Что такое Интернет вещей (IoT) | SAS

Что такое Интернет вещей (IoT) | SAS Аналитика
Содержание
  1. Что делают на raspberry pi?
  2. Что дало внедрение системы?
  3. Окей, почва высыхает но я за тысячи километров от моего растения. что делать?
  4. Что такое интернет вещей?
  5. Будущее концепции интернета вещей
  6. Бумажная отчетность
  7. Где используют iot?
  8. Для чего нужен «интернет вещей»
  9. Дрон-скринер дефектов солнечных панелей
  10. Заводы
  11. Замó‎к
  12. Идентификатор isbn на дисплее nokia 5110
  13. Индустрия iot
  14. Коммуникатор с растением
  15. Контролируем утилизацию мусора
  16. Концепция интернета вещей
  17. Литература
  18. Облачные платформы
  19. Платформы iot
  20. Платформы интернета вещей и примеры технологических решений
  21. Погодная станция с интернет-хранилищем данных
  22. Проблемы в отрасли
  23. Проблемы развития платформ iot (internet of things)
  24. Решаем проблемы при помощи iot
  25. Система автоматической компенсации потерь воды
  26. Следим за транспортом перевозчика
  27. Сложно проверить
  28. Современный уровень iot
  29. Статистика
  30. Транспорт и городская инфраструктура
  31. Умные мусорные баки
  32. Энергетика
  33. Вывод

Что делают на raspberry pi?

На Малине делают если не все, то очень многое: от собственного хостинга паролей Bitwarden, системы аутентификации через RFID-метки до системы контроля дефектов солнечных панелей с помощью дрона и тепловизора.

Что дало внедрение системы?

Перевозчики от этой системы получают довольно большой профит, поскольку теперь каждое утро они знают оптимальный маршрут следования. Машины теперь могут отправиться сначала к точкам, где контейнеры полностью заполнены, и затем двигаться по точкам по убыванию уровня заполненности.

Такие треки разительно отличаются от обычных маршрутов перевозчиков, поскольку без телеметрии предугадать оптимальный вариант довольно сложно.

Также бывает и такой сценарий: большинство площадок для вывоза мусора скомпоновано в достаточно малой области, но есть одна точка, которая располагается на значительном расстоянии от других. Без телеметрии трудно узнать, нужно ли забирать мусор с этой площадки, и водитель приедет к ней, увидит, что контейнеры пустые, и уедет, потратив время и топливо.

В продолжении этой статьи расскажем, как устроен бэкенд этого проекта и какую специфику привнес IoT в подходы к тестированию.

Анатолий Коровин выступит на ближайшей конференции Heisenbug 2020 Piter, которая пройдет 15-18 июня в онлайне.
Этим летом возможно получить знания не только в области тестирования, но и в распределенных вычислениях, фронтенде, бэкенде, DevОps, мобильных проектах, по билету-абонементу.

Окей, почва высыхает но я за тысячи километров от моего растения. что делать?

Есть два варианта:

  1. Пустить дело на самотек и дать почве засохнуть, а растению погибнуть.
  2. Действовать как инженер и продумать все заранее: собрать автоматизированную помпу.

Что такое интернет вещей?

Интернет вещей (англ. internet of things, IoT) – сеть физических устройств, в которые встроены датчики, софт и другие технологии для сбора, обработки и обмена информацией с другими умными устройствами и IoT-платформами. Умная колонка расскажет о погоде и поставит подходящую музыку; смарт-холодильник отследит когда заканчивается срок годности продуктов; беспилотный автомобиль отвезет на работу. От пользователя требуется провести начальную настройку устройства и оформить свой запрос – остальное сделают за него.

Будущее концепции интернета вещей

Эксперты предполагают, что IoT в ближайшем будущем ждет бурный рост. По их прогнозам, темпы развития (удвоение числа подключенных вещей каждые 5 лет), как минимум, не сократятся, что означает появление к 2020 году более 50 миллиардов устройств в сети.

Этому в огромной мере способствует создание и быстрое совершенствование нескольких технологий:

  • Беспроводной передачи данных. Современное состояние позволяет оснастить такими модулями практически любое устройство, а доступность узловых устройств (точек доступа, роутеров и пр.) дает возможность использовать их практически без ограничений.
  • Радиочастотной идентификации (RFID). Применение соответствующих считывателей и транспондеров (RFID-меток) упрощает получение сведений о перемещениях объекта и считывание незначительных объемах данных. Такая система установлена во многих супермаркетах самообслуживания, где RFID-метки помогают контролировать движение товаров. Вполне работоспособной оказалась бы она и в современном холодильнике.
  • Получения энергии из альтернативных источников. Устройства становятся по-настоящему энергонезависимыми, что позволяет расширить их функции и охватываемые датчиками области.

Бумажная отчетность

В большинстве регионов, с которыми мы работали, региональные операторы собирали отчеты от перевозчиков в бумажном виде. В отчете фиксируется номер автомобиля перевозчика, его маршрут, время загрузки баков и объем мусора. И сдают эти отчеты один раз (или два раза) в год, так что вы можете представить какой это объем данных.

Где используют iot?

Промышленные предприятия, транспорт и энергетика возглавляют список отраслей, активно использующих IoT.

ТОП-10 отраслей, применяющих IoT в 2020 г. <a href="https://iot-analytics.com/top-10-iot-applications-in-2020/" target="_blank" rel="noopener noreferrer nofollow">Источник</a>
ТОП-10 отраслей, применяющих IoT в 2020 г. Источник

Для чего нужен «интернет вещей»

Появление такой системы, с тех пор как в 1990 г Джон Ромки подключил к сети тостер, было неизбежным. Во-первых, человек понял, что такое возможно. Во-вторых, стремление переложить рутинные функции на исполнительные механизмы (вещи) было свойственно ему всегда.

В результате сформировались главные положения концепции (требования к функционированию IoT):

  • Система должна собирать повседневные сведения о жизни и деятельности человека, обрабатывать их и хранить данные.
  • Функции отдельных устройств и экосистема в целом должны быть направлены на достижение конечного результата.
  • Человеку отводится роль задания цели, а не путей ее достижения.

Например, в идеале, холодильник, анализируя привычки владельца, закажет необходимые для приготовления обычного завтрака продукты, дом включит систему отопления чтобы прогреть помещения к приезду хозяина с работы, а «умный» браслет отправит данные диагностики персональному врачу и приобретет в аптеке необходимые лекарства.

Дополнительный анализ:  Когнитивные вычисления - Cognitive computing - abcdef.wiki

Дрон-скринер дефектов солнечных панелей

Сложность: 5/5

Если солнечные панели находятся в десятках километров от пункта управления, то мониторинг всех панелей может занять несколько дней. Чтобы быстро проверить панели на дефекты разработчики навесили на дрон Raspberry Pi и тепловизор.

Заводы

На заводах IoT-решения мониторят производственные цеха, автоматизируют контроль качества выпускаемой продукции, управляют другими контроллерами. Например, компания «Северсталь» инвестировала в развитие роботизированных платформ, которые сократят цикл разработки композитных изделий и снизят стоимость их производства.

Замó‎к

Сложность: 3/5

Замок управляется через страничку на веб-сервере на базе Raspberry Pi. Веб-страничка имеет две кнопки: открыть и закрыть замок. Отправлять команды можно из любой точки мира.

Что используется:

  • Raspberry Pi 4;
  • замок;
  • реле.

Идентификатор isbn на дисплее nokia 5110

Сложность: 4/5

Если вы пишите код днями напролет и читаете только документацию библиотек, то, напомним, ISBN – это международный номер книги, по которому ее можно идентифицировать. Энтузиаст Kutluhan Aktar – библиофил и перед очередным заказом ему нужно знать, есть ли эта книга в его библиотеке.

Что используется:

  • Arduino Nano 33 IoT;
  • клавиатура 4×4;
  • дисплей Nokia 5510;
  • резисторы 1 кОм.

Индустрия iot

От использования IoT-устройств получат выгоды следующие направления:— производство;— транспорт;— оборона;— сельское хозяйство;— инфраструктура;— розничные продажи;— логистика;— банки;— нефть, газ, добыча полезных ископаемых;— страховое дело;— умные дома;— производство продуктов питания;— обслуживание;— госпитали;— охрана здоровья;— умные постройки;— IoT-компании.

Интернетом вещей занимаются уже сотни компаний, и их список в следующие несколько лет только расширится.

Коммуникатор с растением

Сложность: 3/5

Растения требуют ухода, но на это нужно выделять время, которого обычно не хватает. Как вариант – всегда держать растение при себе, но вы же не возьмете кактус на вечеринку, если только это не встреча кактусистов. Во время длительной командировки может возникнуть навязчивая мысль: а как там мой аспарагус?

Разработчик под ником Arduino_Genuino собрал из Ардуино и датчиков влажности, температуры и освещенности устройство, которое в режиме 24/7 мониторит состояние растения и отправляет электронное письмо, если почва высыхает.

Что используется:

  • датчик влажности, температуры и фототранзистор.

Контролируем утилизацию мусора

Контейнеры и транспорт подключили, осталось получить телеметрию от конечной точки — мусорного полигона. Для этого на въезде устанавливается огромный весовой стенд. Когда автомобиль заезжает, мы распознаем номер машины и фиксируем данные в базе. На выезде транспорт проходит аналогичную процедуру, и на разнице этих двух значений мы и работаем.

Концепция интернета вещей

Одним из наиболее точных ответов на вопрос «IoT — что это?» приведен в статье, посвященной интернету вещей в Википедии. В ней он рассматривается как концепция, позволяющая физическим объектам («вещам»), осуществлять взаимодействие между собой или с внешним миром, частично или полностью без участия человека.

Для этой цели используются соответствующие объединения таких устройств в сети.

Фактически, это означает, что окружающие нас в повседневности вещи (от самых простых, например, кофеварки, до автомобиля) могут передавать между собой необходимые данные, обеспечивая максимальный комфорт для человека без его вмешательства (управления).

В описании концепции IoT используется несколько основных понятий:

  • Устройство (вещь) — отдельный прибор или комплекс оборудования, оснащенный датчиками для сбора информации, выходом в сеть и имеющий возможности передачи данных и удаленного управления.
  • Экосистема IoT— локальные или глобальные сети устройств, а также компоненты, дающие возможность присоединения к ним новых, обеспечивающие удаленное управление, хранение, передачу и безопасность данных.

В организации различаются несколько уровней:

  • Физический — подразумевает использующиеся устройствами аппаратные решения — датчики и исполнительные механизмы, АЦП и ЦАП, микроконтроллеры для обработки информации и выдачи управляющих сигналов, устройства памяти для хранения данных, сетевые порты.
  • Сетевой, под которым понимают среду передачи данных (например, кабельные линии или радиоканал), шлюзы маршрутизаторы и т.д. — всю инфраструктуру, отвечающий за объединение устройств в сети.
  • Приложений — используемые для передачи данных и управляющих сигналов, идентификации и взаимодействия протоколы и интерфейсы.

Упрощенная модель IoT представляет, по мнению Рона Ван Краненбурга, объединение нескольких слоев:

  1. Объекты (вещи) на аппаратном уровне, со свойственными им функциями сбора и обработки данных, выполняемыми действиями, средствами идентификации.
  2. Системы для обслуживания конкретного пользователя — объединение объектов на сетевом уровне и уровне приложений, позволяющее удаленное управление, анализ данных и обработку информации (примером такой системы может служить отдельный «умный дом»).
  3. Экосистема IoT в масштабах населенного пункта или целой страны, благодаря которым у локальных систем появляются новые возможности, например, заказа товара в магазине или бронирования мест при поездке на отдых в автоматическом режиме.
  4. Глобальная экосистема «Интернета вещей».

Концепция умного города (картинка кликабельна).

Литература

  • Мобильные роботы на базе Arduino – Михаил Момот;
  • Arduino Uno и Raspberry Pi 3. От схемотехники к интернету вещей – Макаров Сергей;
  • Raspberry Pi. Руководство по настройке и применению – Магда Ю. С.;
  • Робототехника на Raspberry Pi для юных конструкторов и программистов – Мэтт Тиммонс-Браун (для детей);
  • Энциклопедия электронных компонентов тома 1–3 – Янссон Платт.

Облачные платформы

Иерархия IoT состоит из трех компонент: маломощные контроллеры с датчиками и сенсорами; туманные вычисления (Fog cloud – вычисления на периферии) для быстрого выполнения несложных расчетов; облачные сервисы для ресурсоемких задач.

Дополнительный анализ:  Ростислав Ищенко / Радиостанция "Вести FM" Прямой эфир/Слушать онлайн

Популярные IoT-платформы:

  • Microsoft Azure IoT
  • Google Cloud IoT
  • AWS IoT
  • Cisco IoT
  • IBM Watson IoT platform

Их функциональность примерно одинакова:

  • объединение устройств в сеть;
  • мониторинг устройств в режиме реального времени;
  • сбор, обработка и аналитика данных;
  • управление политиками безопасности;
  • создание моделей машинного обучения.

Платформы iot

Одно устройство IoT соединяется с другим для передачи информации через интернет-протоколы. IoT-платформы служат мостом между сенсорами устройств и сетью передачи данных.

Вот несколько самых крупных платформ IoT, которые сейчас действуют на этом рынке:— Amazon Web Services;— Microsoft Azure;— ThingWorx IoT Platform;— IBM’s Watson;— Cisco IoT Cloud Connect;— Salesforce IoT Cloud;— Oracle Integrated Cloud;— GE Predix.

Платформы интернета вещей и примеры технологических решений

Платформы IoT разрабатываются сразу несколькими известными производителями. Примеры из действующих можно привести уже сегодня:

  • Amazon Web Services.
  • Cisco IoT Cloud Connect.
  • Microsoft AzureThing.
  • IBM’s Watson.
  • Worx IoT Platform

Однако до полной интеграции еще далеко. Пожалуй, единственным успехом в этом отношении является проведенные Cisco Systems исследования, которые свидетельствуют о том, что протокол IP может быть успешно использован при построении таких сетей. В результате они получат все преимущества единого языка (как это произошло с Интернетом) — масштабируемость и совместимость.

Остается пока нерешенной проблема центрального узла. До сих пор главная роль в сети устройств отдается человеку — он не только формулирует желаемый конечный результат, но и задаёт программы для его достижения. В конечном итоге эти функции должно взять на себя центральное устройство сети.

Еще одной серьезной проблемой стало обеспечение безопасности. Если устройства обеспечивают сбор и хранение сведений о человеке (а без максимального количества такой информации Интернет вещей невозможен в принципе), то взлом сети злоумышленником приведет к утечке данных о личной жизни, в том числе важных и конфиденциальных.

Уже сегодня появились вирусы, типа знаменитого Wajneten, технологии которых позволяют влиять на работоспособность такой сети. Периодически становящиеся доступными сообщения об утечках данных и хакерских атаках на действующие сегменты IoT также заставляют насторожиться. Конечно, разработчики уделяют безопасности серьезное внимание, но и здесь идеальных решений пока нет.

Погодная станция с интернет-хранилищем данных

Сложность: 5/5

За три месяца пользователь randtekk собрал из датчиков и палок метеорологическую станцию.

«Этот проект стал моей давней мечтой – построить собственную метеорологическую станцию. Теперь она стала довольно сложной системой с тремя отдельными микроконтроллерами, которые обмениваются данными и отправляют их в интернет», – говорит randtekk.

Что используется:

  • Arduino Mega 2560 – продвинутая версия Arduino с большим количеством портов и памяти (продается на Алиэкспресс от 800 руб.);
  • Arduino Nano R3 и NodeMCU ESP8266;
  • датчики атмосферного давления и температуры.

Проблемы в отрасли


Основные действующие лица:

  • мусорные контейнеры (ну тут все понятно, мы каждый день видим мусорные баки);
  • жильцы многоквартирных домов;
  • региональный оператор (организация отвечающая за работу с твердыми коммунальными отходами (ТКО) в регионе);
  • компании перевозчики мусора (транспортные компании, спецтехника для вывоза ТКО);
  • мусорные полигоны (это и мусорные котлованы, и мусоросжигатели, и заводы по переработке мусора).

Когда мы платим за вывоз мусора, то оценить качество услуги проще всего на основании факта вывоза мусора со двора. Но если погрузиться глубже в этот вопрос и попытаться выяснить, куда перевозчик везет мусор (до полигона или в ближайшую канаву), то возникают сложности. Поэтому одной из задач нашей системы стал контроль добросовестности исполнителей.

Проблемы развития платформ iot (internet of things)

Существующие отношения между компаниями разработчиками — конкуренция и сотрудничество, позволяют надеяться, что в ближайшие годы будут решены и основные проблемы:

  1. Стандартизации.
  2. Создания работоспособных платформ с функциональным центральным элементом.
  3. Безопасности.
  4. Надежности и производительности сетевых систем.
  5. Учета индивидуальных особенностей конкретного пользователя (например, людей с ограниченными функциональными возможностями).

Прорывы в этих областях позволят добиться улучшения качества решений и в аналитике и управлении в IoT проектах. В результате будет достигнуто существенное улучшение качества жизни во всех сферах и на всех уровнях — от бытового до корпоративного, государственного и глобального.

Решаем проблемы при помощи iot

Чтобы покрыть наибольшее число сценариев, была построена IoT-система, включающая автоматизацию мусорных баков, транспорта перевозчика и мусорные полигоны.

Система автоматической компенсации потерь воды

Сложность: 3/5

Разработчик под ником Atlas Scientific придумал систему, которая сохраняет уровень воды в аквариуме. Да, аквариум – не горшок с аспарагусом, но код потребует минимального вмешательства: заменить значение уровня воды на значение влажности.

Что используется:

  • помпа с контроллером;
  • пластмассовые трубки;
  • блок питания на 12 В.

Следим за транспортом перевозчика

Для контроля транспорта мы использовали:

  • GPS-трекеры;
  • датчик подъема крана, чтобы отслеживать передвижение арматуры;
  • RFID-считыватель для определения, какой контейнер прицеплен к машине;
  • камера на случай каких-либо разбирательств.

Что такое Интернет вещей (IoT) | SAS

Как вы думаете, какой датчик оказался самым бесполезным?

Сложно проверить

Учитывая, что нет никакого механизма для проверки достоверности этих данных, то во многом отчет принимается «на веру». Для решения проблемы операторы в некоторых регионах установили GPS-трекеры на машины перевозчика и стали отслеживать маршрут транспорта.

Хоть операторы и задали вектор решения верно, целиком задача не была решена — отчеты все также представляли собой кипу бумаг на полках в офисе операторов. Сложно представить, что кто-то станет проверять все руками. Из этой кучи бумаги нужно достать какую-нибудь случайно, открыть программу трекера, сверить время в отчете и на трекере, местоположение машины. И на проверяющего падает слишком большой объем данных.

Дополнительный анализ:  СБГ Дайджест - СБГ Аналитика - Блоги -

Помимо этого, есть недобросовестные перевозчики, использующие уязвимости в этой системе. Они постепенно осознали, какие показатели у них проверяют, и начали выстраивать «серые» схемы.

Например, перевозчик подъезжает к мусорному контейнеру во дворе, водитель выходит из машины, курит пару минут и уезжает, так и не забрав мусор. Затем он приезжает на ближайшую стройку и загружает себя коммерческим мусором, утилизация которого должна оплачиваться отдельно, потому что это отходы производств и других промышленных предприятий. После этого перевозчик добирается до полигона, где уверенно говорит, что весь этот мусор забрал у подъездов жилых домов.

В таком сценарии маршрут, полученный с GPS-трекера, будет показывать те же самые точки, что фигурируют в отчете перевозчика, но мусор никто не вывез.

И это только один из множества сценариев.

Современный уровень iot

В настоящий момент, когда концепция находится на первоначальном этапе развития, без участия человека пока не обходится.

«Умные» вещи пока работают, по большей части, на автоматизацию некоторых процессов. Примером могут служить современные кондиционеры, которые обеспечивают различные режимы поддержания климатических условий в дневное и ночное время. Но большинство из них будет выполнять заданную программу вне зависимости от наличия или отсутствия человека, количества людей в помещении и других условий.

Конечно, с каждым годом в оборот поступает все больше устройств, оснащенных интеллектуальными программами для сбора и обработки информации. Но пока об «Интернете вещей» как о сложившейся системе речь не идет.Одной из главных проблем является отсутствие общепринятого стандарта IoT. Такое положение затрудняет разработку и внедрение новых устройств и объединение уже созданных.

Статистика

Отрасль IoT стабильно растет: количество IoT-устройств уже больше населения земли – 14 миллиардов против 8 миллиардов. К 2030 году ожидается прирост до 30 миллиардов умных устройств. Это обусловлено низкой ценой на датчики, доступными облачными технологиями и успехами в машинном обучении. Перейдет ли слабый искусственный интеллект в сильный через количественно-качественный переход? Вряд ли. Для этого понадобятся квантовые компьютеры с другой логикой работы.

График зависимости количества IoT-устройств (оранжевый столбец) и обычных гаджетов от года выпуска с прогнозом до 2025 г. <a href="https://iot-analytics.com/state-of-the-iot-2020-12-billion-iot-connections-surpassing-non-iot-for-the-first-time/" target="_blank" rel="noopener noreferrer nofollow">Источник</a>
График зависимости количества IoT-устройств (оранжевый столбец) и обычных гаджетов от года выпуска с прогнозом до 2025 г. Источник

Транспорт и городская инфраструктура

Когда полностью автоматизированные и беспилотные автомобили начнут массово появляться на дорогах – вопрос десяти-пятнадцати лет. Тренд на умные машины задала Tesla, но лидеры автопрома (Volkswagen, Audi, BMW, Volvo, Nissan, Toyota, BMW), техногиганты (Google, Apple, Яндекс) также разрабатывают беспилотный наземный транспорт и сопутствующие технологии.

В ближайшие пару лет в мире развернется связь 5G, которая станет хорошим подспорьем для развития умных городов и транспорта. Речь не только о личном автомобиле, но и о поездах, общественном транспорте, грузовиках и такси, которые будут встроены в систему умного города наравне с интеллектуальным городским освещением, электро- и водоснабжением.

Умные мусорные баки

Для начала мы оборудовали мусорные контейнеры несколькими типами датчиков:

  • Обычный ультразвуковой датчик — определяет уровень заполненности контейнера. Использовать дорогие навороченные системы не имело смысла, поскольку такой девайс по цене iPhone не поставишь в мусорку где-то в удаленном районе, и наверняка его кто-то захочет унести домой.
  • Датчик температуры — телеметрия с него дает понять, не горит ли мусор; акселерометр. Он определяет угол наклона контейнера, и так мы фиксируем в истории, когда приезжал перевозчик и выгружал мусор. А в качестве приятного бонуса мы можем узнать, не перевернули ли вандалы мусорку.
  • RFID-метка. С ее помощью можно однозначно сопоставить, какая машина перевозчика выгружает контейнер.

Все данные передавались через GSM/GPRS, так что никаких проводов, просто прицепили на стенку контейнера, и девайс измеряет уровень мусора перед собой.

Энергетика

Мир постепенно избавляется от углеродной зависимости и переходит на возобновляемые источники энергии: солнечный свет, ветер, геотермальные электростанции. Для хранения избыточной энергии в дома устанавливают аккумуляторы (Tesla Powerwall и другие).

Владелец батареи может тратить энергию на себя и продавать ее другим потребителям. Такая децентрализованная система повышает надежность всей энергетической системы: в случае форс-мажоров – природных бедствий, выхода из строя электростанций – можно распределить энергию между потребителями. Для идентификации потребителей, мониторинга и эффективного управления запасами энергии применяют умные устройства.

Вывод

Интернет вещей – отрасль со стабильным ростом количества умных устройств и рабочих мест для людей-программистов. Если вам близка по духу идея технократического общества, в котором власть принадлежит техническим специалистам, сейчас самое время пойти учиться на инженера – IoT еще в зародыше и на его развитие можно повлиять.

***

Образовательная онлайн-платформа GeekBrains проводит набор на курс «Инженер умных устройств». Там вы научитесь:

  • писать приложения на языке C;
  • разрабатывать и отлаживать ПО;
  • работать в Linux с нуля;
  • программировать промышленные микроконтроллеры и собирать умные гаджеты;
  • понимать базовые принципы создания микроэлектроники.

К концу обучения вы построите распределенную сеть устройств, прокачаете софт-скиллы, а самое главное – получите десять проектов в портфолио и гарантию трудоустройства.

Оцените статью
Аналитик-эксперт
Добавить комментарий

Adblock
detector