ГлавнаяТелекомСтатьиIndustry 4.0: На пороге промышленной революции

Industry 4.0: На пороге промышленной революции

Internet of Everything

Современные технологии предоставляют возможность подключения к Сети практически любого предмета, создав инфраструктуру для взаимодействия автоматических устройств, обеспечивающей считывание данных с различных датчиков освещенности, температуры и движения для управления исполнительными устройствами, например, освещением, отопительной системой, кофеваркой и т.п. Такое взаимодействие сейчас называют межмашинным (machine-2-machine, M2M), предполагая отсутствие человека при принятии решения. Персональный компьютер, планшет или смартфон в данном случае выступает как универсальный пульт управления различными бытовыми приборами, которые, получив исходную команду от человека, будут действовать самостоятельно. Установленные во всех этих устройствах процессоры для работы со стеком протоколов TCP/IP обеспечивают передачу команд по единой шине обмена информацией внутри дома, салона автомобиля или набора собственных гаджетов. Все это и получило название «Интернет вещей» (Internet of Things, IoT), и спецификации данного образования сейчас разрабатываются несколькими международными институтами по стандартизации.

Кевин ЭштонПредложивший в 1999 году термин Internet of Things, основатель исследовательского центра Auto-ID Center в Массачусетском технологическом институте (MIT) Кевин Эштон, даже не предполагал такого хода событий. Он лишь сформулировал идею для маркетинговой кампании с целью продвижения меток RFID, которая призывала снабжать идентификаторами различные продукты. За прошедшие годы представление об IoT заметно расширилось и углубилось, выйдя за пределы ограниченной связи с вещами, снабженными лишь метками RFID, а рассматривается в контексте объединения таких современных концепций, как всепроникающие компьютерные системы и интеллектуальная окружающая среда (Pervasive Computing, Ubiquitous Computing, Ambient Intelligence). Конвергенция создает условия для нового явления — Интернета будущего (или Интернета всего), включающего в себя помимо нынешнего Интернета людей (Internet of People, IoP) еще и Интернет медиаконтента (Internet of Media, IoM), Интернет сервисов (Internet of Services, IoS) и Интернет вещей (Internet of Things, IoT). Попробуем глубже разобраться, что такое IoT.

Мобильные устройства могут передавать данные на относительно небольшие расстояния, поэтому спецификации стандартов стека Интернета вещей, как правило, относятся к группе стандартов для персональных сетей (Personal Area Network, PAN), то есть беспроводных сетей небольшого радиуса действия (до десятков метров). Именно такая архитектура предполагается в стандарте IEEE 802.15.4, который планируется использовать для обеспечения беспроводной передачи данных между подобными устройствами. Этот стандарт, в частности, делит все устройства на два класса: устройства ограниченной функциональности (Reduced-Function Device, RFD) и устройства полной функциональности (Full-Function Device, FFD), обеспечивающие управление сети из RFD. Это сильно напоминает технологию Bluetooth, перенесенную на другую технологическую базу.

Вторая сетевая технология из стека Интернета вещей — это передача данных по электропроводке (Power Line Communication, PLC). Технология используется для подключения к Сети исполнительных устройств из числа бытовых приборов, которые сегодня подключаются к сети энергоснабжения. Однако энергетические сети плохо и медленно передают данные, что связано с их древовидной структурой, к тому же скачки напряжения при включении и выключении тех или иных устройств могут создать определенные проблемы при передаче данных в режиме реального времени. А именно это нужно для эффективного управления процессом. Конечно, решения всех этих проблем имеются, но пока они еще не достигли уровня коммерческого использования.

Стандартом высокого уровня для Интернета вещей считается проект IETF, получивший название 6LoWPAN (IPv6 over Low power WPAN, Wireless personal area network, WPAN) и предлагающий использовать протокол IPv6 для устройств, управляемых через радиосеть или через PLC. Особенность этого протокола заключается в наличии встроенного шифрования и огромного адресного пространства, необходимого для идентификации каждого отдельного устройства и датчика. По приблизительным оценкам это позволит присвоить адреса 340 ундециллионам (1039) объектов, 240 из которых будет адресоваться к каждому атому на поверхности Земли и еще 100 с лишним останется в резерве. Проблема заключается лишь в том, что обеспечить эффективную маршрутизацию по IPv6 сложнее, чем по IPv4, так как необходимость работы с длинными именами приводит к усложнению таблиц маршрутизации и проблемам с прокладкой маршрутов. Преодоление сложности маршрутизации при работе с устройствами класса RFD, имеющими ограниченные интеллектуальные возможности, и является основной задачей проекта 6LoWPAN.

Интернет вещей позволит создать динамические сети, состоящие из миллиардов и триллионов таких вещей, взаимодействующих между собой. Таким образом, обеспечится сплав цифрового и физического миров, для которого приложения, сервисы, компоненты связующего программного обеспечения и конечные устройства являются вещами. У каждой вещи из реального физического мира в IoT будет цифровой двойник (ее виртуальное представление). Эти двойники смогут воспринимать информацию из окружающего мира, вступать во взаимодействие и обмениваться данными. В результате сложится совершенно новая среда, где интеллект, заложенный в приложения, позволит оценивать происходящее в физическом мире, учитывать накопленные ранее сведения и опыт для поддержки принятия решений. В такой среде будут созданы качественно иные условия для ведения бизнеса, охраны здоровья, обеспечения экологической безопасности и всего остального, что нас окружает.

Разумеется, подобная автоматизация не исключает участие человека. IoT не полностью автоматизирует вещи, так как ориентирован на человека и предоставляет ему возможность доступа к вещам. Но многие вещи смогут вести себя иначе, чем мы представляем себе сегодня. В IoT каждая вещь будет иметь свой уникальный идентификатор (Unique Identifier) или виртуальный идентификатор (Virtual Identifier), которые совместно образуют континуум вещей, способных взаимодействовать друг с другом, создавая временные или постоянные сети. Вещи смогут принимать участие в процессе их перемещения, делясь сведениями о текущей геопозиции, они позволят полностью автоматизировать процесс логистики, а имея встроенный интеллект, смогут менять свои свойства и адаптироваться к окружающей среде, в том числе для уменьшения энергопотребления. Они смогут обнаруживать другие, так или иначе связанные с ними вещи, и налаживать с ними взаимодействие. IoT позволяет создавать комбинацию из интеллектуальных устройств, объединенных мультипротокольными сетями связи, и людей-операторов. Совместно они могут создавать системы для работы в средах, неудобных или недоступных для человека (например, в космосе, на большой глубине, на ядерных установках, в трубопроводах и т.п.). Это уже будет не автоматическое нанесение RFID-меток на вещи, чтобы более умные устройства смогли их распознавать. Интеллект появится во всех предметах, окружающих нас. Современные машины и механизмы также смогут взаимодействовать между собой (Machine-to-Machine, M2M), с инфраструктурой внешней среды (Machine-to-Infrastructure, M2I) и с природой (Machine-to-Nature, M2N). Некоторые аналитики отождествляют M2M с IoT, что неверно. M2M является физической основой Интернета вещей.

Реальное применение

Сферы применения умных вещей в будущем ничем не ограничены, но уже сегодня можно выделить ряд направлений, где IoT даст очевидный эффект:

— Авиационная и аэрокосмическая промышленность. Традиционные методы контроля не исключают вероятности использования контрафактных узлов. Этой болезнью страдают и другие отрасли, но здесь она особенно опасна и является причиной до трети авиационных происшествий. При наличии неотделимой от изделия метки RFID и распределенной базы данных, выпущенных различными производителями запасных частей, проблема контроля происхождения той или иной детали будет снята. Следующим шагом станет контроль состояния изделия в процессе эксплуатации, когда ответственные узлы и механизмы будут снабжены беспроводными системами диагностики и сбора данных для анализа и принятия решений с использованием современных аналитических технологий.

— Автомобильная промышленность. В этой сфере могут быть реализованы системы мониторинга и механизмы взаимодействия между транспортными средствами (Vehicle to Vehicle, V2V) и взаимодействия транспортного средства с инфраструктурой (Vehicle to Infrastructure, V2I). Снабжение автомобилей системами позиционирования в реальном времени (Real-time Locating Systems, RTLS) позволит оптимизировать движение, а благодаря системам связи на малом расстоянии (Dedicated Short Range Communication, DSRC) можно будет упростить прохождение пунктов оплаты, таможенных терминалов и т.п. Системы V2V и V2I позволяют организовать интеллектуальные транспортные сети, наладить идентификацию микроточкой, когда в неприметных местах наклеивается метка, содержащая персональный идентификационный номер автомобиля VIN, что в сочетании с технологией RFID сократит возможности хищения.

— Телекоммуникационная отрасль. IoT открывает возможности для объединения различных телекоммуникационных технологий с целью предоставления сервисов нового типа. Предполагается интеграция глобальной цифровой мобильной сотовой связи GSM с коммуникациями ближнего радиуса действия (Near Field Communication, NFC), персональными сетями, построенными на базе Bluetooth, беспроводными локальными сетями, беспроводными сенсорными сетями в сочетании с системой глобального позиционирования и технологией идентификации абонента (IMEI и SIM-карты). Такая интеграция позволит сервисам преодолевать границы различных административных доменов и образовывать необходимые пользователю композиции.

— Умные дома. Сегодня представление об умном доме распространяется на дорогие офисы, а IoT демократизирует эти возможности, прежде всего за счет использования массовых продуктов.

А ниже приводится ряд проблем, которые могут быть решены с помощью применения технологий Интернета вещей:

— Примерно 44 млн. вакцин каждый год выбрасывается из-за несоблюдения норм хранения. Если использовать технологии штрихкодирования, RFID, различные сенсоры, которые осуществляли бы мониторинг температуры на складах и контролировались удаленно, это сэкономило бы миллиарды долларов.

— В сфере торговли технология поможет работать с товарами, срок годности которых подходит к концу. Используя технологии определения местоположения продукции, можно будет проводить специальные кампании по продвижению определенных товаров. Это позволит сократить потери и оптимизировать управление продвижением товара, а значит, сэкономить средства и обеспечить более высокий уровень обслуживания клиентов и партнеров.

— Если библиотека снабдит RFID-чипами книги, то процесс учета, выдачи и нахождения книг в библиотеке упростится и ускорится в разы, что поможет сократить количество занятого персонала, поднять уровень его технической грамотности, а, главное, повысить уровень и скорость обслуживания читателей.

Компании могут преследовать разные цели, но доступ к новой информации изменит то, как они оперируют капиталом, предоставит массу возможностей для проведения кампаний лояльности и, возможно, поможет открыть новые направления бизнеса. Например, если производители автомобилей начнут снабжать машины сенсорами, то можно будет получать информацию о состоянии автомобиля удаленно и предлагать клиентам проактивный сервис. Возможности Интернета вещей безграничны.

Кто на переднем рубеже?

На состоявшемся 29 октября 2013 года в Барселоне открытии всемирного форума Internet of Things World Forum представители компании Cisco обрисовали план по ускорению вывода технологий IoT на рынок и объявили о создании подразделения Internet of Things Group, которое соберет уже имеющиеся в Cisco наработки и займется решением широкого спектра вопросов — от коммутаторов и маршрутизаторов до средств безопасности и встраиваемых технологий. В Cisco хотят, чтобы ее решения стали связующей платформой для инфраструктуры IoT, охватывающей практически все сегменты строящегося рынка. Новая группа объединила несколько внутренних программ Cisco, включая подразделения Connected Industries, Connected Energy и Physical Security. Главным управляющим Internet of Things Group назначен вице-президент Cisco Гидо Жюре.

Лидер рынка процессоров корпорация Intel также предпринимает активные действия по развитию данной технологии. Недавно в корпорации даже было создано новое деловое подразделение — Internet of Things Solutions Group. Задачей новой структуры будет монетизация тех самых набирающих обороты успехов революционной технологии. Intel готов представить готовые решения широчайшего спектра — от весов для ванной комнаты до «умных» систем вентиляции для небоскребов, что лишний раз подтверждает зрелость идеи Internet of Things. Это уже не первый шаг Intel для развития направления Интернета вещей. Так, в сентябре 2013 года Брайан Кржанич анонсировал работу Intel над новой линией небольших чипов с низким энергопотреблением для носимых устройств.

Вице-президент IBM Томас Ли считает, что Интернет вещей обладает огромным потенциалом в мировом масштабе и акцентирует внимание на том, что основополагающими особенностями, управляющими отраслью IoT, будут являться построение специальной экосистемы, экологический дизайн, внедрение и разработка приложений. Поэтому для ускорения процесса развития Интернета вещей необходимо активно продвигать и придерживать концепцию открытого сотрудничества в области инновационных разработок.

Кстати, во всю идут и работы по созданию единой платформы для работы с IoT. Например, компания Samsung Electronics недавно разработала центральный компонент стратегии Интернета вещей, которую южнокорейский производитель планирует воплощать в жизнь в своих устройствах. С точки зрения программной реализации, Интернет вещей представляет собой получение и сбор данных с последующей передачей, за которой следует взаимодействие с пользователем. Решение SAMI (Samsung Architecture for Multimodal Interactions), по словам Люка Джулии, вице-президента Open Innovation Center в Samsung, ранее возглавлявшего в Apple разработку голосового помощника Siri, представляет собой конвейер реального времени для работы с неструктурированными данными, поступающими от подключенных устройств. SAMI выступит в роли платформы, которая собирает данные от датчиков разных устройств IoT в облако и выполняет их глубокий анализ. Например, данные кардиограммы могут быть доставлены в SAMI для анализа в реальном времени и принятия решений, а затем отправлены обратно на пользовательский терминал. Сегодня платформу SAMI уже используют 48 партнеров Samsung, включая Fitbit, Pebble, Withings, Vital Connect и Basis Science, а в будущем она обязательно станет частью открытой экосистемы.

Internet of ThingsБезопасность 

Кроме того, что Интернет вещей может нести потребителям значительные преимущества, сбор и обмен данными между «умными» устройствами ведет к возникновению новых вопросов, связанных с защитой персональных данных и безопасностью. В IoT каждая вещь приобретает своего виртуального двойника, следовательно, помимо обеспечения физической безопасности, возникают проблемы информационной безопасности, значимость которой прямо пропорциональна количеству вещей. Использование беспроводных методов передачи данных открывает для злоумышленников бесконечные возможности. Чтобы оценить масштаб проблемы, достаточно представить себе, сколько уязвимостей создает использование меток RFID на изделиях, например на товарах потребления. На всех этапах логистики от производителя до магазина данные могут быть похищены, о товарах и продуктах сведения может получить кто угодно со всеми вытекающими последствиями. При выходе из магазина любой может узнать состав корзины покупателя и воспользоваться этими данными. Следовательно, нужны принципиально новые методы криптографии и физической защиты. Одновременно возникают многочисленные проблемы, связанные с защитой прав личности и другими вопросами. Так что предстоит решить еще массу вопросов, связанных с правилами обмена информацией в Интернете вещей, но, в то же время, дать достаточную степень свободы производителям для того, чтобы новое направление развивалось.

Перспективы

Мы находимся на рубеже, когда вот-вот начнется широкое, а возможно и повсеместное использования технологий Интернета вещей. Например, согласно данным опроса компании Forrester Consulting 53% руководителей опрошенных компаний признаются, что планируют внедрение технологий в ближайшие 1-2 года. При этом организации в Азии и Латинской Америке настроены более решительно. Там данный показатель достигает 69% и 60% соответственно. Рынок Интернета вещей оценивается в миллиарды долларов и оценка эта главным образом состоит из средств, необходимых для развития технологий. Это настоящая революция, которая началась с возникновения технологий штрихкодирования. Затем были задействованы технологии GPS для точного определения местоположения товара. А сегодня повсеместно доступны сенсоры, которые сообщают об условиях хранения товара. Но внедрение новых технологий требует определенных усилий. В первую очередь, технических, так как необходимо обеспечить интеграцию систем, сбор и анализ данных, обучение персонала. Кроме того, есть и внутренние препятствия, как, например, проблема убеждения совладельцев в необходимости и преимуществах перехода на новую технологию и, соответственно, выделения дополнительных средств. Таким образом, первым шагом на пути к внедрению технологии станет внутреннее признание необходимости оптимизации производства и способов управления компанией. Лучше всего начать с определения сфер, в которых имплементация технологий может принести быстрый возврат инвестиций (ROI). Важно также правильно выбрать сервисную компанию, специалисты которой посоветуют нужные решения и интегрируют технологии в производство, помогая оптимизировать процесс принятия решений, собирая и предоставляя всю информацию о каждом участке цепи.

По прогнозу IDC, к 2020 году мировые расходы на технологии и услуги, связанные с концепцией Интернета вещей, достигнут 8,9 трлн. долларов по сравнению с 4,8 трлн. долларов в 2012 году Аналитики предполагают, что к 2020 году Интернет вещей будет содержать приблизительно 212 млрд. подключенных устройств, включая 30,1 млрд. автономных устройств. Свежие аналитические данные, полученные Business Insider, не столь оптимистичны, но тоже озвучивают весьма впечатляющие цифры. По информации этого агентства к 2018 году в составе Интернета вещей (бытовые приборы, системы безопасности и прочие объектов, соединенные друг с другом и с Cетью и обменивающиеся информацией) будет 9 млрд. устройств, по сравнению с 1,9 млрд. в 2013 году. Как отмечают в Business Insider, число связей в Интернете вещей будет сравнимо с числом компьютеров, планшетов, смартфонов и умных телевизоров вместе взятых. Среди топовых технологий и областей применения значатся рекламные носители, подключенные к интернету; умные системы управления дорожным движением; умные системы управления отходами и обработкой мусора; умные электрические сети, которые управляют тарифами и нагрузкой в реальном времени; умные системы водоснабжения; новые промышленные конвейеры, склады и т.п.; а также многочисленные потребительские устройства, от систем безопасности и кондиционеров до игрушек и музыкальных инструментов. Кстати, Национальный разведывательный совет США, осуществляющий координацию усилий разведки в определенных географических регионах и промышленных отраслях, еще в 2008 году опубликовал документ «Disruptive Civil Technologies», в котором среди шести гражданских технологий с наибольшей «взрывной силой» был назван IoT. По мнению авторов отчета, к 2025 году узлами IoT смогут стать все окружающие нас предметы.

А дальше? Дальше нас ждет Internet of Everything!

8 будущих функций Интернета вещей

1. Получение огромного количества данных. Внедрение технологии IoT позволит систематизировать и анализировать огромные объемы информации, компьютеры смогут обмениваться сведениями и производить вычисления практически без участия человека. По словам Мэри Дж.Кронин, профессора Бостонского колледжа и автора книги «Умные продукты, интеллектуальные услуги», крупным компаниям предстоит научиться обрабатывать огромные потоки сведений. «Эти данные должны быть тщательно изучены и проанализированы, чтобы создалось объективное представление о клиентах компании и тенденциях рынка. Компании смогут использовать ресурсы интернета вещей в планировании, чтобы оставаться конкурентоспособными и своевременно реагировать на колебания рынка товаров и услуг», — утверждает Кронин.

2. Отслеживание местоположения вещей. «У концепции IoT есть огромный потенциал, чтобы увеличить продуктивность бизнес-процессов и дать людям возможность работать гораздо эффективнее», — считает профессор Кронин. Технология отслеживания местоположения вещей уже сегодня применяется в медицинских центрах: в оборудование встроены «маячки», по которым в любой момент можно сказать, где находится тот или иной аппарат — это существенно экономит время и силы врачей. Мэри Дж. Кронин уверена, что в будущем этот метод найдет более широкое применение, так как компании смогут оптимизировать все: от работы склада до выполнения непосредственно заказов клиентов, если каждое промышленное здание, транспортное средство и даже инструмент будут помечены на электронной карте и регулярно будут отправлять отчет о своем местоположении.

3. Точный расчет маршрута передвижения. Интернет вещей позволит людям экономить время в путешествиях и передвижениях по городу. Инженеры предполагают оснастить транспортные средства множеством устройств, которые будут в реальном времени отслеживать ситуацию на дорогах, корректировать маршрут путешествия и информировать водителя о техническом состоянии автомобиля или иного средства передвижения. Разработкой таких технологий сейчас занимаются крупнейшие компании мира, например, BMW и концерн General Motors. «В числе прочего, автомобили предполагается оборудовать LTE-связью, — рассказывает вице-президент по маркетингу компании Jasper Wireless Макарио Намиэ. — Представьте себе, что вся дорожная инфраструктура будет связана с транспортными средствами системой датчиков, например, анализирующими трафик и управляющими работой светофоров. Это поможет сэкономить немало часов, которые мы обычно теряем в пробках».

Internet of Everything4. Повышение экологичности производства. Благодаря IoT станет возможным объединение всех контрольно-измерительных приборов и датчиков на каком-либо производстве в единую информационную сеть. Помимо эффективного расходования энергии можно будет даже быстро интегрировать в систему альтернативные источники экологически чистого электричества, например, солнечные батареи и ветряные генераторы. «Снижение производственных издержек, эффективный расход энергии, отказ от экономически нерентабельных активов — все это позволит существенно удешевить производство, а использование возобновляемых источников электричества улучшит экологическую обстановку», — считает Макарио Намиэ.

5. Удаленное управление мобильными устройствами. Идея далеко не новая, и многие IT-специалисты могут обеспечить себе и другим такую возможность. Член совета IoT Рой Башар прогнозирует, что вскоре люди получат возможность дистанционно управлять любыми устройствами, имеющими доступ к интернету: игровыми приставками, смартфонами, планшетами и практически любыми другими гаджетами. «Конечно, основную роль в этом взаимодействии будут играть телекоммуникационные гиганты. Уже в начале 2014 года мы увидим новую платформу для управления IoT-приложениями и несколько других разработок», — отмечает Рой Башар.

6. Усложнение взаимодействия с устройствами. Современные гаджеты напичканы множеством функций, в которых порой непросто разобраться, а в будущем ситуация будет только усугубляться, считает Рой Башар. «Когда технологии IoT станут для нас привычными, у смартфонов появится такая функция, как контроль за подключением IoT-устройств. Мы будем управлять любыми приборами, с которыми смартфон сможет установить связь. Множество дополнительных функций значительно усложнит операционные системы и платформы устройств, так что появятся принципиально новые платформы, отличные от Android и iOS», — добавляет он.

7. Смартфоны научатся угадывать желания. Кроме манипулирования всевозможными устройствами, смартфон будет служить человеку чем-то вроде пульта дистанционного управления собственной жизнью, считает Брендан Ричардсон, сооснователь и исполнительный директор стартапа PsiKick, занимающегося разработкой беспроводных датчиков, которые будут использоваться в IoT. По словам Брендана, смартфоны станут настолько умными, что будут подстраиваться под конкретного человека, упрощая некоторые манипуляции и сокращая время, требуемое для совершения некоторых операций. Гаджеты через приложения смогут действовать от имени человека, опережая его желания и «думая» за владельца на несколько шагов вперед. Например, гаджет сможет подсказать, где можно выпить чашку кофе без утомительных очередей и заранее сделать заказ.

8. Революция в сфере обмена данными. Технология IoT не только позволит значительно оптимизировать работу миллионов людей по всему миру, но и затронет многие другие сферы деятельности, например, развлекательную. «Широкий доступ в интернет практически свел на нет доходы от проката DVD. Сейчас очень просто найти тысячи кинолент, лишь несколько раз щелкнув мышкой, так что DVD практически никто не покупает и не берет напрокат. Этот бизнес постепенно становится лишь частью истории, а IoT привнесет в нашу жизнь совершенно новый опыт потребления контента, так что к переменам следует готовиться уже сегодня», — уверен Ричардсон.

Стефан Фербер Bosch Software InnovationsДиректор по развитию IoT фирмы Bosch Software Innovations (Stefan Ferber) с полным основанием говорит об Интернете вещей как о четвертой версии промышленности — Industry 4.0. Первой версией он называет изобретение механических устройств, а второй — налаживание массового производства Генри Фордом. Industry 3.0 в трактовке Стефана Фербера принесла электронику и автоматическое управление, ну а Industry 4.0 основывается на межмашинных (M2M) коммуникациях между продуктами, системами и машинами. Звучит многообещающе!

Microsoft инвестирует $15 млн в Foursquare в обмен на использование его данных
Риски Open Source
Оформление подписки
Оформить подписку на журнал InfoCity вы можете заполнив приведенную
ниже форму. Стоимость одного выпуска — 2 маната.
Ваше имя
Адрес доставки журнала и номер телефона для контактов
Число месяцев подписки
Благодарим вас за подписку!