Ко гда-ни будь любая вещь, с ко то рой нель зя связать ся по сети, будет ка зать ся мо раль но уста ревшей в той же сте пе ни, что и де ре вян ное ко ле со с же лез ным обо дом по срав не нию с ко ле сом совре мен но го ав то мо би ля. Ко неч но, и то и дру гое — круг лое, но функ ци о наль ность и слож ность — ка че ствен но иные. Вещи но во го по ко ле ния (smart things) будут не толь ко «ум ны ми», но и объ единен ны ми в сеть — Ин тер нет вещей (Internet of Things, IoT). Как по вли я ет из ме не ние мира вещей на нашу жизнь и как во об ще под дей ствием пред сто я щей ме та мор фо зы окру жа ю щих нас вещей будет вы гля деть мир через 15–20 лет, никто точно не ска жет, но с опре де лен но стью можно утвер ждать — по тря се ния будут не меньше тех, что вы звал ны неш ний Ин тер нет или сото вая связь. По это му уже сей час, за го дя, IoT стано вит ся пред ме том ши ро ко го, в том числе и спеку ля тив но го, обсуждения.
| От пер вых ра дио ме ток до Ин тер не та вещей Ис то рия RFID на счи ты ва ет всего несколь ко де сят ков лет, но у нее уже появи лась своя «ан тич ность», од на ко насто я щий бум по доб ных ре ше ний на чина ет ся толь ко те перь, в част но сти, нас ждет «Ин тер нет вещей». Лео нид Черняк |
Пред ло жив в 1999 году тер мин Internet of Things, ос но ва тель иссле до ва тель ско го центра Auto-ID Center в Мас са чу сет ском тех ноло ги че ском ин сти ту те Кевин Эштон явно не пред по ла гал ны неш не го раз во ро та со бы тий. За про шед шие годы представ ле ние об IoT за мет но рас ши ри лось и углу билось — три на дцать лет назад мас штаб гря ду щих из ме не ний ка зал ся на мно го скром не ее. Те перь же IoT не огра ни чен свя зью с ве ща ми, снаб женны ми мет ка ми RFID, а рас смат ри ва ет ся в кон тексте объ еди не ния таких со вре мен ных кон цеп ций, как все про ни ка ю щие ком пью тер ные си сте мы и ин тел лек ту аль ная окру жа ю щая среда (Pervasive Computing, Ubiquitous Computing, Ambient Intelligence). Кон вер ген ция со зда ет усло вия для но во го яв ле ния — Ин тер не та бу ду ще го, вклю чаю ще го в себя по ми мо ны неш не го Ин тер не та людей (Internet of People, IoP) еще и Ин тер нет ме ди а кон тен та (Internet of Media, IoM), Ин тер нет сер ви сов (Internet of Services, IoS) и Ин тер нет вещей (Internet of Things, IoT). По про бу ем c трех точек зре ния разо брать ся, что такое IoT (рис. 1).
 |
| Spime — нео ло гизм от space («про стран ство») и time («время»), пред ло жен ный пи са те лем-фан та стом Брю сом Стер лин гом для тео ре ти че ски воз мож ных ис кус ствен но со здан ных ин тел лек ту аль ных объ ектов, ко то рые могут пе ре ме щать ся в про стран стве и из ме нять ся во вре ме ни; WISP (Wireless Internet Service Provider) — про вай дер бес про вод ных сер ви сов Ин тер не та; WSAN (Wireless Sensor and Actuator Networks) — сети бес про вод ных дат чи ков и при во дов; IEEE 802.22 WRAN (Wireless Regional Area Network, WRAN) — ре ги о наль ная бес про вод ная сеть, а стандарт IEEE 802.22 был объ яв лен IEEE в 2011 году и исполь зу ет «про бе лы» (white space) в те ле ви зи он ном диа па зоне ча стот, тех но ло гии ко гни тив но го радио, под строй ку па ра мет ров при е мо пе ре да ю щих устройств сети на ос но ве ана ли за эфира; WBAN (Wireless Body Area Network, WBAN) — бес про вод ная сеть в пре де лах че ло ве че ско го тела; WPAN (Wireless Personal Area Network, WPAN) — пер со наль ная бес провод ная сеть; WLAN (Wireless Local Area Network, WLAN) — бес про вод ная ло каль ная сеть. |
| Рис. 1. Ин тер нет вещей с трех точек зрения |
Мно гим ве ли ким изоб ре те ни ям че ло ве че ства тре бу ют ся де сят ки и даже сотни лет на пе ре ход от про стых по форме пред став ле ний до слож ных си стем. Около ста лет по тре бо ва лось авиа ци онно му со об ще нию на путь от про стей ших би планов, са див ших ся на тра вя ное поле, до со вре менных авиа транс порт ных ком плек сов. От со зда ния пред по сы лок до мас со во го внед ре ния Ин тер не та людей ушло почти чет верть века, од на ко по хо же, что для IoT на то же самое по тре бу ет ся су ществен но мень ше вре ме ни. По ни ма ние того, что такое Ин тер нет вещей, вы зре ва ет быст ро — еще недав но тра ди ци он ным при ме ром по тен ци а ла IoT был хо ло диль ник, под клю чен ный к сети, но уже се год ня ясно: IoT ста нет прин ци пи аль но новой фор мой ор га ни за ции пространства, окружа ю ще го че ло ве ка, с по след стви я ми, срав нимы ми с изоб ре те ни ем элек три че ства или атомной энергии.
На ци о наль ный раз ве ды ва тель ный совет США, осу ществ ля ю щий ко ор ди на цию уси лий раз вед ки в опре де лен ных гео гра фи че ских ре ги о нах и промыш лен ных от рас лях, в 2008 году опуб ли ко вал до ку мент "Disruptive Civil Technologies", в ко то ром среди шести граж дан ских тех но ло гий с наи большей «взрыв ной силой» на зван IoT. По мне нию ав то ров от че та, к 2025 году уз ла ми IoT смо гут стать все окру жа ю щие нас предметы.
По ня тие «вещь» не так ба наль но и оче вид но, как ка жет ся: опре де ле ние вещи ин те ре со ва ло фи лосо фов, на чи ная с Ари сто те ля и про дол жа те ля его дела Фи ло по на вплоть до со вре мен но сти, есть еще юри ди че ская трак тов ка «вещи» и бы товая, ко то рая и до ми ни ру ет. Вещь может быть мате ри аль ной и нема те ри аль ной, оду шев лен ной и неоду шев лен ной, а в кон тек сте IoT вещью можно счи тать нечто ре аль ное или вир ту аль ное, но обяза тель но так или иначе свя зан ное с циф ро вым миром по сред ством бес про вод ных ком му ни каций, и это нечто долж но об ла дать спо соб но стью быть так или иначе иден ти фи ци ро ван ным во вре ме ни и пространстве.
Ин тер нет вещей поз во лит со здать ди на ми че ские сети, со сто я щие из мил ли ар дов и трил ли о нов таких вещей, ком му ни ци ру ю щих между собой. Таким об ра зом обес пе чит ся сплав циф ро во го и фи зи че ско го миров, для ко то ро го при ло же ния, сер ви сы, ком по нен ты свя зу ю ще го ПО и око нечные устрой ства — это вещи. У каж дой из вещей ре аль но го фи зи че ско го мира в IoT будет циф ровой двой ник, ее вир ту аль ное пред став ле ние (рис. 2). Эти циф ро вые ана ло ги смо гут вос при нимать ин фор ма цию из окру жа ю ще го мира, вступать во вза и мо дей ствие, об ме ни вать ся дан ны ми. В ре зуль та те сло жит ся со вер шен но новая среда, где ин тел лект, за ло жен ный в при ло же ния, поз волит оце ни вать про ис хо дя щее в фи зи че ском мире, учи ты вать на коп лен ные ранее све де ния и опыт для под держ ки при ня тия ре ше ний. В такой среде со зда ют ся ка че ствен но иные, чем се год ня, усло вия для биз не са, для охра ны здо ро вья, для обес пе че ния эко ло ги че ской без опас но сти и всего осталь но го, что нас окру жа ет. Ра зу ме ет ся, вся эта ав то ма ти за ция не ис клю ча ет че ло ве ка, и в до ка за тель ство стоит при ве сти неуте ши тель ный вывод, к ко то ро му при шли со зда те ли са мо управля е мо го ав то мо би ля Google после серии экс пери мен тов, за кон чив ших ся в марте, — они счи тают ре зуль тат от ри ца тель ным, и в обо зри мом буду щем без во ди те ля обой тись не удаст ся, более того, уро вень ав то ма ти за ции уже се год ня пора огра ни чить, не до во дя его до той черты, когда чело век те ря ет чув ство от вет ствен но сти за происходящее.
 |
| Рис. 2. Ин тер нет вещей и ин те грация в трех мирах |
Не пред по ла га ет ся, что IoT пол но стью ав то но мизи ру ет вещи, — по су ще ству, он ори ен ти ро ван на че ло ве ка и предо став ля ет ему воз мож ность досту па к вещам, хотя мно гие вещи смо гут вести себя иначе, чем мы пред став ля ем себе се год ня. В IoT каж дая вещь будет иметь свой уни каль ный идентификатор (Unique Identifier) или вир ту альный идентификатор (Virtual Identifier), ко то рые сов мест но об ра зу ют кон ти ну ум вещей, спо собных ад ре со вать ся друг другу, со зда вая вре менные или по сто ян ные сети. Вещи смо гут со участво вать в про цес се их пе ре ме ще ния, со об щая о себе све де ния, они поз во лят пол но стью ав то мати зи ро вать про цесс ло ги сти ки, а имея встро енный ин тел лект, они смо гут ме нять свои свой ства и адап ти ро вать ся к окру жа ю щей среде в том числе для умень ше ния энер го по треб ле ния. Обла дая «ор га на ми чувств», они смо гут об на ру живать дру гие, так или иначе свя зан ные с ними вещи, и на ла жи вать с ними вза и мо дей ствие. Типич ный при мер та ко го рода, так на зы ва е мый ата ку ю щий рой, — стая неболь ших бес пи лот ных са мо ле тов, спо соб ная вы пол нять по став лен ную перед ней за да чу. Более того, IoT поз во ля ет созда вать ком би на цию из ин тел лек ту аль ных устройств (на при мер, раз лич но го рода сред ства ди стан ци он но го сбора дан ных и ро бо ты), объеди нен ных муль ти про то коль ны ми се тя ми связи, и лю дей-опе ра то ров. Сов мест но они могут созда вать си сте мы для ра бо ты в сре дах, неудобных или недо ступ ных для че ло ве ка: кос мос, боль шие глу би ны, ядер ные уста нов ки, тру бо прово ды и т. п. Си нер гия раз лич ных вещей в со че тании с твор че ски ми воз мож но стя ми может при нести ка че ствен но новые результаты.
IoT в куль тур но-ис то ри че ском контексте
Ру ко во ди тель MIT Media Lab Ни ко лас Негро пон те пишет: «Когда мы го во рим об Ин тер не те вещей, не стоит все сво дить к на не се нию меток RFID на тупые вещи, чтобы более умные вещи могли их рас по зна вать. Суть со всем в дру гом — мы встраи ва ем ин тел лект в вещи, чтобы они стали умнее и могли де лать боль ше, чем мы ожи да ли по лучить от них пре жде». Не может не удив лять тот факт, что, в от ли чие от по дав ля ю ще го боль шинства новых идей в об ла сти ИТ, IoT при влек к себе вни ма ние аван гард ных ар хи тек то ров и куль ту роло гов. По их пред став ле ни ям на сту па ет мо мент, когда ко ли че ство циф ро вых вза и мо свя зан ных между собой устройств ста но вит ся до ста точ ным для из ме не ния го род ско го про стран ства, компью те ры «вы хо дят из ко ро бок» и обык но вен ные пред ме ты пре вра ща ют ся в но си те лей циф ро вых сиг на лов. На чи на ют во пло щать ся в жизнь предви де ния таких пер со на жей, как скуль птор и пи сатель из книги «Ис кус ство как си сте ма», на пи санной Дже ком Бур н ха мом, как тео ре тик ар хи тек туры и со зда тель груп пы «Ар ки гр эм» Сед рик Прайс, ар хи тек тор и ди зай нер Кри сто фер Алексан дер. Дошло до того, что IoT пре вра тил ся в рас хо жую тему для раз го во ров, и за ча стую его ис поль зу ют в мар ке тин го вых целях без адек ватно го по ни ма ния сущ но сти происходящего.
В тех слу ча ях, когда IoT рас смат ри ва ет ся од новре мен но как тех ни че ский и куль тур ный фе номен, его ис то рию ведут с 1832 года, когда Павел Льво вич Шил линг про де мон стри ро вал первую дей ству ю щую мо дель элек тро маг нит но го те легра фа. С этого мо мен та на ча лась пе ре да ча данных с ис поль зо ва ни ем элек три че ской энер гии со всеми вы те ка ю щи ми от сю да по след стви я ми. Но под лин ным на ча лом IoT можно счи тать се ре ди ну 20-х годов XX века — ве ли кие и та ин ствен ные ра бо ты Ни ко лы Теслы, апо ло ге та бес про вод ной пе ре да чи не толь ко дан ных, но и энер гии. Вот что он го во рил тогда: «Когда бес про вод ные тех но логии до стиг нут под лин но го раз ви тия, вся Земля пре вра тит ся в еди ный огром ный мозг, все вещи ста нут ча стью еди но го це ло го и до ступ к этому мозгу че ло век будет иметь с по мо щью при бо ра, по хо же го на со вре мен ный те ле фон, каж дый сможет но сить его в кар мане». Труд но по ве рить, что это было ска за но почти 90 лет назад. Фи ло соф Мар шалл Ма клю эн, ис сле до ва тель воз дей ствия элек трон ных средств ком му ни ка ции на че ло ве ка и об ще ство, еще в 1964 году от ме чал: «По средством элек трон ных медиа и дру гих тех но ло гий мы пре вра тим го ро да в ин фор ма ци он ные системы».
| По за ко ну Белла Класс мо биль ных ком пью тер ных си стем но во го по ко ле ния со ста вит се рьез ную кон ку рен цию ПК, и неслу чай но в Computer Science Laboratory Xerox PARC по яви лась спе ци аль ная про грам ма Ubiquitous Computing, в ко то рой при нимал уча стие Марк Вейзер. Лео нид Черняк |
С 1969 года, во шед ше го в ис то рию че ло ве че ства как год со зда ния ARPAnet, на ча лась следу ю щая тех но ло ги ческая фаза, ко то рая продол жа лась до 1999 года: про то кол TCP/IP, DNS, World Wide Web и т. п. А в 1990 году Джон Ромни сде лал пер вое ин тер нет-устрой ство — то стер, управ ля е мый по Сети. Из книги Марка Вей зе ра «Ком пью тер в XXI веке», вы шед шей в 1991 году: «Наи бо лее про дви ну тые тех но ло гии ха рак тер ны тем, что они вроде бы ис че за ют из виду, впле таясь в ткань по все днев ной жизни так, что ста новят ся ее нераз рыв ной ча стью, неот ли чи мы от нее». И еще одно вы ска зы ва ние из по след ней ра бо ты Вей зе ра, на пи сан ной в 1998 году: «Всепро ни ка ю щие ком пью тер ные си сте мы пред ставля ют собой пря мую про ти во по лож ность вир туаль ной ре аль но сти. Вир ту аль ная ре аль ность поз во ля ет че ло ве ку от клю чить ся от жизни и погру зить ся в мир, со здан ный ком пью тер ны ми техно ло ги я ми, а все про ни ка ю щие вы чис ле ния вводят ком пью тер в мир, где живут люди».
Ре ша ю щим стал 1999 год, когда в МТИ был создан Auto-ID Center, а затем еще семь ла бо ра торий Auto-ID Labs, рас по ло жен ных на че ты рех кон ти нен тах. Со зда тель и пер вый ди рек тор Auto-ID Center спу стя де сять лет писал: «Я могу ошибить ся, но убеж ден, что фраза "Internet of Things" на ча ла свое су ще ство ва ние в 1999 году, я исполь зо вал ее во время пре зен та ции тех но ло гии RFID в Procter&Gamble, не пре тен дуя на гло бальность, а ско рее, чтобы об раз но под черк нуть суть. Позже ее стали ис поль зо вать где угод но, от статей в на уч но-по пу ляр ных жур на лах до на зва ния кон фе рен ций, но чаще всего без до ста точ но го по ни ма ния сути». На пару лет позже в МТИ был ор га ни зо ван меж дис ци пли нар ный центр Center for Bits and Atoms — его со зда тель Нейл Гер шенфельд в 1999 году вы пу стил книгу «Когда вещи на чи на ют ду мать», где писал: «Ре тро спек тив но глядя на быст рый рост World Wide Web, можно до пу стить, что он спро во ци ру ет еще боль ший взрыв, ре зуль та том ко то ро го будут вещи, подклю чен ные к Сети».
После 2003 года под ня лась волна пуб ли ка ций, кон фе рен ций и про чих мас со вых акций по по во ду IoT, но, по жа луй самым зна чи мым со бы ти ем был за пуск про то ко ла IPv6, поз во ля ю ще го при сво ить ад ре са 340 ун де цил ли о нам (10 39) объ ек тов. По мне нию ав то ров IPv6, 240 из них хва тит, чтобы ад ре со вать ся к каж до му атому на по верх но сти Земли и еще 100 с лиш ним оста нет ся в резерве.
Ре аль ные приложения
Фан та зия в части при ме не ния умных вещей ничем не огра ни че на, но это в бу ду щем, а уже сегод ня про смат ри ва ют ся при ло же ния, где IoT даст оче вид ный эффект.
- Авиа ци он ная и аэро кос ми че ская промышленность. Тра ди ци он ные ме то ды контро ля не ис клю ча ют ве ро ят но сти ис поль зо вания кон тра факт ных узлов, это бо лезнь все общая, ею стра да ют и дру гие от рас ли, но здесь она осо бен но опас на и яв ля ет ся при чи ной до трети авиа ци он ных про ис ше ствий. При на ли чии неот де ли мой от из де лия метки RFID и рас преде лен ной базы дан ных вы пу щен ных раз ны ми про из во ди те ля ми за пас ных ча стей про бле ма кон тро ля про ис хож де ния той или иной де та ли сни ма ет ся. Сле ду ю щий шаг — кон троль со сто яния из де лия в про цес се экс плу а та ции, при этом от вет ствен ные узлы и ме ха низ мы могут быть снаб же ны бес про вод ны ми си сте ма ми ди а гности ки и сбора дан ных для ана ли за и при ня тия ре ше ний с ис поль зо ва ни ем со вре мен ных анали ти че ских технологий.
- Ав то мо биль ная промышленность. В этой сфере могут быть ре а ли зо ва ны си сте мы мо нито рин га и плюс к тому ме ха низ мы вза и мо действия между транс порт ны ми сред ства ми (Vehicle to Vehicle, V2V), вза и мо дей ствия транспорт но го сред ства с ин фра струк ту рой (Vehicle to Infrastructure, V2I). Снаб же ние ав то мо би лей си сте ма ми по зи ци о ни ро ва ния в ре аль ном време ни (Real-time Locating Systems, RTLS) поз воля ет оп ти ми зи ро вать дви же ние, а си сте ма ми связи на малом рас сто я нии (Dedicated Short Range Communication, DSRC) — упро стить прохож де ние пунк тов опла ты, та мо жен ных тер мина лов. Си сте мы V2V и V2I поз во ля ют ор га ни зовать ин тел лек ту аль ные транс порт ные сети, нала дить иден ти фи ка цию мик ро точ кой, когда в непри мет ных ме стах на кле и ва ет ся метка, содер жа щая пер со наль ный иден ти фи ка ци он ный номер ав то мо би ля VIN, что в со че та нии с тех ноло ги ей RFID со кра тит воз мож но сти хищения.
- Те ле ком му ни ка ции. IoT от кры ва ет воз мож но сти для объ еди не ния раз лич ных те ле ком му ни ка цион ных тех но ло гий с целью предо став ле ния серви сов но во го типа. Пред по ла га ет ся ин те гра ция гло баль ной циф ро вой мо биль ной со то вой связи GSM с ком му ни ка ци я ми ближ не го ра ди у са действия (Near Field Communication, NFC), пер сональ ны ми се тя ми на базе Bluetooth, бес про водны ми ло каль ны ми се тя ми, бес про вод ны ми сенсор ны ми се тя ми стан дар та ZigBee в со че та нии с си сте мой гло баль но го по зи ци о ни ро ва ния и тех но ло ги ей иден ти фи ка ции або нен та (SIM-карты). Такая ин те гра ция поз во лит сер ви сам преодо ле вать гра ни цы раз лич ных ад ми ни стра тивных до ме нов и об ра зо вы вать необ хо ди мые поль зо ва те лю композиции.
- Умные дома. Се год ня пред став ле ние об умном доме рас про стра ня ет ся на до ро гие офисы, а IoT де мо кра ти зи ру ет эти воз мож но сти пре жде всего за счет ис поль зо ва ния мас со вых про дуктов (про изой дет при мер но то же, что было с пере хо дом от мэйн фрей мов к ПК).
Близ кие по смыс лу пре об ра зо ва ния воз мож ны в ме ди цине, в тех ни ке ухода за боль ны ми, в фарма цев ти ке, в раз лич ных об ла стях про из вод ства, в стра хо ва нии и т. д.
IoT и M2M
Со вре мен ные ма ши ны и ме ха низ мы могут вза имо дей ство вать между собой (Machine-to-Machine, M2M), с ин фра струк ту рой внеш ней среды (Machine-to-Infrastructure, M2I) и с при ро дой (Machine-to-Nature, M2N). Ме ж ма шин ное вза и модей ствие ино гда опре де ля ют как набор тех но логий, поз во ля ю щих ма ши нам об ме ни вать ся инфор ма ци ей друг с дру гом или пе ре да вать ее в од но сто рон нем по ряд ке. Од на ко ма ши ны могут об ме ни вать ся ис клю чи тель но дан ны ми, но не инфор ма ци ей, и это важно для по ни ма ния сущ ности вза и мо дей ствия. В ряде работ M2M отождеств ля ет ся с IoT, что ка те го ри че ски невер но, по сколь ку се год ня мы по ни ма ем Ин тер нет расши ри тель но, не толь ко как спо соб пе ре да чи данных между уз ла ми сети с ис поль зо ва ни ем опреде лен ных про то ко лов и тех но ло гий. В Ин тер нет мы вклю ча ем сер ви сы, и для мно гих, если не для боль шин ства поль зо ва те лей, нет раз ли чия между World Wide Web и Ин тер не том, глав ное — воз мож ность вза и мо дей ствия че ло ве ка с сетью, с сер ви са ми сети, от сю да сле ду ет Internet of People. То же самое и в слу чае с IoT — здесь под Ин тер не том по ни ма ет ся воз мож ность вза и модей ствия между ма ши на ми, и со вер шен но не обя за тель но, что для этого ис поль зу ют ся те или иные про то ко лы. Иначе го во ря, M2M — это фи зиче ская ос но ва Ин тер не та вещей, а ис поль зу ют ся или не ис поль зу ют ся при этом про то ко лы, зна чения не имеет.
Ме ж ма шин ное вза и мо дей ствие на ча лось с систем ав то ма ти за ции, те ле мет рии и того, что назы ва ют си сте ма ми дис пет чер ско го управ ле ния и сбора данных (Supervisory Control And Data Acquisition, SCADA). Клас си че ские си сте мы этого типа со би ра ют немно го, по со вре мен ным по ня тиям, дан ных и на прав ля ют их в цен траль ный узел, где они об ра ба ты ва ют ся ком пью те ра ми и ана лизи ру ют ся лю дь ми. Такие си сте мы были спе ци али зи ро ван ны ми, стро и лись с ис поль зо ва ни ем «тя же ло го» обо ру до ва ния с вы со ким энер го потреб ле ни ем, а связь в 99,9% слу ча ев была ор гани зо ва на по про во дам. Ны неш ние M2M от ли чают ся при ме не ни ем уни вер саль ных дат чи ков, стан дарт ных си стем пе ре да чи дан ных, глав ным об ра зом бес про вод ных, ми ни маль ным по треб лени ем энер гии, от сут стви ем обя за тель ной цен трали за ции и об ра бот кой дан ных, по сту па ю щих от боль шо го числа дат чи ков. Глав ное — ин тел лект си сте мы рас пре де лен по иерар хии (рис. 3).
 |
| Рис. 3. Иерар хия устройств |
Осо бен но сти тех но ло гий IoT
Со зда ние пол но цен но го Ин тер не та вещей — зада ча куда более слож ная, чем это может по казать ся, а ее ре ше ние по тре бу ет пе ре смот ра прак ти че ски всех со став ля ю щих со вре мен но го Ин тер не та, от общих ар хи тек тур ных прин ци пов су ще ству ю щих тех но ло гий иден ти фи ка ции, техно ло гий иден ти фи ка ции и управ ле ния се тя ми до обес пе че ния без опас но сти и со блю де ния прав личности.
Иден ти фи ка ция
В тра ди ци он ном Ин тер не те с 1994 года, когда кон сор ци ум World Wide Web Consortium утвер дил си сте му уни вер саль ных иден ти фи ка то ров ре сурсов URI (Uniform Resource Identifier), с ад ре са цией про блем нет. В общем слу чае URI вклю ча ет в себя ука за ние на ме ха низм, ис поль зу е мый для до сту па к ре сур су, ком пью тер, на ко то ром ре сурс на хо дит ся, и имя ре сур са (обыч но имя файла). Ис поль зу ет ся под мно же ство URI, на зы ва е мое URL (Uniform Resource Locator), а огра ни чен ное рас про стра не ние имеет близ кая по су ще ству систе ма URN (Uniform Resource Name). Од на ко при пе ре хо де к IoT про бле ма в том, что ре сур сы более раз но об раз ны и на мно го слож нее ор га низо ва ны, чем файлы в обыч ных фай ло вых системах.
В IoT невоз мож но обой тись одним иден ти фи ка тором в силу того, что вещь может су ще ство вать в раз ных кон текстах. На при мер, как из де лие она может про хо дить по це поч ке по ста вок от пер вых эта пов про из вод ства до по треб ле ния или исполь зо ва ния по месту на зна че ния. Вна ча ле она су ще ству ет как от дель ное из де лие, а потом как часть че го-то це ло го: ска жем, тур бин ная ло пат ка яв ля ет ся ча стью дви га те ля, а дви га тель — частью са мо ле та, а са мо лет на хо дит ся под кон тролем си сте мы со про вож де ния и т.д. Кроме всего про че го, в ряде слу ча ев нель зя рас кры вать подлин ное имя вещи, в таких слу ча ях тре бу ют ся свое го рода псев до ни мы. Ви ди мо, нужен ка кой-то уни каль ный иден ти фи ка тор и сред ства его пе рево да для под держ ки жиз нен но го цикла вещи в со от вет ству ю щих об сто я тель ствах. Пер вы ми попыт ка ми дви же ния в этом на прав ле нии стали стан дар ты на транс порт ные бирки Transport Label (ISO 15394), ли цен зи он ные знаки License Plate (ISO 15459), штрих ко ды Code 128 barcodes (ISO 15417) и иден ти фи ка то ры дан ных Data Identifiers (ISO 15418), но их об ласть дей ствия огра ни че на толь ко ло ги сти кой. Необ хо ди мы ис сле до ва ния и раз ра бот ки в об ла сти кон вер ген ции и сов ме стимо сти си стем иден ти фи ка ции, чтобы од но знач но име но вать вещи в раз ных усло ви ях и с ис поль зова ни ем раз лич ных тех ни че ских средств идентификации.
Ар хи тек ту ра и се ман ти че ская сов ме стимость
По опре де ле нию IoT дол жен в мак си маль ной степе ни обес пе чить сов ме сти мость ге те ро ген ных си стем и раз но род ных ре сур сов, вклю чая по ставщи ков и по тре би те лей ин фор ма ции и сер ви сов, людей, про грамм ное обес пе че ние, умные вещи и устрой ства. При этом от дель ные узлы долж ны иметь воз мож ность об ра зо вы вать сети, свя зы ваю щие их на пря мую (peer), или со би рать ся вме сте в неко то рые су перуз лы. К тому же долж на быть обес пе че на пол ная де цен тра ли за ция, при чем не про сто в виде рас пре де лен но го ин тел лек та, а с воз мож но стью, услов но го во ря, пе ре ме ще ния интел лек та с тем, чтобы пе ре не сти его ближе к источ ни ку Боль ших Дан ных. Чтобы ре а ли зо вать подоб ную, еще не вполне по нят ную се год ня функци о наль ность, во главу угла ар хи тек ту ры долж на быть по ло же на се ман ти че ская сов ме сти мость — воз мож ность ком пью тер ных си стем об ме ни ваться смыс лом пе ре да ва е мых со об ще ний с од нознач ным его по ни ма ни ем вне за ви си мо сти от форм представления.
О се ман ти че ской сов ме сти мо сти много го во рят в кон тек сте Semantic Web, хотя, по су ще ству, представ ле ния о се ман ти че ской сов ме сти мо сти возник ли вме сте с сер вис-ори ен ти ро ван ны ми ар хитек ту ра ми (Service-Oriented Architecture). Но в SOA все от но си тель но про сто — си сте мы ста тичны, и можно без осо бых слож но стей ис поль зовать два аль тер на тив ных под хо да: либо при менять ка кие-то общие вза им но по нят ные ин форма ци он ные струк ту ры, либо за дей ство вать специ аль ные бро ке ры, вы пол ня ю щие функ ции пе рево да (се ман ти че ские ме ди а то ры). В усло ви ях децен тра ли зо ван ной и ге те ро ген ной при ро ды вещей все на мно го слож нее — под держ ка се манти че ской сов ме сти мо сти долж на быть мас шта биру е мой, гиб кой, от кры той, мно го уров не вой, способ ной ре а ги ро вать на со бы тия в окру жа ю щей среде, сво бод ной от при вя зан но сти к опре де ленным тех но ло ги ям (язык про грам ми ро ва ния, опера ци он ная си сте ма, спо со бы транс пор ти ров ки дан ных и т. д.).
| Ин те гра ция дан ных: син так сис и семантика Един ство всем ком по нен там ин фор маци он ной ин фра струк ту ры (SOA, базы дан ных, биз нес-про цес сы, про грамм ное обес пе че ние) при да ет общий набор терми нов и со гла ше ний, свя зы ва ю щих отдель ные фраг мен ты в общую кар ти ну, — они се ман ти че ски едины, они уже есть, но су ще ству ют неявно. Лео нид Черняк |
Обес пе че ние се ман тиче ской сов ме сти мо сти в усло ви ях IoT будет стро ить ся ис хо дя из воз мож но стей тех же двух под хо дов, но за дачи их ре а ли за ции от лича ют ся су ще ствен но боль шей на у ко ем ко стью. Необ хо ди мо со зда вать спе ци а ли зи ро ван ные сло ва ри для опре де лен ных вер ти каль ных об ластей (Vertical domain cantered business vocabularies), го ри зон таль ные кон струк ции (Horizontal Canonical Cross-Vertical frameworks) на по до бие ebXML (Electronic Business using eXtensible Markup Language) и UBL (Universal Business Language). Ко ли че ствен ное уве ли че ние вещей и ав то ма ти за ция ра бо ты с ними при ве дут к тому, что ны неш ние ру тин ные опе ра ции, такие как управ ле ние по то ка ми работ, кон трак та ми и тому по доб ное, пре вра тят ся из уны лой офис ной ра бо ты в пол но цен ное вы со ко ква ли фи ци ро ванное управ ле ние. В дан ном слу чае пред сто ит пере ход, не мень ший по ра ди каль но сти, чем от управ ле ния ло ша дью кну том и вож жа ми к управле нию со вре мен ным ав то мо би лем или самолетом.
Глав ная от ли чи тель ная осо бен ность бес про водных сен сор ных сетей (Wireless Sensor Network, WSN) за клю ча ет ся в спо соб но сти к са мо ор га низа ции, их так и на зы ва ют ко опе ра тив ны ми (cooperative). Каж дый из узлов WSN со сто ит из од но го или несколь ких мик ро кон трол ле ров на мик ро про цес со ре или на сиг наль ном про цес со ре DSP, имеет па мять для хра не ния про грамм и дан ных, при ем ник-пе ре дат чик, ис точ ник пи та ния и дат чи ки. Если есть еще ка кие-то при во ды, то такие сети на зы ва ют WSAN (Wireless Sensor and Actuator Networks). Сети WSN могут вклю чать в себя де сят ки тысяч узлов, ко то рые могут кон фигу ри ро вать ся «по об сто я тель ствам» (ad hoc).
Совместная деятельность узлов поддерживается несколькими базовыми решениями: распределением доступа к эфиру, маршрутизацией, возможностью определения местоположения узла и синхронизацией по времени (рис. 4). Доступ к носителю (Medium Access Control, MAC) напоминает Ethernet, но проще. Здесь тоже могут возникать коллизии, когда передатчик обнаруживает, что несущая частота занята, но в силу того, что скорости передачи и объемы данных в WSN намного меньше, а вычислительная мощность узлов ниже, алгоритмы разрешения конфликтных ситуаций проще. Организация прохождения пакетов (маршрутизация) в WSN существенно отличается не только от Интернета, но и от близких по возможностям сетям MANET (Mobile Ad hoc Network). За основу взят географический принцип (Geographic Forwarding, GF) — каждый датчик имеет сведения только о ближайших маршрутизирующих узлах и может передавать данные только им. Такой подход позволяет использовать маломощные передатчики, что важно с точки зрения потребления энергии и минимизации коллизий. Локализация узлов не исключает применения в WSN технологий геолокации, но чаще используются различные радиотехнические методы, например на основе измерения интерференции сигналов (Radio Interferometric Geolocation), что эффективно при работе в сантиметровом частотном диапазоне.
Безопасность
В IoT каждая вещь приобретает своего виртуального двойника — следовательно, помимо обеспечения физической безопасности, возникают проблемы информационной безопасности, значимость которой прямо пропорциональна количеству вещей. Использование беспроводных методов передачи данных открывает для злоумышленников бесконечные возможности. Чтобы оценить масштаб проблемы, достаточно представить себе, сколько уязвимостей создает использование меток RFID на изделиях, например на товарах потребления. На всех этапах логистики от производителя до магазина данные могут быть похищены, о товарах и продуктах сведения может получить кто угодно со всеми вытекающими последствиями. При выходе из магазина любой может узнать состав корзины покупателя и воспользоваться этими данными. Следовательно, нужны методы криптографии и физической защиты. Одновременно возникают многочисленные проблемы, связанные с защитой прав личности и другими вопросами.
***
Идея подключения вещей к сети, например интернет-холодильника, весьма привлекательна, поэтому легко поддается вульгаризации — об М2М и IoT может вещать каждый, однако от идеи до ее реализации большой и тяжелый путь, и об этом нельзя забывать.
.png "Рис. 1. Интернет вещей с трех точек зрения")
.png "Рис. 2. Интернет вещей и интеграция в трех мирах")
.png)