коротко охарактеризуємо тільки основні.

Нові стандарти. Немає єдиного стандарту на протоколи інформаційного обміну. Активні спроби створення йдуть. Існуючі вимагають розвитку або заміни, тому що не відповідають новим завданням. Ситуація нагадує епоху розвитку відеотехніки, коли кожен консорціум розвивав свої стандарти запису відеосигналу VHS, Hi8, VHS-С, BetaMax і ін. І всі вони знайшли свою нішу. Таке «розпорошення зусиль» не тільки сповільнює розвиток, а й призведе до проблем сумісності для більшості компонентів потенційних систем. Додамо також порівняно повільний перехід до повсюдного використання протоколу IPv6.

Вартість. Відносно висока вартість кожного вузла, концентраторів даних, підключення до комунікаційних мереж та (або) оплата додаткового трафіку, споживання електроенергії, підписка на сервіси і т.д. призводить до того, що масової появи найефективніших, з точки зору теорії, мереж налічують десятки тисяч пристроїв ми поки не спостерігаємо. У більшості потенційно надзвичайно перспективних галузей, наприклад сільське господарство і тваринництво, терміни окупності поки значні. Що підштовхує потенційних споживачів, з урахуванням бурхливого розвитку і переосмислення концепції IoT, займати вичікувальну позицію.

Безпека. Остання в нашому списку, але найбільш значуща з проблем. Аспектів, за якими IoT може негативно позначитися на безпеці безліч. Від збільшення ризику для закритих корпоративних мереж до витоків персональних даних. Очевидно, що в промисловості використання бездротових технологій збільшує вразливість. Звичайно, різні виробники вже готові запропонувати рішення, але їх ефективність сильно залежить від ресурсу атакуючого і його мотивації.

У разі значного ресурсу і високої мотивації – гарантованого захисту поки не існує. На споживчому ринку – казуальне використання «розумних» пристроїв, «розумний дім», персональна медицина – ситуація складніша і труднопредсказуемости. У людей з об’єктивних, а часто і суб’єктивних причин, може рости тривога щодо можливості втрати персональної інформації або шкоди від випромінювань бездротових пристроїв і т.п. Р

азоблаченія Едварда Сноудена, наприклад, змінили поведінку значної кількості людей, яким об’єктивно нічого й не навіщо приховувати. «Синдром Сноудена» реально “вдарила” по соціальним мережам і деяким виробникам програмного забезпечення для мобільних пристроїв. Справедливості заради слід зазначити, що відкрилися нові можливості для продажу рішень щодо захисту персональної інформації, включаючи ринок «псевдорішень».

Комерціалізація

Успішна монетизація неможлива без отримання відповідей на питання:

  • хто є споживачем;
  • що представляє для нього цінність;
  • яким чином ви плануєте її створити;
  • як донести цю цінність до споживача і продати йому за розумною економічно обгрунтовану ціну?

Нові бізнес-моделі з’являються як результат розвитку технологій і відкривають широкий спектр отримання прямих і непрямих доходів. Новим явищем стали численні відкриті спільноти розробників, залучені не тільки в процеси проектування і створення цінностей, а й в процеси їх споживання. Основні моделі комерціалізації для Інтернету речей були закладені розвитком традиційного Інтернету.

Ліцензування. Найстарша і найбільш поширена модель в індустрії програмного забезпечення. У разі IoT мова може йти не тільки про програми та сервіси, а також про дані і результати аналітики. Їх використання всередині домену додатки може бути безкоштовним, плата стягується за дані, які мають цінність для інших додатків і споживачів. Це дає абсолютно унікальну можливість розширювати кордони додатків відповідно до запитів клієнтів.

Підписка. Одна з варіацій моделі ліцензування. Плата за доступ до даних (послуг) для певного періоду часу – по суті, перетворює разові продажу продукту в повторювані. При цьому з’являється можливість змінювати ціни в залежності від того, як часто і як довго клієнт використовує службу. Хороша практика знижки на більш тривалі терміни підписки, дозволяє «прив’язувати» до себе замовника і залучити і акумулювати кошти на подальший розвиток.

Преміум-сервіси. Ідея цієї бізнес-моделі полягає в наданні простих і базових послуг безкоштовно, з метою продажу більш просунутих або додаткових функції. У цьому випадку зростання можливе не тільки за рахунок залучення нових користувачів, а й підвищення доходу від існуючих. Якщо споживач задоволений базовими сервісами, він не тільки буде готовий внести невелику плату, щоб отримати додаткові сервіси, а й стане рекламувати його своїм друзям і родині. Ця модель заохочує користувачів безкоштовної частини продукту взаємодіяти таким чином, щоб створити попит на додаткові платні послуги.

Реклама. Ми вже знайомі з тим, як передові методи бізнес-аналітики використовуються для контекстної реклами і поведінкового маркетингу. IoT дає нові можливості, коли вміст відображається реклами буде динамічно змінюватися в залежності від поведінки користувача і змісту одержуваних даних від сенсорів.

Генерація трафіку. Бізнес-модель генерації трафіку є хорошим прикладом непрямого способу монетизації. Збільшується шанс отримання доходів від прямих бізнес-моделей, таких як електронні платежі, преміум-сервіси або реклама. Не забудемо також, що весь цей трафік кимось оплачується, як і модернізація мережевого устаткування і каналів зв’язку, необхідних для його проходження.

Електронні платежі. Ідея полягає в тому, щоб отримати прибуток від мікро-платежів від індивідуального використання наборів даних або результатів аналітики. Споживачі можуть здійснити платіж в будь-який час дня чи ночі, в будь-якій точці світу. Модель електронних платежів не нова в Інтернеті, але перехід до мікро-оплатах дозволить залучити користувачів навіть з низькими доходами.

Масова кастомизация. Інтернет речей дозволяє створювати індивідуальні продукти для кожного клієнта, виходячи з його вимог і навіть переваг. Занадто дороге рішення для традиційного товарного виробництва, в разі продажу сервісів і послуг, що є по суті інформаційними, стає рентабельним і можливим.

Спільне споживання. Яскравими представниками Peer-to-peer (P2P) в традиційному Інтернеті є файлообмінні сервіси. Модель, складна для отримання прибутку, головним чином використовується для обміну контентом і постійно піддається критиці правовласників. У світі IoT ситуація може радикальним чином змінитися. Кожен легко може стати постачальником власного інформаційно-аналітичного контенту або просто даних від сенсорів або інших пристроїв, який можна буде продавати або обмінювати.

Мобільна комерція. Модель швидко розвивається і просто отримає додатковий імпульс. Як і у випадку з рекламою, можливості по точному пропозицією товарів і послуг, в тому числі потрібних «тут і зараз», зростуть багаторазово.

Висновок

Граней, на які можна відобразити парадигму Інтернету речей (IoT), звичайно, більше. Щомісяця з’являються нові дослідження, які все глибше опрацьовують не тільки окремі аспекти цієї теми, а й семантичні зв’язки між ними. Якщо після прочитання цієї статті у читача з’явиться бажання подумати про те, як застосувати нові можливості до поточних або перспективним завданням бізнесу, автор буде вважати завдання виконаним. При всіх сумнівах в перспективності та доцільності використання технологій IoT, слід в першу чергу шукати рішення не в області заміни «класичних рішень» – а в знаходженні такого собі «симбіозу» або проектування принципово нових систем і сервісів.

.

Статьи

10.10.2018

Мільйони виробників насправді стикаються зі страхом банкрутства, в разі того, якщо вони не проведуть цифрові перетворення, але, на жаль, це не так просто. Якщо (читать далее)

01.10.2018

У доступному для огляду майбутньому польові шини не зникнуть з промислової автоматизації, однак стандарт Ethernet для швидкісних мереж (TSN) спільно з незалежним стандартом сумісності (читать далее)