Розумні міста, домівки й машини: навіщо нам інтернет речей

Читаєш цю статтю зі смартфона або ноутбука? Але ж твої гаджети здатні не тільки показувати літери на екрані. Разом із кавоваркою, яка варить еспресо, або фітнес-трекером на руці, вони можуть утворити інтернет речей. Якщо це, звичайно, розумна кавоварка. Саме інтернет речей дозволяє завести авто під час сніданку або включити робот-пилосос зі смартфону, сидячи в офісі.

Що за речі й до чого тут інтернет

Інтернет речей (Internet of things, IoT) – концепція, яка дозволяє фізичним речам, підключеним до інтернету, взаємодіяти одна з одною, або із зовнішнім світом, частково або повністю без людини.

“Речі” достоту означають будь-які предмети, які під’єднуються до інтернету й один до одного. Це може бути що завгодно: зубна щітка, смартфон, фітнес-браслет, лампочка, дверний замок, кросівки або двигун машини. У кожного з цих пристроїв є ідентифікаційний номер. Об’єкти підключаються за допомогою дротового або бездротового зв’язку. Незалежно від підходу, інтернет речей дозволяє переміщувати дані (та керувати процесами) як зі спальні в кухню, так і з США в Україну. Мета IoT – вимір, збір та аналіз даних для кращого обслуговування клієнтів і поліпшення якості продукції.

Як це працює: стандарти й типи підключень

Для реалізації IoT потрібна екосистема: гаджети з датчиками; мережа доступу та передачі інформації; платформи для управління мережею, пристроями й додатками.

Для передачі даних є кілька стандартів:

Стандарт eMTC (enhanced Machine-Type Communication) розгортається на основі мобільних мереж LTE, а EC-GSM-IoT (Extended Coverage – GSM – Internet of Things) працює поверх мережі GSM. Але найпопулярніший – стандарт NB-IoT (Narrowband IoT). Він може бути розгорнутий, як в мережах GSM або LTE, так і окремою мережею.

Всі IoT-проекти поділяються на дві групи: масові (Massive MTC) і критичні (Critical MTC). У кожного типу власні завдання, у кожного з них власні вимоги до мережі.

Масові IoT-проекти – це, наприклад, розумні будинки, лічильники, рішення для відстеження вантажоперевезень або сільського господарства. Це передача невеликої кількості даних від великої кількості сенсорів. Якщо одного разу з якої-небудь причини інформацію з лічильника не отримали – нічого критичного, дані оновляться під час наступного сеансу передачі. Для масових проектів потрібно, щоби пристрої були дешевими та споживали мало енергії. Частково такі проекти можуть бути реалізовані на основі GSM-мереж, але більшість з них побудовано на основі інфраструктури LTE.

У критичної машинної комунікації інші запити – низька затримка передачі сигналу (менш ніж 5 мілісекунд) та висока надійність мережі. Від роботи мережі залежить безпека і навіть життя користувача. Це можуть бути автопілотні автомобілі, віддалена хірургія або управління промисловим обладнанням. Ці рішення поки існують у вигляді прототипів або тестових зразків, для їх реалізації потрібні мережі наступного покоління – 5G.

На чому писати?

Кожен з трьох етапів – вимір, збір і аналіз – має своє середовище та обмеження. На кожному етапі розробки може бути своя мова програмування для IoT.

Згідно з останнім опитуванням Фонду Eclipse, розробники використовують кілька мов програмування для IoT: C, C ++, Java, JavaScript, Python та PHP.

Найкращі три мови програмування для IoT:

С – ідеальна мова для низькорівневого коду (тобто коду, близького до апаратного рівня), вона не вимагає великої обчислювальної потужності та здатна безпосередньо працювати з оперативною пам’яттю.

C також користуються при програмуванні мікроконтролерів, що робить її простою для застосунків на рівні датчиків та шлюзів. Проте, через низький рівень, її синтаксис може стати заплутаним.

А що із Java? Для додатків IoT за допомогою віртуальної машини Java (JVM) код може бути передано на будь-який чіп. Код можна використовувати там, де поширені JVM, наприклад, зі смартфонами й серверами. Та ще – на маленьких комп’ютерах, що робить її ідеальною для IoT.

Python почала свій шлях як мова сценаріїв високого рівня. У неї багато бібліотек і вона може виконувати більше роботи з меншою кількістю рядків коду. Вона ідеально підходить для аналізу даних в системах IoT.

Вихідний код компактний і читабельний, оскільки синтаксис чистий. Python проста в освоєнні, вона поширена у використанні та має надійну підтримку. Відмінний вибір для управління та організації складних потоків даних без необхідності підтримувати однаково складні кодові бази. Python стає поширеною для простих модульних проектів, в яких обчислювальні потреби варіюються від помірних до низьких.

Де і навіщо використовувати інтернет речей

Скрізь, де потрібно спостерігати за станом об’єктів або збирати великі дані для подальшого аналізу.

Розумні міста: датчики на громадському транспорті, контроль за рівнем води в водоймах, датчики шуму та забруднення, сміттєві баки із датчиками заповнюваності (як у Нідерландах). Це робить міста зручнішими та безпечнішими. А збір великих даних на основі датчиків допомагає місцевій владі краще розуміти потреби міста і жителів. Наприклад, в Барселоні міський трафік регулюють розумні світлофори – в пріоритеті зелене світло для громадського транспорту і служб порятунку в разі надзвичайних ситуацій.

Розумний транспорт: з появою розумних міст автомобілі теж під’єднаються до інтернету. Вони самостійно оцінять ситуацію на дорозі. Або напишуть повідомлення, якщо палива не вистачає на дорогу до роботи, сідає акумулятор або підскочить тиск в шинах. В ідеалі – тебе відвезе на роботу автопілотний автомобіль.

Розумні будинки: приїхати одразу в теплий будинок, увімкнувши обігрів за допомогою смартфону? Так, це плюси розумного будинку. Кавоварка, яка знає, коли ти прокидаєшся і варить каву хвилину за хвилину. Розумні лічильники самостійно фіксують, скільки енергії було витрачено в цьому місяці – не потрібно знімати показання та вовтузитися з папірцями. Розумні ліфти сповіщають про несправності, а холодильник повідомляє на смартфон, що закінчилися продукти.

Магазини без касирів, віртуальна і доповнена реальність, камери відеоспостереження з розпізнаванням облич в метро – це теж інтернет речей. Технологія iBeacon від Apple змінює процес покупок. Продавець відстежує маршрут покупця та збирає дані про моделі поведінки. Це допомагає визначити, чи потрібно давати знижку і якщо так, то на скільки відсотків. Всі дані від тисяч покупців, допоможуть продавцеві вдосконалити свій магазин. Наприклад, змінити розташування товарів на полицях, що призведе до зростання продажів.

Чому я не можу оточити себе розумними речами вже сьогодні

Зараз не вистачає стандартизації. Це може стати проблемою, якщо купувати розумні пристрої несистемно. Поки що вони погано сумісні між собою. Щоб використовувати IoT на повну, необхідно 5G. Мережі п’ятого покоління дозволять знизити затримки, одночасно підтримувати величезну кількість підключень, продовжити строк служби розумних пристроїв до 10 років. Особливість 5G в тому, що в межах однієї мережі вона об’єднає всі програми та пристрої. Це досягається завдяки “сегментації” мережі на фрагменти, кожен з яких призначений для певних потреб.

Майбутнє вже тут

Інтернет речей змінить наш світ. З’єднання всіх речей за допомогою датчиків та хмарних обчислень відкриє двері наступній промисловій революції.Чим більше ми будемо користуватися інтернетом речей, тим більше буде даних про продуктивність, проблеми та можливості продукту.

Аналіз даних дасть чіткіше уявлення про те, яка мова програмування найкраще підходить для конкретного сценарію розвитку IoT. До того часу розробка програмного забезпечення IoT залишатиметься багатомовною.

Для того, щоб реалізовувати потенціал інтернету речей потрібна тісна співпраця бізнесу, телеком-операторів, уряду і користувачів. Розвиток ринку залежить від багатьох факторів, але учасникам процесу доведеться змінюватися набагато швидше, ніж це відбувається сьогодні. Ймовірно, скоро ми будемо оточені сотнями розумних роботів і пристроїв.

Головне – пам’ятати, що IoT повинен служити одній з цих ідей: підвищувати ефективність, покращувати здоров’я і безпеку або покращувати роботу наших міст, будинків і підприємств.