Введение. Интернет вещей, или IoT, относится к миллиардам физических устройств по всему миру, которые в настоящее время подключены к Интернету, и все они собирают и обмениваются данными. Благодаря появлению сверхдешевых компьютерных чипов и повсеместному распространению беспроводных сетей можно превратить что угодно, от таблетки до самолета, в часть Интернета вещей. Соединение всех этих различных объектов и добавление к ним датчиков добавляет уровень цифрового интеллекта к устройствам, которые в противном случае были бы глупыми, позволяя им передавать данные в реальном времени без участия человека [1].

Актуальность. Практически любой физический объект можно превратить в устройство IoT, если его можно подключить к Интернету для управления или передачи информации.

Лампочка, которую можно включить с помощью приложения для смартфона, – это IoT-устройство, равно как и датчик движения или интеллектуальный термостат в вашем офисе или подключенный уличный фонарь. Устройство IoT может быть таким же пушистым, как детская игрушка, или таким же серьезным, как беспилотный грузовик. Некоторые более крупные объекты сами могут быть заполнены множеством более мелких компонентов IoT, например, реактивный двигатель, который теперь заполнен тысячами датчиков, собирающих и передающих данные обратно, чтобы убедиться, что он работает эффективно. В еще большем масштабе проекты умных городов заполняют целые регионы датчиками, которые помогают нам понимать и контролировать окружающую среду. Термин IoT в основном используется для устройств, которые обычно не должны иметь подключения к Интернету и которые могут взаимодействовать с сетью независимо от действий человека [1]. По этой причине ПК обычно не считается устройством IoT, равно как и смартфон, даже несмотря на то, что последний напичкан датчиками. Однако смарт-часы, фитнес-браслет или другое носимое устройство могут считаться устройством IoT.

Материалы и методы. Для исследования использовались методы обобщения, систематизации и контент-анализа.

Основная часть. Существует множество областей применения интернета вещей. Ниже перечислены самые популярные.

Носимые устройства – это, пожалуй, самый заметный для простого обывателя тип устройств интернета вещей. К ним относятся фитнес-трекеры, умные часы, умные очки, гарнитуры виртуальной реальности и многое другое [2].

Умные дома — в систему «умный дом» входит бытовая техника. Система используется для автоматизации определенных задач и обычно управляется дистанционно. Устройства интернета вещей, входящие в состав умного дома, включают беспроводные кухонные приборы, музыкальные системы, определяющие настроение, интеллектуальные системы освещения, жалюзи с электрическим приводом, автоматические окна и двери, интеллектуальные счетчики коммунальных услуг и прочие устройства.

В умных городах используются такие устройства интернета вещей, как датчики и счетчики для сбора и анализа данных [2]. Затем эти данные могут использоваться для улучшения инфраструктуры, коммунального обслуживания и других сервисов.

В беспилотных автомобилях обычно используется технологическая система на основе интернета вещей, передающая данные как о самом автомобиле, так и о дороге, по которой он движется. Самостоятельное движение автомобиля достигается благодаря тому, что данные о дорожном движении, навигации, внешней среде и многом другом собираются и анализируются компьютерными системами автомобиля.

Интернет вещей все чаще используется в розничной торговле. [2] Он позволяет обеспечить персонализированные скидки, а также реализовать автоматизированные кассы и умные полки (предупреждающие продавца о том, что заканчиваются запасы), роботизацию рабочих мест и оптимизированное управление цепочками поставок. Сеть магазинов Amazon Go, базирующаяся на концепции автоматизированной торговли, объединяет черты онлайновых и традиционных магазинов и является примером интернета вещей. Магазины работают за безналичный расчет; деньги списываются с кошельков Amazon покупателей. Товары добавляются в корзины покупателей в режиме реального времени, когда они берут их с полок.

Телемедицина подразумевает использование компьютерных и телекоммуникационных технологий для оказания медицинских услуг. Интернет вещей является важным аспектом телемедицины (для обозначения интернета медицинских вещей иногда используется аббревиатура IoMT). Примеры его применения включают удаленную медицинскую диагностику, цифровую передачу медицинских изображений, видеоконсультации со специалистами и прочее.

Умное сельское хозяйство предполагает использование цифровых технологий для оптимизации сельскохозяйственных работ. Фермеры могут использовать подключенные датчики, камеры и другие устройства для получения общих данных о ферме и корректировки действий для повышения урожайности.

Этот список не является исчерпывающим: интернет вещей меняет образ действий и способы работы во многих сферах жизни. Примеры устройств интернета вещей включают умные мобильные телефоны, умные холодильники, умные часы, фитнес-трекеры, умные пожарные сигнализации, умные дверные замки, умные велосипеды, медицинские датчики, умные системы безопасности, а также виртуальные помощники, такие как Alexa и Google Home. И этот список можно продолжать дальше.

В начале 1980-х годов в Университете Карнеги-Меллона было изобретено первое в мире устройство интернета вещей. Чтобы не посещать установленный в кампусе автомат для продажи Coca-Cola, если в нем закончились напитки, группа студентов настроила его так, что он сообщал о своем содержимом через сеть [2]. Они установили в автомат микропереключатели, позволяющие определить, сколько банок кока-колы осталось и холодные ли они.

Первоначально IoT был наиболее интересен для бизнеса и производства, где его применение иногда называют межмашинным (M2M), но сейчас акцент делается на том, чтобы наполнить наши дома и офисы интеллектуальными устройствами, превратив их во что-то, что актуально почти для всех. Прогнозируется, что к концу 2023 года к Интернету вещей будет подключено более 43 миллиардов устройств. Они будут генерировать, делиться, собирать и помогать нам использовать данные всеми возможными способами.

Преимущества IoT для бизнеса зависят от конкретной реализации; гибкость и эффективность обычно являются главными факторами. Идея состоит в том, что предприятия должны иметь доступ к большему количеству данных о своих продуктах и внутренних системах и, как следствие, больше возможностей для внесения изменений.

Производители добавляют датчики к компонентам своих продуктов, чтобы они могли передавать данные о том, как они работают. Это может помочь компаниям определить, когда компонент может выйти из строя, и заменить его до того, как он нанесет ущерб. Компании также могут использовать данные, генерируемые этими датчиками, для повышения эффективности своих систем и цепочек поставок, поскольку у них будут гораздо более точные данные о том, что происходит на самом деле.

Умные колонки, такие как Алиса и Google Home, упрощают воспроизведение музыки, установку таймеров или получение информации. Домашние системы безопасности облегчают наблюдение за тем, что происходит внутри и снаружи, а также позволяют видеть и разговаривать с посетителями. Между тем, умные термостаты могут помочь нам обогреть наши дома до того, как мы вернемся, а умные лампочки могут создать впечатление, что мы дома, даже когда нас нет дома.

Заглянув за пределы дома, датчики могут помочь нам понять, насколько шумной или загрязненной может быть окружающая среда. Беспилотные автомобили и умные города могут изменить то, как мы строим общественные места и управляем ими.

Устройства интернета вещей могут помочь пожилым людям оставаться независимыми и дольше оставаться дома, облегчая семье и опекунам общение с ними и наблюдение за их самочувствием. Лучшее понимание того, как работают наши дома, и возможность настраивать эти параметры могут помочь сэкономить энергию – например, за счет сокращения расходов на отопление.

Безопасность – одна из самых больших проблем IoT. Эти датчики во многих случаях собирают чрезвычайно важные данные – например, о том, что вы говорите и делаете в своем собственном доме. Сохранение этой безопасности жизненно важно для доверия потребителей, но до сих пор послужной список безопасности IoT был крайне плохим. Слишком много устройств IoT мало думают об основах безопасности, таких как шифрование данных при передаче и хранении [3].

Недостатки в программном обеспечении – даже в старом и хорошо используемом коде – обнаруживаются регулярно, но многие устройства IoT не имеют возможности исправления, а это означает, что они постоянно находятся в опасности. В настоящее время хакеры активно нацелены на устройства IoT, такие как маршрутизаторы и веб-камеры, потому что присущее им отсутствие безопасности позволяет легко взломать их и превратить в гигантские ботнеты.

Недостатки сделали устройства умного дома, такие как холодильники, духовки и посудомоечные машины, открытыми для хакеров. Исследователи обнаружили 100 000 веб-камер, которые можно было легко взломать, а некоторые умные часы для детей, подключенные к Интернету, содержали уязвимости в системе безопасности, которые позволяют хакерам отслеживать местоположение владельца, подслушивать разговоры или даже общаться с пользователем.

Правительства все больше беспокоятся о рисках здесь. Правительство Великобритании опубликовало собственные рекомендации по безопасности потребительских устройств IoT [3]. Ожидается, что устройства будут иметь уникальные пароли, что компании предоставят общедоступную точку контакта, чтобы любой мог сообщить об уязвимости (и что по ней будут приняты меры), и что производители прямо укажут, как долго устройства будут получать обновления безопасности. Это скромный список, но начало. Когда стоимость создания умных объектов станет незначительной, эти проблемы станут еще более распространенными и неразрешимыми.

Все это применимо и в бизнесе, но ставки еще выше. Подключение промышленного оборудования к сетям IoT увеличивает потенциальный риск того, что хакеры обнаружат и атакуют эти устройства. Промышленный шпионаж или разрушительная атака на критически важную инфраструктуру являются потенциальными рисками. Это означает, что компаниям необходимо будет убедиться, что эти сети изолированы и защищены, а шифрование данных с безопасностью датчиков, шлюзов и других компонентов является обязательным. Однако нынешнее состояние технологии IoT затрудняет обеспечение этого, как и отсутствие последовательного планирования безопасности IoT в организациях. Это очень тревожно, учитывая задокументированную готовность хакеров вмешиваться в промышленные системы, которые были подключены к Интернету, но остались незащищенными.

Интернет вещей ликвидирует разрыв между цифровым миром и физическим миром, а это означает, что взлом устройств может иметь опасные последствия в реальном мире. Взлом датчиков, контролирующих температуру на электростанции, может заставить операторов принять катастрофическое решение; управление беспилотным автомобилем также может закончиться катастрофой [3].

Со всеми этими датчиками, собирающими данные обо всем, что вы делаете, IoT может стать серьезной головной болью для конфиденциальности и безопасности. Возьмите умный дом: он может сказать, когда вы просыпаетесь (когда активируется умная кофе машина) и насколько хорошо вы чистите зубы (благодаря вашей умной зубной щетке), какую радиостанцию вы слушаете (благодаря вашей умной колонке), какую еду вы едите (благодаря вашей умной духовке или холодильнику), что думают ваши дети (благодаря их умным игрушкам), и кто посещает вас и проходит мимо вашего дома (благодаря вашему умному дверному звонку). В то время как компании будут зарабатывать деньги, в первую очередь, продавая вам смарт-объект, их бизнес-модель IoT, вероятно, также включает продажу по крайней мере части этих данных.

И стоит помнить, что данные IoT можно комбинировать с другими битами данных, чтобы создать удивительно подробную картину вас. Удивительно легко узнать много нового о человеке по показаниям нескольких разных датчиков. В одном проекте исследователь обнаружил, что, анализируя данные, отображающие потребление энергии в доме, уровни окиси и двуокиси углерода, температуру и влажность в течение дня, они могут определить, что кто-то ел на ужин.

Потребители должны понимать, какой обмен они совершают, и довольны ли они этим. Некоторые из тех же вопросов применимы и к бизнесу: например, будет ли ваша исполнительная команда рада обсудить слияние в конференц-зале, оборудованном умными динамиками и камерами? Одно недавнее исследование показало, что четыре из пяти компаний не смогут идентифицировать все устройства IoT в своей сети [4].

Плохо установленные продукты IoT могут легко открыть корпоративные сети для атак хакеров или просто привести к утечке данных. Это может показаться тривиальной угрозой, но представьте, если однажды утром умные замки в вашем офисе отказались открываться или умная метеостанция в офисе генерального директора использовалась хакерами для создания бэкдора в вашей сети.

Устройство IoT, скорее всего, будет содержать один или несколько датчиков, которые оно будет использовать для сбора данных. То, что собирают эти датчики, будет зависеть от конкретного устройства и его задачи. Датчики внутри промышленного оборудования могут измерять температуру или давление; камера безопасности может иметь датчик приближения вместе со звуком и видео, в то время как ваша домашняя метеостанция, вероятно, будет оснащена датчиком влажности. Все эти данные датчиков – и многое-многое другое – придется куда-то отправлять. Это означает, что устройствам IoT необходимо будет передавать данные, и они будут делать это через Wi-Fi, 4G, 5G и т. д. [1].

Технический аналитик IDC подсчитал, что в течение пяти лет гаджеты IoT будут создавать 79,4 зеттабайта данных. По словам IDC, некоторые из этих данных IoT будут «небольшими и скачкообразными» – быстрое обновление, например, показания температуры с датчика или показания интеллектуального счетчика [3]. Другие устройства могут создавать огромные объемы трафика данных, например, камера видеонаблюдения, использующая компьютерное зрение.

Количество данных, создаваемых устройствами IoT, будет быстро расти в ближайшие несколько лет. По его словам, большая часть данных генерируется с помощью видеонаблюдения, но со временем другие промышленные и медицинские приложения будут генерировать больше данных.

Интернет вещей генерирует огромные объемы данных: от датчиков, прикрепленных к деталям машин или датчиков окружающей среды, или слов, которые мы кричим в наши умные динамики [4]. Это означает, что IoT является важной движущей силой проектов аналитики больших данных, поскольку позволяет компаниям создавать обширные наборы данных и анализировать их. Предоставление производителю огромного количества данных о том, как его компоненты ведут себя в реальных ситуациях, может помочь им гораздо быстрее вносить улучшения, а данные, полученные от датчиков в городе, могут помочь планировщикам сделать транспортный поток более эффективным.

Эти данные будут поступать в самых разных формах – голосовые запросы, видео, показания температуры или другие показания датчиков, и все они могут быть использованы для понимания. Как отмечает аналитик IDC, категория метаданных IoT – это растущий источник данных, которыми нужно управлять и использовать. «Метаданные являются первыми кандидатами на ввод в базы данных NoSQL, такие как MongoDB, для придания структуры неструктурированному контенту или в когнитивные системы, чтобы вывести на новый уровень понимание, интеллект и порядок во внешне случайных средах», – говорится в сообщении. Огромный объем данных, которые генерируют приложения IoT, означает, что многие компании предпочтут выполнять обработку данных в облаке, а не создавать огромные объемы собственных ресурсов.

Распределив огромное количество датчиков по городу или городу, планировщики могут получить более полное представление о том, что происходит на самом деле, в режиме реального времени. В результате проекты умных городов являются ключевой особенностью Интернета вещей. Города уже генерируют большие объемы данных (с камер наблюдения и датчиков окружающей среды) и уже содержат большие инфраструктурные сети (например, управляющие светофорами). Проекты IoT направлены на то, чтобы соединить их, а затем добавить в систему дополнительную интеллектуальную информацию.

Например, есть планы покрыть Балеарские острова Испании полумиллионом датчиков и превратить их в лабораторию для проектов IoT. Одна схема может включать региональное управление социальных служб, использующее датчики для помощи пожилым людям, а другая может определить, не стал ли пляж слишком многолюдным, и предложить купающимся альтернативу. В другом примере AT&T запускает сервис для мониторинга инфраструктуры, такой как мосты, дороги и железные дороги, с датчиками с поддержкой LTE для отслеживания структурных изменений, таких как трещины и наклоны.

Устройства IoT используют различные методы для подключения и обмена данными, хотя большинство из них будут использовать ту или иную форму беспроводной связи: дома и офисы будут использовать стандартный Wi-Fi, Zigbee или Bluetooth с низким энергопотреблением (или даже Ethernet, если они не особенно мобильны). ; другие устройства будут использовать LTE (существующие технологии включают Narrowband IoT и LTE-M, в основном предназначенные для небольших устройств, отправляющих ограниченные объемы данных) или даже спутниковые соединения для связи. Однако огромное количество различных вариантов уже заставило некоторых утверждать, что стандарты связи IoT должны быть такими же общепринятыми и совместимыми, как сегодня Wi-Fi.

Одной из областей роста в ближайшие несколько лет, несомненно, будет использование сетей 5G для поддержки проектов IoT. 5G предлагает возможность разместить до одного миллиона устройств 5G на квадратном километре, а это означает, что можно будет использовать огромное количество датчиков на очень небольшой площади, что делает более вероятными крупномасштабные промышленные развертывания IoT. В Великобритании только что начались испытания 5G и IoT на двух «умных фабриках». Однако может пройти некоторое время, прежде чем развертывание 5G станет широко распространенным: Ericsson прогнозирует, что к 2025 году будет около пяти миллиардов устройств IoT, подключенных к сотовым сетям, но только около четверти из них будут широкополосными IoT, а 4G соединит остальные. [4]

Одна из вероятных тенденций заключается в том, что по мере развития Интернета вещей может оказаться, что меньше данных будет отправляться для обработки в облако. Чтобы снизить затраты, на устройстве можно было бы выполнять больше обработки, отправляя обратно в облако только полезные данные – стратегия, известная как «граничные вычисления». Для этого потребуются новые технологии, такие как защищенные от несанкционированного доступа пограничные серверы, которые могут собирать и анализировать данные вдали от облака или корпоративного центра обработки данных.

Устройства IoT генерируют огромные объемы данных; это может быть информация о температуре двигателя, о том, открыта или закрыта дверь, или показания интеллектуального счетчика. Все эти данные IoT необходимо собирать, хранить и анализировать. Один из способов, которым компании максимально эффективно используют эти данные, – это передать их в системы искусственного интеллекта (ИИ), которые будут получать эти данные IoT и использовать их для прогнозирования.

Например, Google поручил искусственному интеллекту управлять системой охлаждения своего центра обработки данных. ИИ использует данные, полученные от тысяч датчиков IoT, которые передаются в глубокие нейронные сети и предсказывают, как различные варианты выбора повлияют на потребление энергии в будущем. Используя машинное обучение и ИИ, Google смогла повысить эффективность своих центров обработки данных и заявила, что эта же технология может быть использована в других промышленных условиях.

Поскольку цены на датчики и средства связи продолжают падать, добавление большего количества устройств к IoT становится рентабельным, даже если в некоторых случаях очевидная выгода для потребителей незначительна. Развертывание находится на ранней стадии; большинство компаний, которые взаимодействуют с IoT, сейчас находятся на стадии испытаний, в основном потому, что необходимые технологии – сенсорные технологии, 5G и аналитика на основе машинного обучения – все еще находятся на достаточно ранней стадии разработки.

По мере того, как количество подключенных устройств продолжает расти, наша жизненная и рабочая среда будет наполнена интеллектуальными продуктами – при условии, что мы готовы пойти на компромиссы в отношении безопасности и конфиденциальности. Некоторые будут приветствовать новую эру умных вещей. Другие будут тосковать по дням, когда стул был просто стулом.

Вывод. В заключение можно сказать, что Интернет вещей – это быстрорастущая сеть взаимосвязанных устройств, которые меняют наш образ жизни, работу и взаимодействие с окружающим миром. Благодаря возможности собирать и анализировать огромные объемы данных устройства IoT меняют такие отрасли, как здравоохранение, транспорт и производство. Однако по мере роста числа IoT-устройств растет и потенциал угроз безопасности и проблем с конфиденциальностью. Для отдельных лиц и организаций важно понимать возможности и ограничения технологии IoT, чтобы принимать обоснованные решения о ее использовании и внедрении. В целом Интернет вещей представляет собой значительный сдвиг в том, как мы взаимодействуем с технологиями, и его влияние в ближайшие годы будет только расти.