«Моя жена встала на весы, и холодильник объявил, что она больше не имеет к нему доступа…» Именно так будет работать Интернет вещей, если говорить в двух словах. Разумеется, это шутка. В будущем ожидаются миллионы устройств, подключенных друг к другу и управляемых специальным ПО, возможно даже, на основе искусственного интеллекта.
Прежде чем разбираться, как же работает Интернет вещей (IoT), стоит выяснить ключевые составляющие систем.
Компоненты Интернета вещей
Можно выделить пять элементов:
- IoT-сенсоры;
- возможности подключения / Сеть;
- облако;
- фреймворк по принятию решений (набор программ, реагирующих на какие-либо изменения в системе и определяющих наилучший сценарий устранения проблем или достижения установленных целей);
- интерфейс пользователя (желательно простой и понятный).
Каждый перечисленный вариант давайте рассмотрим по отдельности.
Сенсоры
Различные устройства, которые составляют основу решений Интернета вещей, принято называть «вещами». Здесь стоит привести один пример, в котором человек контролирует нагревание помещения через установленные датчики. В типичном сценарии на дисплее выводится настоящая температура и владелец дома может следить за всем процессом даже отдаленно. Система, будучи продвинутой, даже сможет уведомить человека, если, допустим, тепло выходит через открытую дверь.
В будущем системы могут стать настолько умными, что будут в состоянии самостоятельно принимать решения в случае тех или иных проблем: сенсор отправит данные в главный компьютер, чтобы тот закрыл дверь.
В мире уже существует множество сенсоров: температуры, влажности, давления, уровня углекислого газа в воздухе, освещения, движения и т. д.
Подключение / Сеть
Мы выяснили, что сенсоры могут «общаться» между собой и с главным компьютером, вот только каким образом? Очевидно, что все устройства должны быть соединены либо проводами, либо беспроводным путем.
Главные компьютеры, принимающие решения, не новы. Они существуют уже несколько десятилетий в виде программируемых логических контроллеров (PLC, Programmable Logic Controller). Это компьютеры с микропроцессором без клавиатур, мышек и мониторов, способные выстоять в сложной промышленной среде. Большинство подключений с использованием таких устройств были проводными, однако с постоянно растущим количеством устройств инженеры всё глубже осознают прелести беспроводного варианта соединения.
Беспроводное подключение строится, как правило, на следующих протоколах: Bluetooth LE, LoRa, ZigBee, SigFox и NB-IoT. Большое количество вариантов подключений порою создает проблемы совместимости устройств. Об этом мы писали в этой статье.
Самым популярным протоколом является Bluetooth LE (Bluetooth Low Energy), поскольку эта технология соединения имеется практически в любом мобильном девайсе и потребляет минимум энергии.
Большинство сенсоров способны отправлять данные другим Bluetooth-устройствам через UART (универсальный асинхронный приемник / передатчик) или Modbus-протокол. Устройства с поддержкой Bluetooth без проблем «общаются» между собой, а также с приемниками, называемыми шлюзами.
В большинстве случаев в сети не может быть большое количество приемников в силу высокой стоимости или ограничений инфраструктуры. Еще один плюс Bluetooth-девайсов – возможность быть организованными в Mesh Network. В переводе это ячеистая топология, то есть сетевая топология, построенная по принципу ячеек. Рабочие станции, соединенные в сеть, могут выступать в качестве коммутатора для остальных элементов системы. Подобные решения нашли широкое применение в различных индустриях, в частности здравоохранения, ритейла, логистики и производства.
Полученная информация может отправляться в главный компьютер, который сегодня представляет собой публичное или приватное облако. Для передачи данных применяются технологии GPRS, Wi-Fi или LTE.
Облако
Сенсоры и датчики имеют ограниченные ресурсы, поэтому не могут хранить много информации: её обязательно необходимо куда-то отправлять, чтобы была возможность получения новых данных.
Устройства, как правило, используют MQTT-протокол для передачи данных. Принцип работы похож на работу брокера, который принимает и передает определенную часть информации конечному пользователю. Состав данных зависит от установленных правил, по которым происходит фильтрация получаемой информации.
QuicSolv Technologies и MQTT позволили создать уникальную систему принятия решений (Hyper Decision Framework), названную ISAE.
Фреймворк по принятию решений – ISAE
Очень важно то, что мы делаем с данными после записи их в облако. В одной из систем мониторинга работников предлагается отправлять работнику предупреждающее сообщение, если он оказывается в опасной зоне. Каждый работник имеет специальную бирку, прикрепленную к одежде и имеющую идентификатор (ID). Как только эта бирка регистрируется в опасной зоне, главный компьютер принимает решение отправить сигнал тревоги. Каждый раз система проверяет, на каком участке находится работник.
Таким образом, ISAE представляет собой набор определенных правил, актуальных для той или иной системы. Главный компьютер сразу же реагирует на малейшие нарушения. Каждое правило может накладываться друг на друга. В таком случае система действует по заранее заданному алгоритму.
Пользовательский интерфейс
Наконец, для управления всей системой требуется интерфейс. Это может быть мобильное приложение или веб-сайт. Интерфейс значительно упрощает взаимодействие между машиной и человеком (М2Р).
IoT в реальном мире
Мы разобрались с составляющими элементами систем Интернете вещей. Чтобы окончательно понять, что такое IoT и как он работает, стоит рассмотреть некоторые примеры из разных сфер хозяйствования.
Торговые центры
Каждый человек перед покупкой дорогих товаров заходит в магазин, чтобы оценить их и потрогать. Сегодня IoT близко подобралось к маркетингу, став эффективным методом подталкивания клиента к действию. Так, сегодня вряд ли кого-либо удивит СМС, что в определенном магазине, который был посещен ранее, предлагаются большие скидки. Маркетологи на основе трекинга знают, что послать, куда, в какое время и, что самое главное, кому.
Мониторинг активов
Активы часто включают ценные запасы, инструменты, части недвижимого имущества и т. д. Например, для больниц активами могут выступать электроэнцефалографы, ультразвуковые аппараты, рентгеновские установки, носилки, инвалидные коляски. Сегодня очень просто отслеживать местоположение каждой единицы оборудования и проводить ежегодные аудиты по оценке состояния установок.
Имущество в основном привязывается к Bluetooth-сенсорам, чтобы каждый работник без проблем мог через свое мобильное устройство проверить его местонахождение.
Отслеживание складских палет
Палеты являются весьма ценным имуществом на складах, поскольку именно за счет них транспортируются грузы. Увеличение размеров склада часто приводит к тому, что работники теряют драгоценное время, занимаясь поисками палет. IoT позволяет оперативно информировать работников о местонахождении свободных изделий: для этого следует установить специальные датчики на каждом элементе.
Мониторинг работников
Отслеживание местонахождения работников – это больше не про увеличение их продуктивности, а про безопасность их пребывания на рабочем месте и возможности быстрого их поиска для решения срочных вопросов.
Датчики могут находиться на ID-карте работника. Система каждый раз отслеживает, находится ли бирка на человеке, а также оценивает близость работника к машинам либо процессам для анализа его производительности.
Контроль за температурой и влажностью
Это особенно важно внутри контейнеров, в которых перевозятся скоропортящиеся продукты питания. В случае проблем можно быть уверенными, что пища не пропадет, так как главный компьютер автоматически отрегулирует показатели до требуемых. Таким образом сохраняются деньги, время и репутация.
Управление охраной
Во время теракта у отдельного охранника нет возможности оперативно связаться с напарниками, чтобы запросить подкрепление. При таких сценариях очень высок риск получения серьезных травм, которые порою не совместимы с жизнью.
Наличие ID-карты на плече каждого охранника с кнопкой быстрого реагирования поможет исключить проблемы: работнику потребуется несколько раз нажать на кнопку, чтобы к нему прибыло подкрепление. За массовое информирование и сообщение с локацией охранника будет отвечать главный компьютер.
Датчики воды
Водохранилища требуют постоянного мониторинга уровня воды. Как только вода коснется устройства, сразу же сработает система и работники смогут вовремя принять меры.
Приведенные выше примеры являются лишь мизерной долей всей мощи и возможностей Интернета вещей. Различные решения, упрощающие жизнь, разрабатываются как для предприятий, так и для домов. Каждая новая система кардинально меняет качество жизни людей. Можно с уверенностью сказать, что будущее за IoT.