IoT (Интернет вещей): подробный анализ

15.01.2017

IoT (Интернет вещей): подробный анализ

Трудно найти в наше время человека, ничего не слышавшего об Internet of Things (IoT, Интернет вещей). В мировых средствах массовой информации говорят о грядущей технологической революции, которая затронет всех и изменит нашу жизнь в той же мере, как появление телевидения, персональных компьютеров или сети Интернет. Биржевая аналитика полна оптимистичных прогнозов, появляются новые консорциумы по развитию и стандартизации IoT, анонсируются новые продукты и услуги.

Все это происходит на фоне отсутствия единого мнения о том, что же такое Интернет вещей и где его границы даже на уровне базовых определений. По мере движения от ядра – онтологии к периферии – прикладному использованию, представления расходятся сильнее. Преимуществом аналитического подхода к раскрытию темы, является возможность, не навязывая субъективного мнения читателю, сформировать у него собственное представление на тему, что такое IoT и отношение к вопросу о его полезности и перспективах использования в самых широких областях: от частной жизни до бизнеса.

Предпосылки

М2М

Большинство источников сходятся во мнении, что непосредственным предшественником IoT (Интерне является концепция Machine to machine (M2M), которую образно называют «Интернетом машин». Интернет вещей включает в себя  M2M и является дальнейшим технологическим развитием ранее заложенных идей и их маркетинговым переосмыслением. Парадигму Machine-to-machine можно представить как «сплав» возможностей, предоставляемых современными технологиями:

  • беспроводные коммуникации;
  • значительная вычислительная мощность в узлах, устройствах М2М;
  • облачные сервисы и технологии.

Каждый из трех компонентов вносит свой вклад в формирование ценности для потребителя и поставщика решений:

  • Беспроводные коммуникации – существенное сокращение сроков проектирования и монтажа, возможность гибкой перенастройки, в том числе и на перспективные задачи.
  • Вычислительная мощность в узлах, устройствах М2М – позволяет на уровне датчиков и сенсоров использовать много недорогих устройств. От обработки «в центре» можно перейти к обработке «на месте». Движение от иерархических технологических систем и методов управления в сторону сетецентрических также является одним из трендов.
  • Облачные сервисы и технологии гарантируют максимальную гибкость и снижают не только стоимость владения, но и «порог» вхождения в новые решения.

Дополнительные блоки, которые легли в фундамент Интернета вещей (IoT):

  • низкая стоимость владения;
  • минимальное энергопотребление;
  • коммуникации и базовая функциональность, доступная «из коробки»;
  • глобальная доступность устройств и сервисов.

На Рис.  1 приведена точка зрения компании Beecham Research. Классы приложений группируются по секторам вертикальных рынков, а в каждом из них перечисляется возможное место применения и виды устройств.

интернет вещей

Рис.  1 Мир M2M и IoT по версии Beecham Research

Конвергенция технологии

Среди технологий будущего, которые уже меняют или изменят нашу жизнь и деловой ландшафт на ближайшие годы, наиболее часто называют следующие:

  1. Искусственный интеллект и развитие робототехники (AI)
  2. Облачные технологии и сервисы (Cloud)
  3. Большие данные (Big Data)
  4. Интернет 3.0 (Web 3.0)
  5. Аддитивные технологии (3D printing или additive manufacturing, AM)

Для первых четырех технологий из списка Интернет вещей является одновременно и движущей силой и «бенефициаром» их развития. Другими словами, IoT в его современном понимании не существует без использования облачных сервисов, больших данных и возможностей по их интеллектуальной обработке. Новые потребительские качества и возможности появляются как сложный сплав современных трендов, причем верные пропорции для успеха найти не просто.

Немного теории

Закон Меткалфа, первоначально сформулированный 1980 году, гласит, что ценность телекоммуникационной сети пропорциональна квадрату числа подключенных пользователей системы. Уже тогда под пользователями понимались совместимые устройства, например, факсимильные аппараты, телефоны и т.п. Закон является отражением простого факта: количество уникальных соединений в сети с количеством узлов (n) описывается формулой n (n-1)/2. Разумеется, речь идет о наиболее оптимистичной оценке полезности, в силу объективных причин: несовместимость протоколов устройств или языковой барьер, если речь идет о людях; захват значительного числа ресурсов отдельными устройствами или группами пользователей и просто для больших значений n – более правильной оценкой будет пропорциональность N*log(N). Но какие бы поправки мы не вносили, очевидно, что когда счет пойдет на миллиарды подключенных устройств потенциальная потребительская ценность такой сети будет огромной! См. Рис.  2.

002-vkt

Рис.  2.  Прогноз роста числа устройств в структуре секторов

Прогнозы

Каждый продукт потенциально способный трансформировать мир или, по крайней мере, наше представление о нем, находясь на ранней стадии своего жизненного цикла, вызывает ожидания  в отношении потенциальных преимуществ и волнения инвесторов. Ошибки в прогнозах, с какой скоростью Интерент вещей (IoT) будет завоёвывать  рынок и какое займет на нём в результате место, могут иметь непредсказуемые и дорогостоящие последствия. Дальновидные организации должны уже сейчас думать о  шагах, которые необходимо предпринять на протяжении всего жизненного цикла вновь предлагаемых продуктов и сервисов. Неопределённость усиливается тем фактором, что парадигма IoT вмешивается не только в понимание, но и в сами процессы жизненного цикла. На Рис.  3 отражена точка зрения компании IBM.

интернет

Рис.  3.  Жизненный цикл по версии IBM

Изменения затронули не только количество стадий и их названия. Самым существенным отличием является то, что процессы, которые раньше выполнялись последовательно теперь идут параллельно и зачастую одновременно.

Архитектура Интернета вещей

Референтная модель

Фундаментальными характеристиками Интернета вещей являются:

– Взаимосвязанность. Все устройства взаимодействуют через глобальную или локальную инфраструктуру информационного обмена.

Сервисы, ориентированные на устройства. Интернет вещей способен обеспечить семантическую согласованность между физическими объектами реального мира и их информационным представлением в виртуальном пространстве и объединить физические устройства с учетом  правил и ограничений.

Гетерогенность. Устройства в IoT неоднородны по определению и могут принадлежать различным сетям и аппаратным платформам, что не является препятствием к взаимодействию.

– Динамичность. Состояние устройств меняется постоянно: включение и выключение, контекстная и технологическая информация, включая местоположение и скорость. Количество подключенных устройств также может динамически изменяться.

– Масштабность. Количество устройств, которые будут «общаться» и получать управляющее воздействие в десятки раз превысит количество узлов в текущей сети Интернет. Очевидно, что количество коммуникаций, которые могут быть инициированы устройствами, радикально превысит возможное число соединений, инициаторами которых выступают люди. Поэтому на первый план выходят вопросы интерпретации данных, с целью их последующего применения.

Коммуникации и протоколы

С развитием сети Интернет и беспроводных технологий мы получили «коммуникации в любое время», смартфоны и планшеты позволили реализовать принцип «коммуникации в любом месте». IoT добавляет новое измерение и третью степень свободы в пространстве коммуникаций – «коммуникации с любой сущностью» будь то компьютеры, люди или устройства. Также принципиально новым явлением становится «самостоятельный» обмен данными или информацией между устройствами различных типов.

Базовыми способами коммуникаций между устройствами могут быть:

  • с использованием шлюза и концентратора данных (via gateway);
  • с использованием только сети передачи данных (without gateway);
  • прямые соединения между устройствами (direct communication).

Стандарты и консорциумы

Блестящие рыночные перспективы, которые аналитики обещают направлению IoT (Интернет вещей), не позволяют компаниям самого разного размера и специализации в области информационных технологий остаться равнодушными. В одиночку и путем объединения в консорциумы они пытаются занять свою нишу и освоить это перспективное направление. Наиболее крупные объединения, их задачи и названия основных компаний участников:

AllJoyn – позволить совместимым «умным» устройствам «узнавать» друг друга, устанавливать соединения и распределять свои ресурсы и обмениваться данными вне зависимости от производителя, вида сети и используемой операционной системы.
(Qualcomm + Cisco, Microsoft, LG, HTC).

The Physical Web – обеспечение возможностьи потребителям общаться с любым доступным «умным» устройством без предварительной загрузки и установки специализированного программного обеспечения. (Google).

Industrial Internet Consortium – проектирование и создание решений в области интеллектуальной промышленной автоматизации.
(Intel, Cisco, AT&T, GE, IBM, Microsoft).

Open Interconnect Consortium – разработка коммуникационного каркаса приложений, базирующегося на индустриальных стандартах с целью установления беспроводных соединений и интеллектуального управления информационными потоками. (Intel + Atmel, Dell, Broadcom, Samsung, Wind River).

Thread: – разработка нового беспроводного сетевого протокола.
(Google’s Nest, Samsung Electronics, ARM Holdings, Freescale Semiconductor, Silicon Labs, Big Ass Fans, and Yale Locks & Hardware)

Практическое применение

Сценарии использования

Возможные сценарии использования парадигмы Интернета вещей (IoT) и их взаимная связь хорошо отражены на инфографике, подготовленной компанией Libelium См. Рис.  4.

интернет

Рис.  4.  «Умный» мир

Бизнес модель и экосистема

Чтобы лучше понять методы и способы извлечения прибыли или преимуществ от использования Интернета вещей (IoT) необходимо определиться с несколькими справочниками. Виды справочников напрямую следуют из референтной модели, а состав может отличаться. В первую очередь, определимся с конечным потребителем или заказчиком. У двух больших категорий разные драйверы развития. Если на вертикальных рынках польза от Интернета вещей определяется наличием специфических задач (включая государственное регулирование)  или нишевых проблем, не решаемых эффективно существующими технологиями, то на потребительском рынке тренд задают новые бизнес модели, которые включают в себя формирование потребностей потребителя и создание принципиально новых услуг и возможностей.

  • Промышленность и государство (Industrial & Government Applications)
    • Умные города (Smart Cities)
    • Мониторинг окружающей среды (Smart Environment)
    • Умное водопользование (Smart Water)
    • Умный учет (Smart Metering)
    • Безопасность и чрезвычайные ситуации (Security & Emergencies)
    • Розничная торговля (Retail)
    • Логистика и транспорт (Logistics & Transportation)
    • Производственная автоматизация и контроль (Industrial Control)
    • Сельское хозяйство (Smart Agriculture)
    • Строительство (Buildings)
    • Прогрессивное животноводство (Smart Animal Farming)
  • Потребительские устройства (Consumer)
    • Домашняя автоматизация (Domotic & Home Automation)
    • Носимые устройства (Wearable Technology)
    • Электронное здравоохранение (e-Health, Healthcare)

Бизнес-модель деятельности компаний, в которую уже входит или органично может войти Интернет вещей можно сегментировать таким образом:

  • Анализ данных (Data Analysis)
  • Выполнение НИР и ОКР, консалтинг (Management Consulting / Research).
  • Облачные платформы и сервисы (Cloud Platform Service).
  • Производство и поставки оборудования (Hardware Producer / Vendor).
  • Проектирование продуктов и услуг (Product / Service Design).
  • Разработка аппаратного обеспечения (Hardware Development).
  • Разработка программного обеспечения (Software Development).
  • Системная интеграция (System Integrator).
  • Услуги и сервисы связи (End-to-end Service Provider).

Отметим также, что традиционные облачные сервисы:

  • программное обеспечение как услуга (SaaS)
  • платформа как услуга (PaaS)
  • инфраструктура как услуга (IaaS)
  • мониторинг как услуга (Маас)
  • коммуникация как услуга (CaaS)

существенно сокращают время и стоимость развертывания, решений основанных на парадигме Интернета вещей (IoT). В этом ряду сервисов, расположенных в порядке убывания комплексности, с точки зрения заказчика, появляется еще один, самый элементарный, присущий только IoT –  «датчик как услуга».

интернет

Рис.  5.  Экосистема IoT (Интернета вещей)

Роли участников экосистемы (нумерация совпадает с Рис.  5):

  1. Обеспечивает возможность передачи «сырых» данных, соответствующих логике и назначению устройства, оператору связи или непосредственно поставщику приложений.
  2. Играет центральную роль в экосистеме Интернета вещей и выполняет следующие функции: обеспечение доступа и интеграция ресурсов, предоставляемых другими поставщиками; поддержка и контроль сервисов инфраструктуры IoT; размещение сервисов, в том числе для (от) других провайдеров.
  3. Обеспечивает возможности интеграции и открытые интерфейсы. Наиболее типичными являются функции интеграции, хранения и обработки данных и управление конфигурацией самих устройств.
  4. Использует функциональные возможности и ресурсы, предоставляемые операторами связи, платформами и самими устройствами в интересах решения задач клиента с помощью специализированных приложений.

Перебирая различные сочетания 1-4, можно получить пять базовых бизнес-моделей:

  1. Весь комплекс услуг предоставляется заказчику одним провайдером (1,2,3,4).
  2. Устройства, услуги связи и платформу предоставляет один провайдер, а приложения от независимого поставщика (1,2,3) +(4).
  3. Производитель устройств снабжает их соответствующими приложениями, услуги сети и платформу предоставляет другой вендор (1,4) +(2,3).
  4. Аналогично п.3. – производитель также является и разработчиком платформы (1,3,4) +(2), оператор связи независим и выбирается заказчиком.
  5. Заказчик или системный интегратор «собирает» систему из компонентов от четырех независимых производителей (1)+(2)+(3)+(4).

Риски

Оптимизм в части перспектив Интернета вещей (IoT) сдерживается существованием разного вида барьеров, стоящих на пути этой технологии. Перечислим и кратко охарактеризуем только основные.

Новые стандарты. Нет единого стандарта на протоколы информационного обмена. Активные попытки создания идут. Существующие требуют развития или замены, так как не соответствуют новым задачам. Ситуация напоминает эпоху развития видеотехники, когда каждый консорциум развивал свои стандарты записи видеосигнала VHS, Hi8, VHS-С, BetaMax и др. и все они нашли свою нишу. Такое «распыление усилий» не только замедляет развитие, но и приведет к проблемам совместимости для большинства компонентов потенциальных систем. Добавим также сравнительно медленный переход к повсеместному использованию протокола IPv6.

Стоимость. Относительно высокая стоимость каждого узла, концентраторов данных, подключение к коммуникационным сетям и (или) оплата дополнительного трафика, потребление электроэнергии, подписка на сервисы и т.д. приводит к тому, что массового появления самых эффективных, с точки зрения теории, сетей  насчитывающих десятки тысяч устройств мы пока не наблюдаем. В большинстве потенциально чрезвычайно перспективных отраслей, например сельское хозяйство и животноводство, сроки окупаемости пока значительные. Что подталкивает потенциальных потребителей, с учетом бурного развития и переосмысления концепции IoT, занимать выжидательную позицию.

Безопасность. Последняя в нашем списке, но самая значимая из проблем. Аспектов, по которым IoT может отрицательно сказаться на безопасности множество. От увеличения риска для закрытых корпоративных сетей до утечек персональных данных. Очевидно, что в промышленности использование беспроводных технологий увеличивает уязвимость. Конечно, различные производители уже готовы предложить решения, но их эффективность сильно зависит от ресурса атакующего и его мотивации.

В случае значительного ресурса и высокой мотивации – гарантированной защиты пока не существует. На потребительском рынке – казуальное использование «умных» устройств, «умный дом», персональная медицина – ситуация сложней и труднопредсказуема. У людей по объективным, а зачастую и субъективным причинам, может расти тревога в отношении возможности утраты персональной информации или вреда от излучений беспроводных устройств и т.п. Р

азоблачения Эдварда Сноудена, например, изменили поведение значительного числа людей, которым объективно нечего и не зачем скрывать. «Синдром Сноудена» реально «ударил» по социальным сетям и некоторым производителям программного обеспечения для мобильных устройств. Справедливости ради следует отметить, что открылись новые возможности для продажи решений по защите персональной информации, включая рынок «псевдорешений».

Коммерциализация

Успешная монетизация невозможна без получения ответов на вопросы:

  • кто является потребителем;
  • что представляет для него ценность;
  • каким образом вы планируете ее создать;
  • как донести эту ценность до потребителя и продать ему по разумной экономически обоснованной цене?

Новые бизнес-модели появляются как результат развития технологий и открывают широкий спектр получения прямых и косвенных доходов. Новым явлением стали многочисленные открытые сообщества разработчиков, вовлеченные не только в процессы проектирования и создания ценностей, но и в процессы их потребления. Основные модели коммерциализации для Интернета вещей были заложены развитием традиционного Интернета.

Лицензирование. Старейшая и наиболее распространённая модель в индустрии программного обеспечения. В случае IoT речь может идти не только о программах и сервисах, а также о данных и результатах аналитики. Их использование внутри домена приложения может быть бесплатным, плата взымается за  данные, имеющие ценность для других приложений и потребителей. Это дает совершенно уникальную возможность расширять границы приложений в соответствии с запросами клиентов.

Подписка. Одна из вариаций модели лицензирования. Плата за доступ к данным (услугам) для определенного периода времени – по сути, превращает разовые продажи продукта в повторяющиеся. При этом появляется возможность менять цены в зависимости от того, как часто и как долго клиент использует службу. Хорошая практика скидки на более долгие сроки подписки, позволяет «привязывать» к себе заказчика и привлечь и аккумулировать средства на дальнейшее развитие.

Премиум-сервисы. Идея этой бизнес-модели заключается в предоставлении простых и базовых услуг бесплатно, с целью продажи более продвинутых или дополнительных функции. В этом случае рост возможен не только за счет привлечения новых пользователей, но и повышения дохода от существующих. Если потребитель удовлетворён базовыми сервисами, он не только будет готов внести небольшую плату, чтобы получить дополнительные сервисы, но и станет рекламировать его своим друзьям и семье. Эта модель поощряет пользователей бесплатной части продукта взаимодействовать таким образом, чтобы создать спрос на дополнительные платные услуги.

Реклама. Мы уже знакомы с тем, как передовые методы бизнес-аналитики  используются для контекстной рекламы и поведенческого маркетинга. IoT дает новые возможности, когда содержимое отображаемой рекламы будет динамически меняться в зависимости от поведения пользователя и содержания получаемых данных от сенсоров.

Генерация трафика. Бизнес-модель генерации трафика является хорошим примером косвенного способа монетизации. Увеличивается шанс получения доходов от прямых бизнес-моделей, таких как электронные платежи, премиум-сервисы или реклама. Не забудем также, что весь этот трафик кем-то оплачивается, как и модернизация сетевого оборудования и каналов связи, необходимых для его прохождения.

Электронные платежи. Идея состоит в том, чтобы получить прибыль от микро-платежей от индивидуального использования наборов данных или результатов аналитики. Потребители могут произвести платеж в любое время дня или ночи, в любой точке мира. Модель электронных платежей не новая в Интернете, но переход к микро-оплатам позволит вовлечь пользователей даже с низкими доходами.

Массовая кастомизация. Интернет вещей позволяет создавать индивидуальные продукты для каждого клиента, исходя из его требований и даже предпочтений. Слишком дорогое решение для традиционного товарного производства, в случае продажи сервисов и услуг, являющихся по сути информационными, становится рентабельным и возможным.

Совместное потребление. Яркими представителями Peer-to-peer (P2P) в традиционном Интернете являются файлообменные сервисы. Модель, сложная для извлечения прибыли, главным образом используется для обмена контентом и постоянно подвергается критике правообладателей. В мире IoT ситуация может радикальным образом измениться. Каждый легко может стать поставщиком собственного информационно-аналитического контента или просто данных от сенсоров или других устройств, который можно будет продавать или обменивать.

Мобильная коммерция. Модель быстро развивается и просто получит дополнительный импульс. Как и в случае с рекламой, возможности по точному предложению товаров и услуг, в том числе нужных «здесь и сейчас», возрастут многократно.

Заключение

Граней, на которые можно отразить парадигму Интернета вещей (IoT), конечно, больше. Каждый месяц появляются новые исследования, которые все глубже прорабатывают не только отдельные аспекты этой темы, но и семантические связи между ними. Если после прочтения этой статьи у читателя появится желание подумать о том, как применить новые возможности к текущим или перспективным задачам бизнеса, автор будет считать задачу выполненной. При всех сомнениях в перспективности и целесообразности использования технологий IoT, следует в первую очередь искать решение не в области замены «классических решений» – а в нахождении некого «симбиоза» или проектирования принципиально новых систем и сервисов.

.

Статьи

15.07.2017

Со времени изобретения первого автомобиля в конце 1800-х годов, безопасность водителя была главным приоритетом для производителей, и с тех пор в нее инвестировали миллиарды (читать далее)

22.06.2017

Мобильность является одной из основных тем и драйвером роста и улучшений в современных городах. Решения для умного города должны сочетать технологии, коммуникации и трафик. (читать далее)