Интернет вещей: что это и куда он нас приведет?

В 2019 году исполняется 20 лет концепции интернета вещей (Internet of Things, или IoT). Она уже не нова, но не всем известно, какое изобилие технологий и инженерных решений под ней скрывается. Расскажем, как интернет вещей и связанные с ним технологические новшества изменят нашу жизнь уже в самом скором будущем.

Что такое интернет вещей, как работает и зачем он нужен

Еще один интернет? Неужели нам не хватало старого?!

Нам — хватало. Но мы в этом мире уже не одни. Эксперты прогнозируют, что к 2020 году к Сети будет подключено около 28 миллиардов устройств, причем лишь треть из них — компьютеры, смартфоны и планшеты. Остальные ⅔ приходятся на другие девайсы: телевизоры, платежные терминалы, фитнес-браслеты, автомобили, бытовую электронику, производственное оборудование, всевозможные датчики и контроллеры. Прежде мы не видели необходимости предоставлять им доступ ко Всемирной паутине. В самом деле, для чего может понадобиться интернет розетке или жалюзи?.. Но теперь мы знаем, что это открывает новый мир невероятных возможностей.

Ваш ноутбук способен не только запускать видео на дисплее, но и транслировать его через сеть на телевизор или проектор, а они умеют принимать этот сигнал и воспроизводить. С помощью смартфона или планшета вы можете подключиться к видеокамере, установленной у вас дома, чтобы выяснить, чем занят питомец, пока вы на работе. Фитнес-браслет не только вычислит количество потраченных калорий, но и опубликует ваши достижения в социальной сети. Умный телевизор умеет показывать не только телепередачи, но и ролики с YouTube, а если захотите позвонить друзьям — к вашим услугам встроенный Skype.

Наши девайсы с каждым годом становятся все более сложными и продвинутыми, они берут на себя все больше задач, освобождая нас от рутины. Но чтобы электроника выполняла их самостоятельно или с нашим минимальным вмешательством, множеству устройств необходимо обмениваться данными, взаимодействовать. Сеть, с помощью которой гаджеты связываются друг с другом или с внешним миром, и называется интернетом вещей.

Физически это могут быть ИК-сигналы, связь по радио, стандарту Bluetooth или даже обычный Wi-Fi. Когда эти протоколы связи используются для передачи информации между устройствами, они становятся частью интернета вещей.

В информационном обмене может участвовать не только умная электроника, но и книги, письма и посылки, одежда и многие другие бытовые вещи.

К примеру, RFID-метка на упаковке дорогого товара или ценной библиотечной книги не позволит злоумышленнику незаметно вынести предмет из магазина или читального зала. Считывающее устройство, встроенное в RFID-ворота, подаст сигнал, когда метка попадет в область считывания — а продвинутые системы могут заблокировать выход из здания, сфотографировать злоумышленника или отправить охраннику сообщение с описанием похищенного предмета. 

QR-коды и штрихкоды помогут роботам быстрее сортировать почтовые отправления. Автоматические погрузчики ориентируются на складе благодаря наклеенным на коробки этикеткам с QR-кодами или RFID-метками.

Благодаря маркировкам электронные устройства способны «познавать мир», определяя, какие физические объекты их окружают, обрабатывая эту информацию и при необходимости передавая ее. Все это — устройства интернета вещей.

Применение всем этих технологиям находится буквально везде — в наших домах, офисах, транспорте, промышленности, здравоохранении и даже в путешествиях.

Умный дом, который построим мы

При словах «умный дом» в голову приходят образы из фантастических фильмов и сериалов, в которых жилище, оборудованное невероятными приспособлениями и устройствами интернет вещей, способно не только заботиться о человеке, но и поддерживать с ним беседу или делиться новостями. Сложно сказать, станут ли такие дома реальными в скором будущем, но первые шаги к этому мы уже делаем. 

Сегодня умный дом — это комплекс устройств и программных решений, которые контролируют (автоматически или под частичным управлением человека) освещение и микроклимат в помещениях, заботятся о безопасности, управляют мультимедийными устройствами. Если у вас дома установлена видеокамера, подключенная к интернету, или детектор в уборной автоматически включает свет, когда вы открываете дверь, — можете считать свой дом умным. Интеллектуальных гаджетов для жилища с каждым годом становится все больше. 

Зачем нужен интернет вещей — кратко

Например, компания Samsung выпустила холодильник Family Hub, помогающий заказывать продукты с доставкой, не выходя из кухни: с помощью сенсорного экрана на дверце холодильника. На него можно вывести каталог магазина и выбрать товары. Холодильник может отслеживать сроки годности каждого продукта и напоминать о них хозяевам. И при каждом закрытии дверцы Family Hub делает фотографию своего содержимого и отправляет ее хозяину на смартфон. Так что не приходится вспоминать, есть ли дома молоко, йогурт или помидоры — достаточно заглянуть в телефон!

Китайская компания Xiaomi выпускает ряд устройств для умных домов. Это и смарт-электрика (розетки, выключатели, удлинители), и беспроводные контроллеры для управления другими гаджетами, и всевозможные датчики — движения, протечки воды, открывания дверей и окон, температуры, влажности и давления. Для большинства девайсов можно настроить сценарии поведения. К примеру, кнопка Xiaomi Smart Wireless Switch предлагает задать разные действия при одиночном щелчке, двойном или долгом нажатии, а Xiaomi Mi Magic Cube Controller, выполненный в виде кубика, можно повернуть, встряхнуть, постучать или сдвинуть — в зависимости от действия он умеет выполнять шесть команд, которые можно запрограммировать самостоятельно. Кнопка дверного звонка пришлет вам на смартфон сообщение, если кто-то придет к вам в ваше отсутствие, а при наличии камеры — еще и покажет фотографию гостя.

Умный термостат сможет постоянно поддерживать идеальную «погоду» в доме. В холодный день он автоматически поднимет потребление теплоэнергии, а в теплый, напротив, снизит, сокращая ваши расходы на 30 %. Умное освещение включится, когда в комнате станет слишком темно, а утром технологичные жалюзи прикроют окно, чтобы солнечные лучи не разбудили вас раньше времени. Умная плита на кухне поможет найти в интернете рецепт вкусного завтрака и выведет его на экран прямо в зоне готовки.

Ванная комната, оборудованная интеллектуальными девайсами, поможет экономить воду. Система снизит напор в кране, когда вы бреетесь или чистите зубы, и выдаст полную мощность, когда вам понадобится принять душ или набрать ванну. В Японии и Китае уже разработаны умные унитазы, которые умеют проводить анализы, чтобы отслеживать состояние здоровья хозяина, — например, выявлять сахарный диабет или определять группу риска. В перспективе развития этих технологий можно ожидать, что у нас появятся персональные врачи, сопровождающие каждого в режиме 24/7. Результаты анализов, информация с фитнес-браслетов, данные о питании и режиме сна, занятиях спортом, показания электронных весов — все эти сведения будут объединяться и обрабатываться, чтобы формировать рекомендации по поддержанию здоровья или напоминать обратиться врачу, если появятся тревожные сигналы.

Интернет вещей помогает в работе

Прогресс не обойдет стороной офисы и рабочие места. Время, когда вкалывать будут только роботы, наступит еще не скоро, но уже сегодня умная электроника помогает нам строить это будущее.

Одно из подразделений компании General Electric, GE Renewable Energy, сумело снизить расходы на техническое обслуживание на 10 %, а расходы на внеплановый ремонт — на 20 %, внедрив систему мониторинга данных на своем полевом оборудовании. Филиал занимается выработкой энергии из возобновляемых источников и производит ветрогенераторы, электростанции на солнечной энергии, гидроэлектростанции. Специальные датчики в непрерывном режиме контролируют работу этого оборудования, передавая данные телеметрии в единый центр. При малейших отклонениях в работе специалисты GE готовы оперативно выполнить профилактические работы или срочный ремонт, предотвращая поломку и экономя средства на восстановление техники. Та же телеметрия позволяет предсказывать будущие объемы выработки энергии и планировать, как эффективнее использовать генераторы. Все это снижает эксплуатационные расходы и минимизирует финансовые потери компании.

Датчики температуры, давления, влажности — такие же, как в умных домах — могут использоваться и на предприятиях или складах, где эти показатели важны для технологического процесса или условий хранения. Автоматический климат-контроль поможет предотвратить появление брака и порчу готовой продукции. Электронике можно доверить и отслеживание сроков годности продуктов и товаров на складах. Системы управления могут отключать освещение после того, как последний сотрудник покидает рабочее место, включать охранную сигнализацию и отдавать команду на запуск робота-пылесоса.

Системы физической и кибербезопасности уже сегодня активно используют интернет. Камеры с датчиками движения автоматически включаются, когда в их поле зрения попадают перемещающиеся объекты, и отправляют видеозапись на серверы. Отчеты о событиях и подозрительной активности могут быть моментально направлены на email или смартфоны ответственных лиц. 

Еще одна область использования интернета вещей — это системы мониторинга автопарка, которые уже сберегают финансы компаний. Установка нескольких датчиков и навигационного оборудования GPS или ГЛОНАСС позволяет практически полностью исключить злоупотребления служебным транспортом: хищение топлива, нецелевое использование и многое другое. Такая система способна контролировать буквально каждое движение водителя: маршрут передвижения, пройденное расстояние, точки заправки, объемы залитого и израсходованного топлива, стоянки и их продолжительность, соблюдение скоростного режима.

Интернет вещей позволит связать устройства, работающие на разных участках производства, в единый «организм», который поможет оптимизировать и упростить работу человека, возьмет на себя значительную часть производственных и административных задач.

Устройства интернет вещей для здоровья

Домашние приборы могут выполнять несложные анализы и контролировать физические показатели людей. А что, если вся информация с этих девайсов будет поступать непосредственно в электронную карту пациента и станет доступна лечащему врачу? Это не заменит полноценного анамнеза, но предоставит медикам сведения для ранней диагностики и профилактики, поможет уточнить диагноз и подобрать правильное лечение.

В клиниках уже сегодня можно увидеть много устройств, использующих интернет вещей. Стоматолог направляет вас на рентген, а по возвращении вы обнаруживаете, что врач уже изучает ваш снимок на компьютере.

Возможно, скоро исчезнет и необходимость в бумажных рецептах — их удобнее будет отправить на смартфон пациента, где они не потеряются и всегда будут написаны разборчиво. Программа подскажет адрес ближайшей аптеки, где нужное лекарство есть в наличии.

В России и по всему миру внедряются «кнопки жизни» — миниатюрные индивидуальные устройства с кнопкой для вызова экстренных служб. Девайс внешне напоминает наручные часы, но умеет не только показывать время, но и напоминать о приеме лекарств и даже делать телефонные звонки. Современные модели способны измерять пульс и давление, а также оснащены встроенным датчиком падения. Если пожилому человеку станет плохо, гаджет самостоятельно сможет вызвать скорую помощь. Система GPS поможет точно определить местонахождение пострадавшего.

Браслет Embrace пригодится людям, страдающим эпилепсией, — он способен предсказать приближение припадка и отправить сообщение родственнику или врачу. А французские разработчики создали специальную одежду — кофту и шапочку Wemu, которые оснащены специальными датчиками. С помощью Bluetooth одежда обменивается данными мониторинга со смартфоном и предсказывает приступы эпилепсии.

Технологии в области здравоохранения будут развиваться, и множество умных устройств будут отслеживать состояние нашего здоровья круглосуточно и ежедневно. Связь через интернет позволит им обмениваться данными и накапливать их в облаках и дата-центрах для более детального анализа, диагностики и рекомендаций по профилактике и лечению. 

Зачем нужен интернет вещей в школе и вузе

Учебные заведения будут оснащены теми же устройствами, что и дома или офисы — экономичными розетками и сантехникой, гаджетами для безопасности. Но могут ли девайсы, подключенные к интернету вещей, помочь лучше учиться?

Несомненно! 

Система электронных пропусков определит точное время, когда школьник или студент переступил порог учебного корпуса и когда покинул его, а заодно не пропустит в здание посторонних. Эта полезно не только для контроля за посещаемостью, но и в интересах безопасности. 

Не первый год в сфере образования бродят идеи об «электронных учебниках»: устройствах типа планшета или ридера, в которых можно будет хранить всю учебную литературу. И они могут оказаться даже полезнее, чем простая замена учебникам. К примеру, помогут вести дневник, автоматически подгружая расписание со школьного сервера, а задания — с компьютера учителя. Выполненную домашку можно будет пересылать на проверку. Разумеется, к школьной или вузовской системе будут подключены и родители — они смогут получать сообщения об успеваемости ребенка и другие важные оповещения.

Интернет делает удобнее и удаленное обучение. Если ребенок не может посещать школу, он будет заниматься с классом, присутствуя «виртуально» — подключаясь к занятиям по видеосвязи. 

Рано или поздно на смену школьной доске и мелу придут умные доски — сенсорные экраны, ведь мультимедийного и интерактивного контента все больше в образовании. Визуализация сложных абстрактных концепций и мгновенный доступ к новой информации обеспечат более качественное обучение.

Интернет вещей помогает путешественникам

Приходилось ли вам терять багаж при перелете? В 2016 году авиакомпания Delta Airlines разработала систему отслеживания багажа, которая отправляет пассажиру на смартфон сообщение о местонахождении его чемоданов. Если пассажир опаздывает на стыковочный рейс или его багаж по ошибке отправляют в Каир вместо Нью-Йорка, система помогает быстро исправить ошибку. Впрочем, некоторые чемоданы и сами способны отслеживать свое местоположение по GPS и сообщать владельцу координаты.

Крупные аэропорты напоминают лабиринты, в которых запросто можно заблудиться, особенно если вы редко путешествуете по воздуху. Интернет вещей помогает преодолеть этот хаос. В аэропорту Майами установлено более 500 устройств-«маячков», по которым специальное приложение в смартфоне пассажира определяет, где человек находится, и выдает персональные указания, куда ему следует направиться, чтобы добраться на регистрацию рейса или к выходу на посадку. 

Аэропорт Хитроу в Лондоне одним из первых начал рассылать пассажирам сообщения о задержках рейсов и времени ожидания. Эту технологию приняли на вооружение аэропорты по всему миру.

В Дубае проходит тестирование новая система биометрии, распознающая пассажиров по сетчатке глаза. Процедура регистрации на рейс с использованием этой системы может сократиться до минуты и менее. Даже не придется доставать из кармана паспорт!

Сразу несколько компаний проводят эксперименты по отслеживанию биометрических данных в полете. Каждый пассажир будет находиться под пристальным взглядом умной электроники, которая будет контролировать температуру, пульс и даже потребность в воде. Все это поможет стюардессам мгновенно реагировать на еще не высказанные просьбы путешественников или оперативно оказывать медицинскую помощь.

Всякий раз, вызывая через смартфон такси Uber, оплачивая проезд в метро транспортной картой или открывая номер отеля без ключа, вы используете интернет вещей. Эти простые действия прочно вошли в нашу жизнь. Интеллектуальные технологии работают за кадром, чтобы сделать наши путешествия безопаснее, проще и дешевле.

Умные и безопасные города

Все происходящее на улицах наших городов попадает в объективы множества видеокамер, установленных почти повсеместно. И это не только стационарные устройства, фиксирующие нарушения ПДД или снимающие парковку рядом с домом. Почти в каждом автомобиле есть видеорегистратор, и любой смартфон оснащен видеокамерой (чаще даже двумя). 

Можно ожидать, что в будущем видео со всех этих устройств будет автоматически передаваться в облачные сервисы и анализироваться мощными компьютерами. Искусственные интеллекты, обученные распознавать лица, смогут мгновенно выявлять в толпе разыскиваемых преступников и передавать информацию об их местонахождении ближайшим полицейским. Другие нейросети смогут опознавать противоправные действия, устанавливать личности участников и сохранять все связанные видеозаписи — на случай, если они понадобятся в качестве доказательств. 

Видеокамеру, подключенную к интернету, можно встроить даже в очки, поддерживающие технологию дополненной реальности. Достаточно будет посмотреть на человека, чтобы в линзе очков появилось его имя и вся необходимая вам информация о нем. 

Подобные технологии выглядят как часть сюжета фантастического романа, но они уже существуют. В Китае с 2015 года действует проект по созданию системы национального масштаба по распознаванию лиц. К 2020 году планируется использовать более 600 миллионов камер для контроля за гражданами страны. Система сможет с высокой точностью узнавать в лицо каждого жителя Поднебесной всего за 3 секунды.

Еще один китайский проект запустила компания LLVision Technology Co. Она выпустила смарт-очки для полицейских, также оборудованные системой распознавания лиц. Правда, этому гаджету требуется около 3 минут, чтобы выяснить имя и адрес человека. Тем не менее проект уже показал свою перспективность. Полицейские, использовавшие очки во время дежурств на железнодорожном вокзале города Чжэнчжоу, сумели за короткий срок арестовать 7 человек, подозреваемых в нападениях и похищении людей. Еще 26 нарушителей были задержаны за менее серьезные преступления. 

Для борьбы с преступностью используются и технологии распознавания голоса: в том же Китае такая система помогает противодействовать распространению наркотиков, мошенничеству и другим правонарушениям.

Умные технологии продолжают развиваться

Порой интернет вещей рассматривают как развитие межмашинного взаимодействия — концепции, которая на доброе десятилетие старше. Machine-to-Machine, или М2М, тоже подразумевало обмен или одностороннюю передачу информации между двумя и более электронными устройствами. Так, беспроводное считывание показаний датчиков температуры или давления можно считать примером М2М. Однако важным отличием интернета вещей становится интеграция показаний сенсоров и датчиков с компьютерными приложениями. Они позволяют не просто отображать показатели в режиме реального времени, но и сравнивать данные, анализировать их и выявлять закономерности, делать прогнозы и управлять поведением устройств.

Интернет вещей, если кратко — это еще один логичный шаг к той среде обитания, которую человек строит для себя, к миру комфорта и безопасности, в котором люди будут освобождены от тяжелого физического труда миллиардами механизмов и полезных девайсов.

По определению, данному компанией Goldman Sachs, ключевые особенности интернета вещей, которые отличают его от обычного интернета и М2М, описываются аббревиатурой SENSE: 

• Sensing (чувствующий) — большая часть информации, которая передается через интернет вещей, поступает от датчиков и сенсоров либо генерируется самими девайсами, а не человеком;
• Efficient (рациональный) — интернет вещей использует умные алгоритмы для достижения максимальной эффективности и продуктивности в работе всех устройств;
• Networked (сетевой) — интернет вещей использует сети для «общения» устройств;
• Specialized (специализированный) — в отличие от компьютеров или смартфонов, большинство устройств, задействованных в интернете вещей, узко специализированы и созданы для конкретной сферы: энергетики, здравоохранения, нефтедобычи;
• Everywhere (повсеместный) — устройства интернета вещей можно встретить буквально везде: в домах, офисах, в городской среде. А некоторые девайсы даже сопровождают человека, куда бы он ни направлялся.

Эти признаки определяют направление, в котором интернет вещей и гаджеты, использующие его, будут развиваться в ближайшие десятилетия. 

За чем дело стало?

Сегодня микроэлектронные технологии переживают бурный рост, датчики и сенсоры постепенно дешевеют, а новинки на рынке умных устройств появляются едва ли не еженедельно. Так почему же мы все еще не живем в домах будущего, оборудованных по последнему слову техники?

Причина 1. Мы не можем договориться

Чтобы связать тысячи и миллионы устройств, окружающие нас, требуется выработать единые стандарты и протоколы связи, по которым они будут обмениваться данными. На сегодняшний день таких стандартов нет, хотя работа над ними ведется. Крупнейшие компании рынка — General Electric, Intel, IBM, AT&T и Cisco — объединили усилия и создали Консорциум индустриального интернета (IIC). С 2014 года в консорциум вошли сотни компаний по всему миру: Boeing, Hitachi, Microsoft, Huawei, Bosch, Mitsubishi, Nokia, Siemens и многие другие. В задачи этой организации входит в том числе выработка единых протоколов интернета вещей, но эта работа все еще очень далека от завершения. Производители устройств, создавая новые гаджеты для наших домов и офисов, вынуждены изобретать собственные протоколы и интерфейсы, что затрудняет взаимодействие между электроникой разных компаний. 

Причина 2. Безопасно ли это?

Интернет вещей будет ежеминутно пересылать и обрабатывать колоссальное количество информации с бесчисленного количества источников. И увы, на данный момент не так просто обеспечить безопасность этих данных. Любой из домашних девайсов, к которому получит доступ злоумышленник, может стать источником угрозы — и не только нашему комфорту, но и здоровью, и даже жизни.

Однако самой большой проблемой безопасности становится не хакер, успешно «взломавший» электронные замки вашей двери и отключивший сигнализацию, чтобы украсть ваш телевизор, и даже не промышленный шпион, внедрившийся в систему видеонаблюдения завода. Чтобы обеспечить взаимодействие, устройства интернет вещей разных производителей будут обмениваться данными и обрабатывать информацию, полученную друг от друга. И фактически это означает, что множество компаний и корпораций (производителей техники) будут получать доступ к безбрежному морю сведений о вас, вашей семье, работе и личной жизни. Эту информацию можно монетизировать — к примеру, персонализируя рекламу. И это станет непреодолимым искушением для многих корпораций. Кроме того, интернет вещей предоставляет практически неограниченные возможности для тотальной слежки и контроля за людьми. 

Интернет вещей позволяет цифровому миру еще глубже проникнуть и укорениться в мире физическом. Это означает, что любая угроза, возникающая в интернете, будь то вирус, хакерская атака, утечка данных или любая брешь в безопасности, ставит под удар реальных людей и их жизни. Чтобы предотвратить возможные кибератаки, потребуются беспрецедентные превентивные меры. 

Мы стоим на пороге новой эпохи: интернет вещей открывает невероятные возможности, для которых сегодняшняя умная электроника — лишь первая ласточка.

Но эти нововведения несут и угрозы. Производителям предстоит договориться, как соединить миллиарды девайсов с помощью интернета вещей и обеспечить безопасность информации. 

Но если смотреть в будущее с оптимизмом, можно представить, как совсем скоро мы откроем дверь своего дома и скажем: «Привет, дом! Сделай мне чай и набери ванну». И услышим в ответ: «Добрый вечер! Все будет готово через минуту».

Изучить все необходимые технологии с нуля и стать специалистом в сфере интернета вещей вам поможет факультет IoT в GeekUniversity. Ждём вас!