Интернет вещей (IoT): современный ракурс
Маргарита Акулич

© Маргарита Акулич, 2025

ISBN 978-5-0067-0156-4

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Предисловие

Данная книга посвящена одной из революционных на сегодняшний день технологий – интернету вещей. Раскрыты ее основные аспекты и некоторые важные нюансы. Рассказано об искусственном интеллекте в Интернете вещей, о IoT и блокчейне, о IoT и периферийных вычислениях, а также о IoT и маркетинге. Поведано о новых IoT-тенденциях, влияющих на промышленность и потребителей.

В основном при подготовке книги использованы не русскоязычные источники.

I Интернет вещей (IoT): основные аспекты

1.1 Что собой представляет Интерхет вещей, каков Спектр его применения и в чем его преимущество?

Что собой представляет Интернет вещей (IoT)?

Технология Интернета вещей (IoT) является отличающейся разветвленностью системой, объединяющей различные устройства, способные подключаться друг к другу и обмениваться информацией с облачными хранилищами. В состав IoT имеет место вхождение устройств, оснащенных датчиками и специальным программным обеспечением, а также разнообразных машин и предметов быта, причем как механических, так и цифровых.

Спектр применения IoT

Спектр применения данной технологии огромен: от обычных домашних вещей до самого сложного промышленного оборудования. Все большее число компаний в разных сферах бизнеса внедряют IoT ради улучшения качества обслуживания потребителей, оптимизации рабочих процессов, повышения уровня эффективности принятия решений и увеличения общей ценности бизнеса.

Преимущество Интернета вещей

Преимущество Интернета вещей заключается в реализации возможности передачи данных по сети без непосредственного участия человека, будь то взаимодействие между людьми или с компьютерами. В рамках IoT «вещью» может стать человек с медицинским кардиомонитором, животное с имплантированным чипом для отслеживания, автомобиль, оснащенный сенсорами, предупреждающими о проблемах с шинами, или любой другой природный либо созданный человеком объект, получивший сетевой адрес и способный передавать данные.

1.2 Из-за чего Интернет вещей важен? Какие выгоды предоставляет Интернет вещей для компаний?

Из-за чего Интернет вещей важен?

Технологии Интернета вещей (IoT) способствуют более эффективной жизни и работе людей. Пользователи могут применять устройства, интегрированные в IoT – такие как транспортные средства, носимые гаджеты или системы климат-контроля, – для оптимизации повседневных задач. К примеру, по прибытии домой автомобиль может автоматически открыть гараж, термостат – установить желаемую температуру, а освещение – приглушить и изменить цвет. Помимо удобства в автоматизации человеческого жилища, IoT играет ключевую роль в деловой сфере.

Он позволяет компаниям добиваться отслеживания состояния своих систем в режиме реального времени, получая весьма ценные данные о производительности оборудования, эффективности цепочек поставок и логистических процессах.

Благодаря IoT машины оказываются способны выполнять операции рутинного типа без участия человека. Это дает предприятиям шанс автоматизировать процессы, добиться сокращения затрат на персонал, минимизации отходов и повышения уровня качества обслуживания.

Внедрение IoT содействует снижению расходов на производство и транспортировку товаров, а также обеспечивает большую открытость в отношениях с клиентами. Развитие Интернета вещей не останавливается, ведь все большее число разных организаций понимают, насколько важны подключенные устройства для получения и сохранения конкурентных преимуществ.

Какие выгоды предоставляет Интернет вещей для компаний? Технология IoT открывает перед компаниями (или организациями либо предприятиями) множество возможностей. Она стимулирует бизнес к пересмотру текущих методов работы и предоставляет ресурсы для оптимизации стратегий развития. Некоторые преимущества IoT специфичны для отдельных секторов, в то время как другие актуальны для широкого круга предприятий. Промышленный интернет вещей (IIoT) чаще всего встречается в производственных, транспортных и энергетических компаниях, использующих датчики и другие IoT-устройства; однако его применение распространяется и на организации в сфере сельского хозяйства, инфраструктуры, а также автоматизации жилых помещений, что способствует цифровой модернизации многих предприятий.

II Как работает Интернет вещей?

Устройства Интернета вещей работают, собирая информацию с помощью встроенных датчиков, которые затем отправляются через специальный шлюз для обработки приложением или внутренней системой. Для работы IoT-системы данные от датчиков, расположенных на IoT-устройствах, передаются через IoT-шлюз, позволяя анализировать их с помощью приложений или внутренних программ. Экосистема Интернета вещей состоит из четырех описанных далее ключевых компонентов.

2.1 Датчики или устройства. Связь

Датчики или устройства

Это интеллектуальные устройства, подключенные к сети и оснащенные системами, включающими процессоры, датчики и средства коммуникации, предназначенными для сбора, передачи и обработки данных из окружающей среды.

Связь

IoT-устройства взаимодействуют друг с другом по сети, при этом практикуется использование сети Интернет. Они обмениваются данными датчиков, подключаясь к IoT-шлюзу, который выступает в роли центрального узла для приема информации. Перед отправкой данные могут также быть обработаны на периферийном устройстве для локального анализа.

2.2 Обработка информации. Визуальное управление

Обработка информации

Для выявления тенденций, формирования предложений и предотвращения усугубления ситуаций применяются лишь проверенные данные. Локальная обработка информации обеспечивает уменьшение количества данных, передаваемых в облако, снижая нагрузку на сетевые каналы. В ряде случаев данные устройства обмениваются данными с иными подключенными устройствами и действуют на основе полученной информации.

Значительную часть операций они выполняют автономно, хотя взаимодействие с человеком остается возможным: пользователи могут настраивать их, давать указания или просматривать собранные данные. Используемые протоколы связи, сети и соединения, применяемые к этим устройствам, в значительной степени определяются конкретными сценариями использования Интернета вещей.

Интернет вещей также может – ради упрощения и повышения гибкости процессов сбора данных – применять такие технологии, как машинное обучение и искусственный интеллект.

Визуальное управление

Для управления устройствами Интернета вещей обычно используется графический интерфейс (UI). К примеру, веб-страница или мобильное приложение могут служить UI для того, чтобы могли осуществляться такие вещи как контроль, администрирование и мониторинг работы умных устройств (smart devices).

III Каковы плюсы и минусы Интернета вещей?

3.1 Плюсы

Среди ключевых достоинств технологий Интернета вещей стоит выделить перечисленные далее.

Удобство доступа

Интернет вещей открывает беспрепятственный доступ к сведениям из любой точки мира, в любое время и с любого гаджета. Например, благодаря IoT информация становится более доступной благодаря предоставлению данных и аналитики в режиме реального времени, интуитивно понятным средствам управления, и своевременным уведомлениям.

Оптимизация коммуникации

IoT способствует более эффективному взаимодействию между подключенными электронными устройствами. Это обеспечивается за счет оперативного обмена данными, расширения зоны действия сети, снижения энергопотребления и приоритезации важных коммуникаций. В качестве иллюстрации: если датчик движения в системе «умного дома» фиксирует активность возле входной двери, он инициирует оповещение, активирующее интеллектуальную систему освещения для включения внешнего освещения.

Экономия ресурсов

IoT позволяет передавать данные по сети, что приводит к сокращению временных и финансовых затрат. Ярким примером является предиктивное обслуживание в промышленности. IoT-датчики, установленные на оборудовании, постоянно мониторят ключевые параметры, такие как температура, вибрация и условия эксплуатации. Собранные данные анализируются с помощью алгоритмов машинного обучения в целях выявления тенденций, указывающих на возможные неисправности либо снижение эффективности, что позволяет существенно экономить время и средства.

Улучшение логистики и управления запасами

Технологии Интернета вещей (IoT) открывают возможности для совершенствования цепочек поставок и оптимизации управления ресурсами, что помогает предприятиям снижать издержки и улучшать клиентский сервис. Благодаря отслеживанию товаров и материалов в реальном времени, производители могут оперативным образом реагировать на снижение остатков, минимизировать излишки и оптимизировать логистические маршруты.

Повышение производительности

IoT осуществляет анализ данных непосредственно на устройствах, что позволяет уменьшить объем информации, передаваемой в облако. Такая обработка данных на месте обеспечивает более эффективное взаимодействие между физическими устройствами, ведь они обрабатывают информацию локально и передают в облако или другим устройствам только самое важное.

Автоматизация бизнес-процессов

Интернет вещей позволяет автоматизировать рутинные операции, повышая уровень сервиса и уменьшая зависимость от человеческого фактора. Например, в агропромышленном комплексе системы полива, подключенные к IoT, могут самостоятельно регулировать графики орошения, учитывая влажность почвы, прогнозы погоды и потребности растений.

Повышение уровня клиентского сервиса

Технологии Интернета вещей открывают возможности для создания индивидуальных предложений и сервисов, точно соответствующих запросам и ожиданиям каждого покупателя. Умные устройства в быту, носимая электроника и персонализированные предложения в магазинах – все это демонстрирует, как IoT способствует повышению качества обслуживания.

Обеспечение адаптивности

Функционал IoT легко адаптируется к изменяющимся условиям бизнеса. Добавление новых устройств, расширение сферы деятельности или интеграция с уже существующими системами – IoT предоставляет необходимую гибкость для масштабирования и роста в соответствии с реальными потребностями компании.

Содействие принятию обоснованных управленческих решений

IoT создает огромные потоки данных, которые можно анализировать для выявления ценных инсайтов о бизнес-процессах, поведении клиентов и динамике рынка. Благодаря анализу больших данных компании могут принимать взвешенные решения, оптимизировать работу и открывать новые источники прибыли. Содействие экологической ответственности

IoT помогает рационально использовать ресурсы и уменьшать воздействие на окружающую среду за счет внедрения таких решений, как интеллектуальное управление энергопотреблением, сокращение объемов отходов и применение экологичных методов в сельском хозяйстве. Оптимизируя использование ресурсов и минимизируя отходы, IoT вносит ценный вклад в экологическую устойчивость.

3.2 Минусы

Несмотря на наличие широкого спектра преимуществ, технология Интернета вещей (IoT) таит в себе и определенные риски, которые обязательно стоит учитывать.

Риски информационной безопасности

Расширение IoT-сети ведет к увеличению числа потенциальных точек входа для злоумышленников. С ростом объема передаваемой данных возрастает и опасность утечки конфиденциальной информации в руки хакеров.

Сложность администрирования

Управление растущим парком IoT-устройств становится все более трудоемким процессом. Организациям предстоит справляться с огромным количеством подключенных элементов, а обработка и контроль данных, поступающих от них, может представлять серьезную задачу.

Возможность повреждения оборудования

Неисправность одного из устройств в сети IoT может привести к сбоям и повреждению других подключенных к сети элементов.

Проблемы совместимости

Отсутствие единого международного стандарта совместимости в сфере IoT усугубляет проблему взаимодействия между устройствами, приводя к фрагментации платформы.

Фрагментация платформы

Фрагментация платформы подразумевает наличие множества различных, несовместимых между собой подплатформ, протоколов и стандартов IoT, что затрудняет взаимодействие и интеграцию различных устройств и систем.

Многие компании, работающие в сфере Интернета вещей, создают собственные платформы и протоколы, заточенные под их отдельные и особенные продукты и решения. Этот подход препятствует установлению общих стандартов и возможности взаимодействия, так как устройства разных производителей зачастую практикуют использование несовместимых технологий.

Изменение структуры занятости

Сокращение необходимости в человеческом участии в ряде процессов может привести к перераспределению рабочих мест, особенно среди работников с низкой по уровню квалификацией. В качестве примера можно привести автоматизацию инвентаризации и использование банкоматов, что уже снизило потребность в ручном труде, вызвав сокращения и неопределенность для тех, кто сейчас (пока) занят на подобных позициях.

Нормативно-правовые ограничения

С ростом числа IoT-устройств происходит и возрастание юридических сложностей. Организациям необходимо соблюдать различные требования в области защиты данных, конфиденциальности и кибербезопасности, которые могут существенно отличаться в зависимости от юрисдикции.

IV Примеры потребительских и корпоративных приложений Интернета вещей

Типичные примеры приложений IoT следующие.

4.1 Сельское хозяйство. Строительство

Распространенные области применения Интернета вещей (IoT) следующие.

Сельское хозяйство

Технологии IoT способны значительно облегчить труд фермеров. С помощью различных датчиков можно получать информацию о количестве осадков, уровне влажности, температуре и составе почвы. Эти данные позволяют автоматизировать сельскохозяйственные процессы. Кроме того, устройства IoT помогают следить за состоянием животных, контролировать оборудование и оптимизировать логистику в части поставок продукции.

Строительство

IoT предоставляет возможности для эффективного контроля над операциями, связанными с инфраструктурой. Датчики, например, могут фиксировать происшествия или изменения в зданиях, на мостах и иных объектах, которые могут представлять угрозу для безопасности. Это позволяет повысить оперативность реагирования на инциденты, сократить расходы на обслуживание и улучшить качество предоставляемых услуг.

4.2 Автоматизация дома. Интеллектуальные пространства: здания и города будущего

Источник: https://gk-ht.ru/blog/tekhnologii/kak-rabotaet-umnyy-dom-s-alisoy/

Автоматизация дома

Компании, специализирующиеся на автоматизации жилых помещений, могут использовать IoT для контроля и управления инженерными и электрическими системами. Владельцы домов также получают возможность удаленно управлять и автоматизировать домашнюю среду с помощью IoT-устройств, таких как умные термостаты, системы освещения, камеры видеонаблюдения и голосовые ассистенты (например, Alexa и Siri), что способствует повышению комфорта и снижению потребления энергии.

Интеллектуальные пространства: здания и города будущего

Современные города способны существенно снизить объем образуемых отходов и энергозатраты благодаря внедрению интеллектуальных технологий. Например, системы, оснащенные датчиками, позволяют оптимизировать расходы на электроэнергию: кондиционирование воздуха включается только при заполнении конференц-зала, а температура автоматически понижается, когда все сотрудники покидают офис.

4.3 Управление городскими ресурсами. Здравоохранение под контролем

Источник: https://habr.com/ru/amp/publications/390973/

Управление городскими ресурсами

Технологии Интернета вещей (IoT) находят применение и в управлении городскими инфраструктурными системами, такими как светофоры, парковочные зоны, логистика вывоза мусора и общественный транспорт. Это позволяет повысить эффективность работы этих служб.

Здравоохранение под контролем

Устройства IoT, включая системы дистанционного наблюдения за пациентами, «умные» медицинские приборы и трекеры приема лекарств, предоставляют медицинским работникам возможность оперативно отслеживать состояние здоровья, контролировать течение хронических заболеваний и своевременно принимать необходимые меры. Анализ данных, получаемых от этих устройств, дает врачам более полную картину состояния пациентов.

В больницах также активно используются IoT-системы для управления запасами медикаментов и инструментов.

4.5 Трансформация розничной торговли. Транспортная отрасль

Трансформация розничной торговли

В магазинах IoT-датчики и IoT-маячки позволяют отслеживать перемещения покупателей, анализировать их поведение при совершении покупок, контролировать наличие товаров на полках и создавать персонализированные маркетинговые предложения. Это способствует улучшению клиентского опыта и повышению эффективности работы торговой точки.

Транспортная отрасль

Применение Интернета вещей (IoT) находит широкое применение в различных сферах, в том числе и в транспортной отрасли. Оно позволяет оптимизировать работу транспортных средств, совершенствовать планирование маршрутов и осуществлять контроль за доставкой грузов. К примеру, мониторинг расхода топлива подключенных автомобилей позволяет сократить затраты и повысить экологичность перевозок.

Благодаря IoT возможно и отслеживание состояния перевозимого груза, гарантируя его сохранность и своевременную доставку. Кроме того, важную роль играют носимые устройства, оснащенные датчиками и программным обеспечением. Они собирают и анализируют данные о пользователях, передавая информацию другим системам для повышения удобства и комфорта их повседневной жизни.

4.6 Сфера общественной безопасности. Область управления энергопотреблением

Сфера общественной безопасности

В сфере общественной безопасности носимые устройства также оказываются полезными – они помогают службам экстренного реагирования быстрее прибывать на место происшествия, предоставляя оптимальные маршруты.

Также они могут отслеживать жизненно важные показатели работников, находящихся в опасных условиях, например, строителей или пожарных.

Область управления энергопотреблением

В области управления энергопотреблением IoT-решения, такие как интеллектуальные сети, умные счетчики и системы управления, дают возможность коммунальным службам и потребителям контролировать и оптимизировать использование энергии. Они позволяют эффективно интегрировать возобновляемые источники энергии и управлять программами, реагирующими на изменение спроса. Анализ данных, получаемых от IoT-устройств и датчиков, помогает выявлять тенденции, определять периоды пикового потребления и находить области, где можно повысить энергоэффективность.

V Стандарты и примеры протоколов IoT. Организация работы с устройствами Интернета вещей

5.1 Некоторые из ключевых стандартов, применяемых в сфере IoT

Разработка стандартов для Интернета вещей ведется при участии ряда авторитетных организаций, среди которых:

Международная электротехническая комиссия, Институт инженеров электротехники и электроники (IEEE), Консорциум промышленного Интернета, Фонд открытого взаимодействия, Группа тем, а также Альянс стандартов связи.

Ниже представлены некоторые из ключевых стандартов, применяемых в сфере IoT.

Технология 6LoWPAN

Технология 6LoWPAN (IPv6 через беспроводные персональные сети с низким энергопотреблением) – это открытое решение, разработанное Internet Engineering

Task Force (IETF)

Технология обеспечивает возможность подключения устройств с ограниченным энергопотреблением к сети Интернет, поддерживая такие беспроводные протоколы, как 804.15.4, Bluetooth Low Energy и Z-Wave, что особенно актуально для систем домашней автоматизации. Помимо этого, стандарт находит применение в промышленном контроле и агрономии.

ZigBee

ZigBee – это беспроводная технология, характеризующаяся низким потреблением энергии и относительно небольшой скоростью передачи данных, широко используемая в бытовых и промышленных решениях. В основе ZigBee лежит стандарт IEEE 802.15.4. Для обеспечения совместимости и безопасного взаимодействия между различными устройствами, Альянс ZigBee разработал Dotdot – унифицированный язык для IoT.

DDS

Служба распределения данных (DDS), созданная Object Management Group, является общепринятым стандартом в индустриальном интернете вещей (IIoT) для организации оперативной и масштабируемой связи между устройствами (M2M). В большинстве случаев, стандарты интернета вещей полагаются на определенные протоколы для обеспечения взаимодействия между устройствами.

Именно выбранный протокол определяет, каким образом устройства IoT обмениваются информацией.

5.2 Некоторые распространенные примеры протоколов IoT

Рассмотрим некоторые распространенные примеры протоколов IoT. Они описаны далее.

CoAP

CoAP – это протокол, разработанный IETF, предназначенный для работы с маломощными устройствами, имеющими ограниченные вычислительные ресурсы в IoT-среде. Он представляет собой расширенную версию протокола очередей сообщений.

AMQP

AMQP – это открытый протокол с кодом, доступным для всех, предназначенный для асинхронной передачи данных по сети. Он гарантирует безопасный и совместимый обмен сообщениями между различными организациями и приложениями. Протокол применяется в клиент-серверной архитектуре и для управления IoT-устройствами

LoRaWAN

LoRaWAN – это глобальная сеть, работающая на больших расстояниях. Этот протокол предназначен для поддержки масштабных IoT-сетей, таких как умные города, включающих миллионы маломощных устройств.

MQ Telemetry Transport (MQTT)

MQTT – это легковесный протокол, широко используемый для удаленного управления и мониторинга. Он идеально подходит для устройств с ограниченными ресурсами.

5.3 Организация работы с устройствами Интернета вещей

Процесс управления IoT-устройствами включает в себя ряд последовательных действий: от первоначальной подготовки до этапов аутентификации и последующей конфигурации. В основе работы IoT-систем лежат различные фреймворки, среди которых можно выделить следующие.

Amazon Web Services (AWS) IoT

AWS IoT – это облачная платформа, созданная компанией Amazon специально для Интернета вещей. Она позволяет интеллектуальным устройствам просто и безопасно подключаться к облачной инфраструктуре AWS и обмениваться данными с другими подключенными устройствами.

Arm Mbed IoT

Arm Mbed IoT – это платформа с открытым исходным кодом, предназначенная для создания IoT-приложений, работающих на микроконтроллерах Arm. Основная задача этой платформы – обеспечить масштабируемую, надежную и безопасную среду для IoT-устройств за счет интеграции инструментов и сервисов Mbed. Платформа Microsoft Azure IoT Suite

Microsoft Azure IoT Suite – это комплекс сервисов, предоставляющий пользователям возможности для работы с данными, получаемыми с IoT-устройств. Она позволяет собирать данные, проводить их анализ (включая многомерный анализ), преобразовывать, агрегировать и визуализировать их в удобном для бизнеса формате.

VI Проблемы безопасности и конфиденциальности Интернета вещей

6.1 Защита данных и обеспечение конфиденциальности в сфере Интернета вещей (IoT). Пример серьезной угрозы для IoT

Защита данных и обеспечение конфиденциальности в сфере Интернета вещей (IoT)

Защита данных и обеспечение конфиденциальности в сфере Интернета вещей (IoT) являются ключевыми вызовами. Подключение огромного количества устройств к сети и обработка колоссального объема информации требуют надежной защиты каждого элемента системы. В связи с увеличенной подверженностью угрозам, вопросы безопасности и конфиденциальности IoT выделяются как приоритетные.

Пример серьезной угрозы для IoT

Примером серьезной угрозы для IoT может служить атака, произошедшая в 2016 году. Ботнет Mirai взломал компанию Dyn, занимающуюся предоставлением услуг DNS, вызвав масштабные и продолжительные сбои в работе интернет-сервисов. Взлом был осуществлен из-за использования уязвимых устройств IoT. Эта атака типа «отказ в обслуживании» стала одной из самых мощных за всю историю, и разработчики ботнета Mirai продолжают его совершенствовать.

6.2 Хакер способен скомпрометировать всю систему через одну брешь в защите. Вопросы защиты личных данных. Обеспечение безопасной эксплуатации IoT-устройств

Хакер способен скомпрометировать всю систему через одну брешь в защите

Учитывая взаимосвязанность устройств Интернета вещей, взлом одного элемента может привести к компрометации всех данных, сделав их бесполезными. Компании, которые не выпускают своевременные обновления программного обеспечения – или вовсе отказываются от них – подвергают свои устройства риску кибератак. К тому же, подключенные устройства нередко запрашивают у пользователей личные сведения, такие как имя, дата рождения, место проживания, контактный телефон и даже данные аккаунтов в социальных сетях – информация, представляющая огромную ценность для киберпреступников.

Вопросы защиты личных данных

Угроза не ограничивается лишь хакерами; серьезной проблемой является и защита личной информации. Например, компании, разрабатывающие и реализующие потребительские IoT-устройства, могут собирать и продавать персональные данные пользователей. Обеспечение безопасной эксплуатации IoT-устройств

Для гарантии безопасного и этичного использования устройств Интернета вещей, организации должны проводить инструктажи и повышать уровень знаний пользователей в области систем безопасности и лучших практик.

VII Какие технологии сделали возможным Интернет вещей?

Развитие Интернета вещей (IoT) стало возможным благодаря ряду технологических прорывов. Рассмотрим некоторые из них.

7.1 Датчики и актуаторы. Коммуникационные технологии и сетевые протоколы

Датчики и актуаторы

Сенсоры фиксируют изменения в окружающей среде – температуру, влажность, уровень освещенности, наличие движения или изменение давления. Актуаторы, в свою очередь, вызывают физические воздействия, например, открывают клапаны или запускают двигатели.

Коммуникационные технологии и сетевые протоколы

Широкий выбор сетевых протоколов, используемых в интернете, значительно облегчил подключение датчиков к облачным сервисам и другим устройствам, обеспечивая быструю и надежную передачу информации. Для IoT применяются различные технологии связи, включая WiFi, Bluetooth, сотовую связь, ZigBee и LoRaWAN.

7.2 Экономичные и энергоэффективные сенсоры. Искусственный интеллекти обработка естественного языка. Микросервисы и беспроводные технологии

Экономичные и энергоэффективные сенсоры

Доступность надежных и недорогих сенсоров открыла возможности для внедрения IoT широкому кругу производителей. Эти устройства позволяют собирать данные из реального мира, которые затем обрабатываются и анализируются в цифровой среде. Искусственный интеллект и обработка естественного языка

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.