На пути к "Интернету вещей"

"Интернет вещей" (Internet of Things) — настолько амбициозная концепция следующего этапа информационной эпохи, что дух захватывает. "Интернет вещей" позволит производить мониторинг практически любого объекта и параметра окружающей среды. При этом мы сможем не только отслеживать эти объекты и параметры, но и управлять ими, а также включать информацию о них в общую "цифровую вселенную". По некоторым подсчетам, количество объектов, которые "Интернет вещей" сможет соединить между собой, будет сравнимо с количеством атомов на поверхности Земли.

К сожалению, столь же велико количество мнений о том, как именно будет построен "Интернет вещей". С тех пор, как полтора десятка лет назад появилось это понятие, претворить его в жизнь пытаются многие исследовательские институты и технологические компании. В результате появилось великое множество вариантов строительства сети нового типа, что раскололо рынок, разделив "Интернет вещей" на сотни не связанных между собой островков информации, каждый из которых опирается на свою собственную коммуникационную систему.

За последние пять лет компания Cisco приложила немало усилий, чтобы достичь хоть какого-то консенсуса по данному вопросу. Речь ведь идет о настоящей компьютерной революции, обещающей радикальное повышение безопасности, эффективности и качества по сравнению с современным Интернетом.

"Умные" объекты

"Интернет вещей" будет состоять из соединений с привычным для нас общедоступным Интернетом, а также с неограниченным числом частных сетей. Его строительство порождает целый ряд проблем, неведомых для современных сетей, чьи создатели полагают, что вычислительная техника будет становиться все мощнее и быстрее, а волоконно-оптические сети будут предоставлять все более широкую полосу пропускания, и все это будет продолжаться бесконечно, открывая перед сетями неограниченные возможности.

Миллионы датчиков или миникомпьютеров, подключенных к "Интернету вещей" (их часто называют "умными" объектами), будут проникать в области, о которых нынешний Интернет не мог даже мечтать. "Умные" объекты и подключенные сети смогут управлять сетями электропередач, следить за загрязнением мирового океана и лесными пожарами, проверять качество воздуха в шахтах, а также вести мониторинг заводов, трубопроводов, мостов, складов, жилых домов, коммерческих зданий и любых других объектов, созданных человеком и матушкой-природой.

В отличие от современных широкополосных каналов, которыми пользуется Интернет, новый "Интернет вещей" будет вынужден использовать маломощные, узкополосные и зачастую ненадежные каналы, работающие в непредсказуемой среде. Новые виды беспроводных технологий позволят подключать к сети крохотные сенсоры с питанием от батареек. С другой стороны, для "Интернета вещей" можно использовать сети электропередач, которые уже окутали всю землю и готовы к подключению миллионов датчиков и контроллеров.

Как ни странно это покажется на первый взгляд, устройства, подключенные к "Интернету вещей" через сети электропередач, должны отличаться чрезвычайно низким уровнем энергопотребления. Иначе, учитывая их бесчисленное количество, они "выкачают" из электросетей всю энергию, говорит ведущий разработчик<Интернета вещей>в Cisco, заслуженный инженер компании Ж.П. Вассер (J.P. Vasseur). Кроме того, говорит он, подключение через линии электропередач может создать столько же проблем, как передача сигналов по беспроводным каналам. Здесь будут действовать такие факторы, как качество проводов, погодные условия, температура и радиочастотные помехи, и все они, по мнению Вассера, будут оказывать отрицательное влияние на стабильность передаваемых сигналов.

Пятнадцать лет назад, когда концепция "Интернета вещей" впервые появилась на свет, эти ограничения казались непреодолимыми. Но со временем, благодаря закону Мура, множество компаний и исследователей предложило пути решения вышеупомянутых сетевых проблем. К сожалению, каждая компания пыталась решить эти проблемы самостоятельно, отмечает Адам Данкелс (Adam Dunkels), ученый из Шведского института компьютерных наук, создатель операционной системы Contiki (предназначена для управления малыми устройствами, которые наполнят "Интернет вещей").

IP как общий язык

Пять лет назад Cisco провела тщательный технический анализ, показавший, что IP (интернет-протокол) вполне может быть адаптирован к требованиям сетей нового типа. В таком случае "Интернет вещей" получит те же преимущества: совместимость, масштабируемость и, самое главное, единый общий язык, — которые в свое время превратили сложный массив частных и общедоступных сетей в единую глобальную коммуникационную систему, известную как Интернет. Однако не все в ИТ-отрасли согласны с этим утверждением. Многие компании, разработавшие продукты на базе собственных нестандартных подходов, утверждают, что IP изначально не создавался для выполнения подобных задач.

Тем не менее Cisco медленно, но уверенно продолжает продвигать свою идею, в том числе в стандартобразующих организациях и международных консорциумах. В частности, Cisco сотрудничает с рабочей группой интернет-разработчиков (IETF, основной орган, создающий стандарты для интернет-коммуникаций), чтобы разработать единый подход к совершенствованию протоколов IP-маршрутизации, которые должны стать достаточно легкими и гибкими для работы в сетях, состоящих из "умных" объектов. "Мы поняли, что "Интернет вещей" отличается от того, с чем мы сталкивались до сих пор, но если нам не удастся сплотить компании вокруг IP, отрасль погрузится в настоящий хаос, — считает Вассер. — Я спрашиваю других поставщиков сетевых устройств: что вы выберете — 80 процентов крошечного пирожного или 20 процентов огромного торта?"

IP как стандарт для сенсорных сетей

Летом 2010 года группа IETF под руководством Ж.П. Вассера создала первый IP-стандарт для маршрутизации в сенсорных сетях, работающих на базе беспроводных каналов и линий электропередач. Новый стандарт прошел первые испытания на совместимость и находится в процессе ратификации. Cisco уже выразила готовность использовать данную технологии в своих сетевых продуктах.

Как утверждает Вассер, новый стандарт, получивший название RPL (протокол маршрутизации IPv6 для маломощных и ненадежных сетей), не только обеспечивает экономичную маршрутизацию для микроустройств с ограниченными возможностями электропитания, но и поддерживает самые разные способы использования сетей с "умными" объектами. "Мы с трудом добрались до нынешнего этапа и впереди еще много работы, но, по крайней мере, теперь у нас есть все необходимые компоненты", — говорит заслуженный инженер Cisco. С ним согласен Адам Данкелс: "Если раньше каждый начинал с создания собственных узкоспециализированных протоколов, то теперь компании оценили всю прелесть IP".

Строительство сетей Smart Grid

Cisco и другим сторонникам интернет-протокола предстоит большая работа. Вендоры, не работающие в сетевой отрасли, с большой неохотой принимают стандарты Интернета, отмечает главный технический директор компании Duke Energy Дэвид Молер (David Mohler). Эта энергетическая компания, обслуживающая клиентов в южных штатах и на Среднем Западе США, вместе с Cisco и другими организациями разрабатывает технологии Smart Grid, способные резко повысить эффективность управления инфраструктурой электропередач.

По словам Молера, энергетика — типичный пример того, как новые технологии могли бы решить многие проблемы. Однако переход к унифицированным IP-сетям Smart Grid идет медленно, так как многие поставщики традиционного энергетического оборудования не хотят отказываться от существующих продуктов. Тем не менее, убежден Молер, от интернет-стандартов им никуда не деться: "Зачем изобретать что-то новое, когда на рынке есть проверенная технология?". В настоящее время такие компании, как Duke Energy могут пользоваться счетчиками нескольких разных типов, несколькими программами управления распределением энергии и целым рядом технологий эксплуатации и управления, каждая из которых работает на собственном нестандартном оборудовании. IP — единственный общий язык, способный объединить эту мешанину в единое целое, утверждает главный технический директор компании Duke Energy.

Технологическая лавина

С точки зрения Cisco, на строительство "Интернета вещей" уйдет немало времени, зато, судя по всему, этот этап развития коммуникаций затмит все достижения современного Интернета. Штатный футуролог компании Cisco Дэйв Эванс (Dave Evans), занимающий должность главного специалиста по технологиям в глобальном консалтинговом подразделении Cisco IBSG, считает, что развитие вычислительной техники, нанотехнологий, программного обеспечения и беспроводной связи резко ускорит распространение интернет-коммуникаций, создав "технологическую лавину". По словам Эванса, к Интернету сможет подключиться до триллиона устройств. "Такие темпы выходят за рамки законов Мура и Мэткалфа, — говорит он. — Дух захватывает при одной мысли о таких масштабах подключений к всемирной сети".

Подключаться будут датчики, позволяющие экономить энергию в линиях электропередач, радиочастотные метки RFID, отслеживающие движение товаров, температурные сенсоры для лабораторных холодильников, где хранятся медицинские препараты, крошечные датчики для измерения влажности в лесу, позволяющие оценить вероятность пожаров, сенсоры, дрейфующие в морских течениях и оценивающие загрязненность мирового океана, устройства на клапанах трубопроводов, автоматически регулирующие давление, и многое другое. "Можно сказать, что у человечества появится шестой орган чувств", — говорит Дэйв Эванс.

Cisco, безусловно, связывает свое будущее с новой эрой развития Интернета. Многие из самых смелых начинаний этой компании, включая технологию Smart Grid, программу "умных" и подключенных к Интернету городов, программу "подключенной недвижимости" и другие инициативы для промышленного производства, здравоохранения и домашних сетей, предусматривают использование новых технологий, рожденных концепцией "Интернета вещей".

Формирование отраслевого консенсуса по поводу "Интернета вещей"

Усилиями представителей компании Cisco был сформирован альянс IPSO (Internet Protocol for Smart Objects — интернет-протокол для<умных>объектов), в который на сегодняшний день входят 50 с лишним компаний, включая таких гигантов, как Intel, Google, Fujitsu, Ericsson, SAP, Bosch, The EDF Group, Duke Energy, Itron и Johnson Controls. Эта группа тесно сотрудничает с такими стандартообразующим организациями, как IETF, Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) и Международный союз электросвязи, чтобы разработать новые IP-технологии и создать в отрасли общее мнение о том, как собрать компоненты "Интернета вещей" в единое целое. Член альянса IPSO Адам Данкелс утверждает, что эта группа играет решающую роль в приведении разрозненных концепций, связанных со строительством нового Интернета, к общему знаменателю: "В этой области все мы сталкиваемся с совершенно новыми факторами. Ответы на некоторые вопросы мы нашли, но нам предстоит решить, как связать все это вместе".