World Wide What (глобальное что)? Честный взгляд на состояние Интернета вещей

World Wide What (глобальное что)? Честный взгляд на состояние Интернета вещей

Майкл Паркс (Michael Parks), Mouser Electronics 

Каждый день более 3 миллиардов человек используют Интернет, чтобы соединяться друг с другом и обмениваться идеями. По мнению многих специалистов, Интернет вещей (ИВ) в скором времени изменит нашу жизнь более разнообразными способами, которые при этом будут достаточно существенны. ИВ обещает более простую жизнь потребителям, встраивая в "вещи" каждодневного  использования способности чувствовать, обрабатывать, взаимодействовать и общаться с нами, окружающей средой, а также друг с другом. В результате интеллект и связь обеспечат беспрецедентную степень автоматизации. Будучи свободными от необходимости запоминать бесчисленные ежедневные рутинные действия, такие как запирание дверей или выключение света, мы сможем сосредоточиться на более важных аспектах жизни. Однако существуют серьезные проблемы внедрения, которые лежат под поверхностью этого простого понятия. В конце концов, сможет ли ИВ обеспечить выполнение своих обещаний или в результате рухнет под тяжестью завышенных амбиций?

Определение ИВ

Представьте себе, что сейчас 2027-й год. Будильник на Вашем телефоне начинает играть легкую музыку. В то время как Вы наслаждаетесь последними минутами спокойного сна, все "вещи" в Вашем доме начинают запрашивать данные друг у друга. С едва раскрытыми глазами Вы медленно идете в душ. После чистки зубов Вы выбрасываете пустой тюбик зубной пасты. Мусорное ведро быстро обнаруживает RFID-метку в новом поступлении мусора, получает доступ к Вашей учетной записи на Amazon и заказывает новую зубную пасту. Вы идете к выходу из дома, а Ваш зонт получил прогноз о том, что сегодня будет дождь и мигает встроенными в ручку светодиодами, чтобы напомнить Вам о необходимости его взять.

Суть этой истории в том, чтобы обеспечить некоторый контекст для понимания того, что подразумевается под "вещами" при обсуждении ИВ. Она всего лишь демонстрирует возможности ИВ на примере интеллектуальных зонтика и мусорного ведра и показывает, что термин "вещи" на самом деле может означать все, что угодно, когда ИВ будет полностью реализован.

Технологическая карта: Интернет Вещей

Термин ИВ первоначально был придуман в 1999 году британским специалистом Кевином Эштоном. Можно утверждать, что некоторым лежащим в основе ИВ понятиям, таким как понятие автоматизации с помощью программного обеспечения и электроники, десятилетия от роду. Несмотря на то, что сами идеи существовали некоторое время, несколько основных технологий ИВ только сейчас достигли зрелости и стали доступными по цене, что позволяет сделать в этой области скачок от концепции к реальности. Это миниатюрные надежные датчики, недорогие микроконтроллеры и широкодоступный высокоскоростной беспроводной доступ в Интернет. Подобно определениям "облака",  недостатка в определениях ИВ нет. Несмотря на почти бесчисленное множество определений ИВ, все они разделяют пять основных концепций:

1. Способность ощущать и оцифровывать различные атрибуты окружающей среды, такие как температура, освещенность, давление и др.

2. ИВ устройство должно иметь возможность получить дискретные данные от датчиков, обработать эти данные, а затем принять решение о действии.

3. Устройство ИВ может взаимодействовать с окружающей средой через любое количество исполнительных механизмов, подобных активирующему электронному дверному замку.

4. Устройства ИВ должны иметь IP адрес. Они должны уметь сообщать через Интернет, что они "видят" с помощью своих датчиков другим устройствам, веб-сервисам, а также людям.

5. Все это должно достигаться без необходимости непосредственного взаимодействия с человеком или вмешательства человека.

Наибольшую проблему для массового внедрения ИВ представляет четвертая из этих пяти концепций.

Станет ли ИВ "вещью"?

ИВ не является революцией основ или даже изобретением новых технологий. Встраиваемый интеллект, датчики и исполнительные механизмы в устройствах хоть и не являются тривиальным делом, но и не считаются уже большой инженерной проблемой. Современный смартфон содержит полдюжины датчиков и обладает производительностью, которую имел мощный настольный компьютер всего десять лет назад. В аспекте создания «умных» устройств, которые могут чувствовать и взаимодействовать с внешним миром, ИВ вполне реализуем. Как упоминалось ранее, основная задача заключается в соединении вещей в беспрецедентных масштабах. Именно эта проблема препятствует массовому внедрению ИВ.

Интернет стал демократизирующей силой, нивелируя проблему различия операционных систем и архитектур процессоров, так что каждый пользователь может к нему подключиться независимо от конкретных характеристик компьютера. Вы можете спросить: "Как коммуникация может быть проблемой для ИВ, если устройства, составляющие ИВ, как предполагается, будут говорить друг с другом через Интернет?" Иными словами, разве Интернета недостаточно для этих устройств, чтобы взаимодействовать друг с другом? Чтобы ответить на этот вопрос без перехода к обсуждению технических аспектов модели взаимодействия открытых систем (основ концепции сетей) рассмотрим концепцию доступа к World Wide Web через браузер в сравнении с взаимодействием с помощью приложения социальной сети на смартфоне. В обоих случаях можно положиться на Интернет, но есть и принципиальные различия, которые аналогичны разговору на разных языках.

World Wide Web, который базируется на управляющих Интернет протоколах нижнего уровня, преодолевает различия архитектур операционных систем и веб-браузеров. Используя стандарты HTTP, HTML и TCP / IP, мы можем гарантировать (помимо идеи плагинов браузеров), что если веб-сайт доступен для просмотра в одном браузере, он должен быть видимым во всех.

Рассмотрим приложения Apple FaceTime и Google Hangouts. Они оба функционально подобны, обеспечивая  двухстороннюю передачу видео в реальном времени через Интернет. При этом только часть используемых  протоколов общая, таким образом, вы не можете (в настоящее время) с помощью FaceTime связаться с другом, который использует Hangouts. По этой же причине Apple и Android имеют свои собственные магазины приложений. Взаимодействие программ видео-чата на смартфонах разного типа по существу требует переводчика, который усложняет ситуацию, когда у вас нет точного перевода конкретного слова (или действия, в случае смартфонов). То же самое верно и для дюжин продуктов на сегодняшнем рынке ИВ.  ИВ следует похожей на используемой в приложениях видео-чата модели общения, сторонясь более универсальной модели веб-браузера. Тот факт, что продукция ИВ не взаимодействует без заплаток и обходных путей, представляет собой наиболее серьезный вызов для адаптации более интеллектуальных устройств в потребительском и промышленном пространстве.

Может ли ИВ стать чем-то полезным и широко распространенным в обществе? Как и для всех сложных технических вопросов, лучшим ответом на сегодняшний день является "Это зависит от многого".

Построение мостов: как ИВ попадает отсюда туда

Чтобы понять, почему отсутствие ответа является на самом деле лучшим ответом, который может быть дан в отношении перспектив этой туманной сущности, как многие называют ИВ, мы должны сопоставить два мира: мир номер один, имевший огромный успех в определении общих протоколов, и мир номер два, где общие протоколы остаются такими же недостижимыми сегодня, как это было 20 с лишним лет назад.

Первый мир – это мир Интернет- компаний и услуг. Компании, которые работают в Интернет-экосистемах, в последнее десятилетие усердно боролись за более открытый и прозрачный Интернет. С принятием HTML5 практически все значимые игроки на рынке браузеров и компании, которые “живут” во всемирной паутине, осознали, что развитие Интернета само по себе является моделью развития для компании и что "прилив поднимает все корабли". По мере того, как использование Интернета становится легко доступным и само собой разумеющимся для потребителей, все более вероятно, что потребители будут использовать Интернет для получения финансовой выгоды на всем рынке.

Пример (мир) номер два является индустрией домашней автоматизации и промышленного управления, которые буквально наводнены десятками конкурирующих, пользовательских и несовместимых протоколов. В секторе домашней автоматизации, среди прочих, будут такие протоколы, как Х10, Insteon, UPB, KNX, ZigBee, Z-Wave. Добавьте к этому системы управления зданиями и промышленные системы управления с дюжинами их дополнительных протоколов. Технологии, участвующие в домашней автоматизации и промышленном управлении, больше похожи на ИВ, чем на всемирную паутину. Если мы еще не решили проблему совместимости между этими двумя отраслями, то это не сулит ничего хорошего для нашей способности принять ключевой вызов: создать общий протокол, который необходим для реализации полностью взаимосвязанного ИВ.

Возможно, путь к ИВ будет представлять собой итеративный процесс. Во-первых, отдельные сегменты рынка должны объединиться вокруг общих протоколов усилиями конкурирующих компаний. В автомобильной промышленности необходимо будет принять универсальный протокол, который позволит автомобилям общаться друг с другом независимо от марки его производителя. В секторе домашней автоматизации необходимо, наконец, принять универсальный стандарт, чтобы потребители больше не находились под угрозой зависимости от поставщика, когда они ограничены специфическим протоколом (и продукцией), предлагаемым только этим поставщиком. В конце концов, они просто могут быть вынуждены использовать общий протокол, если они хотят, чтобы смартфон был совместим с предстоящим выпуском продуктов HomeKit компании Apple и/или Brillo and Weave компании Google.

Такая стратегия приведет к созданию многих Островов Вещей (именно, островов Android и Apple), но это, возможно, является более логичной ситуацией для начала, если уж инновационные продукты требуют по-настоящему взаимосвязанного ИВ в будущем. Потом будет гораздо легче построить "мосты" между несколькими четко определенными "отраслевыми" протоколами, чем между сотнями конкурирующих протоколов, специфических для конкретной продукции. Когда такие мосты будут построены, то создание полного ИВ станет более вероятным.

Барьеры на пути ИВ

Во-первых, ИВ добавляет удобства, а не решает универсальные проблемы. Люди смотрят на ИВ и инстинктивно задаются вопросом: "Зачем мне это нужно?" Такой тип технологии всегда страдает от более медленных темпов адаптации. При медленном темпе адаптации компаниям тяжело оправдать расходы по работе с другими компаниями в части разработки общих правил. Для стабильно работающих компаний это повлекло бы за собой изменение целых производственных линий, которые уже приносят прибыль. Стартапы могут быть более гибки к адаптации общих протоколов, но у них нет возможности повлиять на более крупные корпорации, настроенные собственнически, сделать то же самое. В добавление к низкой скорости адаптации, процесс разработки стандартов отнимает много времени (достаточно посмотреть на историю ревизии стандарта 802.11 Wi-Fi). Разработка стандартов также требует компромиссов,  для поддержки которых бедным, идеалистическим стартапам может не хватить ресурсов.

Хотя мы наблюдаем медленное преобразование кабельного телевидения в IP-телевидение вместе с появлением таких услуг, как SlingTV и HBO Go, однако ИВ, возможно, придется медленно созревать, пока не случится культурный сдвиг или пока не появится очень инновационный, обязательный для обладания продукт, требующий такого уровня взаимодействия, который компании не смогут игнорировать.

Конечно, существуют и другие технические барьеры в дополнение к рыночным требованиям и проблемам общего протокола связи. Принимая во внимание огромное количество потенциально связанных вещей, Интернет должен будет адаптировать IPv6, обеспечивающий примерно 3.4 х 10+38 уникально адресуемых устройств. Для сравнения, на всех пляжах мира есть только 7.5 x 10+18 песчинок. При этом протокол IPv4 имеет всего четыре миллиарда адресов. Существует также проблема хранения данных: сколько новых данных будет сгенерировано, которые должны быть сохранены, пусть даже временно? Это нелегко понять, но, без сомнения, это имеет существенное значение. На сегодняшний день существующие барьеры по хранению данных несколько сглаживается за счет создаваемых новых центров обработки данных, функционирующих на неимоверных скоростях.

Ба-зиллионы точек света

ИВ является смелой, потенциально меняющей правила игры концепцией: "умный" мир, который без участия человека может создавать значительное удобство для людей. Более того, ИВ будет ключевым катализатором других достижений, меняющих правила игры, таких как умные электрические сети. Бытовая техника, такая как стиральная машина и сушилка, будут иметь возможность планировать свое собственное время пуска после "консультации" с местным провайдером коммунальных услуг по поводу времени суток с самой низкой ценой электроэнергии. С этого момента ИВ становится больше, чем просто удобство и начинает брать на себя ответственность за управление оптимальным потреблением электроэнергии и экономию финансовых средств. Это мощная концепция.

Без сомнения, ИВ имеет большие перспективы. Согласно компании Cisco, ИВ будет иметь рынок в 19 триллионов долларов. Для полной своей реализации ИВ должен обеспечить беспрецедентный уровень сотрудничества, а не конкуренции. В случае успеха, в ближайшие годы мы сможем увидеть тысячи новых интеллектуальных устройств, которые сдержат развитие сегодняшней мании смартфонов, умных телевизоров и часов, сократят издержки и снизят воздействие на окружающую среду. ИВ может помочь проложить путь не только к удивительному новому миру удобств, но к миру, где мы можем стать лучшими экономическими и экологическими управляющими, не шевеля при этом пальцем; это если мы сможем найти способ объединить тысячи протоколов в промышленности, а также преодолеть другие препятствия для создания истинного ИВ.

 

Майкл Паркс, Р.Е. является владельцем компании Green Shoe Garage, студии дизайна изготавливаемой на заказ электроники и консультирования по технологиям, расположенной на юге штата Мэриленд. Он ведет научно-технический портал S.T.E.A.M. Power Podcast, который повышает осведомленность общественности о научных и технических вопросах и открытиях. Майкл также является лицензированным профессиональным инженером в штате Мэриленд и имеет степень магистра в области системного инжиниринга Университета Джона Хопкинса.