Інтернет речей: що далі?

У статті дається короткий прогноз розвиту технології Інтернету речей від сенсора до хмари.

Г. Мерфі

Технологія Інтернету речей вже викликала ажіо- тажний попит у світі завдяки зростанню кількості впроваджених систем з чисельними сенсорами. Дивлячись у майбутнє, доцільно розглянути деякі причини успіху цієї нової технології. Тенденції по­дальшого розвитку Інтернету речей, переш за все, пов’язані з економічною вигодою цієї технології для кінцевого споживача. При цьому треба враховувати прогнозовану тенденцію до збільшення терміну служби акумуляторних батарей у таких системах до кількох років. Відомо, що у будь-якій бездротовій системі на базі Інтернету речей передача даних є досить енергозатратною, тобто потребує спожи вання високого рівня енергії. Критичним фактором технології Інтернету речей у майбутньому стає здат­ність працювати безпечно та надійно протягом три­валого часу. Тому успішний розвиток технології Ін- тернету речей у майбутньому буде визначатися ключовими показниками ефективності, такими як надійність сенсорів та тривалість безперебійної ро­боти. Аналітики прогнозують, що недорогі системи розробки зараз є на піку завищених очікувань. Автор публікації вважає, що такі нескладні платформи Ін- тернету речей (рис. 1) заполонять масовий ринок протягом наступних декілька років. Це будуть дифе­ренційовані або спеціалізовані високоточні сенсори та вимірювальні канали, які перемістять ринок Інтер- нету речей у майбутнє протягом наступних двох- п’яти років.

Хвилі цифровізації світу наведені на рис. 2.

Рис. 1. Графік розвитку систем Інтернету речей  у найближчі декілька років

Рис. 2. Три хвилі цифровізації світу

Одним із ключових процесів для системи Інтер- нету речей є перетворення аналогового сигналу в цифровий код. Чим краще це буде зроблено, тим надійнішими та кориснішими будуть дані.

Найефективнішим є розгортання системи Інтер- нету речей для отримання даних, які використо­вуються для визначення змін. Найкраща зміна – це та, яка приносить найбільшу цінність для кінцевого користувача, наприклад, підвищення ефективності чи безпеки на фабриці, де машинне навчання не лише визначає, коли в майбутньому може знадоби­тися прогнозне технічне обслуговування машини, але також визначає механізми або деталі, які перш за все будуть потребувати заміни або ремонту. Та­ким чином, перший етап роботи будь-якої системи Інтернету речей полягає в тому, щоб виміряти і пе­ретворити сигнали в реальному часі в аналітичні дані (рис. 3).

Те, наскільки добре це буде зроблено, створить основу для подальшого успіху нової технології. На­йуспішніші системи Інтернету речей будуть вимірю­вати та аналізувати дані на рівні, якого не може до­сягти жодна сучасна система. Значна частина за­стосувань Інтернету речей потребуватиме інтелек­туальної підтримки. Це пов’язане з низкою факто­рів, включаючи недостатню пропускну здатність ка­налів, обмеження швидкості передачі даних для безпомилкової їх передачі в хмару або проблеми, викликанні затримкою відповіді з хмари. Таким чи­ном, у вузлі системи, на проміжному шлюзі та в хма­рі може бути декілька циклів керування. Хмара доз­волить агрегувати дані для великої кількості сенсо­рів, і на основі цих даних будуть регулюватися пара­метри. Припускають, що фактично буде використо­вуватися лише 1% хмарних даних, що зменшує кіль­кість загроз безпеці для системи у цілому та забез­печує більш надійне збереження даних.

Розумне розподілення та вбудовування алгорит­мів попередньої обробки даних у сенсори дозволяє виділяти найважливіші дані в реальному часі безпо­середньо на виході сенсора (рис. 4).

Рис. 3. Від сенсора до хмари

Рис. 4. Розподіл функцій Інтернету речей сьогодні і в майбутньому

Алгоритми, вбудовані в інтелектуальні сенсори, та в хмарі, дозволяють розширити інтерпретацію отриманих даних. Це дає можливість прогнозувати та передбачати майбутню поведінку системи. При­скорення впровадження технології Інтернету речей у критично важливих проєктах залежить від здатності створювати захищені системи, а інтелектуальне розділення процесів у таких системах дозволяє це зробити. Хмарні обчислення дають можливість по- лучати результати за допомогою великої кількості отриманих від сенсора даних і прив’язки окремих показань сенсорів відповідно до часу, місця розта­шування та показників інших сенсорів. Ці дві частини включають здатність виявляти зміни в даних (на­приклад, зниження продуктивності машини) і здат­ність створювати цифрового двійника, який є про­грамною моделлю фізичного механізму, наприклад, двигуна або системи. Такі цифрові двійники можна використовувати для прогнозованого ремонту об­ладнання або планування виробничих процесів. Ця частина технології Інтернету речей буде характери­зуватися появою великої кількості нових сенсорів у найближчі роки та можливістю їх масштабної комер­ціалізації та розповсюдження за рахунок програм­ного забезпечення та нових послуг. У промисловій автоматизації активний моніторинг машин та вироб­ничих механізмів може радикально підвищити ефек­тивність їх безвідмовної роботи шляхом оптимізації їх роботи та ефективного втручання в реальному часі, а у хмарі інформацію з кількох систем на кіль­кох виробництвах можна агрегувати, аналізувати та застосовувати для покращення продуктивності у та кій галузі у цілому. Отже, розумне розподіл функцій у системі Інтернету речей може підвищити ефектив­ність використання хмари.

Важливим компонентом Інтернету речей є без­дротова мережа. Переважна більшість об’єктів під­ключатиметься до хмари за допомогою радіоканалу. Багато сенсорів буде мати автономне живлення від акумуляторів або енергозбирачів, тому ефективна робота таких систем буде найважливішим факто­ром їх роботи (рис. 5). Бездротові мережі вже зараз мають вирішальне значення для транспортування інтелекту від сенсора до хмари.

Рис. 5. Надійні мережі Інтернету речей

ВИСНОВКИ

Надійна робота стане найважливішою властиві­стю систем Інтернету речей у майбутньому. Це, пе­реш за все, стосується комунікаційних мереж, у складі такої технології, які необхідні для транспорту­вання інтелекту від сенсора до хмари. Користувачі в ідеалі отримають нову технологію з невисокою вар­тістю, малим енергоспоживанням і малою затрим­кою даних. Буде також передбачена можливість масштабування Систем Інтернету речей за допомо­гою майже необмеженого використання сенсорів. Здатність створити надійну мережу від сенсора до хмари, незалежну від бездротового протоколу, буде основана на, перш за все, високій її надійності в жорстких умовах експлуатації, включаючи дію елек­тромагнітних завад, за допомогою вбудованих до­даткових (альтернативних) каналів для подолання таких перешкод.