История развития интернет-вещей. Дайджест стартапов...

iDealMachine, проект iDoMa Евгений Помазов, технический эксперт

Интернет вещей, или IoT


Давным давно… Если проследить историю развития вещей как таковых, то в старые времена с интеллектом все выглядело достаточно уныло.

Еще в начале прошлого века вещи были достаточно простыми. В подавляющем большинстве это были инструменты, полностью управлявшиеся человеком.

Хотя уже тогда начинали появляться достаточно сложные механизмы, которые для связи между своими частями или с другими механизмами использовали доступные на тот момент средства. Например, в часах все взаимодействие шло через шестеренки, в гидравлических механизмах это было давление жидкости в трубках, на ветряных мельницах – взаимодействие с ветром и ременно-‐шестереночными частями. Конечно, при должной изобретательности и тогда можно было соорудить нечто необыкновенное, но все творения попадают под описание «механизм».

Эта эпоха до сих пор не дает покоя творческим людям, и в наше время даже есть такое направление искусства как «стим-‐панк», в котором рассматривается альтернативные пути развития технологий, а именно – что бы произошло, если бы электричество и микроэлектроника не заняли свою доминирующую позицию.


И тут приходит электричество Надо сказать, что электричество сразу добавило вещам нового функционала, но он не всегда относился к интеллекту. Чайник и утюг стали греться от розетки, плита и кипятильник позволяли обойтись без дров, ну а холодильник, микроволновка и прочие предметы просто смогли родиться на свет благодаря этим достижениям. На первом этапе развития множество таких вещей было опасно как и предыдущее поколение: оставленный без присмотра утюг мог вызвать пожар, а электрочайник после выкипания воды сгорал или приводил к короткому замыканию.

Достаточно быстро появились простые решения, добавившие вещам безопасности. Чайник научился сам выключаться при закипании воды и даже поддерживать ее температуру, а утюг стал понимать когда про него «забыли» и самостоятельно отключать подогрев.

Например чайник приобрел известный нам вид с контактной площадкой и автоматическим выключением лишь в 1994 году. Утюг с автоматическим отключением появился в 1984 году, но массовое распространение технология нашла лишь через десяток лет.


А тем временем… А тем временем набирало мощь новое направление индустрии – микроэлектроника. Наверное одним из самых наглядных примеров «обретения интеллекта» стал выпуск автоматических стиральных машин на базе микропроцессора – первый экземпляр был выпущен в 1978 году. Выполнение таких функций как контроль количества воды, ее набор или слив, оценка температуры, подогрев, сложная программа стрики стали теперь легко доступными и реализуемыми и не требовали невероятной изобретательности для их выполнения «древними» способами. Процессоры становились все производительнее, стоимость их катастрофически падала, и многим бытовым вещам стали доступны невиданные ранее возможности самостоятельного анализа параметров (температур, давление, время, скорость и т.д.) и принятия решения на их основе. Сейчас у большинства из нас в кармане находится вычислительное устройство, превосходящее по своей мощности суперкомпьютеры 25-‐летней давности.

И началась эпоха «умных вещей». Ну и важнейшим катализатором взрывообразного роста направления умных вещей и их взаимодействия стало развитие средств связи, а именно – беспроводная связь. Сотовые сети и WiFi перевернули наши представление о доступе к информации.

Предвестники Интернета Вещей Идея связи между собой различных систем появилась задолго до термина «Интернет Вещей». Если не брать крупнокалиберную индустрию, такую как автоматизация производств, то первым направлением стал «Умный дом». Путем связывания в сеть различных систем управления и мониторинга дома получилось создать интеллектуальную экосистему, которая охватывает огромное количество аспектов. Направления работы в этой области происходят в двух ключевых аспектах – это комфорт и безопасность. К комфорту можно отнести автоматическое открытие штор с утра, управление освещением, автоматическое включение чайника при срабатывании будильника, дистанционное управление системами дома с мобильного устройства (как дома, так и через интернет). В области безопасности отдельной темой стоит защита жилища от проникновения злоумышленника и безопасность в обыденном смысле – защита от протечек воды, пожаров и прочих форс-‐мажорных обстоятельств.


Рождение термина В начале 2000-‐х годов было высказано предположение, что скоро подключенных к интернету устройств окажется больше, чем собственно людей. Считается, что этот момент наступил в 2008-‐2009 году. В 2004 году в журнале Scientific American вышла обширная статья, посвященная феномену «Интернета вещей». Акцент в ней был сделан не на само взаимодействие вещей, которое уже было не ново, а на суть феномена взаимодействия и автономного принятия решения группой систем, связывающихся между собой по самым разным каналам связи – проводная, беспроводная, инфракрасная, радиометки и т.д. С тех пор данное направление является восходящим трендом, что подтверждается вниманием к нему монстров индустрии как от аппаратных производителей (Texas Instruments, Intel), так и от поставщиков систем и решений.

Пульт в руки Есть еще один немаловажный момент, который «добавил жару» в развитие направления. Это широчайшее распространения смартфонов. Достаточно трудно представить себе управление сложной системой с мобильного телефона пятнадцатилетней давности, с маленьким черно-‐белым экраном. Несмотря на это уже тогда существовали системы (и они здравствуют до сих пор), позволяющие управлять «умным домом» по СМС. Но современный смартфон представляет из себя просто идеальное средство управления сложными системами по трем простым причинам:


1. Большой экран с высоким разрешением и высокая вычислительная мощность. Это позволяет не только отобразить большое количество информации в удобном для пользователя виде, но и динамически ее обновлять, а также выполнять ресурсоемкие расчеты 2. Наличие связи Смартфон позволяет получить вам доступ к управлению вашим интернет-‐вещам как через WiFi, так и через сотовые сети 3. Смартфоны дают широкий спектр способов управления системой Наличие акселерометра и гироскопа позволяют управлять системой простыми наклонами телефона, а тачскрин дает возможность разместить различные органы управления в зависимости от задачи – начиная с отображения группы выключателей и заканчивая джойстиком для руления роботом. Так что индустрия мобильных устройств заранее подготовила все для того, чтобы вы взяли максимум от Интернета Вещей. Именно поэтому практически все производители устройств, относящихся к IoT, обязательно выпускают свои приложения для iOS, Android и других платформ.

За что идут бои


Если сформулировать самые важные возможности умных участников Интернета Вещей, то выглядеть они будут таким образом:

1. Возможность сбора данных о происходящем вокруг, идентификация объектов Устройство должно уметь получать информацию по происходящем вокруг. Это всевозможные датчики температуры, радиации, освещения, влажности, видеокамеры, датчики тока/напряжения. Иными словами устройство должно “понимать», что происходит и находится вокруг него.

2. Возможность обмена данными Устройства системы должны иметь возможность отправлять и получать данные для «дополнения картины мира».

3. Возможность принятия решения – самостоятельно или с помощью пользователя На основе полученных данных (как собственных, так и от других устройств) система должна обладать логикой принятия решения, с возможностью влияния на это решение пользователя.

4. Возможность реализации принятого решения Устройство должно иметь возможность воздействия на происходящее – например остановить подачу воды, выключить электричество и т.д. Например, если вы на работе, а дома произошла утечка воды из стиральной машины, то было бы неплохо, если бы система САМА сделала следующее: -‐ Система поняла, что произошла утечка и перекрыла подачу воды от трубы на машинку -‐ Машинка по датчика определила, откуда утечка – со шланга подачи или слива, и в первом случае постаралась бы слить остатки воды -‐ Робот-‐пылесос, производящий уборку, уехал бы в дальний угол дальней комнаты, чтобы не оказаться в луже -‐ Система отключила бы электричество на проводке рядом с местом утечки -‐ Послала бы СМС соседям снизу «Привет, мы вас заливаем!» Ну и было бы удобно, если бы: -‐ Система вызвала знакомого непьющего сантехника Иваныча, заблокировала все двери кроме необходимых для прохода к месту утечки -‐ По приходу сантехника показала вам на телефоне изображение сантехника с видеоглазка на двери, и если это именно трезвый Иваныч, а не вечно поддатый Василич, то по вашей команде с телефона открыла бы дверь и пустила его устранить неисправность.

Все усилия по развитию экосистемы Интернет-‐Вещей можно разнести по перечисленным выше направлениям. Давайте рассмотрим их подробнее.


1. Сбор данных о происходящем вокруг, идентификация объектов

В этом направлении рынок уже достаточно плотно заполнен готовыми решениями, которые производятся гигантскими тиражами и имеют ничтожные цены. За сущие копейки можно купить отдельные компоненты или готовые системы сбора самой разной информации – датчики всех видов и мастей. Температура, радиация, давление, звук, низкочастотные колебания, датчики объема, ИК лучи, видеокамеры – список можно продолжить на несколько страниц. Поэтому задачу сбора «тривиальных данных» можно считать решенной. Основные баталии разворачиваются на создании инновационных подходов в использовании существующих датчиков или на высокотехнологических направлениях. Вот некоторые из них: -‐ Анализ происходящего с помощью датчиков низкочастотных колебаний – одного датчика достаточно чтобы анализировать происходящее во всем доме (где хлопнула дверь, уронили стул, прошли по полу и т.д.) -‐ Анализ видео в реальном времени Автоматическое распознавание объектов и происходящего по видео в реальном времени. Это направление находится на пике технологий, так как для реализации алгоритмов компьютерного зрения на видео хорошего разрешения даже современные микропроцессоры испытывают нехватку производительности. Одни делают более мощные процессоры, другие оптимизируют алгоритмы. -‐ Удешевление систем альтернативного зрения Тепловизионные камеры до сих пор являются очень дорогими устройствами. В последнее время появляются проекты, предлагающие относительно недорогие камеры (200-‐300 долларов), позволяющие видеть в полноценном инфракрасном спектре. Такая цена достигается за счет упрощений – камеры имеют очень низкое разрешение и низкую частоту кадров, но этой информации более чем достаточно для принятия решения, например, о пожаре или проникновении злоумышленника. Идентификация объектов относится к управлению «глупыми» вещами. Здесь речь идет о различных RFID метках, штрих-‐кодах, QR-‐кодах и прочих решениях, позволяющих быстро отличить помеченные объекты – ящик с посылкой, дверь или рулон туалетной бумаги. Один из ярких примеров активного использования системы идентификации – роботизированный склад компании Amazon, где функции людей сводятся к укладыванию товара в пакетик и приклеиванию метки (https://roem.ru/13-‐03-‐2015/187948/amazon-‐iot/).


2. Возможность обмена данными

Здесь движение индустрии идет двумя путями. Первый – это максимальное удешевление уже существующих технологий связи, а именно WiFi. Например разработан чип стоимостью 4,5 доллара, реализующий не только WiFi, но и несущий на борту микропроцессор со своей логикой (http://habrahabr.ru/company/coolrf/blog/235881/). Плюсы такого подхода – зрелая и повсеместно распространенная инфраструктура WiFi, с возможностью доступа с любого пользовательского устройства. Минусы – такое решение по меркам интернет-‐вещей является достаточно дорогим, и вы не станете, например, устанавливать такое решение на ящик с фруктами или на держатель туалетной бумаги. Второй путь – это создание специальных средств беспроводной связи с малой мощностью, скоростью и радиусом действия, но и соответствующей ценой. Был разработан стандарт IEEE 802.15.4, описывающий низкоуровневые принципы радиосвязи. На его основе производители уже реализовали несколько протоколов и решений – ZigBee, WirelessHart, MiWi, 6LoWPAN. Например, устройства протокола LoRaWan (https://en.wikipedia.org/wiki/Lorawan) позволяют реализовывать связь на расстояниях до десяти (!) километров при использовании передатчиков минимальной мощности. Особый интерес вызывает тот факт, что пока нет единого «победившего» аппаратного стандарта связи, который занял бы доминирующую позицию. Драматизм ситуации в том, что речь идет именно об аппаратном решении, в котором «проигравшие» стандарты окажутся не у дел, как это было, например, в эпоху борьбы стандартов BluRay и HD DVD. Вторым направлением развития рынка, использующим текущий «бардак» в стандартах, являются системы группового управления пользовательскими устройствами. Например, если у вас сейчас есть интернет-‐чайник, интернет-‐микроволновка и домашний робот – каждое из этих устройств управляется с помощью своего ПО с телефона или из браузера. А вам хотелось бы использовать управление из некоей единой «панели управления всем». Поэтому на свет появляются системы-‐агрегаторы управления типа http://goplusplatform.com/ Задача у таких проектов – связаться с как можно бОльшим количеством производителей интернет-‐устройств IoT и сделать поддержку их управления в своей системе.


3. Возможность принятия решения – самостоятельно или с участием пользователя

Эта задача относится уже к области искусственного интеллекта и поле развития просто огромное. Любая интеллектуальная система должна иметь свою цель, а значит и некий центр управления. И если в штатной ситуации – когда у нас работают все элементы системы и связь между ними – алгоритм действий еще можно задать, то в случае форс-‐мажоров – а они случаются – задача становится очень сложной. На фоне развития облачных технологий возможно размещение логики принятия решений именно в облаке, куда стекаются данные со всех ваших устройств.

Но вот в случае потери связи начинаются проблемы. В фильме «Район номер 9» показан комизм ситуации, когда корабль высокоразвитой цивилизации оказывается на земле без предводителя, и огромное количество умных существ начинает элементарно «бомжевать». Так и в случае умных устройств – при потере связи вы должны быть уверены, что интеллект «не напортачит». Тренды в этой области просты – централизованное управление (облака, сервера, конгломерация данных) и развитие интеллекта «на местах» -‐ роботы, автономные системы управления.

4. Возможность реализации принятого решения Если речь идет о программном действии – например, холодильник сам заказывает заканчивающуюся еду, или кулер заканчивающуюся воду – технических проблем минимум. Все эти действия выполняются программно.


А вот воздействие на физические объекты -‐ это поле битвы «аппаратных» компаний. Если функции простого управления устройствами уже достаточно давно реализованы – например включить свет, отключить подачу воды или открыть дверь гаража, то сложное воздействие на объекты реального мира является полем развития направления. Мечтой человечества является робот (мы привыкли представлять его себе человекоподобным), который мог бы аналогично человеку брать и передвигать предметы, запускать или останавливать механизмы и выполнять человекоподобные действия. Но пока до массовой доступности таких решений далеко, в мире активно распространяются недорогие решения, видоизменяющие сам принцип воздействия на объект управления.

Например, для выключения из розетки утюга необходимо выдернуть шнур из розетки – это задача для сложного робота. А вот если поставить «умную розетку» -‐ то для выполнения задачи достаточно послать команду по ИК или по радиосвязи. Поэтому на рынке стали появляться «оконечные устройства» различных назначений – перекрытие воды в трубах или в кране, механизмы открытия-‐закрытия дверей и тому подобное. Конечно, такой подход требует модификации большого количества устройств в доме, но на фоне ожидания появления человекоподобных роботов, которые смогут делать все «как человек», он выглядит по крайней мере реалистичным, а в последние годы и более чем доступным по цене.


Страхи и перспективы

Робот-‐пылесос и собачьи какашки Будущее IoT

Любая новая технология вызывает опасения. Так, IoT в отчете Национального Разведывательного Совета США фигурирует как одна из шести потенциально разрушительных технологий. Это наводит на мысли о том, что в будущем в данном направлении появится жесткая регламентация, аналогичная, например, сотовой связи или WiFi. Главный вопрос сейчас – а можно ли доверять искусственному интеллекту. Да-‐да, SkyNet и прочие страшилки как раз и показывают страх человечества перед новыми технологиями. И в чем-‐то этот страх обоснован. Но так как технологии приходят незаметно, то со многими из них человек уже успел смириться и их принять. Плюсы мобильной связи давно перевесили страх всегда быть «на виду» у провайдеров и государства. К самостоятельному выключению чайника, работе холодильника, мультиварки и стиральной машинки мы все уже привыкли. Навигаторы на телефонах для многих давно стали основным способам ориентации в городе. Так что эпохи Интернета Вещей нам не избежать, и она уже наступает. Доступность и дешевизна уже имеющихся компонентов для Интернета Вещей постоянно мотивирует молодые команды на создание стартапов в этой области. Вот некоторые примеры проектов команд из России и СНГ. Программные: http://goplusplatform.com/ -‐ облачное управление всеми вашими интернет-‐устройствами http://thinger.ru/ -‐ комплексное управление сетью ваших интернет-‐вещей Аппаратные: http://x-‐turion.com/ -‐ домашний робот для IoT с управлением Умным Домом http://virt2real.ru -‐ платформа удаленного управления роботами и IoT с видеонаблюдением http://www.black-‐swift.ru/ -‐ недорогой модуль WiFi для Интернета Вещей с интеллектом http://petcube.com -‐ играй со своим домашним питомцем через интернет откуда угодно

История развития интернет-вещей. Дайджест стартапов...

Technology

iot http