Internet věcí: Průvodce pro bezradné

Všechno, co jste kdy chtěli vědět o internetu věcí (IoT) v jedné obsáhlé eseji.

Za posledních pět let se pojem internet věcí začal objevovat napříč odvětvími, ať už jde o oblast výroby, dodavatele, anebo vývojáře, kteří své služby nabízejí zákazníkům. Když se pokusíte zkoumat skutečný význam tohoto tajemného spojení internet věcí, najednou zjistíte, že se jedná o obor, nabízející různé vrstvy řešení, jejíž zdroje leží v diametrálně odlišných světech.

V této eseji se pokusíme rozmotat termín internet věcí a poskytnout přehled o trendech, které se vyvinuly z tradičního trhu do podoby dnešních špičkových technologií. Než se dostaneme k nablýskaným technologiím, serverovnám s barevnými, blikajícími LED diodami a rozhodovacím systémům, musíme začít od základů a porozumět internetu věcí jakožto takovému.

Počátky internetu věcí leží v potřebách kontroly, nástupem strojů, a ultra-nízkou spotřebou energie. Takové systémy jsou všude kolem nás již přes 20 let: ve veřejných budovách, průmyslu či zemědělství. Tyto systémy kontrolují procesy v daném prostředí (např. výrobní halu, orná pole, skleník nebo vstupní halu), monitorují je v reálném – nebo téměř reálném čase a předávají údaje do počítačového systému, který poskytuje uživateli přesná data o stavu monitorovaného místa, jakož i upozornění na normativní odchylky.

Toto je samozřejmě relevantní pro širokou škálu rozličných kontextů: kontrolu procesů výrobní haly, kontrolu přístupu osob, pro osvětlení, dopravu, bezpečnost budov za pomocí kamer, správu monitorovacích a poplašných zařízení, a mnoho dalších. Léta charakterizovaly tento obor stroje vybavené naprogramovanými řídicími jednotkami připojenými k síti různými detektory na jedné straně a počítačovým systémem na straně druhé. Ve skutečnosti se za posledních 20 let tento obor stal tradičním a podobu trhu udávaly dodavatelské společnosti, které se věnují stavebnictví či podnikání v oblasti  vysokonapěťové elektřiny.

Abychom porozuměli změně a zkusili předpovědět trendy na tomto zdánlivě tradičním trhu, pustíme se do analýzy internetu věcí ze čtyř technologických a komerčních perspektiv, z nichž je každá součástí skládačky.

Senzor: Tato část je monitorovací součástkou nebo detektorem a nachází se v koncovém bodě. Na počátku se jednalo o analogovou elektrodu se schopností měřit různé parametry (například teplotu, světlo, vlhkost, kyselost, a podobně). Výstup elektrody se skládal z elektrického napětí, které bylo přeměněno na měření. Tyto elektrody byly připojeny k naprogramovaným kontrolerům, které určovaly vzorkovací frekvenci, otevíraly nebo zavíraly elektrický signál a zajišťovaly přenos dat do počítačového systému. K obrovským změnám v této oblasti došlo ve dvou hlavních směrech:

  • Rozmanitost senzorů a jejich přizpůsobení se nespočetným situacím: Z hlediska rozmanitosti se trh s komponenty pro monitorování koncových bodů let každý rok zdvojnásobuje.
  • Ceny senzorů: Náklady na senzory, jakožto  poměrně jednoduchých, hromadně vyráběných komponent klesají, a seženete je za několik desítek korun za kus (v porovnání s cenami teplotní elektrody, která před 10 lety stála stovky). Navíc není vždy nutné připojovat je k naprogramovanému kontroleru: samotné senzory obsahují komunikační prvky a velmi snadno je připojíte do sítě (kabelově nebo bezdrátově).

Jedním z trendů na trhu se senzory je exponenciální růst. Počet monitorovacích prvků, které propojujeme s komunikačními sítěmi, poroste i nadále a jejich ceny budou klesat. Když se zamyslíme nad budoucností, lze s vysokou mírou jistoty říci, že monitorovací prvky se stanou neoddělitelnou součástí prostředí v každém kontextu: od senzorů trvale připojených k lidskému tělu, aby monitorovaly ukazatele zdraví (puls, saturaci kyslíku, hladinu glukózy) až po senzory v domácnostech (např. každý elektrický spotřebič bude vybaven senzorem, který umožňuje připojení k síti). Senzory budeme vídat na ulicích, na silnicích, v autech i na pracovištích.

Brána, tj. komunikační síť: Počet komponentů, které připojujeme k privátním a veřejným sítím, je obrovský a stále roste. Abychom tento růst podpořili, prošly změnami i naše komunikační sítě.

  • Jak se rozrůstaly typy bran: Speciálně postavená kabelová síť byla kdysi neoddělitelnou a drahou součástí klasického kontrolního projektu. Dnes jsou brány rozmanitější, skládají se z bezdrátových a celulárních sítí a používají různé technologie; můžeme vidět dokonce i sítě, které se instalují na již existující kabelové infrastruktury (jako je například elektrické vedení). Náklady na infrastruktury a poskytovatele komunikací tak klesají.
  • V minulosti byly komunikační protokoly poměrně zastaralé a nesplňovaly požadované standardy (např. RS23, 485). Průlom nastal ve chvíli, kdy se senzory daly připojit k „běžné“ komunikaci nejen jako technický standard, ale také v konfiguraci kódu rozhraní, který senzorům umožňuje mezi sebou komunikovat jako decentralizovaná síť. Kromě toho oblast komunikace v současné době trpí kvůli nadměrnému počtu výrobců, jelikož máme k dispozici obrovské množství dostupných rozhraní. Lze očekávat, že v blízké budoucnosti se postupně přesuneme k jednodušším komunikačním rozhraním, zajišťující propojení různých senzorových světů, dokud se nezavede jednotný jazyk, který se následně stane průmyslovým standardem.

Fog computing: Fog computing je relativně nový termín, který se v kontextu klasické kontroly nevyskytuje. Fog computing se vztahuje spíše k části mezi senzorem a počítačovým systémem, který přijímá a zpracovává data. Vezměme si například stíhačku na misi. Letoun je vybaven desítkami různých senzorů, které v každém okamžiku měří všechny možné parametry letu v reálném čase (nadmořskou výšku, stav motoru, teploty, tlaky, hladinu paliva, stav při startu, atd.). Tyto údaje představují obrovské množství informací v reálném čase, ale jen malá část z nich je odeslána do řídících věží. Fog computing je tedy systém, který umožňuje jednoduché rozhodování o filtraci informací a jejich přenosu do počítačového systému, protože většinu shromážděných informací nelze dostatečně rychle do výpočetního centra odeslat. Fog computing je volitelným komponentem internetu věcí: není součástí tradičního kontrolního systému. Exponenciální růst prokázal, že systém potřebuje komponenty, které jsou schopny provádět jednoduchá rozhodnutí o filtrování, úpravách vzorkovací frekvence a vysílat jen kusy informací do další fáze.

Datové centrum: V minulosti bylo datové centrum – také označovaný termínem back end – což je počítačový systém, přijímající všechna data z řídicího systému, relativně jednoduché.  Potřebovalo přitom jediný počítač, který přijímal všechna data v reálném čase ze systému senzorů v terénu. Dnes si uvědomujeme, že tok surových dat (i poté, co prošly vrstvou fog computingu), je obrovský a vyžaduje vhodnou počítačovou infrastrukturu (výpočetní kapacita se zvyšuje, protože komunikace roste stále rychleji a systémová úložiště se stávají většími a sofistikovanějšími). Růst nebo škálování jsou témata, zasluhující vlastní samostatnou esej a jsou natolik obsáhlá, že je zde nemůžeme detailně popisovat. Je však zřejmé, že s obrovským množstvím informací musíme zacházet jinak, než jsme byli doposud zvyklí. Je zapotřebí hardwaru, podporujícího rozrůstání a změny, a také nerelační databáze, které mohou přijímat spoustu informací z několika zdrojů současně. Co je vhodné si uvědomit a rozvést, zejména pokud předvídáme globální trendy, je aplikativní část: svět aplikací je ta část, která na nejnižší vrstvě, zpracovává informace, prezentuje závěry, varuje, anebo poskytuje vhledy koncovému uživateli. Můžeme očekávat, že v této oblasti bude proměna největší. Různorodé informační zdroje budou přivádět data do počítačového systému, který je bude přijímat a filtrovat. Od tohoto okamžiku bude analýza informací hotova. Systémy, které dokážou vyvodit závěry z různorodých kontextů, budou představovat největší průlom v této oblasti.

Zkusme použít příklad, jako je třeba „tradiční“ domácí IoT systém, který se skládá z výstražného a poplašného systému, přijímajícího informace o tlaku vyvíjeném na okna, anebo když se někdo pokouší otevřít dveře či ohnout bezpečnostní mříže. Informace ze senzorů proudí do počítačového systému, který v reálném čase rozhoduje o aktivaci všech bezpečnostních kamer, aby nahrávaly, vyšle upozornění obyvateli domu, a zavolá policii, protože se zdá, že probíhá vloupání.

Jako další příklad by mohly sloužit změny v dopravních pruzích, aby se snížil počet komplikací na silnicích, nebo systémy pro rozpoznávání obličeje, rozhodující o tom, jaký obsah – reklama, pracovní příležitosti a další věci – nám bude předložen. Posledním příkladem je systém, který monitoruje naše tělo a na základě zrychlené pulzní frekvence, potu nebo sníženého kyslíku v krvi. Ten je schopen uživatele varovat, že má zdravotní potíže a naléhavě potřebuje lékařskou pomoc. Dokáže také přivolat sanitku. Na druhou stranu, takové příznaky se mohou objevit i v momentě, kdy váš oblíbený sportovní tým prohrává důležitý zápas. Proto se musí počítačový systém, který je schopný vzorkovat velké množství lidí v konkrétním okamžiku, naučit, co představuje běžnou reakci a odlišit ji od zdravotní krize. To vše probíhá na základě odebírání vzorků z celé populace.

Tyto rozšiřující se systémy, označované jako umělá inteligence, jsou jen špičkou ledovce. V těchto systémech je algoritmus učení zlomovým bodem, díky kterému je schopen měnit vnímání přijatých informací.

Dalším tématem, kterému je třeba věnovat zvláštní pozornost, je bezpečnost informací. Jakmile se výrazně zvýší počet distribuovaných senzorů, naroste samozřejmě i jejich zasahování do soukromého života, útočníci budou využívat bezpečnostních zranitelností a zvýší se kyberkriminalita. Svět internetu věcí potřebuje klást zvláštní důraz na bezpečnost, protože ta ovlivňuje vše: od monitorované oblasti až přes bránu k centrálnímu počítačovému systému. Je proto důležité, aby vývojáři senzorů věnovali pozornost zabezpečení informací již od okamžiku, kdy definují specifikace produktu. Úroveň zabezpečení musí být udržována od jednoho konce k druhému a zahrnuje bránu, centrální počítačový systém i samotnou aplikaci. Bezpečnostní řešení potřebné pro tento svět, musí být komplexní a úplné. Spojení, které je z hlediska zabezpečení slabé, je potenciálním bodem selhání celého systému.

Závěrem: V blízké budoucnosti ovlivní internet věcí svět natolik, že se naše životy stanou více digitalizovanými, chytřejšími, a také všemožně zjednoduší složité procesy. Abychom se na tento odvážný nový svět mohli připravit, musíme pečlivě naplánovat počítačové systémy od začátku do konce, dbát na zvýšenou opatrnost při práci s informacemi a zabezpečit výběr a implementaci vhodných aplikací.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *