Что нужно для интернета вещей датчики сенсоры

Все сферы жизнедеятельности человека стремительно преобразуются. Цифровая революция меняет наш быт, бизнес ландшафт, методы принятия решения. Важно вовремя адаптироваться, изменяться, использовать технологические решения и новые методы взаимодействия с цифровыми технологиями.

Основной драйвер цифровизации сегодня — это концепция «Интернета вещей» (IoT), подразумевающая использование различных инструментов для удаленного мониторинга и управления. При этом именно датчики — основа Интернета вещей. Они собирают информацию о работе различных устройств и передают ее на серверы для обработки.

Введение

Интернет вещей (англ. Internet of Things, IoT) – это концепция развития технологий сетей Интернет в сторону автоматизации, и исключения участия человека из большинства процессов работы IT-инфраструктуры. Интернет-вещи посредством обмена информацией между различными датчиками и сенсорами должны полностью автоматизировать процессы управления группами устройств.

Чаще всего, при рассмотрении потенциала Интернета вещей, приводят пример работы умного дома. Ведь в любом доме существуют системы отопления, вентиляции, кондиционирования и освещения. И хорошо бы сделать так, чтобы все это работало само, без лишнего вмешательства человека..

Технологию IoT связывают с объединением множества интеллектуальных предметов в единую систему. Рекомендация Y.206 переносит это представление на виртуальные объекты. Согласно данной рекомендации, IoT обеспечивает коммуникацию между любыми вещами в режиме реального времени. За IoT-системами будущее, и ниже мы рассмотрим основные концепции этих систем, а также некоторые сценарии их использования.

В этом модуле вы узнаете:

• что на самом деле называют «датчиком»;
• как устройства собирают, передают и получают информацию;
• что и как мы можем измерять и контролировать на ферме, в городе и на предприятии;
• какие факторы влияют на выбор датчика;
• и можно ли разобраться в «зоопарке» датчиков с помощью описаний с Aliexpress.
А в конце вы сами попробуете выбрать датчики для «умной» теплицы и убедитесь, насколько это сложно, если вы не специалист.

Как мы собираем данные с помощью устройств и
датчиков

Как работают автоматические двери с датчиком
движения, можно ли поставить датчик внутрь коровы и зачем РЖД сверхчуткий
сенсор длиной 3 километра — ментор курса Николай Шевалье рассказывает о самых
привычных и самых необычных устройствах из мира интернета вещей и о проблемах,
которые они помогают решать.

https://youtube.com/watch?v=tcqC0GtHadc%3Ffeature%3Doembed

Датчик,
микроконтроллер и другие компоненты

Сейчас мы расскажем, как разные приборы и объекты научились собирать информацию, решать, стоит ли передавать ее человеку, — и даже стали запускать себя сами.

Датчик — всего лишь деталь. Очень часто люди называют «датчиком» весь предмет,
который мы подключаем к интернету вещей. Это ошибка: предмет собирают из разных
компонентов, в том числе датчика, выбирая элементы под конкретного заказчика и
задачу. Сам получившийся из деталей предмет правильнее называть
«устройством».

Устройства чаще всего состоят из:

Разберем схему подробнее:

Это чувствительный элемент, который контактирует с окружающей средой: измеряет показания, реагирует на объекты и создает сигнал об этом. Например, в датчике температуры металл или специальная термопленка реагируют на тепло вокруг.

Это простой бортовой компьютер, который получает сигнал от датчика и реализует логику работы всего устройства. Например, датчик может отдавать показания раз в секунду, а микроконтроллер будет принимать решение, передавать ли данные человеку. Если мы программируем его реагировать только на температуру выше +30 С, он отправит нам уведомление лишь когда она превысит эту норму.

Актуатор (исполнительное устройство) — это реле или транзистор, который мы добавляем к устройству, чтобы оно могло что-то переключать — по сигналу от микроконтроллера или по дистанционной команде, которую примет радиомодуль. Например, если температура выйдет за допустимый предел, актуатор может включить вентиляцию или кондиционер, а вы получите уведомление об этом.

4. Источник питания

Тут все просто — электронике нужно электричество. В зависимости от энергопотребления и задачи мы можем питать устройство от батарейки или от сети по проводу.

5. Встречаются устройства без датчика — например, умный замок.

Когда мы подходим к двери, на его радиомодуль поступает входящий запрос от нашего телефона или пропуска. Микроконтроллер сверит номер пропуска или информацию о телефоне с хранящимися в его памяти данными о правах доступа. Если доступ разрешен, он отправит команду на исполнительное устройство — и актуатор запустит механизм, отпирающий замок.

Гораздо чаще встречаются устройства без актуатора — но с датчиком.
Одна из самых частых задач — мониторинг. То есть мы просто хотим, чтобы устройство снимало показания и отправляло их нам, ничего больше не делая. Можно не тратиться на актуатор, поэтому многие приборы в интернете вещей работают без исполнительных устройств.

Ниже мы собрали несколько популярных устройств, которые часто выпускаются без актуатора. Попробуйте сопоставить их описание и картинку.

Можно подключать к интернету вещей уже имеющиеся датчики и приборы. Многие механизмы и объекты инфраструктуры на предприятиях и в городах уже оснащены электронными или хотя бы механическими датчиками. Если мы хотим оцифровать информацию с них, можно добавить к приборам недостающие электронные компоненты и элементы питания. Окончательно решить, можно ли усовершенствовать старые датчики, либо придется менять их на поколение устройств поновее, может только квалифицированный инженер.

Что умеют считать, замечать и контролировать устройства

Готовые решения из поиска подойдут лишь для домашнего интернета вещей. Для индустриального интернета вещей требуется разрабатывать свой проект.

Каждый проект будет уникальным. Нам каждый раз нужно формулировать требования, учитывать все факторы и выбирать оптимальный датчик из десятков и сотен образцов с похожими названиями и разными характеристиками. Ошибка в лучшем случае будет стоить нам денег. А иногда и гораздо больше.

Разберемся на примере.

Мы решили дополнительно защитить людей в шахте — дать каждому компактный газоанализатор. Он будет собирать данные о концентрации метана в тех местах забоя, где сейчас находятся шахтеры, и поможет подать всем сигнал об эвакуации.

Мы идем в поиск, чтобы примерно понять, сколько это будет стоить, — и видим готовое устройство с каталитическим датчиком, куда остается только вставить батарейку. «Всего за $5», — радуемся мы. Казалось бы, задача решена. Но только потом выяснится, что такой датчик предназначен лишь для поиска бытовых утечек газа, ненадежен в шахте и «съедает» батарейку за полсмены.

«Хорошо, может, возьмем этот оптический датчик», — он может работать от одной зарядки месяц, супернадежен, но и стоит $200 — и это без микроконтроллера, батарейки, корпуса, наконец. То есть цена готового устройства, которое можно разбить или банально потерять, будет высока. Нам не дадут такой бюджет.

И только специалист, выслушав, что и зачем вы хотите измерять, а затем задав дополнительные вопросы и взвесив варианты, посоветует оптимальное решение. Например, для шахты подойдет электрохимический датчик — работает долго, надежен, уловит метан, а стоит всего $30. Лучшее решение не всегда лежит на поверхности.

Иногда вы даже не угадаете, датчик чего вам нужен

Эта история из жизни — повод еще раз задуматься о том, чтобы доверить выбор датчиков профессионалам. Цена, размеры, диапазон и точность срабатывания, срок работы от батарей — далеко не все факторы, которые бывают нам необходимы для выбора датчика.

https://youtube.com/watch?v=kL_sGLC4AcE%3Ffeature%3Doembed

Итоги модуля

В этом разделе — основные тезисы этого модуля. Вы можете повторить их и потом переходить к заданию.

1. Устройство датчика (схема из физической части, микроконтроллера и источника питания)
В интернете вещей можно подключать датчики, которыми уже пользуются: только нужно добавить к ним микроконтроллер и батарею/подключить к питанию.

2. Факторы, которые влияют на выбор датчика:

3. Выбор датчиков для интернета вещей — работа технического специалиста. На выбор датчиков влияет большое количество факторов, в каждой категории (температуры, газа) существуют сотни позиций. А подчас только специалист сможет выбрать нужную категорию датчика.

Проверьте, насколько хорошо вы усвоили материал:

ПРОВЕРИТЬ СЕБЯ

В этом модуле вы узнаете:

• какой устроен путь информации от датчика до нашего компьютера;
• какие виды «человеческой» и специальной связи используют в интернете вещей;
• как выбрать из десятка технологий подходящую и от чего зависит этот выбор

Как данные от устройств попадают на наш компьютер

В видео Николай Шевалье называет основные технологии связи для интернета
вещей и рассказывает, где лучше применять каждую. Запомните их — подробнее о них будет рассказано далее.

https://youtube.com/watch?v=jlQSdjG0BdE%3Ffeature%3Doembed

Устройство — шлюз — сервер — человек

Количество
устройств в нашем интернете вещей может насчитывать десятки, сотни или даже
тысячи — и каждое отправляет отчет о своем состоянии. Согласитесь, будет
удобнее увидеть все эти отчеты разом, а не по отдельности. Для этого мы можем
добавить в цепочку передачи данных специальный компьютер — сервер.
Он сведет все данные в один общий или несколько специализированных
отчетов.

Но серверы подключают к внешнему миру по обычному интернет- соединению, а
устройства передают сигнал через радиомодуль — то есть не могут общаться с
сервером напрямую. Поэтому мы ставим между ними шлюз —
дополнительное устройство, которое примет радиосигнал и передаст его серверу.

Устройства шлют радиосигналы по установленной программе: раз в заданное время или только если
произойдет некое событие.

Шлюз (или базовая станция) подключен к традиционным сетям электросвязи и конвертирует
радиосигнал от устройств, чтобы передать его дальше. Для работы шлюза нужно
много энергии, поэтому обычно его питают от провода. Иногда для расширения
покрытия и числа подключений мы можем использовать несколько промежуточных
базовых станций, которые будут обращаться на один шлюз, — а он
передаст все сигналы на сервер.

Сервер обрабатывает данные от разных шлюзов, хранит обработанную информацию, сводит ее в отчеты и
передает отчеты в приложения на наших компьютерах и телефонах. Сервер
также используется для пересылки наших команд датчикам и пересылки данных
другим серверам.

Передача данных между устройствами и шлюзами

Не
всегда «человеческие» сети соответствуют задачам интернета вещей.

Бывает и
такое, что устройства общаются с нами смсками по сети 2G (GSM), — но если
сообщений будет много, это выйдет дорого. А привычные нам сети Wi-Fi и 3G были
изначально созданы, чтобы передавать большие объемы данных, — поэтому они
активно «съедают» батарейки наших устройств. Да и покрытие у них не всегда
стабильно. Поэтому для большинства случаев в интернете вещей используются более
оптимальные технологии передачи данных.

Для передачи сигнала на большие расстояния

Сети дальнего радиуса действия позволяют передавать данные на километры, а иногда и десятки км — главное, чтобы устройство «видело» свой шлюз. Две самые популярные сети в этой категории — LoRaWAN и NB-IoT.

Такие сети отлично подходят для сбора данных с удаленных объектов, но не всегда применимы, когда мы хотим отдавать оперативные команды датчикам. Каждое устройство может выходить на связь лишь на ограниченное время, чтобы не «забивать» эфир, — это требование регулятора. В результате прием и отправка сигнала могут запаздывать на срок от нескольких секунд до минут (и даже часов). Но есть и плюс — благодаря тому, что устройствам не нужно быть постоянно на связи, они меньше расходуют батарейку и могут работать от одного заряда месяцами и годами.

Сеть LoRaWAN подходит для передачи данных там, где не всегда есть сети сотовых операторов.

Такая сеть отлично подойдет для сельской местности — зачастую там нет хорошего покрытия от действующих операторов, и мы не можем использовать их сети передачи данных. Поэтому мы ставим собственные базовые станции и шлюзы, умеющие принимать данные от устройств по технологии LoRaWAN, конвертировать их и передавать на сервер по Ethernet-проводу или привычным нам 2G/3G/4G-сетям, если те доступны в месте установки шлюза.

Этот подход требует вложений в оборудование, но гарантирует передачу данных даже из самых «дремучих» мест. В то же время мы не можем лицензировать частоту передачи данных только для своих нужд: все LoRaWAN-совместимые устройства работают в одном диапазоне частот, и если кто-то рядом тоже станет передавать данные, сигналы от наших и чужих датчиков начнут мешать друг другу.

NB-IoT — для передачи ценных данных в крупных городах, где операторы развернули современные сети связи.

Крупный город — среда, буквально пронизанная разными радиосигналами, которые могут мешать друг другу. Поэтому хотя сети LoRaWAN сегодня используются и в мегаполисах, там их начинает теснить другая технология.

NB-IoT— это специальный вид связи для устройств интернета вещей, который предлагают операторы «большой четверки». У каждого оператора свой радиочастотный диапазон, другие в нем работать не имеют права: значит, вероятность, что кто-то вклинится в эфир ваших устройств, мала — а если это и случится, нарушителя найдут. Чтобы подключиться к сети, достаточно заключить договор на использование сим-карт или даже готовых устройств от оператора.

Однако такие сети сегодня развернуты не везде даже в крупных городах — и если нужного микрорайона не окажется в зоне покрытия, придется ждать, когда оператор сам придет туда. Обычно NB-IoT первым появляется там, где уже есть покрытие LTE.

Целый ряд компаний в России и в мире предлагает готовые решения под ключ — они поставят датчики, устройства и остальную аппаратуру, наладят связь на базе сверхузкополосных технологий и даже смогут предложить ПО для обработки ваших данных.

С одной стороны, вы делегируете все работы одному подрядчику — оплачивайте счета, а он возьмет на себя остальные заботы. Но у такого подхода есть и минусы: вы становитесь целиком зависимы от одной компании, которая контролирует все узлы и уровни вашего интернета вещей, — в том числе зависимы от ее тарифов и технологичеcких ограничений. Например, не всегда вы сможете передавать команды на актуаторы своих устройств — либо такая процедура будет стоить вам отдельных денег. Да и список доступных устройств тоже будет сильно ограничен.

В сухом остатке

Для быстрой передачи сигнала в рамках улицы или большого помещения

Существует множество объектов, где важны и высокая скорость передачи, и низкое энергопотребление, и хорошее покрытие на большой площади: например, это линии уличного освещения, промышленные и офисные здания. Чтобы учесть все эти требования, инженеры придумали ячеистые сети.

В ячеистой сети устройства, стоящие в десяти-ста метрах друг от друга, могут общаться со станцией не напрямую, а через соседей. Достаточно, чтобы хоть одно устройство «видело» станцию, — тогда оно «отчитается» за всю свою «ячейку», а также передаст всем, с кем может общаться, сигнал от базы. Данные по такой цепочке идут очень быстро, а если какое-то устройство выйдет из строя, цепочка перестроится сама — и сеть продолжит свою работу.

Существует много технологий ячеистых сетей. Одна из самых универсальных — 6LowPAN, ее используют как на улицах, так и в зданиях; очень часто — с устройствами, собранными специально под конкретный проект. Технология ZigBee, наоборот, обычно используется с готовыми устройствами для систем умного дома и офиса.

Технологии вроде LoRaWAN хороши, когда нам нужно посылать сигнал на сотни метров и далее, — но мы решаем эту задачу ценой низкой скорости и задержек в передаче данных. Сети вроде Wi-Fi помогают передавать сигнал быстро, но на очень ограниченном пространстве — и сильно «сажают» батарейку. При этом каждое устройство в зоне покрытия должно «видеть» свою базовую станцию, что часто усложняет проект.
Чтобы не жертвовать скоростью, дальностью или энергоэффективностью, мы можем использовать одну из технологий ячеистых сетей. Выбор конкретного решения будет зависеть от многих факторов: объекта, устройств и так далее. Решать лучше вместе с инженером.

Технологии для
отслеживания местоположения людей

Эти сети пригодятся,
если мы захотим без лишних отметок в журнале понимать, когда работник пришел на
завод, или останавливать автоматический погрузчик, если на его пути окажется
кто-то из персонала.

Если мы хотим отслеживать лишь факт присутствия, вроде прихода на работу, достаточно
вшить в пропуска рабочих маячок с поддержкой Bluetooth, а на входе на завод поставить
Bluetooth-приемник — для этого специально
разработана версия технологии с низким энергопотреблением. Когда между датчиком
и приемником будет оставаться несколько метров, они среагируют друг на друга. А мы получим автоматическую отметку о приходе. Оснастив приемниками все корпуса,
мы сможем понимать, как люди перемещаются по территории завода в течение дня.

Если мы хотим отслеживать перемещения с высокой
точностью — например, чтобы предотвратить аварию, как в случае с погрузчиком, нам пригодится технология DecaWave. Опять же мы ставим маячки на пропуска сотрудников, а также размечаем датчиками опасное оборудование. Теперь
мы можем в реальном времени получать сигналы о положении машин и людей с
точностью до 10 сантиметров. И если человек и погрузчик опасно сблизятся,
система пошлет сигнал тревоги на карточку сотрудника или команду остановки — на датчик погрузчика.

Сравниваем технологии для интернета вещей

Таблица ниже содержит ключевую информацию по сетям передачи данных. Помимо тех сетей, о которых вы уже читали, в таблицу добавлены привычные многим GSM, 3G и WiFi, а также еще одна технология ячеистой сети — Z-Wave.

Собираем сеть

Датчик, микроконтроллер, базовая станция, сервер, приложение, питание — все компоненты интернета вещей, о которых вы читали на протяжении трех модулей, материализуются на столе экспертов нашего курса. Олег Артамонов, генеральный директор компании Unwired devices и Татьяна Волкова, менеджер проекта IoT Академия Samsung на ваших глазах соберут из  них сеть передачи данных на основе технологии LoRaWAN.

https://youtube.com/watch?v=xDqiDPmCQP0%3Ffeature%3Doembed

Перейти к следующему модулю

В IoT датчики применяют для сбора информации со всевозможных устройств: умных браслетов, станков, автомобилей. Они могут измерять различные физические показатели: от температуры воздуха до уровня инфракрасного излучения.

Для быстрого объединения датчиков в сеть интернета вещей можно использовать облачные платформы, которые позволяют обойтись без собственных серверов и передавать данные прямо в облако по защищенным каналам. Кроме того, такие платформы помогают анализировать полученные данные и оптимизировать бизнес-процессы.

Примеры IoT-датчиков в промышленности:

Примеры IoT-датчиков в быту:

IoT-технологии нужны для снижения затрат на производстве и минимизации убытков. Датчики на оборудовании дадут понять о необходимости проведения техобслуживания. Система климат-контроля поможет избежать порчи товара. Датчики перемещения сориентируют по времени доставки груза.

Фиксируемые IoT-устройствами данные можно загружать в системы аналитики для дальнейшего анализа и построения прогнозов работы.

IoT-устройства производства НЬЮЛЭНД технолоджи

Наша компания разрабатывает различные датчики, сенсоры и контроллеры по технологиям Интернета вещей. Объединенные в линейку Smart устройства помогают в различных отраслях:

SmartSite – контроллер для управления инженерными системами удаленных объектов

Контроллер SmartSite совместно с программным обеспечением IoT-платформы «Абсолют: SmartCloud» образуют единый комплекс удаленного мониторинга и управления инженерными системами различных объектов, например, производственных участков предприятий, подстанций электропитания, базовых станций связи, генераторных установок и т.п.

Подробнее об «Абсолют: SmartSite»

SmartLight – контроллер для управления мачтами освещения и уличной подсветкой

Контроллер SmartLight является составной частью комплексного решения «Абсолют: SmartLight» для создания системы умного уличного освещения.

«Умные» фонарные столбы и другие уличные светильники, управляемые через единый Центр мониторинга, позволяют значительно экономить на электроэнергии и делать городское пространство более безопасным для граждан.

Подробнее об «Абсолют: SmartLight»

SmartBIN – датчик наполненности мусорных баков

Датчик SmartBIN является составной частью платформенного решения для оптимизации сбора и вывоза отходов.

«Абсолют: SmartBIN» позволяет организовать своевременный вывоз коммунального и строительного мусора, строить оптимальные маршруты мусоровозов, оперативно реагировать на возгорание баков и контролировать их месторасположение для предотвращения кражи.

Подробнее об «Абсолют: SmartBIN»

SmartHatch – датчик положения крышки люка и состояния колодцев канализационных шахт

Кража крышек канализационных люков и кабельных колодцев, несанкционированное проникновение в технические шахты приводят не только к значительному материальному ущербу собственников подземных коммуникаций, но и представляют значительную опасность для людей.

Комплексное решение по контролю вскрытия и положения крышек люков, мониторингу состояния канализационных колодцев на основе датчика SmartHatch предоставляет данные службам городского хозяйства и оперативного мониторинга о наступлении нештатных событий.

Подробнее об «Абсолют: SmartHatch»

SmartTrace – датчик положения тормозных башмаков подвижного железнодорожного состава

Датчик SmartTrace входит в состав IoT решения для железнодорожных компаний по мониторингу дислокации и состояния тормозных башмаков «Абсолют: SmartTrace».

Подробнее об «Абсолют: SmartTrace»

SmartTrack – контроль перемещения и состояния грузов

Размещенные на транспортных контейнерах и таре датчики SmartTrack с заданной периодичностью фиксируют местоположение и состояние груза на всём пути его следования.

Осуществляя мониторинг грузов с помощью комплексного решения «Абсолют: SmartTrack» пользователь получает информацию о нахождении контейнера/вагона/трейлера, его перегрузке, несанкционированном вскрытии, аварии, ударах, опрокидывании. Возможен контроль температурных характеристик и влажности окружающей среды.

Подробнее об «Абсолют: SmartTrack»

SmartInc – датчик угла наклона

Является частью системы удаленного мониторинга угла наклона различных объектов. Датчик SmartInc собирает данные об отклонении положения несущих конструкций, антенно-мачтовых сооружений, производственного оборудования, механизмов транспортных средств от заданного значения.

Подробнее об «Абсолют: SmartInc»

SmartClimate – датчик температуры и относительной влажности

Установленные в помещениях и транспортных средствах датчики SmartClimate служат для измерения значений температуры и относительной влажности в рамках комплексного подхода по удаленному мониторингу микроклимата.

Подробнее об «Абсолют: SmartClimate»

Функциональность любого датчика может быть значительно расширена за счет использования дополнительных сенсоров. Предлагаем разработку оборудования IoT под конкретные проекты заказчика.

Сценарии применения IoT-систем

Системы Интернета вещей способны автоматизировать процессы и исключить непосредственное участие человека. Представьте, что вы приезжаете с работы, а в вашей квартире работает система “Умный дом”. Еще до прибытия домой, в систему можно отправить команду через мобильное приложение и подготовить апартаменты к своему приходу. Реакция такого дома молниеносна. Вы открываете дверь, а свет в прихожей уже горит. Внутри комфортная температура, система проветрила и подогрела воздух, проверила остатки продуктов и бытовой химии, а затем, оповестила хозяина о необходимости пополнения запасов.

Можно внедрить машинное обучение, тогда система умного дома соберет необходимую информацию, например, за предшествующий месяц, и будет адаптировать свою работу.

Принципы функционирования IoT, описанные на примере бытовых процессов, можно перенести на бесконечное множество любых других, начиная от уличного освещения и управления светофорами, и до управления огромными предприятиями и городами.

IoT в организации дорожного движения

Одним из главных направлений развития и внедрения технологий интернета вещей является транспорт. За предыдущие десять лет автомобили превратились в интеллектуальную систему, способную сохранять жизни пешеходов и пассажиров. В настоящее время уже внедрены различные ассистенты, помощники и системы автоматического реагирования на возникшую угрозу на дороге. Среди них: активная система контроля и удержания полосы, система автоматического торможения при возникновении препятствия или обнаружения опасности, контроль мертвых зон и открывания дверей, ассистенты парковки, системы автоматического поиска места для парковки и многое другое.

Если те же десять лет назад автомобиль мог максимум предупредить о выходе из полосы, то сейчас системы безопасности не позволят сделать это непреднамеренно и даже смогут полностью остановить автомобиль.

Круиз-контроль на базе ИИ от Hyundai

С автомобилями всё в принципе ясно, новые “фишки” и ассистенты помогают продавать автомобили, поэтому инженеры совместно с маркетологами активно их развивают и внедряют. С дорогами все немного сложнее. За тот же временной период в 10 лет модернизацию можно описать несколькими пунктами:

Применение концепции интернета вещей к дорожному движению позволит умным автомобилям обмениваться информацией между транспортными средствами, центрами управления дорожным движением и сервисами, предоставляемыми частными компаниями для информирования о дорожных заторах, авариях и погодных условиях.

Ключом к тому, чтобы это произошло, как раз является IoT, объединяя датчики, встроенные в проезжую часть, ограждения, столбы и светофоры. Существующие на данный момент интеллектуальные транспортные системы,  обеспечивают некоторые из перечисленных функций. Например, информация, собранная камерами наблюдения за дорожным движением, используется для корректировки интервалов работы сигналов светофоров в режиме реального времени для того, чтобы устранить или минимизировать заторы. Парковки, оборудованные датчиками, могут уведомлять водителей о наличии свободных мест прямо через смартфон.

Дороги с поддержкой IoT обладают рядом преимуществ, по сравнению с обыкновенными дорогами, но к сожалению, без недостатков тоже не обходятся. Зачастую, при развертывании системы IoT на дорогах, разработчики сталкиваются с проблемами безопасности и конфиденциальности, а также вопросами совместимости различных стандартов.

Существуют некоторые пилотные проекты IoT, такие как австрийский автобан, который использует систему “Cisco Connected Roadways”, объединяющую 70 000 датчиков и 6 500 дорожных камер для мониторинга трафика и дорожных условий.

Проект “Cisco Connected Roadways”

Интеллектуальные магистрали и шоссе поддерживают несколько стандартов IEEE. Стандарт IEEE 802.11p, регламентирует связь между транспортными средствами (V2V, Vehicle to Vehicle) и инфраструктурой (V2I, Vehicle to Infrastructure). Семейство стандартов IEEE 1609 для беспроводного доступа в транспортных средах определяет архитектуру и стандартизованный набор услуг и интерфейсов для безопасной беспроводной связи V2V и V2I.

К сожалению, ни одна комплексная транспортная система на основе IoT до сих пор не была полностью развернута. Система мониторинга трафика с поддержкой IoT использует комбинацию систем связи V2V – V2I – I2I и аналитику для управления дорожными ситуациями. Города могут начать делать свои дороги умнее прямо сейчас, установив готовые датчики. Как беспроводные, так и проводные датчики IoT всех типов, могут собирать данные о состоянии дороги, загруженности и даже о погодной ситуации.

Существует возможность установки на существующие светофоры и опоры, что поможет оптимизировать затраты на установку и оптимизировать движение в кратчайшие сроки. Некоторые светофоры могут взаимодействовать друг с другом, чтобы организовывать “зеленый коридор” для трафика автомобилей.

Безопасность и конфиденциальность информации являются проблемами для всех приложений IoT, а к системам на автомобильных дорогах предъявляются еще более высокие требования. Умные дороги должны быть защищены на 100% от повреждений, вандализма и кражи, в беспроводной передаче информации необходимо пресекать возможности  прослушивания и взлома. Кроме того, правоохранительные органы и страховые компании могут использовать собранную информацию для целей, отличных от первоначальной цели умных дорог, таких как мониторинг чьих-либо привычек вождения или отслеживание местоположения автомобиля.

Несмотря на проблемы, связанные с внедрением и постройкой IoT дорог, нужно продолжать работать над развитием этого направления, поскольку преимущества данной технологии очевидны.

Логистика

В концепции IoT-систем объединяются технологии, применяемые в самых различных сферах: RFID-метки, дроны, беспилотное управление роботизированными системами, искусственный интеллект и так далее:

На видео выше был приведен типичный пример интеграции IoT-системы в робототехнику и логистику. Кроме того, логистика это:

Одним из самых ярких примеров применения “Интернет вещей” в логистике является склад компании Amazon и решения международной компании экспресс-доставки грузов и документов DHL.

На складе роботы со встроенными камерами и считывателями QR-кодов быстро и точно идентифицируют элементы на складе. Сотрудникам больше не нужно бродить, сканируя каждый товар или искать недостающие штрих-коды.

Таким образом, IoT упрощает управление цепочкой поставок, делает ее более эффективной. IoT в логистике, как и в случае с умным домом, позволяет получать данные в реальном времени на каждом этапе поставки. В свою очередь, это позволяет принимать стратегически важные решения.

Интернет вещей повышает общую прозрачность цепочки поставок. Это позволяет отслеживать местонахождение  отдельно взятого груза. Отслеживание местоположения не ограничивается только своевременной доставкой. Фактически, данные о местоположении помогают транспортным компаниям рассчитать затраты на различных этапах доставки, учесть ее в стоимости, либо снизить затраты.

Эта информация особенно актуальна в случае транспортировки скоропортящихся товаров, например фруктов. Данные о местоположении могут помочь компаниям определять точки, в которых качество товаров могло снизиться. Аналогичным образом, при транспортировке по длинным маршрутам контекстная информация о местоположении может сыграть важную роль в выборе лучшего альтернативного маршрута. Таким образом, данные о местонахождении в режиме реального времени позволяют лучше понять каждое звено в цепочке поставок.

Также IoT поможет компаниям снизить риски и принять меры в случае транспортировки грузов, чувствительных к температуре. Данные о давлении, влажности, вибрации также можно собирать и учитывать в анализе. Подобная информация может привести к снижению брака.

С помощью системы, основанной на IoT, компании смогут отслеживать местоположение своих транспортных средств и водителей. Это дает более прозрачное представление о том, как используются ресурсы. Кроме того, IoT позволит автоматизировать систему технического обслуживания, ремонта и постановки на учет автомобилей. Тот же подход может быть использован для отслеживания состояния здоровья водителей.

Применение технологий Интернета вещей в отрасли не ограничивается техническими аспектами. Оно также может предложить идеи, которые улучшают способность прогнозировать спрос. Данные, полученные с помощью Интернета вещей, могут помочь лучше понять поведение клиентов, использование продуктов, потребности и спрос.

Данные с IoT-устройств смогут предоставить данные, позволяющие отслеживать действия, которые приводят потребителя к точке продаж. Взглянуть на товар с точки зрения потребителей, начиная с простого момента покупки и заканчивая тем, почему покупка была совершена.

Интернет-вещи в промышленности (IIoT)

В применении к этой области, принято использовать отдельный термин – промышленный интернет вещей или IIoT (Industrial Internet of Things). Целью подобных систем является оптимизация и автоматизация производственных процессов различного масштаба. Крупные производители промышленного оборудования давно оснащают свои установки “умными” контроллерами и различными интерфейсами для взаимодействия с внешними системами. Может поменяться софт или протокол передачи данных от интерфейса до системы, но возможность взаимодействия останется заложена на уровне стандарта промышленного интернета вещей. В этом плане система довольно консервативна. В ней продолжают быть востребованными такие интерфейсы как R232, RS485, MBUS, CAN. “Умные” машины увеличивают производительность и исправляют частые ошибки людей, особенно связанные с контролем качества и экологичностью. Среди лучших примеров систем IIoT – аппаратно-программные комплексы, передающие телеметрию и анализ больших данных для оптимизации технических процессов и точных вычислений.

Диспетчеризация и автоматизация съема показаний с приборов учета

Не так давно принят закон, согласно которому с 2021 года все новые жилые помещения переходят на “умные счетчики”, и застройщик обязан закладывать такие системы еще на этапе проектирования жилых комплексов.

Эффективное управление энергоресурсами – это стандарт современного мира. Счетчики подсчитывают расход электричества, воды, тепла, и передают данные по одному из множества возможных проводных или беспроводных протоколов, нашедших свое применение в АСКУЭ-системах. Подобные решения в области диспетчеризации сбора показаний помогают управляющим компаниям вести умный учет и упрощать процедуру выставления счетов. Управляющие компании и пользователи имеют доступ к информации, что обеспечивает качественное и прозрачное взаимодействие между ними.

Архитектура IoT-систем

IoT состоит из набора различных инфокоммуникационных технологий, которые обеспечивают его работу. Архитектура Интернета вещей показывает, как разные технологии связаны между собой, и включает в себя следующие основные уровни:

Things (дос. вещи) Уровень сенсоров и сенсорных сетей

Здесь непосредственно речь идет об устройствах. Это самый нижний уровень архитектуры IoT. Он состоит из “умных” объектов, соединенных с сенсорами. Они обеспечивают сбор и обработку информации в реальном времени для соответствующих целей. Например, для измерения температуры, давления, скорости движения, местоположения и многого другого. Развитие микропроцессоров привело к сокращению физических размеров аппаратных сенсоров и позволило внедрять их повсеместно.

Обычно, вещи имеют соединение со шлюзами, подключаемыми к локальной или глобальной вычислительной сети. Но есть и самодостаточные устройства, которые могут работать на базе сетей сотовых операторов (подключение с помощью Wi-Fi или Ethernet). Сами шлюзы являются концентраторами, поддерживающими определенный стандарт или протокол, обеспечивающий связь с “Вещами”.

В качестве конкретного примера IoT-системы без шлюза, ниже приведено изображение, описывающее схему работы GPS-трекера с NB-IoT модулем:

Таким образом, есть устройства которым не нужен шлюз, и они обладают стандартным интерфейсом связи. Они самодостаточны и для координации с облаком им хватает доступа в интернет через провод, GSM/3G/LTE, NB-IoT, Wi-Fi и т.д.

Сенсоры, которые характеризуются низким энергопотреблением и низкой скоростью передачи данных, образуют беспроводные сенсорные сети (WSN – Wireless Sensor Network). Они набирают все большую популярность, потому что могут содержать гораздо больше датчиков с поддержкой работы от батарей и охватывают большие площади. Достигается это путем применения топологии mesh-сети. В качестве примера, можно привести стандарт ZigBee (IEEE 802.15.4), всё чаще применяемый в системах домашней автоматизации по методу “Умного Дома”.

Gateway (шлюзы). Уровень шлюзов и сетей

Для реализации широкого спектра задач в IoT необходимо обеспечить совместную работу множества различных технологий и протоколов. Сети доступа должны обеспечивать требуемые значения передачи информации по задержке, пропускной способности и безопасности. Уровень шлюзов предназначен для соединения разнородных сетей в единую сетевую платформу.

Сетевые шлюзы позволяют пользователям или автоматизированным системам, обеспечить сетевое взаимодействие с конечными устройствами IoT-инфраструктуры, посредством поддерживаемого стандарта связи.

Cloud (облачная система). Сервисный уровень и уровень приложений

Сервисный уровень содержит набор информационных услуг, обеспечивающих автоматизацию технологических и бизнес-операций в IoT:

На этом уровне архитектуры IoT существуют различные типы приложений для соответствующих промышленных секторов и сфер. Приложения могут быть “вертикальными”, когда они являются специфическими для конкретной отрасли промышленности, а также “горизонтальными”, которые используются в различных секторах экономики.

Заключение

Концепция интернета вещей придумана давно. Список задач, решаемых электронными устройствами, велик и постоянно растёт. На передовой внедрения IoT-технологий – корпоративный сектор. Более 60% всех внедренных проектов работают на производственных площадках. Градостроители пока отстают, и, в основном, обкатывают пилотные проекты. Отчасти, внедрять IoT для города сложнее из-за необходимости соблюдения большего числа требований. Рынок услуг по внедрению предлагает следующие сценарии внедрения технологий IoT:

Для предприятий третий вариант выглядит самым логичным и применяется чаще всего, ведь делать всё с нуля дорого и сложно, а готовые проекты не всегда соответствуют задачам. На рынке урбанистического и бытового IoT главенствуют  готовые предложения от сотовых операторов и провайдеров.

Пока что большинство предлагаемых технологий для реализации умного пространства заключаются в установке видеонаблюдения и оповещении служб реагирования, а также в отслеживании местоположения и некоторых параметров объекта. Но очень скоро все должно измениться в лучшую сторону.