Интернет вещей: шаг за шагом

Интернет вещей в корне улучшит производительность

Инженер Боб Дайбл в настоящее время работает на семейной ферме в штате Канзас. Он рассказывает о технических достижениях в сельском хозяйстве. «По данным, полученным с комбайна во время уборки, строится GPS-карта урожайности. А по ней определяется, какие удобрения необходимо внести на следующий сезон в разных частях нашей фермы площадью в 10 квадратных километров. Мы заносим в программу полета опрыскивающего самолета различные сочетания питательных веществ для определенных участков. При полете над полем, он ориентируется по GPS-координатам». Самолет распыляет удобрения или ядохимикаты согласно GPS-программе. Он динамически изменяет состав распыляемой смеси в зависимости от местонахождения над полем.


Модель AT-802 сельскохозяйственного самолета фирмы «Air Tractor» стоит 900 000$, обладает мощностью двигателя в 1300 л.с. и грузоподъемностью в 4 тонны. По состоянию на 2013 год, опрыскиватель может менять состав смеси каждые 10 метров. Бывший инженер, Дайбл знает, чего следует ожидать в дальнейшем. «Однажды мы сможем отслеживать рост каждого кукурузного стебля в отдельности. Если при посадке растений использовать GPS в режиме RTK – кинематики реального времени – то точность достигает нескольких сантиметров». Прогнозы Дайбла без труда можно созерцать уже сегодня. Современные технологии позволяют небольшому автономному роботу объезжать ряды растущей пшеницы (Рис. 1)
 
Рис.1 Исследовательская группа Мадридского политехнического университета спроектировала опытный образец робота для ферм, получившего название «Rosphere».
Датчики на роботе могут отслеживать каждый кукурузный стебель. А несколько таких роботов могут обмениваться информацией между собой по сети. Данная сеть образует своего рода чат для устройств. Устройства и их свойства самоопределяются, после чего образуют совместно используемый ресурс.

Но по-настоящему эффективной данная технология станет при подключении этой локальной сети устройств к Интернету. Это и есть так называемый Интернет вещей. Если роботы, наблюдающие за каждым отдельно взятым стеблем вашей пшеницы, получают выход  в Интернет, то это повлечет за собой целый ряд преимуществ. Серверный компьютер фермы может хранить и обрабатывать все данные по стеблям кукурузы. Может анализировать урожайность. А может связаться с компьютерами сельскохозяйственных фирм, чтобы найти и заказать по самой выгодной цене распрыскиватели, семена и ядохимикаты.

Серверный компьютер фермы может связаться с несколькими местными складами и автоматически заключить сделку по продаже урожая по наиболее выгодной цене. Трактор, который Боб использует на ферме, также оснащен системой GPS-навигации (Рис. 2). «За последнее десятилетие GPS прочно закрепилась в сельском хозяйстве. Система GPS используется не только при опрыскивании с воздуха, но и в наземных опрыскивателях, как, например, в тракторе  John Deer 4720».
 
Рис. 2 Подобный трактор на ферме Дайбла представляет собой капиталовложение на сумму почти в миллион долларов.

Когда-нибудь наземные опрыскиватели будут передавать информацию на серверный компьютер фермы. А этот сервер сможет заказать по Интернету запчасти, запланировать сервисное обслуживание, сообщив об этом технику на смартфон, и одновременно внести изменения в рабочий график водителя. Последние модели тракторов и погрузчиков с соседней молочной фермы уже «общаются» с местными представителями компаний «John Deere» и «Caterpillar». «Представители компаний знают, где находится техника, в каком она состоянии и когда потребуется сервисное обслуживание», - рассказывает Дайбл.

Допустим, что ваши роботы-наблюдатели обнаружили на стеблях кукурузы особенно опасных вредителей или грибок. Через Интернет они смогут оповестить об этом все соседние фермы, а так же Министерство сельского хозяйства США. Или, предположим, вы разводите скот. И каждая корова помечена радиочастотной RFID-меткой. Страны-импортеры могут наложить эмбарго на ввоз говядины, если в другой части вашей страны случится вспышка эпидемии коровьего бешенства. Но с использованием индивидуальных меток у всего поголовья, вы сможете доказать их местопроисхождение, и если ваша система подключена к Интернету, то продажи на зарубежных рынках не встретят препятствий.

Предшественники сетей

У сетей и Интернета вещей есть предшественники. Так, в 1970 году американские военные были измотаны войсками Северного Вьетнама, перебрасывающими на юг по «тропе Хо Ши Мина» снаряжение и припасы для фронта.

Тогда в военно-морских силах США изобрели небольшие дротики с сейсмометрами внутри (Рис. 3). Такие датчики могли фиксировать шаги и движение транспортных средств, и осуществляли связь по радио. Фактически они образовывали сеть, хоть и не подключенную к Интернету, который еще только предстояло изобрести, но все же передающую данные в некую главную систему.
 
Рис.3. Патент на радиодатчик, фиксирующий колебания, с возможностью сброса с самолета. Патент зарегистрирован в 1971 году и выдан в 1976 году.

Космическая сеть

Преимущества датчиков, объединенных в сеть, стали очевидны для представителей науки и космической программы. По программе «Airborne Science» в NASA управляется парк самолетов, способных поддерживать связь со спутниками на орбите. В 2004 году NASA запустила программы, которые позволили бы спутникам, воздушному судну и наземным станциям взаимодействовать между собой по сети. Данные программы позволяют NASA лучше отслеживать и анализировать возникновение ураганов, таяние полярных шапок и прочие геофизические процессы. Очевидным улучшением стала не только возможность получать информацию о процессах в реальном времени, но и настройка в реальном времени самой системы. Ведь исследователи могли запланировать программу и лишь после приземления самолета обнаружить, что данные с датчиков повреждены или отсутствуют. Столь же обескураживающей была ситуация, когда ученые не могли включить в программу исследований какой-то важный процесс, поскольку он проявился только по ходу сбора данных.

Использование беспилотных летательных аппаратов сделало «сеть вещей» еще более полезной для NASA. Теперь управление беспилотным ЛА «Global Hawk» можно осуществлять посредством сети (Рис. 4). Хотя собственная сеть NASA под названием NASDAT и не является каноническим воплощением Интернета вещей, но подобно Интернету представляет собой сеть Ethernet.
 
Рис. 4. Беспилотный летательный аппарат «Global Hawk», используемый NASA совместно с сетью спутников и станций наземного управления
Объединяя между собой столь разнородные вещи как самолеты, спутники, инструменты и системы наземного управления, NASA предвещает, каким будет Интернет вещей. Благодаря системе NASA самолеты «знают», какими инструментами они оснащены. Эти инструменты могут оперировать информацией о местонахождении, скорости, высоте и прочих параметров полёта. Спутники «знают» о самолетах и их инструментах, а самолеты «знают» какие спутники приписаны к их полету. Исследовательские программы оказываются гораздо более гибкими и открывают более широкие возможности. Если системы наземного управления фиксируют какое-то явление или место, представляющее интерес, соответствующие инструменты и летательные аппараты могут сообщить об этом друг другу и скорректировать программу таким образом, чтобы все важные данные были получены. План полета может быть изменен с системы наземного управления посреди программы, и все скорректированные условия будут «подхвачены» взаимосвязанными инструментами, летательными аппаратами, спутниками и персоналом.

Интернет позволит локальным сетям заглядывать в будущее

Преимущество взаимодействия различных сетей – лишь одно проявление Интернета вещей. Фермерам будет понятно другое применение на примере опрыскивателей. Объединенные в сеть опрыскиватели обладают рядом преимуществ. К примеру, датчик на опрыскивателе может управлять и следить за подачей воды. Они могут сообщать на серверный компьютер фермы о технических неисправностях, снижающих подачу воды. Сеть может даже оценить объем выпавших осадков и соответственно отрегулировать расход воды. При подключении к Интернету система становится еще эффективнее. Система подачи воды может обратиться в Интернет за прогнозом погоды, чтобы узнать о надвигающемся дожде. Таким образом, опрыскиватели не будут понапрасну расходовать воду прямо перед обильным выпадением осадков.

Тон задает промышленность

Первыми в направлении Интернета вещей шаг сделали промышленные системы опрыскивания (Рис. 5).
 
Рис. 5. Системы полива содержат сотни микроконтроллеров. Теперь они будут подключены к Интернету.
Карл Жиру работает менеджером по технической поддержке в компании «Avnet», продающей электронику производителям опрыскивателей. По его оценкам стандартная установка для опрыскивания  может похвастаться более 300 микропроцессорными контроллерами, в среднем по одному контроллеру на каждую форсунку.
Несмотря на то, что промышленные опрыскиватели на фермах уже объединены в сеть, пока они дают лишь некоторое представление того, что ожидает потребителей в будущем. Компания «UgMO» производит систему орошения, которую можно использовать на полях для гольфа и для газонов у дорогих домов (Рис. 6).
 
Рис. 6 . Система орошения от компании «UgMO» измеряет влажность почвы и в соответствии с ней изменяет расход воды
Данная система включает в себя радиодатчики влажности, с помощью которых отслеживается и корректируется подача воды. Беспроводная сеть таких датчиков может сократить расход воды на 50%. С постоянным удешевлением электроники все идет к тому, что такая система будет доступна все большему числу домовладельцев. Также очевидно, что следующий шаг заключается в подключении данной системы к Интернету, чтобы владельцы домов получили те же преимущества, что и фермеры с промышленными установками.
Интернет вещей для потребителей

Больше всего преимуществ от Интернета вещей получат простые потребители.

Дэйв Мэтис – консультант по программному обеспечению из Кремниевой долины. Он советует своим друзьям с избыточным весом приобрести шагомер для наблюдения за тем, как много они ходят (Рис. 7). «Только не покупайте шагомер за 5 долларов – датчик в них представляет собой простую пружинку с шариком, - предупреждает Дэйв. – Возьмите шагомер за 50 долларов». Мэтис отмечает, что в дорогих шагомерах используются акселерометры, как в игровых устройствах. Они гораздо точнее считают ваши шаги и степень активности. Вполне приемлемо, если ради своего здоровья вы потратите больше денег. Ваше тело важнее всех устройств и гаджетов. Миллионы строк программного кода и специальное оборудование предназначены для отслеживания состояния вашего автомобиля. Ваше здоровье заслуживает не меньшего внимания.
 
Рис. 7. Прежние модели шагомеров для измерения вашего движения использовали сложную электронику и подключались к компьютеру через USB-порт. В будущем шагомеры будут подключаться к беспроводному Интернету

Удобно, если шагомер сможет обмениваться информацией с вашей беговой дорожкой. Тогда беговая дорожка сможет подстроить свою скорость в зависимости от расстояния, которое вы уже прошли или пробежали. Еще удобнее, если шагомер сможет взаимодействовать с вашим телефоном. Телефон сможет вести записи ваших достижений и напомнить о недостаточной нагрузке. Еще более широкие возможности открываются с доступом к Интернету. Ваш прогресс может отображаться на страничке в Фейсбуке. В случае отставания ваши друзья могут подбодрить вас твитом, сообщением или даже звонком на телефон, чтобы вы не сдавались. Информацию с шагомера о нагрузке можно переслать вашему доктору или в аптеку. Так они смогут назначить дозировку лекарства в зависимости от степени вашей активности.

Очевидно, что промышленные фермы задают направление для потребительских технологий. Можно помечтать, когда же автопроизводители заговорят о самоуправляемых машинах. Но на фермах самоуправляемые машины – реальность уже сегодня. Дайбл рассказывает, что трактора и комбайны управляются посредством GPS-системы. «Теперь водителю не нужно быть целиком сконцентрированным на вождении. Он может внимательнее следить за показателями на оборудовании, что снижает риск ошибок». С новейшими методами высевания, специальными химикатами для борьбы с грибком, сорняками и вредителями, улучшенными средствами управления – сельское хозяйство меняется столь же стремительно, как и другие предприятия с привлечением высоких технологий. По сложности оно сопоставимо с любым инженерным проектом, требует много времени и внимания к мелочам. «Быть инженером – значит решать проблемы других людей. Наконец-то я могу заняться собственными проблемами», - шутит Дайбл.

Интернет вещей повысит безопасность на дорогах

Законодательные органы уже работают над тем, чтобы в целях повышения безопасности на дорогах автопроизводители рассмотрели перспективы создания «подключенных» автомобилей. Национальному комитету безопасности перевозок известно, что способность транспортных средств обмениваться друг с другом информацией поможет снизить количество дорожных происшествий со смертельным исходом. Сначала данную технологию можно внедрить для грузовиков и автобусов. Но преимущества очевидны для всех видов транспорта. Подключения транспортных средств будет выгодно даже мотоциклистам. Ежегодно тысячи мотоциклистов погибают или получают травмы из-за того, что другие водители не видели их. Если транспортные средства будут подключены к сети, то мотоцикл сможет передать предупреждение водителю автомобиля об угрозе столкновения. Возможно, автомобили будут даже имитировать шум мотоцикла посредством аудиосистемы, чтобы привлечь внимание к мотоциклу.

Способность транспортных средств сообщаться друг с другом является только первым шагом, при котором на лету образуются динамические локальные сети. С подключением транспортных средств к Интернету вновь проявляются все те же преимущества. Вы сможете собирать, обрабатывать и делиться информацией со всего мира. К примеру, анонимные данные могут привлечь внимание дорожно-строительных инженеров к опасно спроектированному перекрестку. А, может, вы используете накопленные данные, чтобы автоматически снизить стоимость автомобильной страховки, поскольку не попадали в опасные ситуации на дороге. Больше не нужно будет напоминать подростку об осторожности за рулем. Машина сделает это за вас, и даже сможет сама изъять ключ зажигания, если он все же будет слишком рисковать на дороге.

Интернет вещей в вашем доме

Все эти промышленные автоматические технологии изготавливаются к прыжку в мир бытовой электроники. Мы стоим на пороге революции взаимосвязанности. Гэри Шапиро является президентом и генеральным директором Ассоциации бытовой электроники. Недавно им написана статья об «умных» домах.  В ней он отмечает, что Ассоциация бытовой электроники и телевизионный канал HGTV совместно создали первый высокотехнологичный «умный» дом (Рис. 8).
 
Рис. 8. «Умный дом 2013» от HGTV соединен непосредственно с Интернетом и со всеми своими устройствами.

 «”Умный дом 2013” от HGTV объединяет множество устройств и электроприборов», - отмечает Шапиро. Снаружи дома установлена система автоматического управления бассейном, позволяющая регулировать на планшете освещение, температуру воды и работу фонтанов. При желании вы можете сами управлять навесами с внешней стороны окон удаленно, но они также снабжены датчиками, которые автоматически закроют навес при ветре или дожде. Гаражные двери посылают предупреждение на смартфон, если оставить их открытыми, а семьи могут отпирать замки на входной двери удаленно. Жильцы могут через программу установить и температуру воды в душе. Подключены к системе и жалюзи на окнах, вы также можете опускать или поднимать их удаленно.

Интернет вещей позволит всем этим устройствам взаимодействовать не только с вами, но и друг с другом. Так, к примеру, при открытии жалюзи микроконтроллер в них сообщит кондиционеру воздуха, что необходимо убедиться, что температура останется комфортной даже с учетом проникающих в комнаты солнечных лучей.

Шапиро заключает: «Как знать, может, мы даже переплюнем все показанное в мультсериале про Джетсонов, и индустрия бытовой электроники полностью перевернет наше представление об “умных” вещах». Если ферма Дайбла может проследить и позаботиться о каждом стебле кукурузы, то нетрудно догадаться, что наши дома и автомобили также смогут следить и заботиться о своих хозяевах. Интернет вещей позволит человечеству сделать еще один огромный шаг в своем развитии.
Автор: Пол Рако


Оригинал статьи - http://atmelcorporation.wordpress.com/2013/11/18/the-internet-of-things-stalk-by-stalk/#!

Перевод - Павел Корнилов

Национальная технологическая инициатива - Онлайн Курс от Дмитрия Пескова
Национальная технологическая инициатива - Онлайн Курс от Дмитрия Пескова