Глава 25

Эволюция Интернета вещей (IoT)

Десятилетие 2010-2020 годов стало свидетелем развития и широкомасштабного распространения Интернета вещей (IoT) , сети физических объектов («вещей»), интегрированных с датчиками, программным обеспечением и другими технологиями, которые позволяют им собирать данные и обмениваться ими. Эта эволюция радикально изменила то, как мы взаимодействуем с окружающим миром, что привело к появлению умных домов, подключенных городов, автоматизированных производств и многого другого.

25.1 Определение и ключевые понятия:
Мир связанных объектов

Интернет вещей (IoT) можно определить как сеть физических объектов, устройств, транспортных средств, зданий и других элементов, встроенных в электронику, программное обеспечение, датчики и сетевые подключения, которые позволяют этим объектам собирать данные и обмениваться ими. Затем эти данные можно проанализировать, чтобы получить полезную информацию, автоматизировать процессы и повысить эффективность.

Ключевые компоненты экосистемы Интернета вещей включают в себя:

Устройства (вещи): Физические объекты, оснащенные датчиками, исполнительными механизмами и возможностями обработки. Они могут варьироваться от простых датчиков температуры до сложных промышленных систем.
Датчики и исполнительные механизмы: Датчики собирают данные из окружающей среды (температура, влажность, движение, освещенность и т. д.), а исполнительные механизмы выполняют действия в ответ на полученные данные (например, включение света, закрытие клапана).
Возможности подключения: Устройства Интернета вещей должны иметь возможность подключаться к Интернету или другим сетям для передачи собранных данных. Общие технологии подключения включают Wi-Fi, Bluetooth, сотовые сети (2G, 3G, 4G, LTE, NB-IoT, LTE-M) и маломощные широкополосные сети (LPWAN), такие как LoRaWAN и Sigfox.
Облачная платформа Интернета вещей: Данные, собранные устройствами Интернета вещей, обычно отправляются на облачную платформу, где они хранятся, обрабатываются и анализируются. Эти платформы также предлагают инструменты для управления устройствами, визуализации данных и разработки приложений Интернета вещей.
Приложения: Приложения Интернета вещей используют собранные данные для предоставления пользователям услуг и функций, таких как удаленное управление устройствами, автоматизация процессов, профилактическое обслуживание и анализ данных для получения полезной информации.

Связанные концепции включают периферийные вычисления , которые включают обработку данных ближе к источнику (на устройстве или на локальном шлюзе) для уменьшения задержки и улучшения реагирования, а также цифровые двойники , виртуальные представления физических активов, процессов или систем, которые обновляются в реальном времени с данными от устройств IoT для моделирования, оптимизации и прогнозирования. техническое обслуживание.

25.2 Ключевые факторы роста:
Конвергенция передовых технологий

Несколько факторов способствовали быстрому росту Интернета вещей в десятилетии 2010-2020 гг.:

Сокращение затрат на оборудование: Стоимость датчиков, микроконтроллеров и других электронных компонентов, необходимых для создания устройств Интернета вещей, значительно снизилась, что сделало Интернет вещей более доступным для широкого спектра приложений.
Улучшения в возможностях подключения: Технологии беспроводной связи стали более эффективными и универсальными. Wi-Fi оставался популярным выбором для домашних и деловых приложений. Bluetooth Low Energy (BLE) стал применяться для устройств с низким энергопотреблением, таких как носимые устройства. Сотовые сети продолжили свое развитие, предлагая все более широкое покрытие. Появление сетей LPWAN , таких как LoRaWAN и NB-IoT, обеспечило недорогие решения для подключения на большие расстояния для приложений, требующих длительного времени автономной работы и покрытия большой площади.
Облачные платформы IoT: Основные поставщики облачных услуг (например, Amazon с AWS IoT , Microsoft с Azure IoT , Google с Google Cloud IoT ) разработали комплексные и масштабируемые платформы Интернета вещей, предлагающие услуги по управлению устройствами, хранению и анализу данных, безопасности и разработке приложений. Эти платформы значительно упростили создание и управление сложными решениями Интернета вещей.

Достижения в области анализа данных и искусственного интеллекта: Огромный объем данных, генерируемых устройствами Интернета вещей, требовал передовых инструментов и методов анализа. Достижения в аналитике больших данных и искусственном интеллекте (ИИ) позволили извлекать ценную информацию из этих данных, что привело к созданию более интеллектуальных и автоматизированных систем Интернета вещей, способных принимать решения на основе собранных данных.

25.3 Приложения Интернета вещей по секторам:
Подключенный мир

Интернет вещей нашел применение в самых разных отраслях, преобразуя процессы и создавая новые возможности:

Умный дом: Умный дом стал реальностью для многих потребителей благодаря таким устройствам, как умные колонки (Amazon Echo, Google Home), умные термостаты (Nest), подключенные системы освещения (Philips Hue), интеллектуальные камеры видеонаблюдения и подключенные приборы, обеспечивающие большее удобство, энергоэффективность и безопасность.
Носимые устройства: Носимые устройства, такие как умные часы (Apple Watch, Fitbit) и фитнес-трекеры стали популярными для мониторинга здоровья и самочувствия, отслеживания физической активности, сна, частоты сердечных сокращений и других биометрических данных. параметры.
Умные города: Умные города использовали Интернет вещей для улучшения городского управления с помощью таких приложений, как интеллектуальное управление дорожным движением, адаптивное общественное освещение, мониторинг окружающей среды (качество воздуха, уровень загрязнения), управление отходами и интеллектуальные системы парковки.

Промышленный Интернет вещей (IIoT): Промышленный Интернет вещей изменил производственные процессы, сделав возможным профилактическое обслуживание (мониторинг состояния машин для прогнозирования сбоев), отслеживание активов , оптимизация производственных процессов , усовершенствованный контроль качества и повышение безопасности труда.
Интернет вещей в здравоохранении: В секторе здравоохранения Интернет вещей позволил удаленный мониторинг пациентов (с помощью носимых устройств или имплантированных датчиков), управление подключенными медицинскими устройствами, телемедицину и более эффективное управление поставками лекарств.
Интернет вещей в сельском хозяйстве: В точном земледелии Интернет вещей использовался для мониторинга урожая (влажность почвы, температура, погода), управления домашним скотом (отслеживание, мониторинг состояния здоровья), оптимизации использования ресурсов (воды, удобрений) и автоматического сбора урожая.
Интернет вещей в розничной торговле: В сфере розничной торговли Интернет вещей использовался для управления запасами, отслеживания клиентов в магазинах, предложения персонализированных рекламных акций с помощью маяков и внедрения интеллектуальных полок, которые отслеживают запасы.

25.4 Проблемы и соображения:
Барьеры на пути распространения Интернета вещей

Несмотря на многочисленные преимущества, Интернет вещей столкнулся с рядом серьезных проблем:

Безопасность: Безопасность IoT-устройств стала первоочередной задачей, учитывая большое количество подключенных устройств и их потенциальную уязвимость к кибератакам, которые могут привести к утечке данных, несанкционированному управлению устройствами и даже крупномасштабным атакам через IoT-ботнеты.
Конфиденциальность: Сбор и использование персональных данных устройствами Интернета вещей поднимают важные вопросы конфиденциальности. Объем собираемой информации (от потребительских привычек до биометрических данных) и способы ее использования требовали большей прозрачности и регулирования.
Функциональная совместимость и стандартизация: Отсутствие общих стандартов и ограниченная совместимость между устройствами и платформами разных производителей представляют собой препятствие для создания бесшовных и интегрированных экосистем Интернета вещей.
Управление и анализ данных: Управление и анализ огромного потока данных, генерируемых устройствами Интернета вещей, требовало специализированной инфраструктуры и навыков.
Надежность и масштабируемость: Надежность и масштабируемость решений Интернета вещей, особенно для критически важных приложений, таких как промышленность или здравоохранение, были ключом к обеспечению их успеха.
Воздействие на окружающую среду: Производство, использование и утилизация постоянно растущего числа подключенных электронных устройств вызывают обеспокоенность по поводу воздействия на окружающую среду.

25.5 Новые тенденции и перспективы на будущее:
Новый уровень Интернета вещей

К концу десятилетия появились тенденции, которые определят будущее Интернета вещей:

Периферийные вычисления: Обработка данных ближе к источнику (на периферии) стала ключевой тенденцией для уменьшения задержек, улучшения конфиденциальности и включения приложений IoT в средах с ограниченными возможностями подключения.
5G и Интернет вещей: Развертывание сетей 5G обещало создать более продвинутые приложения Интернета вещей благодаря более высокой пропускной способности, меньшей задержке и более высокой плотности поддерживаемых соединений.
Искусственный интеллект и Интернет вещей (AIoT): Интеграция искусственного интеллекта и машинного обучения с данными Интернета вещей позволила создать более интеллектуальные и автономные системы, способные учиться на данных, принимать решения и оптимизировать операции без постоянного вмешательства человека.
Цифровые двойники: Использование цифровых двойников распространилось в различных отраслях, позволяя моделировать, оптимизировать и прогнозировать обслуживание сложных активов и процессов на основе данных Интернета вещей в режиме реального времени.

25.6 Вывод:

За десятилетие 2010–2020 гг. Интернет вещей превратился из обещания в широко распространенную реальность, а приложения затронули практически все аспекты нашей жизни. Непрерывная эволюция передовых технологий и растущее осознание потенциала Интернета вещей предполагают будущее, в котором все больше и больше объектов будут связаны и интеллектуальны, что приведет к новым возможностям и проблемам для общества.