Интернет Вещей по полочкам

 

От подключенного к сети автомата с содовой до взлома умных детских игрушек и датчиков на заводе: что нужно знать об Интернете вещей сегодня.

Вероятно, вы уже натыкались на термин «Интернет вещей» от коллег, в статье или рекламе. Возможно, как и я, первоначально даже столкнулись с противоречивыми чувствами: с одной стороны, вроде бы оба слова понятны и объединенный смысл угадывается; с другой — чувствуется, что понятие шире, чем отдельные составляющие. Объем новостей об Интернет вещей охватывает несметное количество информации о самих “вещах” — умных автомобилях, умных домах и тысячах других интеллектуальных устройств (включая, например, интеллектуальные дозаторы зубной нити), но это как раз и не позволяет понять саму суть концепции.

Смущали меня эти новости и по долгу работы — полгода назад моя задача состояла в описании программного обеспечения Индустриального Интернета вещей. И, ходовое в быту понятие Интернета вещей (Internet of things, IoT) подходившее для умного пылесоса, совсем не было похоже на то, с чем столкнулась я: контроллеры печей на заводе, внутренний и внешний периметры безопасности предприятий, датчики реагирования на биометрические параметры. Да еще и соединенные в одной сети завода, фабрики или иного промышленного объекта.

В статье предлагаю вместе со мной разобраться, что такое IoT, из чего он состоит, что и как работает сейчас и какие у него перспективы. Возможно, для пользователя фитнес браслета или колонки не столь обязательно знать факты из истории Интернета вещей, но с точки зрения бизнеса, понимание особенностей появления, нынешних преимуществ и недостатков станет прорывом в способе ведении дел.

Упрощая по максимуму, Интернет вещей — это быстро растущая сеть связанных объектов, которые способны собирать и обмениваться данными с помощью встроенных датчиков. К IoT могут подключаться термостаты, автомобили, лампы, холодильники и другие приборы. И, как мы увидим позже, не только приборы.

Но Интернет вещей не ограничивается набором технологий и аппаратных средств, объединенных только для взаимодействия и обмена информацией. IoT переопределяет способ, которым мы видим практически каждый аспект нашей повседневной, деловой и общественной жизни, позволяя раскрыть весь потенциал уже созданных технологий.

История и определение

Хотя Интернет вещей существует не больше двух десятилетий, уже сто лет назад был человек, предсказавший, как он будет формироваться и работать. И, как это регулярно случается с визиями относительно беспроводных технологий, предсказателем был Никола Тесла. В 1926 году он предрек, что “... когда беспроводная связь будет работать идеально, вся земля превратится в огромный мозг [...] и инструменты, благодаря которым это станет возможным, будут удивительно простыми и крошечными по сравнению с нынешними телефонами.”

Сравнение с громоздкими телефонами тут также не случайно — ведь концепция межмашинного взаимодействии, на котором основан IoT, воплощалась уже с момента изобретения телеграфа. Даже нехитрые телеметрические устройства второй половины XIX века собирали и передавали части данных о дикой природе или погоде по проводным линиям передачи, как в случае системы датчиков глубины снега 1874 года на Монблане, что передавали информацию в режиме реального времени прямиком в Париж.

Век спустя, в начале 1980-тых, программисты из Университета Карнеги-Меллона, США, жаждущие Колы, ведомые этой нуждой создали изобретение. В автомате на кампусе, Колу мгновенно разбирали, как только она появлялась, а остатки часто нагревались. Чтобы каждый раз не проделывать путь туда и обратно к автомату и узнать, была ли газировка по-прежнему доступна и какой она температуры, студенты разработали систему датчиков. Датчики отслеживали состояние каждого ряда стеклянных бутылок содовой в автомате и отправляли эту информацию через ARPANET (предшественник нынешнего Интернета), к которому был доступ у всех, кто через компьютер был подключен к ARPANET. Из всех задокументированных случаев, это первое подключение интеллектуального устройства к сети. То есть, первое устройства Интернета вещей было разработано еще до самого Интернета.

В 1989 году, работая над внутренней системой обмена документов, Тим Бернерс-Ли предложил глобальный гипертекстовый проект, ныне известный как Всемирная паутина. Вскоре состоялось первое подключение бытового устройства к недавно основанному Интернету. Умный тостер Джона Ромки включался и выключался через Интернет, и, хотя, этим все и ограничивалось, это считается первым полноценным IoT-устройством.

Только спустя еще десять лет, в 1999 году Кевин Эштон придумал фразу «Интернет вещей» проводя презентацию технологии RFID (Radio Frequency IDentification, радиочастотная идентификация), совпавшей в появлении с началом революции в IoT. Технологический прорыв стал возможен благодаря росту стандартов связи, таких как Bluetooth или WiFi и быстрому распространению интеллектуального оборудования (смартфоны). Рост облачных вычислений также в значительной степени повлиял на развитие технологии Интернета вещей.

Уже в 2008 году к Интернету было подключено больше устройств, чем живущих на Земле людей и оценки на ближайшие пару лет не оставляют сомнений, что рост не остановится: прогнозируется, что рынок IoT к концу 2020 года вырастет до 8,9 триллионов долларов США, а количество подключенных устройств во всем мире превысит 30,3 миллиардов.

Сначала IoT бы интересен, в основном, производству, где он иногда фигурирует как "машинно-машинное взаимодействие" (M2M), но сейчас акцент смещается на заполнение интеллектуальными устройствами домов, офисов и повседневности.

Ранние версии подключенных к Интернету устройств состояли из "блог-объектов" (объекты, которые ведут блог и записывают данные о себе в Интернете), "вездесущих" вычислений (или "ubicomp"), "невидимых" вычислений и "всеобъемлющих" вычислений. Но сработал только Интернет вещей.

Однако, чтобы полностью понять, что такое IoT и в чем его отличие от других схем межмашинного взаимодействия, стоит познакомиться с четырьмя ключевыми элементами, составляющими среду Интернета вещей и принципом работы каждой системы IoT.

Обязательные элементы Интернета вещей

“Вещи”. Слой включает в себя практически все объекты, которые возможно представить. Начиная специализированными датчиками, микроконтроллерами и исполнительными механизмами, объектами повседневного пользования — кофеварками или умными автомобилями — и заканчивая подключением к Интернету деревьев или устриц. Задачи «умных вещей» включают не только сбор данных, но, прежде всего, «общение» друг с другом и с удаленным сервером или облаком (в зависимости от используемой технологии),а также выполнение действий на основе полученных команд.

Возможность подключения (или Интернет). Если подключенные устройства должны “говорить” о своем состоянии и местонахождении, то им нужен язык, на котором это можно делать, и канал, по которому “высказывания” будут передаваться. Все это обеспечивается компонентом подключения к сети. “Язык” представлен протоколами Интернета вещей, а каналом связи служат решения для подключения, как Wi-Fi или Bluetooth, или менее распространенные технологий, как Long Range Wide Area Сети Networks. Применение решения зависит от требований и ограничений конкретного проекта IoT.

Программное обеспечение. Эта часть обычно скрыта от глаз конечного пользователя IoT. Программное обеспечение дает Вещи способность “думать” и действовать. Благодаря этому данные, которые собирает интеллектуальный объект, могут структурироваться и анализироваться. Именно ПО в каждый отдельный момент решает, следует ли предпринимать какие-либо действия автоматически или уведомлять пользователя.

Приложение. Здесь появляется конечный пользователь и берет на себя управление. Благодаря этому уровню, ранее собранные и проанализированные данные визуализируются, и пользователю, в удобоваримом виде, предоставляется информация о работе всей системы. В приложении он может повлиять на способ управления устройствами.

Cферы применения

Как уже упоминалось, подключить к Интернету и следить можно даже за состоянием устрицы. Поэтому вопрос о применении лежит в сфере целесообразности: в чем хорош именно Интернет вещей и для чего он уже успешно используется?

Аналитика данных. За последние несколько лет данные стали наиболее важным аспектом маркетинга, бизнес операций и промышленности. Предприятия работают сверхурочно, собирая как можно больше данных для демографической сегментации и тщательно их изучая, чтобы улучшить свои показатели. А данные эти получены, (сюрприз!) главным образом, через устройства, подключенные через Интернет вещей.

Важно понимать, что сами по себе данные не особо ценны — чтобы уловить тенденции и закономерности, получить актуальную статистику, их необходимо тщательно проанализировать.

Аналитика собранной информации — громоздкая и трудоемкая. Эпоха необдуманной радости от использования аналитики больших данных утихла — стало понятно, что для расшифровки такого массива нужны операционные способности не менее мощные, чем задействовались для сбора. Вот почему компании обращаются к приложениям IoT, как ThingSpeak, Zatar, Google Cloud, GroveStreams, делающие процесс анализа намного быстрее. Приложения IoT используют машинное обучение, датчики и метки для сопоставления, расшифровки и категоризации данных.

Умный дом и умные города. Сейчас умный дом, вероятно, одно из популярнейших приложений IoT, ведь он наиболее доступен для потребителей. От Amazon Echo до Nest Thermostat, на рынке представлены сотни продуктов, предоставляющие пользователям голосовое управление устройствами.

С помощью соединения устройств и получения данных, Интернет вещей может масштабироваться до решений проблем целого города — отрегулировать пробки на дорогах, снизить уровень шума, загрязнения и даже преступности.

Примером такого использования сетей устройств может служить Барселона, реализовавшая систему инициатив IoT. Столица Каталонии применила сенсоры, замурованные в асфальт и создала всеобъемлющую городскую операционную систему. Эта ОС принимает решения в реальном времени и управляет работой городских служб и подключенных муниципальных устройств. Она обрабатывает самую разнообразную информацию: показатели установленных в городе датчиков; численность населения по кварталам; данные по налогам и сборам; муниципальные базы данных и статистику; сводки происшествий; данные из соцсетей. ОС обеспечивает взаимодействие сервисов с единым центром и их коммуникацию между собой. Система владеет не только полной картиной происходящего в каждый момент времени, но и прогнозирует ситуации на основе глубокой аналитики.

Умные аксессуары. Часы теперь носят не только для того, чтобы знать время. Apple Watch и другие умные часы и браслеты, представленные на рынке, превратили запястья в кобуру для мини-офиса, предоставляя функции обмена текстовыми сообщениями, приема телефонных звонков, чтения и многого другого. А такие устройства, как Fitbit и Jawbone, измеряющие показатели тела, помогли революционизировать мир фитнеса, предоставляя людям больше данных о собственном здоровье.

Подключенный автомобиль. Эти авто оснащены доступом в Интернет и способны раздавать его другим устройствам, как при подключении к беспроводной сети в доме или офисе. В основе автомобильного интеллекта лежит головной модуль, который собирает данные о техническом состоянии и “общается” с компонентами транспортного средства.

Водитель такого транспорта получает уведомления о загруженности дорог, информацию о ДТП на своем маршруте и метеосводки в режиме реального времени. В стадии разработки системы предупреждения о выезде на встречную полосу. Они предупредят как самого водителя — если тот случайно выехал на “встречку” — так и других участников движения. Эти же системы позволят водителям “заглянуть” за поворот.

Автомобили также составляют и сами маршруты езды, с учетом привычек пользователя, а также его расписания. Утром в будний день авто предложит оптимальный маршрут до офиса с учетом трафика, а вечером напомнит, что стоит заехать в магазин за продуктами. А если машина является гибридом, то система проанализирует маршрут и запланирует использование энергии аккумулятора с учетом рельефа, чтобы гарантированно добавлять тяги на подъемах, экономя топливо, и спокойно подзаряжать батарею на спусках.

Функции таких машин делятся на пять больших категорий: безопасность, навигация, информирование и развлечения, диагностика и платежи.

Первой телекоммуникационной компанией, открывшей исследовательский центр и дальнейшее внедрение подключенных автомобилей стала AT&T. По состоянию на конец третьего квартала 2018 года в сети было 24 миллиона подключенных автомобилей.

Здравоохранение. Индустрия здравоохранения по всему миру переживает не лучшее времена. Медицинские услуги растут в стоимости, население мира стареет, а число хронических болезней растет. Хотя технология IoT не искоренит недуги и старение, по крайней мере, она способна сделать сервис и услуги доступнее.

В ряде приложений IoT в здравоохранении используются метки RFID (радиочастотная идентификация), которые встроены в кожу. Они также связаны с Bluetooth-трекерами, которые носят пациенты. Эти данные постоянно отслеживаются персоналом по уходу за пациентом и врачами. Это упрощает медицинскую диагностику и повышает скорость реагирования. Благодаря мобильности технологии многие из диагностических процедур стало возможно проводить на дому. Автоматизация и упрощение мониторинга здоровья вовлекает пациентов в процессе заботы о себе, что напрямую связано с соблюдением режима лечения.

Помимо обслуживания пациентов, датчики IoT размещаются и на больничном оборудовании для отслеживания местоположения и расположения каждого предмета. Персонал получает уведомление, когда машины не работают на оптимальном уровне или требуют технического обслуживания. Это сокращает время простоя и спасает жизни в процессе.

IoT в производстве. Включение IoT в повседневное функционирование производственного предприятия сделало возможным выполнение ряда задач, как для крупных, так и для небольших отраслей. Например, производственные предприятия вкладывают крупные средства в IoT для управления запасами — до этого они полагались на ручные методы отслеживания и управления активами.

Для IoT в производстве существует подпонятие — Industrial Internet of Things - IIoT, Промышленный интернет вещей. Это многоуровневая система, включающая в себя датчики и контроллеры, установленные на узлах и агрегатах промышленного объекта, средства передачи и визуализации собираемых данных, аналитические инструменты интерпретации получаемой информации и другие компоненты.

Промышленный интернет вещей работает так: сначала устанавливаются датчики, исполнительные механизмы, контроллеры и человеко-машинные интерфейсы на ключевые части оборудования, после чего собирается информация, нужная для понимания состояния предприятия. Обработанные данные доставляются в отделы, помогая взаимодействовать сотрудниками разных подразделений и принимать обоснованные решения.

Внедрение IIoT дает предприятиям преимущества: увеличивается эффективность использования производственных активов за счет сокращения количества незапланированных простоев; снижаются затраты на техническое обслуживание благодаря совершенствованию процедур прогнозирования; предотвращаются катастрофические отказы оборудования; повышается производительность.

Помимо устройств с ограниченными ресурсами, технология IoT находит применение в экологически чистых проектах. Так, Интернет вещей недавно расширился до жизни растений и теперь также включает в себя умные деревья. Cargo Tracck, бразильская компания, предоставляющая услуги определения местоположения, сотрудничает с бразильскими природоохранными учреждениями и перевозчиками, чтобы предотвратить обезлесение в Амазонии, устанавливая устройства слежения на отдельные деревья. С помощью специально разработанных межмашинных радиомодулей оператор определяет, вырублены ли и транспортированы деревья.

IoT безопасность: Интернет вещей или Интернет воров?

Понимая, какими объемами данных заполнен Интернет вещей, не вызывает удивления то, что его стремительное развитие подвергает всю среду катастрофическим угрозам безопасности и утечки информации. Личные датчики во многих случаях собирают чрезвычайно конфиденциальные данные - например, что вы говорите и делаете у себя дома. А умный пылесос лучше любого шпиона знает планировку вашей квартиры и отправляет эти данные в облачное хранилище.

Пару лет назад c помощью специального устройства Raspberry Pi, подключенного к ноутбуку, хакер просканировал гаджеты в локации сигнала и получил список из десятков номеров смартфонов. Подключившись к одному номеру, он взломал программное обеспечение “умной” игрушки в доме владельца телефона и записал на аудио все, что вокруг происходило. Это оказался “доброжелательный” взлом, который представили на конференции по безопасности. А хакеру, кстати, было 11 лет.

Сохранение безопасности жизненно важно для доверия потребителей, но пока репутация IoT в этой области крайне низка. Слишком много IoT-устройств конструировали без учета основ безопасности, таких как шифрование данных при передаче и в состоянии покоя.

Недостатки в программном обеспечении обнаруживаются на регулярной основе. И сейчас хакеры активно нацеливаются на устройства IoT, такие как маршрутизаторы и веб-камеры. Это легкие мишени для компрометации и объединения в гигантские бот-сети. А когда стоимость создания умных объектов станет незначительной, подобные проблемы станут еще более распространенными.

Все эти недостатки относится и к внедрениям корпоративного и промышленного класса, но ставки здесь намного выше. Подключение промышленного оборудования к сетям IoT увеличивает потенциальный риск обнаружения и атаки устройства. Интернет вещей устраняет разрыв между цифровым и физическим миром, что означает, что взлом устройств может повлечь катастрофу в реальном мире. Так, взлом датчиков, контролирующих температуру на электростанции способен заставить операторов принять губительное решение.

Рынку IoT предстоит найти равновесие между бизнес-преимуществами, которые дают устройства, и признанием того, что эти интеллектуальные объекты стали привлекательной и уязвимой плоскостью для киберпреступных атак.

Эти вопросы уже начинают подниматься на государственном уровне некоторых стран. Также, существуют решения, которые дают надежду на более безопасное развертывание IoT. Для угроз безопасности, связанных с устаревшим или иным образом уязвимым ПО, разработаны стратегии обновления программного обеспечения.

Учитывая раннюю фазу развития Интернета вещей, стоит понимать, что мы, возможно, столкнулись еще даже не со всеми трудностями, сопутствующими этому процессу. Тем не менее, нет никаких сомнений в том, что ведущие игроки рынка IoT и тысячи мелких разработчиков IoT будут постепенно решать возникающие угрозы кибербезопасности. В конце концов, IoT — слишком большой бизнес, чтобы его бросать на произвол.

Поскольку количество подключенных устройств продолжает расти, наша среда жизни и работы будет постепенно наполнятся умными вещами — при условии, что на данном этапе мы готовы принять компромиссы в отношении безопасности и конфиденциальности. Возможно, пока технология не отшлифует себя, многие из нас будут скучать по времени, когда стул был просто стулом.

---
Наталка Чех специально для ROI4CIO