Элементы концепции Интернета вещей (IoT) были впервые продемонстрированы в 1982 году в университете Карнеги-Меллона. Ученые университета модифицировали аппарат для покупки Кока-Колы и снабдили его устройством способным измерять температуру напитка и сообщать на сколько она соответствует норме. Непосредственно термин «Интернет вещей» был введен в официальный обиход Кевином Эштоном в 1999 году. На сегодняшний день среднегодовой рост Интернета вещей составляет 24,7% и, согласно прогнозам, общая капитализация рынка к 2026 году составит свыше $1,1 трлн. Однако, что же представляет из себя технология Интернета вещей на сегодняшний день и как она может помочь в решении краткосрочных и долгосрочных задач? Выражаясь простым языком, IoT — это технология позволяющая объединить между собой различные устройства и в единую систему и контролировать ее. Эти устройства могут принципиально отличаться друг от друга по своим характеристикам и назначению: от стиральной машины до датчиков перемещения в доме, от телевизора до микроволновой печи, от смартфона до настольной лампы. Компьютеризация устройств, которыми мы привыкли пользоваться каждый день позволила внедрить в их конструкцию элементы, обеспечивающие им доступ к Интернету и как следствие создать единую систему контроля и управления этими устройствами.

IoT в настоящее время имеет множество применений в таких областях, как производство, сельское хозяйство, управление энергетикой и экологический мониторинг. В то время как в бытовой сфере есть много производителей бытовой техники, которые приложили усилия, но большинство из них не смогли продвинуть свои устройства и сформировать масштабный эффект

Медицина

Одним из бенефициаров достижений технологии IoT является медицина. Асето, Персико и Пескапе (2020) в своей статье посвященной развитию здравоохранения в условиях четвертой промышленной революции обсуждают перспективы использования таких технологий как IoT, Облачные вычисления и анализ больших массивов данных. По их словам, IoT является основой для нового поколения систем мониторинга и анализа заболеваний на основе постоянного контроля за физическими характеристиками организма[1].

Зедалья и Белло (2019) в своей статье, посвященной существующим и будущим применением IoT в медицине анализируют аппаратное обеспечение, которое применяет технологию IoT. IoT также предлагает мобильные приложения для диагностики и мониторинга душевного состояния пациентов. Неинвазивное тестирование пациентов основывается на анализе жестикуляции, мимики, общей и мелкой моторики, а также голоса и интонации пациентов для лечения психических расстройств. Медицинское оборудование предназначенное для постоянного ношения (датчики сердечного ритма, фитнес трекеры, шагомеры, приборы для измерения артериального давления) созданные с применением IoT освобождают их обладателей от необходимости постоянного учета показателей и личной консультации со специалистом. Модифицированное оборудование фиксирует текущие характеристики деятельности организма и передает данные в общий кейс пациента. Таким образом, лечащий врач заблаговременно корректирует стратегию лечения и извещает об этом пациента удаленно. С другой стороны, если пациент не выполняет предписание врачей (к примеру, по количеству шагов совершенных за день, количеству потребляемой жирной пищи или нужных препаратов) он может увидеть это в своем профиле. К примеру, система Body Area Network (BAN) основанная на технологии IoT представляет собой маломощную беспроводную сеть, встроенную в датчики для внутренней или внешней имплантации. Система предает данные на соответствующий сервер через шлюзовое устройство. BAN способна выполнять самые разные задачи от измерения распределения температуры тела до фиксирования падения пациентов. [2]

Так как Интернет вещей связан с технологией анализа больших массивов данных, это позволяет не сопоставлять только что полученные данные с историей болезни пациента, но также и со всеми имеющимися данными в области лечения данного заболевания. Все это создает более фундаментальную основу для фармацевтических исследований с использованием только что полученных данных. Также совместное использование IoT и систем Искусственного интеллекта (ИИ) позволит не только своевременно передавать данные о состоянии пациента его лечащему врачу, но и генерировать автоматические рекомендации на более примитивных уровнях лечения и реабилитации. К примеру, ИИ с помощью технологии IoT может отправлять предупреждения о несоблюдении пациентом предписанных норм лечения, нарушении тех или иных показателей, а также формировать предварительные выводы для лечащего врача по анализу состояния больного[3].

Также IoT предлагает основу для создания оборудования диагностики и мониторинга процесса развития таких заболеваний как обструктивное апноэ сна (ОАС). Это заболевание характеризуется периодическим нарушением и остановкой дыханий у пациентов во время сна. Абдель-Бассет, Динг и Абдель-Фатах (2020) в своей статье о методах диагностики и мониторинга ОАС с помощью технологии IoT проводят анализ достижений в этой области[4]. Особенности этого заболевания заключаются в нарушении ритма дыхания во время сна. Датчики и регистраторы, созданные с применением IoT, собирают полную информацию о жизнедеятельности организма пациентов и прикрепляют ее к истории болезни, тем самым предоставляя врачам точную картину заболевания.

Промышленность

Горнодобывающая отрасль

Применение IoT в горнодобывающей промышленности связано с необходимостью постоянного и высокоточного мониторинга поведения пород при проведении изысканий. Существующие концепции применения IoT в горнодобывающей отрасли включают в себя 4 уровня: сбор, передача, размещение и хранение и взаимодействие. Первый уровень представлен разнообразными устройствами для сбора информации о состоянии пород и механизмов участвующих в их переработке. Второй уровень включает в себя различные методы передачи собранной информации (WSN, ZigBee,175 Wi-Fi и Bluetooth с применением оптоволоконных сетей для повышения надежности передачи данных). Третий уровень опирается на технологию промежуточного программного обеспечения, которая предоставляет функциональные возможности для плавной интеграции сервисов и приложений в IoT. Этот слой берет на себя регулирование информационного обмена и хранения, извлечение и управление данными, управление поисковыми системами и связью между подключенными устройствами. Четвертый уровень осуществляет анализ полученных данных с применением ИИ.[5]

Автомобильная промышленность

Технология IoT нашла широкое применение как в процессе производства, так и в дальнейшем использовании автомобилей. Компания CarMax, крупнейший продавец подержанных автомобилей в США успешно освоил применение RFID-меток, прикрепленных к каждому транспортному средству, для отслеживания жизненного цикла автомобиля, что позволяет предоставлять следующим владельцам более подробную историю его использования. Эта же технология была внедрена компания Honda в управление цепочками поставок. Всем известный бренд BMW взял на вооружение использование технологии iDrive («умное вождение»). Данная технология собирает и анализирует данные о местонахождении, окружающей среде, характеристиках работы систем автомобиля и упрощает процесс контроля над вождением. В данной технологии, все устройства автомобиля объединены в единую систему, собирающую данные для общего анализа. Подобные системы также существуют у Toyota, GM, и Ford.[6] IoT также широко применяется в системах контроля за нештатными ситуациями на дорогах с целью предотвращения столкновения. Согласно подсчётам, эти системы способны предотвратить аварийные ситуации, общий урон от которых оценивается в более чем 100 $млрд.[7]

Металлургия

Наряду с автомобильной промышленностью IoT нашла широкое применение в металлургии. В процессе производства стали применяются технология RFID и беспроводные сети, контролируя и управляя данными о состоянии производства различных частей станков, что позволяет осуществлять более точный контроль за системами. Единая база данных предоставляет операторам полную картину о состоянии механизмов участвующих в производстве, их износ и рабочую нагрузку. Эта информация доступна как на стационарных, так и на мобильных устройствам (планшетных компьютерах). [8]

Компания Hitachi также применяет технологию IoT в своем производстве. Оборудование по обработке железа и выплавке стали, элементы горячей и холодной прокатки стали, транспортно-погрузочное оборудование обледенены в единую систему сбора и управления информацией о производственном процессе, что позволяет эффективно управлять задействованными механизмами, а также анализировать результаты их работы постфактум.  Метод объединения оборудование в единую сеть представляет собой автономную децентрализованную систему, что увеличивает ее оперативность и эффективность.[9]

Логистика

Технология IoT приобрела большую популярность на рынке логистики. Совместное использование IoT и технологии blockchain позволило существенно модернизировать отрасль. К примеру, благодаря IoT были внедрены новые виды рефрижераторных контейнеров с постоянным удаленным контролем температуры и других характеристик состояния товара, находящегося в них на основе технологии RFID-меток. Это помогло повысить эффективность транспортировки скоропортящихся продуктов и фармацевтических препаратов, требующих поддержания строго определенной среды. IoT и blockchain позволили внедрить широкое применение так называемых «умных контрактов» позволяющих решить основные проблемы связанные с оплатой логистических услуг и контроля качества в месте отгрузки. [10] Технология IoT оказывает существенное влияние на проблему загруженности транспортных артерий, обеспечивая более точное соблюдение графиков отгрузки, а также возможность автоматической корректировки расписаний с учетом малейших изменений в исходных данных, что крайне затруднительно сделать вручную. Учет и постоянный анализ всех характеристик транспортного средства, а также особенностей маршрута с помощью IoT позволяет обеспечить существенную экономию топлива и энергии в транспортных средствах. Как уже было сказано выше, системы контроля автомобилей основанные на IoT позволяют существенно сократить риски аварий в процессе транспортировки. IoT также предлагают инновационные решения для процесса складирования и учета товара. Системы «умной инвентаризации» (smart-inventory management) позволяют контролировать условия складирования, состояние товара, его характеристики и данные по доставке как со стационарных, так и с мобильных устройств, упрощая тем самым процесс поиска необходимых единиц товара и предоставления информации о нем заказчику. Подобные системы включают в себя датчики состояния окружающей среды, веб-камеры, RFID-метки на товаре, а также подробное описание продукта с момента его изготовления. Системы складирования также включают в себя устройства по контролю за стабильностью энергоснабжения тем самым оптимизируя потребление электроэнергии. [11] Архитектура систем IoT для сферы логистики подразделяется на несколько уровней, к каждому из которых предъявляются соответствующие требования. Прикладной уровень представляет собой сборник задач и требований, поставленных заказчиками, и отвечает за их правильную интерпретацию. Следующий за ним уровень зондирования и обнаружения включает в себя задачи, связанные с контролем систем транспортного средства, его перемещения и текущего местоположения, а также состояния товара. На коммуникационном уровне происходит обмен полученной информации между элементами системы и центром управления. Этот уровень включает себя такие средства связи как 3G/4G/5G сети, Wi-Fi, Wired Network и Bluetoth. Далее в работу включается сервисный уровень, вбирающий в себя все необходимое программное обеспечение для обработки полученной информации с прикладного уровня и уровня обнаружения. Последним является уровень инфраструктуры, включающий в себя все вспомогательные системы (облачные вычисление, GPS, инструменты анализа больших массивов данных) участвующие в обеспечении стабильной работы всех предыдущих уровней.[12]

Сельское хозяйство

Еще одним бенефициаром достижений в сфере IoT является сельское хозяйство. Применение IoT в системах контроля и мониторинга окружающей среды, а также условий теплиц широко применяются в сельском хозяйстве. Основным вызовом для аппаратного обеспечения, использующего технологию IoT, является износостойкость оборудования, так как оно находится в постоянном взаимодействиями с условиями окружающей среды. Данные системы занимаются сбором и общим анализом температурных данных, уровня давления и влажности, а также общего состояния почвы, что позволяет фермерам принимать более взвешенные и оперативные решения. В случае с теплицами, системы на базе IoT включают в себя не только сенсоры и датчика, но также системы кондиционирования и орошения. Системы сверяет получаемые данные с установленными нормами, и сама регулирует температурный режим и интенсивность полива. Она также позволяет фермерам удаленно вносить коррективы в установленные нормы, которые сразу же вступают в действие. В полевых условиях наибольшее внимание уделяется мониторингу климатических изменений, а также физико-химических характеристик почвы. Датчики, использующие WSN сети, устанавливаются в земле на разном уровне и связаны с общей системой контроля за орошением. Фермеры также используют различные приборы визуализации для контроля за вредителями и внешним состоянием посевов. [13]

В животноводстве широко применяются датчики передвижения скота на основе технологии RFID-меток дабы предотвратить их неконтролируемое перемещение или кражу. Данные отображаются на интерактивной карте, дающей фермеру точную картину пастбищных площадей и скота, находящегося на ней. Наряду с этим высокочувствительные датчики температурных изменений и задымлений способны своевременно извещать об опасностях лесных пожаров. Специальные микро-датчики, установленные на стволах деревьев способны, предотвратит незаконную вырубку лесов. Эти данные также, как и в случае с животноводством отображаются на интерактивной карте. В оптимизации цепочек поставок, сельское хозяйство тесно связано с логистикой и с описанными выше технологиями RFID-меток и беспроводных сетей для контроля над состоянием товара, условиями его транспортировки и отгрузки.

Интернет вещей представляет обширные перспективы для оптимизации производственных процессов в самых разных областях человеческой деятельности. Возможность создания единых производственных «организмов» объединенных под управлением систем ИИ с минимальным человеческим фактором формирует новый уровень экономических, социальных и производственных отношений с присущими ему преимуществами, недостатками и вызовами.

[1] Industry 4.0 and Health: Internet of Things, Big Data, and Cloud Computing for Healthcare 4.0 https://sci-hub.tw/https://doi.org/10.1016/j.jii.2020.100129

[2] Harnessing the power of Internet of Things based connectivity to improve healthcare, 2019 https://sci-hub.tw/https://doi.org/10.1016/j.iot.2019.100074

[3] AI in Healthcare: Beyond IBM Watson, 2020 http://media.techtarget.com/digitalguide/images/Misc/EA-Marketing/Eguides/AI-in-Healthcare.pdf

[4] The fusion of Internet of Intelligent Things (IoIT) in Remote Diagnosis of Obstructive Sleep Apnea: A Survey & A New Model  https://sci-hub.tw/https://doi.org/10.1016/j.inffus.2020.03.010

[5] New insights on ground control in intelligent mining with Internet of Things, 2019 https://sci-hub.tw/https://doi.org/10.1016/j.comcom.2019.12.032

[6] https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2F978-3-642-39215-3_21.pdf

[7] https://realyze.in/downloads/TheInternetofThings.pdf

[8] https://www.researchgate.net/publication/324261677_Analyzing_the_effects_of_applying_IoT_to_a_metal-mechanical_company

[9] https://pdfs.semanticscholar.org/23d1/9275f232533128b1a6577491595823c44a27.pdf

[10] http://www.sfb637.uni-bremen.de/pubdb/repository/SFB637-C2-10-004-IC.pdf

[11] https://discover.dhl.com/content/dam/dhl/downloads/interim/full/dhl-trend-report-internet-of-things.pdf

[12] https://www.researchgate.net/publication/321242420_The_Internet_of_Things_An_Opportunity_for_Transportation_and_Logistics

[13] https://fardapaper.ir/mohavaha/uploads/2018/07/Fardapaper-Internet-of-Things-in-agriculture-recent-advances-and-future-challenges.pdf

Анастас Хачатуров