Файл: Монография г. Рыбница 2019 2 Рецензенты.pdf

151 приведены в техническом отчете ведущей международной организации по стандартизации в этой области oneM2M [23].
В сегменте М2М отдельную категорию составляют носимые вещи
(smart wearable devices): умные часы, умные очки и т.д. Такие вещи или напрямую взаимодействуют с сотовыми сетями и Интернет или посредством смартфонов и других устройств общего назначения. Ожидается рост этого сегмента до 929 млн устройств в 2021 году против 325 млн в 2016 году.
Современные цифровые методы порождают огромные объемы данных, которые приводят к проблеме больших данных [13]. В [22] приводятся характерные показатели: датчики реактивного двигателя каждые 30 мин генерируют 104 ГБ информации, ежедневно в мире датчики выдают 1,1 млрд показаний и производится 2,5 млрд ГБ данных. Первичные данные требуют обработки, в ряде случаев с привлечением сложной аналитики и ранее накопленной информации. Такая обработка не всегда может быть выполнена вблизи источника данных, например, вследствие отсутствия необходимых вычислительных и/или программных ресурсов. Поэтому в последнее время широко применяются технологии Облачных вычислений, реализующие услуги типа «Программное обеспечение как услуга» (SaaS), а при необходимости и «Сеть как услуга» (NaaS).
Технология Интернета веще включает в себя:
− Средства идентификации
− Средства измерения
− Средства передачи данных
− Средства обработки данных
Для распознавание объектов могут использоваться все средства, применяемые для автоматической идентификации: оптически распознаваемые идентификаторы
(штрих-коды, QR-коды); средства определения местонахождения в режиме реального времени. При всеобъемлющем распространении «интернета вещей» принципиально обеспечить уникальность идентификаторов объектов, что, в свою очередь,
151

152 требует стандартизации. Задействование в «интернете вещей» объектов физического мира, не обязательно оснащённых интерфейсами подключения к сетям передачи данных, требует применения технологий идентификации объектов («вещей»).
Используется широкий класс средств измерения, от элементарных датчиков (например, температуры, давления, освещённости), приборов учёта потребления (таких, как интеллектуальные счётчики) до сложных интегрированных измерительных систем. Системы контроля за микроклиматом в доме Особую роль в интернете вещей играют средства измерения, обеспечивающие преобразование сведений о внешней среде в машиночитаемые данные, и тем самым наполняющие вычислительную среду значимой информацией.
Как особая практическая проблема внедрения «интернета вещей» отмечается необходимость обеспечения максимальной автономности средств измерения, прежде всего, проблема энергоснабжения датчиков. Нахождение эффективных решений, обеспечивающих автономное питание сенсоров
(использование фотоэлементов, преобразование энергии вибрации, воздушных потоков, использование беспроводной передачи электричества), позволяет масштабировать сенсорные сети без повышения затрат на обслуживание (в виде смены батареек или подзарядки аккумуляторов датчиков).
Спектр возможных технологий передачи данных охватывает все возможные средства беспроводных и проводных сетей.
Среди проводных технологий важную роль в проникновении
«интернета вещей» играют решения PLC– технологии построения сетей передачи данных по линиям электропередач, так как во многих приложениях присутствует доступ к электросетям (например, торговые автоматы, банкоматы, интеллектуальные счётчики, контроллеры освещения изначально подключены к сети электроснабжения). 6LoWPAN, реализующий слой IPv6 как над IEEE 802.15.4, так и над PLC, будучи открытым протоколом,
152

153 стандартизуемым IETF, отмечается как особо важный для развития
«интернета вещей».
По принципу действия вычислительные машины делятся на три большие класса: аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ).
Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой. Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.
Решения IoT активно внедряются во все отрасли производства и сферы жизнедеятельности. Основные из них на данный момент – это решения для умного дома и города, энергетики, транспорта и логистики, ритейла и потребительского рынка, добычи и переработки полезных ископаемых, здравоохранения и телемедицины, сельского хозяйства, комплексной безопасности.
Теоретические принципы управления с использованием Интернет вещей. Управление с использованием Интернет вещей основано на информационном и сетевом моделировании, а также на различных информационных моделях. В настоящее время появились новые понятия в области распределенного управления. Это: информационные единицы, информационные отношения, информационные конструкции и информационные ситуации. Информационные единицы являются базисом построения информационных моделей, информационных конструкций и информационных процессов. Информационная конструкция является обобщением специализации. Она делиться на две категории: процессуальная и структурная. Процессуальная информационное конструкция описывает правило или функцию управления. Структурная информационная
153

154 конструкция описывает систему, модель или набор данных. Процессуальные информационные конструкции служат основой выводов и принятия решений. Информационные отношения создают основу качественного анализа и качественных рассуждений.
Направления применения IoT. Можно выделить следующие аспекты, которые необходимо учитывать при применении интернет вещей: системный, проектный, информационный, управленческий, интеллектуальный. Системный аспект позволяет рассматривать систему, технологию или процесс с системных позиций. С этих позиций IoT является распределенной системой, для которой характерны проблемы распределенных систем. Проектный аспект позволяет рассматривать схему
IoT как информационную конструкцию [20]. Информационный аспект позволяет рассматривать IoT как межсетевое взаимодействие физических устройств, транспортных средств (также называемых «подключенными устройствами» и «интеллектуальными устройствами»), зданий и других предметов, встроенных в электронику, программное обеспечение, датчики, исполнительные механизмы и сеть, которые позволяют этим объектам собирать и обмениваться данными. Управленческий аспект требует рассматривать IoT как систему с сетецентрическим [11] или с субсидиарным управлением.
Интеллектуальный аспект требует разделения IoT по функциям на
«умные» и «интеллектуальные». Умные (smart) системы и технологии, выполняют функции поддержки и «подсказки» человеку в сложных ситуациях. По существу они используют знания как опыт для решения задач в сложных ситуациях. Интеллектуальные системы и технологии используют знание для поиска новых решений и получения новых знаний на этой основе.
Впервые концепция IoT получила применение в 1999 году в Центре автоидентификации (Auto-ID Center) в Массачусетском технологическом институте. Радиочастотная идентификация (RFID ) была выделена Кевином
Эштоном как предпосылка для Интернета вещей в этот момент [8]. При этом
154

155
Эштон предпочитал фразу «Интернет для вещей». Основная идея идентификации состояла в том, что если бы все объекты и люди в повседневной жизни были снабжены идентификаторами, то компьютеры могли бы управлять и инвентаризировать их. Помимо использования RFID, маркировка физических вещей может быть достигнута с помощью таких технологий, как ближняя связь, штрих-коды, QR-коды и цифровые водяные знаки. Одной из первых целей внедрения Интернета вещей путем оснащения всех объектов в мире миниатюрными устройствами идентификации было преобразование повседневной жизни, например, мгновенный и непрерывный контроль запасов станет доступным рядовому потребителю.
Массмедиа. Было сделано предположение, что данные в средствах массовой информации являются большими данными [13] и дают возможность оценки практических действий о миллионах людей. Как следствие, воздействие на общество отодвигается от традиционного подхода использованию конкретных медиа-сред, таких как газеты, журналы или телевизионные шоу. Эта технология воздействия на массы вообще.
Вместо этого IoT использует потребителей с технологиями, которые достигают целевых потребителей в оптимальное время в оптимальных местах. Конечной целью IoT является обслуживание или передача сообщения или контента, которые статистически соответствуют менталитету потребителя. Например, издательская среда все чаще приспосабливает сообщения (рекламные объявления) и контент (статьи), чтобы обратиться к потребителям, сведения о которых были получены благодаря различным действиям по ведению данных о них. Например, интеллектуальные торговые системы могут отслеживать покупательские привычки конкретных пользователей в магазине, путем фиксации их мобильных телефонов.
Тематическая база данных потребителей на этой основе формирует специальные предложения по любимым продуктам или даже расположение необходимых предметов, которые им нужны, путем автоматического
155

156 сообщения в телефон [18]. Эта технология является типичным примером smart технологии IoT.
Мониторинг окружающей среды. В приложениях мониторинга окружающей среды IoT используют датчики для оценки состояния окружающей среды, контролируя качество воздуха или воды, атмосферные или почвенные условия. Технологии IoT могут включать такие области, как мониторинг перемещений живой природы и среды их обитания. Разработка устройств с ограниченными ресурсами, подключенных к сети, создает возможность раннего предупреждения о оползнях или цунами. Разработка систем датчиков оповещения может использоваться аварийными службами для обеспечения более эффективной помощи. IoT-устройства в таких приложениях занимают большую географическую область и могут также мобильными.
Управление инфраструктурой. Важным применением IoT, как распределенной системы управления , является распределенный мониторинг и контроль операций городских, транспортных и сельских инфраструктур.
Инфраструктура IoT может использоваться для мониторинга любых событий или изменений, которые представляют угрозу безопасности или увеличивают риск. Он также может использоваться для эффективного планирования ремонтных работ, координируя задачи между поставщиками услуг и пользователями этих объектов [14]. IoT-устройства могут также использоваться для управления критической инфраструктурой, такой как мосты, для обеспечения доступа к судам. Использование устройств IoT для мониторинга и операционной инфраструктуры улучшает координацию управления инцидентами и реагирование на чрезвычайные ситуации.
Использование устройств IoT повышает качество обслуживания, времени простоя и сокращения затрат на эксплуатацию во всех областях, связанных с инфраструктурой.
В 2013 году Глобальная инициатива по стандартизации в Интернете вещей (IoT-GSI) определила IoT как глобальную инфраструктуру для
156

157 информационного общества, предоставляющую расширенные услуги путем объединения (физических и виртуальных) вещей на основе Существующие и развивающиеся интероперабельных систем.
Производство. Сетевое управление и управление производственным оборудованием, управление активами и ситуациями или управление производственным процессом приносят IoT в сферу промышленного применения и интеллектуального производства. Интеллектуальные системы
IoT позволяют быстро создавать новые продукты, динамически реагировать на требования к продуктам и оптимизировать производственную цепочку и сеть цепей поставок в режиме реального времени с помощью сетевого оборудования, датчиков и систем управления [14].
Цифровые системы управления для автоматизированного управления процессами, инструментами оператора и информационными системами обслуживания для оптимизации безопасности и безопасности станции относятся к компетенции IoT. Технологии IoT также распространяются на управление активами посредством прогнозирования обслуживания, статистической оценки и измерений для обеспечения максимальной надежности. Интеллектуальные промышленные системы управления также могут быть интегрированы в Smart Grid, что позволяет оптимизировать энергопотребление в реальном времени. Измерения, автоматизированные системы управления, оптимизация установок, управление безопасностью и охраной труда и другие функции обеспечиваются большим количеством сетевых датчиков [14].
Термин IIoT (Industrial Internet of Things) часто встречается в обрабатывающих отраслях, ссылаясь на промышленный поднабор IoT. IIoT в обрабатывающей промышленности может генерировать столько бизнес- ценности, что в конечном итоге приведет к четвертой промышленной революции, так называемой Industry 4.0 . По оценкам, в будущем успешные компании смогут увеличить свои доходы за счет использования Интернета,
157

158 создавая новые бизнес-модели и повышая производительность, используя аналитику для инноваций и трансформируя трудовые ресурсы.
Управление энергопотреблением. Интеграция управляющих систем, подключенных к Интернету, может оптимизировать потребление энергии в целом. Ожидается, что устройства IoT будут интегрированы во все виды энергопотребляющих устройств (переключатели, розетки питания, лампы, телевизоры и т. д.). Устройства IoT смогут общаться с компанией- поставщиком энергоснабжения, чтобы эффективно сбалансировать производство электроэнергии.
Такие устройства также предоставляют пользователям возможность удаленно управлять своими устройствами или централизованно управлять ими с помощью облачного интерфейса и включать такие расширенные функции, как планирование
(например, дистанционное включение или выключение систем отопления, управление духовыми шкафами, изменение освещения и т. д.) [14].
Помимо домашнего управления энергией, IoT актуален для Smart Grid, так как он предоставляет системы для сбора и обработки информации об энергии и мощности в автоматическом режиме с целью повысить эффективность, надежность, экономичность и устойчивость производства и распределение электроэнергии. Используя устройства расширенной измерительной инфраструктуры, подключенные к магистральной сети
Интернет, электрические утилиты могут не только собирать данные от конечных пользователей, но также управлять другими устройствами распределения, такими как трансформаторы и реклоузеры.
Медицина и здравоохранение. Устройства IoT могут использоваться для дистанционного мониторинга состояния и систем аварийного оповещения о состоянии пациентов. Специализированные датчики в жилых помещениях для наблюдения за состоянием здоровья и общего благополучия пожилых людей, а также для обеспечения надлежащего лечения и оказания помощи людям в восстановлении утраченной мобильности с помощью терапии.
Эти устройства мониторинга работоспособности могут
158

159 варьироваться от мониторов артериального давления и частоты сердечных сокращений до современных устройств, способных отслеживать специализированные имплантаты, такие как электронные кардиостимуляторы Fitbit или усовершенствованные слуховые аппараты [14].
Некоторые больницы начали внедрять «умные кровати», которые могут определять, когда они заняты и когда пациент пытается встать. Он может также регулировать себя, чтобы обеспечить соответствующее давление и поддержку, применяемую к пациенту без вмешательства медсестер вручную. С IoT также возможны другие потребительские устройства для стимулирования здорового образа жизни, такие как связанные весы или переносные мониторы сердца. Все больше и больше сквозных мониторингов здоровья Платформы IoT подходят для антенатальных и хронических пациентов, помогая управлять жизненными функциями и повторяющимися потребностями в медицине.
Строительная и бытовая автоматизация. Устройства IoT могут использоваться для мониторинга и контроля механических, электрических и электронных систем, используемых в различных типах зданий (например, государственных и частных, промышленных, учебных заведений или жилых помещений) в системах домашней автоматизации и автоматизации зданий. В этом контексте в литературе рассматриваются три основные области [16].
Интеграция интернета с системами энергоменеджмента зданий для создания энергоэффективных и интеллектуальных зданий, управляемых IOT.
Возможные средства мониторинга в режиме реального времени для снижения потребления энергии и мониторинга поведения пассажиров.
Интеграция интеллектуальных устройств во встроенную среду и то, как они могут использоваться в будущих приложениях.
IoT может помочь в интеграции средств связи, управления и обработки информации в различных транспортных системах. Применение IoT распространяется на все аспекты транспортных систем (т.е. транспортного средства, инфраструктуры и водителя или пользователя). Динамическое
159

160 взаимодействие между этими компонентами транспортной системы обеспечивает внутри автомобильную связь, интеллектуальное управление трафиком, интеллектуальную парковку, электронные системы взимания дорожных сборов, логистику и управление автопарком, управление транспортным средством, безопасность и помощь на дороге [14].
Но, тем не менее, уровень развития соответствующих технологий определяет правила поведения тех, кто их создал и ими пользуется. Сложные информационные системы, встраиваясь во все сферы жизни человека, не только повышают производительность труда, увеличивая скорость передачи информации, но и накладывают на человека небывалую ответственность.
Повышается степень риска от использования новых технологий, а человек уже не может полагаться только на здравый смысл, заложенный в него культурой, так как в отличие от привычных технических систем информационные системы - саморазвивающиеся системы, и они требуют постоянного развития интеллектуальных способностей человека.
В 2013 году в Барселоне состоялся Первый Всемирный форум интернет вещей, организованный американской компанией Cisco Systems, Inc. В работе форума приняли участие более 800 человек, было заслушано более
100 докладов, презентаций и сообщений. Президент Cisco Джон Чемберс, в частности, отметил: «Нам потребовалось более лет, чтобы подключить к
Интернету два миллиарда человек. Подключение следующих двух миллиардов, как ожидается, произойдёт в два с лишним раза быстрее» [21]. С реализацией сети интернета вещей ожидается решение ряда важных общественных проблем. В частности, найдут свое решение вопросы повышения качества медицинских услуг, обеспечения надежной общественной безопасности, усовершенствования процессов управления
[12].
«Ты существуешь не только как член семьи, или компании, или страны, но и как представитель биологического вида, ты - человек. Ты составная часть человечества. Наш вид в данное время испытывает огромные
160