Asjade internet: mis see on, kuidas see töötab, kasutusalad ja väljakutsed

Formarse » Tasuta veebikursused » Asjade internet: mis see on, kuidas see töötab, kasutusalad ja väljakutsed

Me elame ümbritsetuna ühendatud objektidest, mis saadavad ja võtavad vastu andmeid peaaegu märkamatult; asjade internet avaneb just selles füüsilise ja digitaalse maailma ristumiskohas. Lihtsamalt öeldes on see seadmete ja süsteemide võrgustik, mis kogub, jagab ja töötleb teavet, et see toimiks minimaalse inimese sekkumisega.

Lisaks hüpele ilmneb tegelik väärtus siis, kui need andmed suunavad kasulikke otsuseid: hooldus, mis ennetab rikkeid, valgusfoorid, mis reguleerivad liiklusvoogu, või kiirem ja kättesaadavam tervishoid . See on vaim, mida nägid ette sellised pioneerid nagu Bill Joy ja mida populariseeris Kevin Ashton 90. aastate lõpus, kui ta pakkus välja, et kui masinad ise andmeid koguvad, muutub füüsiline maailm loetavaks ja hallatavaks suures mahus.

Mis on asjade Internet (IoT)?

Asjade internet on füüsiliste "asjade" ökosüsteem, mis on varustatud andurite, arvutusvõimsuse ja ühenduvusega ning mis vahetavad andmeid teiste seadmete ja pilvega . See hõlmab kõike alates kantavatest seadmetest, kodumasinatest ja autodest kuni tööstusmasinate, infrastruktuuri, nutikate arvestite ja isegi tervete linnadeni.

Need "asjad" suudavad autonoomselt töötada, teistega koostööd teha ja suhelda inimestega veebi- või mobiilsete liideste kaudu. Tehniliselt ühendavad nad küberfüüsilisi süsteeme, manussüsteeme ja IP-võrke; praktiliselt võimaldavad need protsesside automatiseerimist, keskkonna jälgimist ja reaalajas otsuste langetamist, mida toetavad tehisintellekt ja masinõpe.

Arhitektuurilisest vaatenurgast on asjade internetti mõeldud avatud ja suures osas mittedeterministliku võrguna, kus teenused ja agendid organiseeruvad ise vastavalt kontekstile. See lähenemisviis sobib hästi sündmuspõhiste mudelite ja semantilise veebiga, mis annab andmetele tähenduse keskkonna ja eesmärgi põhjal.

Lühike ajalugu ja olulisemad verstapostid

Asjade interneti (IoT) päritolu ulatub tagasi 80. ja 90. aastate katsetesse. 1982. aastal teatas internetiga ühendatud limonaadimasin oma olekust; 1990. aastal juhiti interneti teel rösterit; ja 1991. aastal näitas Cambridge'is asuv veebikaamera kohvimasinas kohvitaset. Hiljem, 1999. aastal, lõi Kevin Ashton termini "asjade internet" (IoT), töötades RFID-iga tarneahelate optimeerimiseks.

Samal aastal tutvustas Bill Joy oma „Kuue veebi” raamistikus seadmetevahelist suhtlust. Alates 2008. aastast suurendas IPv6 standardiseerimine dramaatiliselt ühendatud seadmete aadressiruumi; 2010. aastal ületas veebividinate arv inimeste arvu; ja 2014. aastal omandas Google Nest Labsi, tuues nutika kodu peavoolu . Silma paistsid ka sellised omandamised nagu PTC ThingWorxi ost, mis peegeldab asjade interneti platvormide turu tõusu.

Paralleelselt kasvas nähtus konverentsidel ja Gartneri „hüpetsükli“ ajal, samal ajal kui ärisektor konsolideeris nn EIoT-d, mis 2019. aastaks moodustas hinnanguliselt ligi 40% seadmepargist . Ashtoni narratiiv rõhutas nihet inimeste kirjutatud andmetelt andurite poolt jäädvustatud andmetele, vabastades tööstuse aja-, tähelepanu- ja vigade piirangutest.

Kuidas asjade internet töötab: anduritest tegevuseni

Põhimõtteliselt koosneb täielik IoT-süsteem neljast osast: anduritest või seadmetest, ühenduvusest, andmetöötlusest ja kasutajaliidesest. Andurid tuvastavad muutujaid (temperatuur, asukoht, vibratsioon, pilt jne) ja pakendavad teabe võrgu kaudu saatmiseks .

Ühenduvus kasutab rakendusest olenevalt erinevaid tehnoloogiaid: Wi-Fi, Ethernet, Bluetooth, Zigbee, LPWAN, satelliit või mobiilside. Protokollid nagu MQTT või CoAP optimeerivad kergete sõnumite edastamist ning tööstuskeskkondades on arvukalt lüüsi , mis tõlgivad protokolle ja suurendavad turvalisust.

Kui tarkvara on pilves (või servas) andmeid jõudnud, töötleb see neid olekute järeldamiseks, anomaaliate tuvastamiseks või reeglite rakendamiseks. Vajadusel tegutseb see automaatselt või teavitab kasutajaid armatuurlaudade või rakenduste kaudu . See seadmete ja juhtimistasandi vaheline edasi-tagasi suhtlus on asjade interneti operatiivne süda.

RFC 7452-s defineeris IAB neli levinud kommunikatsioonimudelit: seadmetevaheline (otseühendus, sageli Bluetoothi ​​abil), seadmest pilve (traditsiooniline IP-ühendus pilveteenustega), seadmest lüüsi (lokaalne ALG, mis vahendab ja pakub selliseid funktsioone nagu turvalisus või tõlge) ja taustandmete jagamine (pilvedevaheline vahetus ristanalüüsiks).

Äärearvutus: miks tuua arvutused andmetele lähemale?

Pilvemudel tsentraliseerib ressursse, kuid ei paku alati soovitud latentsusaega ega ribalaiust. Äärearvutus liigutab osa töötlemist seadmetele lähemale, et reageerida millisekundites, filtreerida andmeid ning leevendada võrkude ja andmekeskuste koormust.

Näiteid on küllaga: konteinereid vedavate autonoomsete sõidukite laevastiku koordineerimine või haigla kliiniliste signaalide analüüsimine kohapeal kriitiliste sündmuste tuvastamiseks. Isegi operaatori mobiiltelefon saab toimida väikese energiatarbega kohaliku serverina , et vähendada pilve suunatud üleliigset liiklust.

Üleminek pelgalt saatmiselt/vastuvõtmiselt saatmisele, vastuvõtmisele ja analüüsimisele on väärtuse ammutamise võti. Serva- ja pilvetehnoloogiate kombineerimine võimaldab reaalajas andmetöötlust ja ajaloolist analüüsi, aidates kaasa vastupidavamate ja tõhusamate süsteemide loomisele.

Võimaldavad tehnoloogiad

Asjade interneti ökosüsteem tugineb mitmele komponendile: ühenduvusele (Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, LPWAN), kergetele protokollidele (MQTT, CoAP), üha miniatuursematele ja taskukohasematele anduritele ja täiturmehhanismidele ning platvormidele, mis hõlbustavad juurutamist, haldamist ja analüüsi.

Turvalisusest on saanud seadmete arvu kasvades esmatähtis prioriteet; terviklikkuse ja privaatsuse kaitsmiseks on tekkinud spetsiifilised standardid ja tavad . Ja servapdateering on küpsenud pilve loomuliku täiendusena latentsuse vähendamiseks.

Lisaks lubab 5G tulek suure ribalaiusega ühenduvust ja ülimalt usaldusväärset sidet, mis soodustab massiivseid kasutusjuhtumeid reaalajas andmete ja väga tihedate seadmetega raku kohta.

Peamised kasutusalad ja reaalsed näited

Tarbijasektoris integreerivad "nutikodud" termostaate, valgustust, ruloosid, kõlareid ja seadmeid, mida juhitakse mobiiltelefoni kaudu ja mis on omavahel kooskõlastatud. Kantavate tehnoloogiate hulka kuuluvad kellad, käevõrud ja RFID-ga rõivad ning isegi lemmikloomadele mõeldud kantavad seadmed, mis aitavad neid leida ja nende tegevust jälgida.

Seda kontseptsiooni illustreerivad mõned huvitavad vidinad: jooksujalatsid, mis laevad juhtmevabalt ja saadavad jooksumõõdikuid; aiasensorid nagu Parrot Flower Power, mis jälgivad mulla niiskust ja temperatuuri; või süsteemid nagu Garageio garaaži kaugjuhtimisega avamiseks ja jälgimiseks . Samuti on laialt levinud "nutikad nupud" stseenide automatiseerimiseks (näiteks tulede ja kliimaseadme väljalülitamine kodust lahkudes).

Meedias ja reklaamis pakub asjade internet käitumisandmeid, mis täpsustavad segmenteerimist ja võimaldavad mõõta selliseid näitajaid nagu loobumismäär, klikkimise määr ja kaasatus. Teabe maht soodustab suurandmete arhitektuuride arendamist, mis on võimelised sündmusi suures mahus neelama, puhastama ja analüüsima.

Energia ja veesektor on sektorid, mida muudavad nutikad arvestid, võrgud ja andurid. Kommunaalettevõtted kohandavad dünaamilisi tariife, integreerivad taastuvenergiat ning tuvastavad lekkeid või arvestamata kadusid. Elektrijaamades ja ülekandeliinides vähendab ennustav jälgimine rikkeid ja kulusid.

Linnainfrastruktuur (sillad, raudteed, tuulepargid, jäätmekäitlus) saab kasu konstruktsioonide seisukorra jälgimisest ja koordineeritud hooldusplaanidest. Objektiivsete andmete abil paraneb hädaolukordadele reageerimine ja optimeeritakse tegevuskulusid .

Põllumajanduses kasutab „ühendatud talu” valguse, niiskuse, temperatuuri ja mulla andureid täpseks niisutamiseks, sisendite optimeerimiseks ja jäätmete vähendamiseks . Põllumehed saavad põllu seisukorda kontrollida kõikjalt ja automatiseerida niisutamist vastavalt kehtestatud reeglitele.

Ühendatud tervis (IoMT) hõlmab patsientide kaugjälgimist, voodeid, mis tuvastavad voodikoha kohalolekut ja aitavad kukkumisi ennetada, ning koduseid andureid eakate heaolu jälgimiseks . Samuti on tekkinud täiustatud seadmeid, näiteks akutoitel töötavad proteesid, mis teisendavad lihaste aktiivsuse liikumiseks, ning platvormid ravimite ja elutähtsate näitajate jälgimiseks.

Transpordis integreerib nn sõidukite internet autode, taristu ja kasutajate vahelise suhtluse, et hallata liiklust, parkimist, elektroonilisi teemaksusid, logistikat ja autopargi juhtimist reaalajas . Temperatuuritundlikku lasti hoitakse andurite ja kõrvalekallete märguannete abil ohutuna.

Tööstuses (IIoT) võimaldavad ühendatud andurid ennustavat hooldust, masinnägemist ja ohutuse tagamiseks kantavaid seadmeid. Kiirem diagnostika, automatiseeritud varuosade tellimine ja varajane riskide tuvastamine suurendavad tootlikkust ja ohutust. Koduse IoT erinevus seisneb keskendumises suletud keskkondadele, mis on integreeritud ettevõtte süsteemidega.

Hariduses ulatub mõju korduvate ülesannete vähendamisest (automaatne parandamine ja hinnete üleslaadimine) adaptiivse õppe ja virtuaalreaalsuseni, sealhulgas ühendatud ruumide ja seadmeteni, mis optimeerivad ruumide ja ressursside kasutamist.

Kõikne internet, semantiline veeb ja internet 0

Cisco poolt populariseeritud „Kõiksuse internet” (IoE) laiendab asjade internetti, integreerides inimesi, protsesse, andmeid ja asju. See ei seisne ainult objektide ühendamises, vaid andmete muutmises isikupärastatud tegevusteks ja kogemusteks, ühendades „digitaalse interneti” ja „inimeste interneti”.

Semantiline veeb pakub teistsugust vaatenurka: URI määramine kõigele, isegi asjadele, mis omavahel ei suhtle, et agendid saaksid neile viidata nende omanike nimel tegutsedes. See toob kaasa sellised mõisted nagu "spimed" – objektid, mida saab jälgida kogu nende elutsükli vältel.

Füüsilisel tasandil on "Internet 0" aeglase kiiruse ja kuludega ettepanek tuua IP-aadressid peaaegu kõigele, tuues kõikjaloleva arvutikasutuse igapäevastele objektidele lähemale, pakkudes jagatud juhtimist kontori- või kodutasandil.

Ökosüsteemi killustatuse lahendamine on viinud liitude ja ühiste raamistike loomiseni: sellised algatused nagu AllJoyn ja Inteli ühine ühenduvusraamistik on suunatud tootjate koostalitlusvõimele . Samuti uuritakse "ennustatava interaktsiooni" mudeleid, kus otsused tehakse pilves ette, et vähendada kasutaja jaoks hõõrdumist.

Ettevõtted ja projektid on selle ruumi täitnud: nutika kodu lahendustest ja platvormidest, mis ühendavad API-de kaudu juurdepääsu sadadele seadmetele, kuni häälkäskluste abilisteni kodu juhtimiseks ja suletud andurisüsteemideni konkreetsete keskkondade jaoks. Samal ajal näitavad sellised ettevõtted nagu Applico, Broadcom, ioBridge, Libelium, National Instruments, Nest Labs, Google ja Sigfox osalejate mitmekesisust.

Eelised ja tugevused

„Asjade” võrku ühendamine pakub käegakatsutavaid eeliseid: juurdepääsu reaalajas teabele, protsesside automatiseerimist ja ressursside optimeerimist . Kodudes ja kontorites tähendab see mugavust ja tõhusust; ettevõtetes tähendab see tootlikkust, madalamaid kulusid ja andmepõhiseid otsuseid.

Turvalisuse ja avalike teenuste valdkonnas võimaldavad tulekahjude, lekete või rikete varajane hoiatamine kiiremat reageerimist . Energiasääst tuleb kütte, jahutuse ja valgustuse kontekstile vastavaks kohandamisest ning protsessid muutuvad säästvamaks, kasutades ainult seda, mis on hädavajalik.

Kliendikogemust täiustatakse personaalsemate teenuste ja jaemüügitoimingutega, mida optimeerivad majakad ja nutikad riiulid. Varude haldamine ja tarneahel saavad kasu pidevast nähtavusest.

Piirangud ja kriitika

Kõik pole ainult ilus ja ilus. Turvalisuse, privaatsuse ja ühilduvuse probleemid püsivad. Põhjalike standardite puudumine võib takistada eri kaubamärkide seadmete omavahelist suhtlemist ning esialgne investeering tehnoloogiasse pole paljude jaoks tühine.

Riskide hulgas on nimetatud krüptimise puudumist mõnedes seadmetes, nõrku vaikeparoole ja võltsrünnakuid , mis kasutavad ära halvasti turvatud liideseid. Samuti on murekohaks digitaalne lõhe: mitte kõik inimesed või piirkonnad ei pääse neile lahendustele sama lihtsalt ligi.

Sotsiaalsel tasandil on mõned juhtumid tekitanud ärevust: alates andmete massilise poliitilistel eesmärkidel kasutamisega seotud vaidlustest kuni juhtumiteni, kus häälassistendid salvestasid kogemata vestlusi. Need lood kinnitavad nõudlust läbipaistvuse ja selge kontrolli järele.

Privaatsus, eetika ja usaldus

Asjade interneti ja suurandmete kombinatsioon tekitab mõistlikke muresid: soovimatud avalikud profiilid, tarbimis- ja liikuvusandmete koondamine ning võimalikud panoptilised stsenaariumid , kui mitu allikat (sotsiaalvõrgustikud, asukohad, tehingud) koondatakse ühe katuse alla.

Institutsioonid ja eksperdid hoiatavad, et nutika taristu projektid vajavad algusest peale avalikkuse toetust . Ilma usalduse ja dialoogita kohtavad sellised algatused nagu nutikad arvestid vastuseisu. Sellegipoolest on juhtumeid, kus need aktsepteeritakse, kui privaatsuse ja teenuse vaheline kompromiss on selge ja piiratud, näiteks ühistranspordikaartide puhul.

Turvalisuse valdkonnas on rünnakuvektorid mitmekesised: andmete pealtkuulamine ja ärakasutamine, sisenemispunktidena kasutatavad seadmed, tootmishäired ja rünnakud kriitilisele infrastruktuurile . Lisaks on spetsiifilised riskid: tuhandeid halvasti kaitstud objekte kaaperdavad botnetid, otsast lõpuni krüptimise puudumine, vaikeparoolid, andmepüük ja privaatsuse ohtu sattumine.

Täiustatud arhitektuurimudelid

Asjade internet (IoT) ühildub sündmuspõhiste arhitektuuride ja mitme agentiga süsteemidega, mis on võimelised eranditega toime tulema. Makrotasandil sarnaneb süsteem keerulise avatud ja suletud ahelate võrgustikuga, kus tekivad emergentsed käitumismustrid; isegi aja mõiste võib sõltuda seda tajuvast objektist või protsessist.

See lähenemisviis nõuab massiivset paralleelarvutust ja hästi disainitud hajussüsteeme . Sellised paradigmad nagu virtualiseerimine, hallatud teenused ja autonoomne andmetöötlus aitavad leevendada klassikalisi samaaegsuse ja skaleeritavuse väljakutseid.

Asjade asi äris: protsessid ja BPM

Pärast 2020. aastal alanud digitaalset kiirendust võtsid paljud ettevõtted kasutusele kaugtöö, detsentraliseeritud juurdepääsu ja automatiseerimise. Asjade interneti integreerimine äriprotsesside haldusega toob kaasa paindlikkuse, eesmärkidega kooskõla, regulatiivse vastavuse ja andmepõhised töövood.

BPMS hõlbustab konkreetsete otsuste langetamist, tagab tegevuse järjepidevuse ja kohandab inimestevahelist suhtlust automatiseerimisega seal, kus see lisaväärtust loob, hoides inimesed keskmes.

Trendid ja lähitulevik

Mitmed trendid on konsolideerumas: seadmete laialdasem kasutuselevõtt, investeeringute suurenemine, platvormituru kasv, turvalisuse suurendamine ja 5G-võrkude laialdasem kasutuselevõtt. Tervishoid kogub jätkuvalt hoogu tänu telemeditsiini ja kaugjälgimisele.

Näeme üha enam tehisintellekti ja masinõpet, mis on integreeritud võrkude serva, rääkimata nutikate linnade laienemisest , mis jagavad andmeid avalike teenuste parandamiseks. Kuna üha rohkem seadmeid ühendub otse 5G-ga, tekivad uued privaatsuse ja küberturvalisuse väljakutsed, mis nõuavad terviklikke lahendusi.

Ka tehnilised alused on küpsemas järgus: paremad krüpteerimistavad, identiteedi- ja salajaste andmete haldamine, püsivara tugevdamine ja turvalised OTA-uuendused . Kõik see koos kasutajate koolitamisega vähendab rünnakupinda.

Kõige levinumad tehnilised väljakutsed

Lisaks turvalisusele paistavad silma kolm väljakutset: energia (seadmed, mis peavad töötama ööpäevaringselt väga piiratud tarbimisega), ühenduvus (rikete haldamine, jõudlus ja miljonite sõlmede tohutu konfigureerimine ) ja andmete skaleeritavus (tohutute mahtude salvestamine, töötlemine ja haldamine kvaliteetselt ja jälgitavalt).

Nende probleemide lahendamine nõuab ühiseid standardeid, müüjate vahelist praktilist koostalitlusvõimet ja töökindlaid seadme elutsükli halduslahendusi .

Liiga detailidesse laskumata tasub meeles pidada, et internet kui infrastruktuur on avalik, globaalne, detsentraliseeritud ja universaalselt ligipääsetav, näiliselt hetkeliste reageerimisaegadega. See alus võimaldab asjade interneti laienemist ja selle laialdast mõju kodudele, ettevõtetele ja institutsioonidele.

Asjade internet ei ole enam lihtsalt huvitavate vidinate kogum: see on tehnoloogiline kiht, mis hästi disainituna ja turvalisena parandab tõhusust, jätkusuutlikkust ja elukvaliteeti . Selle areng hõlmab avatud standardeid, avalikku usaldust, sisseprojekteeritud turvalisust ning intelligentset integratsiooni tehisintellekti, servandmetöötluse ja 5G-ga, et andmed teiseneksid kasulikeks tegevusteks seal, kus need on tõeliselt olulised.