Картинка

БЛОГ про

все цікаве у світі телекомунікацій

Що потрібно знати про інтернет речей: фундаментальний лікбез

2019-10-25
Автор: Телесфера

Про IoT говорять сьогодні мало не з кожної («розумної») праски. При цьому в таких розмовах зазвичай пропускають базові речі: що таке інтернет речей, з чого він складається, і хто може відповідати на ці питання на правах «уповноваженого органу». А між тим, питання ці дуже актуальні. У цьому пості ми розповімо про архітектуру інтернету речей: з яких компонентів він складається, які технології мають особливе значення, які рішення дозволяють спростити масове впровадження, а також хто в світі головний по IoT.

Що таке інтернет речей?

Дослідницька компанія Gartner визначає IoT як мережу фізичних об'єктів, що містять засоби для взаємодії із зовнішнім середовищем і між собою, а також для передачі відомостей про свій стан і прийому команд.

Менш абстрактне визначення пропонує McKinsey: IoT - це датчики і приводи, вбудовані в фізичні пристрої та підключення до інтернету через дротові або бездротові мережі.

Розвитком IoT займаються не тільки виробники пристроїв, але і спеціалізовані організації, в числі яких Міжнародний союз електрозв'язку (ITU), Industrial Internet Consortium і IETF.

У рекомендаціях Y.2060 Міжнародного союзу електрозв'язку, які отримали назву Overview of the Internet of Things, інтернет речей постає як «глобальна інфраструктура, що надає складні послуги завдяки з'єднанню фізичних і віртуальних речей на основі існуючих і, таких, що розвиваються, функціонально сумісних інформаційно-комунікаційних технологій». Під річчю в цьому визначенні розуміється предмет фізичного або віртуального світу, який може бути ідентифікований та підключений до мереж зв'язку. Пристроєм в контексті IoT називається елемент обладнання, який володіє обов'язковими можливостями зв'язку і може проводити вимірювання, спрацьовувати при певних умовах, вводити, зберігати і обробляти дані.


Типи пристроїв IoT і їх взаємодія. Джерело: ITU-T Y.4000 / Y2060

Відповідно до рекомендацій Сектор стандартизації електрозв'язку Міжнародного союзу електрозв'язку (ITU-T) IoT є мережею пристроїв, тісно пов'язаних з речами. Сенсорні і виконавчі пристрої взаємодіють з фізичними речами в навколишньому середовищі. Пристрої збору даних зчитують інформацію з фізичних речей або записують її на фізичні речі, взаємодіючи з пристроями перенесення даних або носіями даних, підключеними або пов'язаними з фізичним об'єктом.

Іншими словами, IoT - це:

Фізичні/Віртуальні об'єкти
+
контролери/сенсори/виконавчі механізми
+
інтернет

Таким чином, фізичний екземпляр елемента IoT є об'єктом, який

інтелектуальний: має мікроконтролер і софт для управління;
може інформувати або діяти: містить датчик для вимірювання будь-яких фізичних параметрів або виконавчий механізм, роботою якого можна управляти;
доступний по мережі.

Рекомендації Y.2060 також містять еталонну модель IoT, яка служить основою для стандартизації. Еталонна архітектура дає розробникам розуміння того, які функції потрібні в IoT і як вони взаємодіють.


Еталонна модель IoT. Джерело: ITU-T Y.4000 / Y2060

Розробками архітектури IoT також займається Всесвітній форум IoT (IoT World Forum, IWF). Ця щорічна подія, в якій беруть участь представники бізнесу, держав і наукових кіл. Комітет з архітектури IWF в 2014 році опублікував свою версію еталонної моделі IoT. Вона добре доповнює варіант, запропонований ITU-T, оскільки IWF приділяє увагу не тільки рівнями пристроїв і шлюзу, але і верхнім рівням, більш важливим для розробки додатків, проміжного софта і підтримки промислового інтернету речей.


Еталонна модель IoT за версією IWF. Джерело: Cisco

Які ключові елементи IoT?

По-перше, це протоколи. Стандартні для інтернету протоколи або виявляються надлишковими для IoT, або не забезпечують необхідних характеристик для випадків, коли потрібен малий час відгуку і висока надійність мережі. Крім того, процесори пристроїв IoT, як правило, мають невисоку продуктивність, щоб зберігати енергоспоживання на низькому рівні. Це вимагає розробки мережевих протоколів, спеціально заточених під використання в інтернеті речей.

Цим займаються кілька робочих груп у складі IETF і W3C. Наприклад, адаптацією IPv6 для мереж вузлів з обмеженими ресурсами займається робоча група 6lo. Ця група успадкувала розробки групи 6LoWPAN, яка розробляла методи стиснення заголовків пакетів і оптимізації виявлення сусідів. Група 6lo орієнтована на більш широкий спектр протоколів: Bluetooth Low Energy, ITU-T G.9959, DECT Ultra Low Energy, а також протокол MS/TP для мереж RS-485.

Список інших робочих груп IETF, пов'язаних з IoT, і того, чим вони займаються, виглядає так:

  • DICE - DTLS In Constrained Environments - профіль TLS/DTLS, придатний для пристроїв з обмеженими ресурсами;
  • ACE - Authentication and Authorization for Constrained Environments - (RFC
  • 7744) - механізми аутентифікації для доступу до ресурсів в обмежених середовищах;
  • COSE - CBOR Object Signing and Encryption - спрощені аналоги CBOR для методів підписання та шифрування;
  • 6TiSCH - IPv6 Over the TSCH Mode of IEEE 802.15.4e - Реалізація IPv6 для Time-Slotted Channel Hopping;
  • LWIG - Lightweight Implementation Guidance (RFC 7228) - загальна термінологія для мереж з обмеженими вузлами (CoAP і IKEv2);
  • ICNRG - Information-Centric Networking - застосовність технологій для сценаріїв IoT;
  • CFRG - Crypto Forum -фундаментальні методи шифрування, придатні для IoT.

Не менш важлива для IoT технологія - це зв'язок п'ятого покоління. Реалізації багатьох сценаріїв використання IoT вимагає модернізації мереж передачі даних до рівня 5G. Мережі п'ятого покоління дозволяють знизити затримки і можуть адаптуватися під випадки застосування, які передбачають безліч підключень, допомагають зменшити енергоспоживання і отримати величезну швидкість мобільної передачі даних: понад 10 Гбіт/с. При цьому затримка сигналу в 5G знижується до 1 мс. Для порівняння в 4G затримка становить 10 мс, а в 3G - 100 мс.

Датчики знаходяться на нижньому рівні стека технологій, що складають еталонну модель IoT. Вони забезпечують взаємодію фізичного та віртуального світу, збираючи аналогові дані і перетворюючи їх в цифрову форму. Щоб передати зібрану інформацію, датчики підключаються до мережі і взаємодіють з серверами і шлюзами, використовуючи протоколи Bluetooth, NFC, RF, Wi-Fi, LoRaWAN і NB-IoT.


Різні типи датчиків. Джерело: CircuitDigest

Самі по собі датчики лише реєструють фізичну величину і перетворюють виміряне значення в цифровий формат для відправки на мікроконтролер, що становить «розумну» частину датчика.


Інфрачервоний датчик Toshiba 32C100U2 IR Sensor Board

Розвиток технологій дозволяє робити датчики дуже компактними. Наприклад, 14-розрядний датчик прискорення BHA250, що випускається Bosch Sensortec має розміри 2,2×2,1×0,95 мм, але при цьому містить 32-розрядний мікроконтролер.

Нарешті, найважливішу роль відіграють IoT-платформи. За даними звіту McKinsey близько 40% економічної цінності IoT пов'язано з сумісністю, тобто з тим, як пристрої можуть з'єднуватися один з одним. Для розкриття всіх переваг інтернету речей потрібні не тільки швидкі канали зв'язку і економічні протоколи, а й стандартизація всіх рівнів функціонування IoT у відповідності з еталонними моделями.

IoT-платформи частково знімають гостроту цієї проблеми, однак і серед них не спостерігається єдності. Станом на середину 2017 року агентство IoT Analytics нарахувало 450 компаній, що пропонують свої IoT-платформи. Це число менше, ніж список вироблених в світі IoT-пристроїв, але більш ніж достатній для того, щоб створити проблеми сумісності.

Що таке IoT-платформи і навіщо вони потрібні?

Коротко кажучи, це рішення, що забезпечують уніфіковану взаємодію між кінцевими пристроями IoT і сервісами, що обробяють дані. А пояснювати, чому вони важливі, почнемо здалеку.

Дослідження Cisco виявило, що 75% проектів, пов'язаних з IoT, зазнають невдачі. В опитуванні взяли участь понад 1800 керівників компаній та ІТ-лідерів, метою опитування було виявлення основних бар'єрів, що обмежують впровадження інтернету речей на підприємствах. Згідно з висновками дослідження, основними перешкодами для організацій, які бажають впровадити IoT, стають витрати і терміни реалізації проектів. Ще одним стоп-фактором стала обмеженість експертних знань штатних співробітників.

Усунути ці проблеми дозволяє використання рішень, що забезпечують уніфіковану взаємодію між кінцевими пристроями IoT і сервісами, що обробляють дані, - тих самих IoT-платформ.

Пояснимо: якщо в компанії вже є парк обладнання, при впровадженні IoT потрібно підключити його до нової інфраструктури. При цьому якась частина «старих» пристроїв може цілком успішно виконувати свої виробничі функції, але не мати можливості підключення до інтернету. Заміна такого обладнання на IoT-сумісне спричинить великі витрати. Це збільшить термін окупності, оскільки доведеться списати цілком працездатні верстати і агрегати.

Але навіть якщо обладнання сумісне з IoT, залишається відкритим питання з тим, які дані необхідно збирати і використовувати, як проводити поглиблений аналіз зібраної інформації і забезпечити оперативний зворотний зв'язок. IoT-платформи якраз і забезпечують безшовну інтеграцію апаратних засобів з використанням різних типів підключення, передачу даних на підключені пристрої або між ними.

IoT-платформи пропонують багато високотехнологічних та ІТ-компанії. Розробка компанії Toshiba для інтеграції IoT-пристроїв і сервісів отримала назву SPINEX. При розробці IoT-платформи SPINEX використовувався великий досвід Toshiba в енергетиці, виробництві напівпровідникових компонентів, а також в області інтернету речей, штучного інтелекту, розпізнавання голосу і відео.


Платформа SPINEX. Джерело: Toshiba

SPINEX забезпечує єдиний простір для збору даних з підключеного обладнання, устаткування та продуктів, зберігання, візуалізацію та аналіз зібраних даних. Завдяки використанню відкритої архітектури SPINEX може взаємодіяти з різними хмарними провайдерами і пристроями. Платформа дає користувачам три ключові технології:

  • периферійні обчислення: щоб звести до мінімуму затримки в роботі мережі і виконати складну обробку даних, SPINEX розділяє процес на дві частини: базові операції виконуються в режимі реального часу на граничних пристроях, а розширений аналіз виконують потужні сервери в хмарі інфраструктури;
  • цифрові двійники: SPINEX використовує штучний інтелект для побудови цифрових моделей реальних об'єктів, що дозволяє більш ефективно відслідковувати зміни обстановки і передавати пристроям необхідні команди;
  • медіааналітіка: розроблена Toshiba технологія аналізу відеоданих використовується для високоточної ідентифікації голосу та зображень.

У 2016 році Toshiba запустила заснований на SPINEX хмарний сервіс IoT Standard Pack. Сервіс є уніфікованим рішенням для багатьох завдань, пов'язаних з інтернетом речей. Він дозволяє швидко розгорнути мережу IoT на підприємстві за рахунок використання шаблонів для збору даних і швидкого підключення пристроїв до інфраструктури IoT з використанням технології plug-n-play.

Наскільки все це актуально і куди рухається ринок IoT?

Іноді здається, що чудовий світ інтернету речей - не більше ніж фантастична картинка. Це не так. У доповіді Fortune Business Insights вказується, що світовий ринок Інтернету речей, вартість якого в 2018 році оцінювалася в 190 мільярдів доларів, досягне до 2026 року 1,11 трильйона доларів, продемонструвавши сукупний темп зростання 24,7% в рік.


Прогноз обсягу ринку IoT в 2018-2026. Джерело: Fortune Business Insights

Очікується, що найбільшим сегментом ринку буде банківський сектор і сектор фінансових послуг.

Аналітики Gartner повідомляють, що в 2019 році кількість пристроїв IoT досягло 14,2 млрд. Компанія також прогнозує, що до 2025 року кількість підключених пристроїв досягне рівня в 25 мільярдів.


Прогноз IDC про зростання кількості підключень IoT

IDC дають ще більш оптимістичний прогноз: до 2025 року до мережі інтернету речей буде щохвилини підключатися 152 200 пристроїв. Помноживши 152 200 на 525 600 (кількість хвилин в році), отримаємо, що в 2025 році інтернет речей буде містити близько 80 мільярдів пристроїв.

За даними дослідження IoT - The Internet of Transformation 2018, опублікованого Juniper Research, ключовими ринками IoT залишаються Північна Америка, Західна Європа, Далекий Схід і Китай. Саме ці регіони забезпечать більш 60% всіх доходів, пов'язаних з інтернетом речей.

Джерело: https://habr.com/ru/company/toshibarus/blog/473024/


Про компанію Телесфера Інтеграція.

Телесфера Інтеграція заснована в 2012 році та являється інтегратором новітніх технологічних рішень для бізнесу.  Ми розробляємо рішення, що роблять Ваш бізнес успішним.

Основні напрямки роботи компанії:

  • Побудова локальних обчислювальних мереж;
  • Налаштування мережевого обладнання передових виробників (Cisco Systems, Aruba Networks та інших);
  • Продаж телекомунікаційного обладнання;
  • Аудит локальних обчислювальних мереж;

e-mail: office@telesphera.net
Телефон: (093) 198-11-82

КОММЕНТАРІ ДО СТАТТІ

Cisco: ІТ-лідери готові до впровадження ШІ (штучний інтелект) і інтенційно-орієнтованих мереж

Cisco: ІТ-лідери готові до впровадження ШІ (штучний інтелект) і інтенційно-орієнтованих мереж
Cisco,Cisco Network,IoT,cisco,cisco безпека,новини,Послуги Телесфера Інтеграція

Компанія Cisco опублікувала результати опитування, в якому взяли участь більше 2 тис. ІТ-лідерів і розробників мережевих стратегій. Дослідження показало, що головним пріоритетом для ІТ-галузі є максимізація бізнес-цінності, що відображає прагнення до розвитку інновацій і більш тісної координації з бізнес-стратегією.

ІТ-ландшафт сучасних компаній

ІТ-ландшафт сучасних компаній
Cisco,cisco,cisco безпека,Блог Телесфера,Налаштування

Цифровизація, послуги в електронному вигляді, роботизація, штучний інтелект ... Безперервна еволюція все більше загострює конкуренцію, спонукаючи компанії вдосконалювати бізнес-процеси, активно впроваджуючи інновації.

Що потрібно знати про інтернет речей: фундаментальний лікбез

Що потрібно знати про інтернет речей: фундаментальний лікбез
IoT,Налаштування,Блог Телесфера,Послуги Телесфера Інтеграція

Про IoT говорять сьогодні мало не з кожної («розумної») праски. При цьому в таких розмовах зазвичай пропускають базові речі: що таке інтернет речей, з чого він складається, і хто може відповідати на ці питання на правах «уповноваженого органу». А між тим, питання ці дуже актуальні. У цьому пості ми розповімо про архітектуру інтернету речей: з яких компонентів він складається, які технології мають особливе значення, які рішення дозволяють спростити масове впровадження, а також хто в світі головний по IoT.