Полный обзор интернета вещей (IoT), что это, как используется, примеры

Интернет вещей (Internet of Things, IoT) — концепция, описывающая сеть физических объектов, оборудованных электроникой, программным обеспечением и сенсорами. Они взаимодействуют и обмениваются данными через интернет. В основе IoT лежит идея объединения физического мира и цифрового пространства, что позволяет объектам собирать информацию, передавать ее и взаимодействовать друг с другом и с людьми.

Хронология развития

Эпоха Интернета вещей начиналась задолго до появления термина IoT. Рассмотрим этапы развития.

1980-е

В этот период предприняты стартовые шаги в развитии IoT. Одним из первых устройств, связанных с Интернетом, был тостер, соединенный с компьютером через TCP/IP-протокол. Это стало примером того, как физический предмет можно подключить к сети и контролироваться из удаленного места.

1990-е

В это время разработаны протоколы и технологии, которые впоследствии стали основой для развития IoT. Например, в 1991-м создан MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), который стал стандартом для передачи данных между устройствами. В 1999-м сотрудник компании Procter & Gamble ввел термин “Internet of Things” для описания концепции сети физических объектов.

2000-е

В начале 2000-х интерес к IoT возрос, и стали появляться первые конкретные проекты. Например, в 2003-м запущена система умных датчиков в Сан-Франциско для мониторинга парковочных мест. В этот же период разработчики начали экспериментировать с протоколами связи, сенсорными сетями и другими технологиями, необходимыми для IoT.

2010-е

В прошлое десятилетие интернет вещей получил развитие и стал применяться в различных сферах. Количество подключенных устройств продолжает расти. Были разработаны стандарты и протоколы, такие как Bluetooth Low Energy (BLE) и Zigbee, которые упростили взаимодействие. Компании стали внедрять системы умных домов, городов и промышленных решений.

2020-е

Сегодня IoT продолжает развиваться и расширяться. Внедрение 5G-технологий обещает увеличить пропускную способность и надежность сетей, что станет благоприятным фактором развития. Скорость передачи данных и небольшая задержка помогают расширить функционал подключенных устройств.

Акцент делается на развитии систем и технологий, обеспечивающих безопасность IoT. Учитывая угрозы кибербезопасности, связанные с массовым проникновением устройств в повседневную жизнь, внимание уделяется защите данных, аутентификации и разработке стандартов защиты.

Ключевая тенденция в развитии IoT — увеличение числа устройств, взаимодействующих друг с другом, и интеграция данных. Это позволяет получать полную информацию и создавать интеллектуальные системы, основанные на анализе больших объемов данных (Big Data) и искусственном интеллекте (ИИ).

В будущем IoT продолжит проникать во все сферы нашей жизни: от умных домов и зданий до здравоохранения, транспорта, сельского хозяйства, промышленности и даже городской инфраструктуры. Это приведет к появлению новых возможностей, улучшению качества жизни, но потребует внимания к аспектам безопасности, конфиденциальности и этичности использования данных.

Виды интернета вещей

• Консьюмерский. Относится к применению IoT-технологий в быту. Включает умные дома, носимую электронику и другие потребительские устройства, которые подключены к интернету, обеспечивают удобство, комфорт и автоматизацию.
• Индустриальный. Применяется в промышленности и производстве. Включает в себя использование IoT-технологий для мониторинга и управления промышленными процессами, оборудованием, цепями поставок и другими аспектами сферы. Способствует оптимизации производства, улучшению автоматизации.
• Агро. Применяется в сельском хозяйстве и аграрном секторе. Включает использование IoT для мониторинга и управления сельскохозяйственными операциями, такими как полив, контроль состояния почвы и урожайности, мониторинг животных и другие аспекты. Увеличивает урожай и снижает воздействие на окружающую среду.
• Медицинский или мHealth. Включает использование носимых устройств, датчиков, мониторов здоровья, которые собирают и передают данные о состоянии пациентов.
• Умные города и городская инфраструктура. Предусматривает использование IoT-устройств для мониторинга и управления городскими системами, такими как освещение, транспорт, контроль отходами, энергетика и другие аспекты городской жизни. Умные города используют данные и аналитику для оптимизации ресурсов, улучшения безопасности, энергоэффективности и качества жизни жителей.
• Транспорт и логистика. Полезно для отслеживания и мониторинга машин, управления логистическими процессами, оптимизации маршрутов и расписаний, обеспечения безопасности и улучшения пассажирского опыта. Включает развитие автономных транспортных средств и интеллектуальных систем управления трафиком.
• Энергетика и управление энергосистемами. Предусматривает применение IoT для мониторинга и управления сетями, сбора данных о потреблении энергии, счетчиках, оптимизации расходов и интеграции возобновляемых источников.
• Торговля и обслуживание клиентов. Участвует в создании умных магазинов, автоматизации процессов продажи, персонализации услуг, анализа данных покупателей и улучшения опыта покупателей.
• Связь и телекоммуникация. Подходит для обеспечения связности и сбора данных в различных сетях связи, таких как мобильная связь, сети LPWA (Low-Power, Wide-Area) и другие.

Структура

Интернет вещей (IoT) работает на базе комбинации аппаратных устройств, сенсоров, сетей связи и программного обеспечения, которые взаимодействуют друг с другом для сбора, передачи и обработки данных. Компоненты:

• Устройства или физические объекты: датчики, актуаторы, микроконтроллеры и промышленное оборудование.
• Сенсоры: контролируют температуру, влажность, освещение, движение и другие параметры.
• Сети связи для передачи данных, включая Wi-Fi, Bluetooth, сотовую связь (например, 4G, 5G), LPWAN (Low-Power Wide-Area Network) и другие.
• Облачные платформы для обработки, хранения и анализа. Предоставляют инфраструктуру и сервисы для управления устройствами и данных IoT.
• Аналитика и искусственный интеллект для создания прогнозов, обнаружения аномалий и автоматизации решений.
• Программное обеспечение и аналитика: управление устройствами, обработка данных и анализ информации. Это может быть программное обеспечение, системы автоматизации, машинное обучение.

Как работает

Рабочий процесс IoT выглядит следующим образом:

1. Сенсоры и устройства IoT собирают данные из окружающей среды или выполняют определенные задачи.
2. Полученные сведения передаются по сети связи (например, через Интернет) в облачную платформу или на локальный сервер.
3. Данные обрабатываются и хранятся. Аналитические алгоритмы могут применяться для получения полезной информации и принятия решений.
4. Результаты анализа передаются обратно на IoT для выполнения определенных действий или используются для предоставления информации конечным пользователям через приложения или интерфейсы.

Сферы применения

• Финансовые услуги и платежи. IoT могут выполнять автономные микроплатежи с использованием криптовалют, что упрощает и ускоряет процесс транзакций. Это полезно в мобильных платежах, системах самообслуживания и платежных устройствах.
• Умные города и инфраструктура. Сбор данных о транспортной нагрузке, качестве воздуха, управление отходами и энергоэффективность. IoT могут облегчить платежи за услуги города и стимулировать жителей к участию в улучшении городской среде.
• Логистика и поставки IoT и криптовалюты повышают прозрачность цепей. Отслеживают товары, а блокчейн обеспечивает безопасность и надежность данных о доставке и происхождении товаров. Возможно применение для автоматического проведения платежей и расчетов между участниками цепи поставок.
• Здравоохранение: сбор данных о здоровье пациентов, обеспечение прозрачности и безопасности данных, передаваемых между медицинскими учреждениями и сторонними поставщиками. Криптовалюты могут использоваться для проведения платежей за медицинские услуги или для вознаграждения пациентов за предоставление данных для исследований.
• Промышленность и производство. IoT и криптовалюты могут улучшить эффективность производственных процессов. Системы используются для мониторинга состояния оборудования, сбора данных о производственных процессах и оптимизации энергопотребления. Блокчейн обеспечивает прозрачность и надежность данных о производстве, а криптовалюты могут применяться для автоматического расчета, оплаты поставщикам и контрагентам.
• Сельское хозяйство и умные фермы. Интернет вещей обеспечивает сбор данных о почве, погоде, растениях и скоте. Блокчейн обеспечивает прозрачность и надежность данных о производстве и поставках. Криптовалюты могут использоваться для оплаты за сельскохозяйственные продукты, стимулирования экологических практик или для создания цифровых рынков и торговых платформ.
• Энергетика и умные сети. Помощь в сборе данных о потреблении и производстве энергии, состоянии оборудования. Блокчейн и криптовалюты могут использоваться для разработки децентрализованных систем учета и расчета энергии, а также для поддержки смарт-контрактов.

Примеры применения

Конкретный рабочий процесс IoT может различаться в зависимости от применения и конкретных технологий, используемых в системе.

Пример IoT умного дома:

1. датчики в доме (например, температуры, движения, освещения) собирают данные;
2. сведения передаются по Wi-Fi или другой сети связи в умной домашней системе;
3. система обрабатывает информацию и принимает решения, например, автоматически регулирует температуру, включает свет или предупреждает о нарушениях безопасности;
4. пользователь может контролировать и управлять системой через мобильное приложение или голосового помощника.

Пример IoT умного города:

1. датчики и устройства в городской инфраструктуре (например, уличные камеры, датчики качества воздуха, умные счетчики) собирают информацию;
2. сведения передаются через сеть связи в центральную систему управления городом;
3. данные анализируются для мониторинга состояния города, оптимизации трафика, управления общественным транспортом и других городских сервисов;
4. рекомендации предоставляются горожанам через мобильные приложения или информационные табло.

Пример IoT в сфере промышленности:

1. Датчики и устройства на производственных линиях собирают сведения о состоянии оборудования и процессах производства.
2. Информация передается в центральную систему управления производством.
3. Сведения анализируются для мониторинга эффективности производства, предотвращения сбоев оборудования и оптимизации рабочих процессов.
4. Реализуется автоматизация производственных операций и предиктивное обслуживание.

Пример IoT в здравоохранении:

1. Медицинские устройства (например, носимые датчики, мониторы состояния пациента) собирают сведения о здоровье пациента.
2. Информация передается через сеть связи в медицинскую информационную систему или облачную платформу.
3. Данные анализируются для мониторинга состояния, диагностики заболеваний или предотвращения чрезвычайных ситуаций.
4. Медицинский персонал может получать предупреждения и рекомендации на основе анализа.
5. Пациенты получают персонализированное здравоохранение и взаимодействуют с медицинскими услугами удаленно через мобильные приложения.

Применение в криптовалюте

Интернет вещей (IoT) имеет потенциал применения в сфере криптовалют и блокчейна:

• Умные контракты (Smart Contracts). Это программные коды, которые выполняются автоматически при соблюдении условий. IoT-устройства используются для инициирования и автоматизации смарт-контрактов. Например, датчики отправляют данные о выполнении задач или условий в блокчейн, что приводит к автоматическому исполнению контракта и выплате криптовалюты.
• Микроплатежи и машины с автономными выплатами. Умные устройства могут автоматически оплачивать использование ресурсов (энергии, хранилища) другим IoT.
• Управление и отслеживание поставок. Блокчейн и криптовалюта обеспечивают прозрачность и надежность, а IoT-устройства предоставляют данные о состоянии и местоположении товаров на каждом этапе. Это помогает снизить риск мошенничества и сократить затраты на логистику.
• Аутентификация и безопасность в криптовалютных транзакциях. Например, устройства IoT служат в качестве аппаратных кошельков для хранения криптовалютных ключей, что повышает безопасность и предотвращает несанкционированный доступ к средствам.
• Майнинг криптовалют. Например, сети майнеров Bitcoin используются для обработки транзакций и создания новых блоков в блокчейне.
• Распределенные сети IoT, используя технологии блокчейна, например, DAG (Directed Acyclic Graph). Это позволяет взаимодействовать напрямую, обмениваться данными и ресурсами, а также выполнять микротранзакции между собой без посредничества центральных авторитетов.
• Интернет вещей и идентификация, где каждое устройство IoT имеет цифровой идентификатор и запись в блокчейне. Это полезно для обеспечения безопасности устройств, а также прозрачности и доверия.
• Криптовалютные платежные системы. Умные устройства могут иметь встроенные кошельки для проведения платежей за услуги или товары, а также для обмена криптовалюты между устройствами.

Блокчейн-проекты для IoT

Блокчейн-технология предоставляет ряд преимуществ для интернета вещей (IoT). Топовые блокчейн-проекты:

• IOTA (MIOTA). Открытая платформа, разработанная специально для IoT. Использует технологию блокчейн под названием Tangle, которая обеспечивает масштабируемость и безопасность для устройств. IOTA обменивает данные и проводит микроплатежи между устройствами без комиссий.
• VeChain (VET). Блокчейн-платформа, которая сфокусирована на применении в сфере управления цепями поставок и IoT. Предоставляет прозрачность и надежность для отслеживания и подтверждения происхождения и подлинности товаров. VeChain используется в различных отраслях, включая автомобильную сферу, сельское хозяйство, розничную торговлю и логистику.
• Waltonchain (WTC). Проект, который объединяет RFID (Radio Frequency Identification) технологию и блокчейн для обеспечения отслеживаемости и аутентификации товаров в цепях поставок и розничной торговле. Дает возможность автоматической и точной регистрации перемещения товаров и управления складскими операциями.
• Ambrosus (AMB). Платформа, которая применяется в сфере продовольственной промышленности и управления качеством продуктов. Использует IoT-устройства и датчики для отслеживания и регистрации информации о происхождении, хранении, температуре и других параметрах продуктов. Ambrosus позволяет создавать надежную цепь доверия от производителя до потребителя.
• Modum (MOD). Применяется в области логистики и управления цепями поставок. Использует IoT-устройства для мониторинга и регистрации условий хранения и транспортировки товаров, включая температуру, влажность и другие параметры. Гарантирует прозрачность данных о состоянии товаров, обеспечивает подтверждение выполнения условий хранения и доставки.
• Filament. Блокчейн-платформа, которая предоставляет децентрализованную и безопасную сеть для IoT-устройств. Позволяет обмениваться данными и взаимодействовать друг с другом без необходимости полагаться на централизованные серверы или сторонние провайдеры. Обеспечивает защиту и безопасность коммуникаций в сети.
• Factom. Платформа, используемая для обеспечения надежности и неизменности данных. Предоставляет инструменты для хранения и верификации, создавая аудиторский контроль и обеспечивая целостность информации.

В чем разница между IoT и IIoT

Подробнее о промышленном IoT

Промышленный интернет вещей имеет особенности и требования, которые отличают его от потребительского вида:

• Промышленная автоматизация. Может интегрироваться с системами автоматики производства: контроля и управления (SCADA), исполнения (MES) и планирования ресурсов предприятия (ERP). Это позволяет создавать более интеллектуальные и гибкие производственные процессы, оптимизировать использование ресурсов.
• Безопасность и надежность. Промышленные системы часто требуют более сложных механизмов защиты и мониторинга, чтобы обеспечить целостность и конфиденциальность данных, а также защиту от кибератак и сбоев в работе.
• В промышленных средах требуется оперативная обработка и передача данных в режиме онлайн для поддержания непрерывности производственных процессов и принятия оперативных решений. IIoT-системы могут специально разрабатываться для обработки и предоставления информации.
• Ограничения пропускной способности и энергопотребления. IIoT-системы могут быть оптимизированы для использования ресурсов сети и энергии, чтобы обеспечить надежную работу и минимизировать нагрузку на инфраструктуру.

Промышленный IoT имеет большой потенциал для повышения эффективности, оптимизации процессов и создания более гибких и интеллектуальных промышленных систем. Он находит применение в различных отраслях: от производства и энергетики до транспорта и логистики, способствуя развитию промышленной автоматизации и созданию “умных” промышленных сред.

Особенности развития на российском рынке

IoT (Internet of Things) в РФ развивается и предлагает многообещающие возможности:

• Рост интереса и развитие экосистемы. Различные компании, стартапы и инновационные центры активно работают над разработкой и внедрением IoT-решений. Развивается экосистема, включающая производителей устройств, поставщиков технологий, интеграторов, создателей программного обеспечения и провайдеров услуг.
• Промышленное применение. Упомянутый сектор в России имеет большой потенциал. Разные отрасли, такие как нефтегазовая промышленность, энергетика и металлургия заинтересованы в оптимизации процессов, улучшении безопасности и снижении издержек с помощью IoT-решений.
• Умные города. В российских населенных пунктах наблюдается развитие умных городских проектов, где IoT используется для оптимизации инфраструктуры, улучшения управления транспортом, повышения энергоэффективности и обеспечения безопасности. Проекты такие как «Умный город» в Казани и «Умный городской квартал» в Москве являются примерами таких инициатив.
• Агротехнологии. Сельское хозяйство и аграрный сектор в РФ также обращают внимание на IoT-технологии. Развитие агротехнологий и внедрение интернета вещей в помогает повысить эффективность использования ресурсов, улучшить урожайность, контролировать состояние почвы и растений, а также оптимизировать системы орошения и управления животноводством.
• Российское законодательство находится в процессе развития. В 2019-м вступил в силу Федеральный закон «О контролируемых цифровых контурах».
• Безопасность и защита данных. Как и во всем мире, упомянутые вопросы остаются важной проблемой в России. Российское правительство и компании работают над обеспечением защиты данных, внедрением мер по кибербезопасности и разработкой стандартов для предотвращения угроз.
• Инвестиции и поддержка. В РФ наблюдается привлечение инвестиций в области IoT. Корпорации, венчурные фонды и правительственные программы предоставляют поддержку и финансирование для стартапов и проектов, связанных с разными технологиями.
• Международное сотрудничество. Российские компании и организации активно участвуют в международных инициативах и стандартизации в области IoT. Они сотрудничают с международными партнерами, привлекают опыт и технологии из других стран и участвуют в разработке глобальных стандартов.

Перспективы

Потенциал развития интернета вещей (IoT) и криптовалют планируется в следующих сферах:

• Улучшение безопасности и приватности данных, а также гарантировать целостность устройств и транзакций. Блокчейн-технология обеспечивает прозрачность и неизменность информации, а также идентификацию и аутентификацию, что делает системы IoT более надежными и устойчивыми к атакам.
• Развитие экономики машин. Интернет-вещей и криптовалюты могут содействовать развитию экономики машин, где устройства автоматически взаимодействуют между собой и проводят микротранзакции. Умные девайсы могут выполнять платежи, обмениваться ресурсами и договариваться о взаимодействии, что открывает путь к созданию новых бизнес-моделей, возможности для автоматизации и оптимизации различных процессов.
• Расширение сферы применения. Существуют примеры использования IoT и блокчейна в сферах умных домов, здравоохранения, промышленности и логистики. В будущем стоит ожидать применения технологии в таких областях, как сельское хозяйство, энергетика, автономные транспортные средства и даже внедрение в городскую инфраструктуру.
• Интеграция с искусственным интеллектом. Сочетание IoT, криптовалют и ИИ создает симбиоз. ИИ-алгоритмы могут анализировать данные, собранные устройствами IoT, и использовать их для принятия автоматических решений и предсказаний. Это позволяет создавать интеллектуальные системы, которые могут оптимизировать работу IoT-устройств.

Плюсы и минусы

Преимущества:

• Улучшение эффективности и автоматизация в производстве, здравоохранении, сельском и домашнем хозяйстве. Это приводит к сокращению издержек, повышению качества и оптимизации использования ресурсов.
• Улучшение качества жизни людей. Умные дома и устройства позволяют автоматизировать и контролировать различные аспекты домашней жизни, повышая комфорт, безопасность и энергоэффективность. Медицинские устройства IoT помогают улучшить здравоохранение, мониторят состояние здоровья и предоставляя персонализированную помощь.
• Расширение возможностей бизнеса для моделей и инноваций. Компании могут разрабатывать новые продукты и услуги, основанные на взаимодействии с интернетом вещей, открывая новые источники дохода и улучшая конкурентоспособность.
• Оптимизация городской инфраструктуры и создание умных городов, где системы связаны вместе для оптимизации использования ресурсов, улучшения транспортной структуры, управления энергией и повышения безопасности.

Недостатки:

• Кибербезопасность и приватность. Уязвимости в защите данных и несанкционированный доступ к IoT-устройствам могут привести к утечке персональной информации, нарушению конфиденциальности и злоупотреблению данными.
• Сложность интеграции и стандартизация. IoT включает множество различных устройств, протоколов и платформ, что создает сложности в интеграции и взаимодействии между ними. Необходимость разработки единых стандартов и протоколов для обмена данными и взаимодействия устройств становится важной задачей для дальнейшего развития.
• Масштаб и объем данных. Рост числа устройств IoT приводит к экспоненциальному росту объема данных, которые необходимо обрабатывать и хранить. Это может вызвать проблемы с пропускной способностью сети, защитой данных и их анализом. Необходимость анализа больших объемов информации становится важной задачей для IoT-систем.
• Зависимость от доступности сети и энергии. Потеря связи или отключение питания может привести к сбоям в функционировании IoT-систем. 
• Сложность управления и обслуживания. Взаимодействие и управление большим количеством устройств IoT может быть сложной задачей. Обслуживание и обновление ПО, настройка устройств и управление безопасностью требует специальных навыков и ресурсов.

Интернет вещей предлагает множество преимуществ, но также сопряжен с вызовами и рисками, которые требуют внимания и решения со стороны разработчиков, пользователей и правительственных органов.

Проблемы уязвимости

Уязвимости являются одной из главных проблем, с которыми сталкиваются системы интернета вещей (IoT):

• Недостатки безопасности устройств. Отсутствие обновлений прошивки, слабые пароли, нет шифрования и другие уязвимости делают устройства подверженными атакам. Злоумышленники могут получить несанкционированный доступ к устройствам и их данным.
• Отсутствие обновлений и патчей. Многие производители IoT не предоставляют регулярные обновления прошивки и патчи для устранения уязвимостей. Это оставляет устройства без защиты от новых угроз, подвергает пользователей рискам.
• Недостатки в сетевой безопасности. IoT-устройства могут использовать различные протоколы и сети, которые часто уязвимы для атак. Недостаточное шифрование, открытые порты, небезопасные протоколы связи могут стать точками входа для злоумышленников, чтобы получить доступ к сети и информации.
• Несанкционированное сбор данных. IoT-устройства часто собирают и передают большое количество сведений о пользователях и их поведении. Недостатки в защите могут привести к несанкционированному сбору и использованию сведений третьими сторонами.
• Масштабирование уязвимостей. С ростом числа устройств IoT растет и потенциальное количество проблем. Большое количество устройств, которые не обновляются и имеют недостатки безопасности, создает вал проблем.

Итоги

Интернет вещей (IoT) представляет собой направление, которое способно повысить уровень жизни и эффективность в различных сферах. Оно предоставляет множество возможностей для автоматизации, оптимизации и дополнительного удобства. Но параллельно внедрение IoT сопряжено с вызовами и проблемами, такими как безопасность, приватность, стандартизация и управление данными.