«Интернет вещей»: сложное становится доступным

Филипп Фремонт (Philippe Fremont) — вице-президент по техническому маркетингу компании Avnet Silica

Введение

«Интернет вещей» (Internet of Things, IoT) подразумевает технологическую революцию, которая может обеспечить более высокую эффективность и повышение производительности в уже существующей инфраструктуре оборудования. Эффективное использование облачных технологий и их возможностей, которые становятся все мощнее, а также решение проблемы анализа данных в режиме реального времени может позволить устройствам самостоятельно принимать решения и создаст потенциал для новых услуг и источников дохода для самых различных компаний.
Однако решение этой проблемы — достаточно сложная и фрагментированная задача, которая требует серьезных преобразований, особенно в уже давно действующих отраслях промышленности. В то же время, ни для кого не секрет, что производству зачастую требуются десятилетия на модернизацию устаревшего оборудования и существующей инфраструктуры, поскольку они не могут быть легко и быстро заменены, либо это не является достаточно экономически обоснованным. Кроме того, внедрение нового встроенного аппаратного и программного обеспечения (ПО) для подключения интеллектуальных сенсорных технологий с облачным и корпоративным ПО через Интернет во многих случаях привносит проблемы совместимости, безопасности и масштабируемости. Все это, вместе взятое, может представлять собой серьезную проблему в подключении ранее не связанных межу собой систем и устройств, особенно при использовании решений от разных производителей такого оборудования.

Рынки и области применения

Существуют различные оценки рынка IoT.?Как уже говорилось, прогнозируется, что к 2025 г. количество подключенных к Интернету устройств составит более 50 млрд шт. Как ожидается, значительная часть этой установленной базы будет приходиться на промышленные области применения и составит примерно 20 млрд. В основном, это будут рынки оборудования промышленной автоматизации, строительства, оборудования домашней автоматизации, интеллектуальных средств измерений, а также систем аварийной сигнализации и систем безопасности. Этот рост будет обеспечиваться за счет большого количества новых приложений и открывающихся новых возможностей.
Важнейшим примером использования IoT является прогнозирование сроков технического обслуживания оборудования и систем. Для этих целей данные по функционированию или эксплуатации оборудования собираются с помощью датчиков, расположенных внутри или рядом с оборудованием, а затем посылаются в облако для их анализа в реальном масштабе времени. Это позволяет точно диагностировать состояние оборудования и предотвращать его отказы, что может дать существенное преимущество для производственных компаний и иметь жизненно важное значение для инфраструктуры предоставления критически важных услуг. Обслуживание с прогнозированием может оказать значительное влияние на работу высокотехнологичных производств и умных заводов, то есть именно на то, что принято называть термином «Индустрия 4.0» (четвертая индустриальная революция, Industry 4.0).
Еще одним ключевым приложением является отслеживание и прокладка оптимальных маршрутов передвижения для транспортных и логистических рынков. Установка узкополосных передатчиков с низким собственным потреблением мощности непосредственно внутри транспортных средств или в составе крупных производственных объектов, в сочетании с анализом данных в облаке, может включать в себя отслеживание поставок в режиме реального времени, обеспечивая тем самым оптимизацию графика доставок, а также использоваться для целей страхования. Кроме того, здесь можно получить дополнительные возможности и для оптимизации логистических маршрутов или складских мощностей.
Другим примером является установка пожарной сигнализации в домах, где ее включение совместно с дополнительными устройствами, такими как, например, датчики присутствия, сможет обеспечить более высокий уровень безопасности. Здесь также открываются широкие потенциальные возможности для новых приложений и предоставления новых дополнительных услуг их конечным потребителям.

Проблемы и выбор технологии подключения

Однако перед компаниями, которые стремятся внедрить IoT-систему и установить обеспечивающие работу этой технологии приложения, возникает достаточно много проблем. Прежде всего, это требования по оконечным устройствам с низким собственным потреблением, что особенно касается удаленных устройств, обычно требующих для своей работы использование батарей. На второе место выходит решение вопросов масштабируемости и возможности потенциально управлять тысячами или даже миллионами устройств. Имеются также весьма непростые проблемы в части обеспечения безопасности. Кроме того, требуется решение вопросов, связанных с взаимодействием отдельных дискретных решений на разных уровнях цепи IoT.

Существует много вариантов, как все это может быть выполнено и связано с точки зрения подключения. Традиционные возможности включают беспроводную связь малого радиуса действия, как правило, это беспроводные локальные сети, Bluetooth Smart (Bluetooth с малым собственным потреблением, Low Energy profile) или ZigBee. Эти технологии работают на передачу данных от оконечных устройств к шлюзу, часто выполненному уже с помощью проводной сети Ethernet, и далее в облако. Другой вариант для передачи данных непосредственно в облако заключается в использовании сотовой связи от шлюза или даже от самих оконечных устройств. Но он имеет недостаток в виде высокого энергопотребления для передачи сообщений, что не всегда подходит для информационных пакетов малого размера, которые характерны для технологии IoT.
Впрочем, сегодня существуют альтернативные варианты подключения с узкополосным доступом и с низким собственным энергопотреблением, например LPWAN (Low Power Wide Area Network, энергоэффективная сеть дальнего радиуса действия) на основе таких протоколов, как LoRaWAN и Sigfox. Дополняя сети на основе сотовой мобильной связи и беспроводные технологии малого радиуса действия, фундаментальная концепция технологий LoRaWAN и Sigfox обеспечивает устройствам IoT и оконечным M2M-устройствам (Machine-to-Machine — общее название технологий, которые позволяют машинам обмениваться информацией друг с другом, или же передавать ее в одностороннем порядке) возможность передачи небольших по объему данных при длительной работе от небольших по емкости батарей. Эти LPWAN-технологии позволяют значительно снизить затраты и получить улучшенные характеристики в части потребляемой мощности, а также осуществлять поддержку крупных сетей, которые имеют миллионы оконечных устройств с батарейным питанием. Технология широкополосной модуляции LoRa предлагает скорость передачи данных от 0,3 до 22 кбит/с, в то время как в узкополосных модемах Sigfox используется технология UNB (Ultra Narrow Band), что делает их подходящим для передачи меньших объему сообщений со скоростями от 10 до 100 бит/с. При этом, например, типичное потребление тока модемом Sigfox при передаче данных составляет всего 20–70 мА и практически равно нулю в неактивном состоянии. Этот уровень потребления мощности может продлить на годы срок службы батареи оконечных устройств, особенно работающих в режиме случайной, а не непрерывной передачи данных. Сегодня, однако, охват сетью с технологией Sigfox пока ограничен сетями, развернутыми в крупных городах, в основном в Западной Европе, включая страны Бенилюкса, во Франции, Португалии, Испании и Великобритании.
Кроме того, есть еще один, новый, находящийся пока еще в стадии становления стандарт LPWAN — Narrow-Band IoT или NB-IoT (узкополосный «Интернет вещей»), который опирается на ряд крупных операторов связи и поставщиков оборудования по всему миру. Технология является частью инициативы Mobile IoT (мобильного «Интернета вещей») компании GSMA, направленной на то, чтобы предоставить пользователям недорогие с низким энергопотреблением линии связи для сетей IoT с использованием стандартов сотовой связи. Сегодня эта инициатива уже подает большие надежды.

Рис. 1. Область применения платформы Visible Things

Платформа Visible Things

Чтобы помочь компаниям, решающим проблему наиболее эффективного использования возможностей, предоставляемых IoT, компания Avnet Silica собрала вместе все «строительные блоки», необходимые для оценки и разработки полномасштабной, отличающейся высокой гибкостью платформы IoT.?Предлагаемая компанией ориентированная на самый широкий спектр рынков платформа Visible Things (буквально «видимые вещи») является одной из первых систем IoT и платформ для приложений, которые могут быть выполнены из готовых имеющихся электронных компонентов и системного распределителя. Данная платформа содержит уже полностью испытанные, проверенные, безопасные и интегрированные аппаратные средства и встроенное ПО для подключения интеллектуальных датчиков и встроенных устройств через шлюз или решения на основе сетевых технологий LPWAN, и далее, вплоть до облачных и корпоративных программных приложений. Предлагаемая платформа разработана с учетом максимальной масштабируемости, что дает клиентам большую гибкость для реализации самых различных вариантов — от периферийных устройств до уровня предприятия.

Платформа поддерживает со шлюзом связь ближнего радиуса действия, а также Wi-Fi и сотовую связь 3G с облаком и осуществляет поддержку корпоративных программных приложений. Она также поддерживает сети IoT на платформах LoRaWAN и Sigfox, разработанных для обеспечения безопасного и недорогого узкополосного информационного обмена сообщениями для удовлетворения потребностей IoT, «умного города», M2M и индустриальных применений.
С точки зрения обеспечения безопасности, платформа Visible Things включает в себя встроенное ПО для защиты шлюза компании UbiquiOS, которое объединяет в себе такие криптографические технологии, как Transport Layer Security v1.2, обеспечивающие защищенную передачу данных между узлами в сети Интернет, а также протокол проверки статуса сертификата сервера OCSP (Online Certificate Status Protocol) и проверки подлинности сертификата клиента. Для обеспечения дополнительной безопасности дорожная карта платформы Visible Things включает в себя раннее введенные дополнительные технологии, которые, например, интегрируют безопасный элемент для развертывания в периферийных устройствах в виде интеллектуальных сенсоров.

Рис. 2. Облачные сервисы платформы Visible Things

Стартовые наборы

Чтобы предоставить разработчикам возможность изучить особенности приложений и быстро приступить к разработке, компанией Avnet Silica были созданы и уже доступны для применения три стартовых оценочных комплекта, которые поставляются в полностью готовом к использованию варианте исполнения с простой предустановкой. Каждый стартовый комплект включает в себя плату под управлением микроконтроллера на базе ядра ARM Cortex. Базовый стартовый набор Visible Things включает в себя плату интеллектуальных датчиков с реализацией подключения через Bluetooth Smart, датчики движения, температуры, влажности, света и бесконтактный датчик приближения. Все это выполнено на одной плате вместе со шлюзом, через который посредством Wi-Fi осуществляет подключение к облачным сервисам. В качестве опции расширения доступен периферийный GSM-модуль со встроенной SIM-картой. Благодаря последнему, через SIM-подключение с использованием каналов сотовой связи устройствам открыт доступ к облачным сервисам и корпоративному ПО.?Базовые наборы Sigfox и LoRaWAN включают в себя и LoRaWAN-модули датчиков соответственно, а также дополнительные датчики движения и датчики света. Платформа Visible Things также предоставляет мобильное приложение, доступное для устройств на базе операционных систем iOS и Android, что обеспечивает легкий доступ к конфигурации локального оборудования и простое подключение к облачным сервисам.
Ключевым элементом платформы является облачный сервис Devicepoint. Подкрепленный компонентами ПО компании IBM, этот сервис разработан для приема данных от датчиков и оконечных устройств с контекстной информацией, а также данных из других источников, которые требуются для анализа в реальном времени и выработки действующего в длительной перспективе интеллектуального анализа данных. Этот инструмент также может быть настроен таким образом, чтобы обеспечить большую свободу в управлении данными от датчиков необходимую для аналитики, отчетности и управления производственным процессом.

От периферии к предприятию

Хотя в разработке IoT-систем и связанных с ними приложений существуют определенные проблемы и сложности в выборе оптимального подключения, открывающиеся при этом возможности для повышения эффективности и предоставления новых услуг для клиентов нивелируют все имеющиеся и возникающие технические барьеры. И здесь платформа Visible Things является как раз тем всеобъемлющим и гибким вариантом, который предлагает разработчикам уже испытанное, проверенное решение и все интегрированные компоненты, позволяющие компаниям осуществить исключительно быстрое развертывание IoT в масштабах от периферии до предприятия. Данная платформа в будущем будет постоянно дополняться новыми аппаратными и программными опциями, такими как поддержка связи по технологии NB-IoT, дополнительные облачные сервисы, расширенные услуги с использованием SIM-карт сотовой связи и увеличение функциональной безопасности периферийных устройств.

www.avnet-silica.com