Интернет вещей. Что нужно знать руководителю

Интернет вещей прочно занял место в списке современных технологических трендов

Понятие интернета вещей часто размыто: от «умного» холодильника, который сам может заказать еду, до счетчиков электроэнергии, тепла и воды, которые сами отдают показания. Туда же замешивают всё остальное: идентификацию пользователей, «умный» дом, медицинские приборы, носимую электронику, приборы для сельского хозяйства, военных роботов и прочее. Усложняет ситуацию и то, что параллельно и вперемешку используются несколько терминов, как русскоязычных, так англоязычных.

Предлагаю немного упростить и оставить один термин – межмашинное взаимодействие. ММВ по-русски и М2М по-английски.

Термин «интернет вещей» просто означает, что вещи имеют подключение к сети передачи данных и могут быть доступны для обмена информацией по этой сети. А термин «межмашинное взаимодействие» существенно шире. Он подразумевает, что машины, в первую очередь электронно-вычислительные, взаимодействуют между собой без участия человека. Ещё он подразумевает, что электронно-вычислительные машины могут взаимодействовать с другими машинами и механизмами.

Тут-то и кроется самое интересное. Если воображение уже рисует вам, как роботы порабощают людей, то предлагаю не торопиться. ММВ позволяет убрать людей из процессов, которые либо опасны, либо рутинны и скучны. Межмашинное взаимодействие также включает в себя и «умный» холодильник, и «умный» пылесос, и прочие устройства, подключенные к сети передачи данных.

Как один из первых примеров ММВ можно привести автоматические телефонные станции. Эти машины, а когда-то они были электромеханическими, а не электронными, связывались друг с другом посредством телефонных проводов, отдавали друг другу команды и получали ответы, которые интерпретировали как состояния телефонного звонка. Для такого взаимодействия были разработаны протоколы – системы сигнализации. В настоящее время некоторые из этих систем сигнализации ещё используются, например OKC-7 (SS7), ISDN PRI, R2. С развитием интернета стек протоколов TCP/IP стал тем самым универсальным языком, на котором сейчас «разговаривают» все электронные машины.

Давайте рассмотрим самый простой пример ММВ. Есть электрический таймер, к которому подключена лампа накаливания. Вся схема запитана от сети переменного тока 220 Вольт.

1. Оконечное устройство – лампа накаливания – электрическая машина, производящая свет и тепло.
2. Управляющее устройство – таймер. Он «знает», когда включить и когда выключить лампу.
3. Сеть передачи данных – сеть переменного тока 220 Вольт. Именно через эту сеть таймер отдает команду лампе.
4. Источник питания – та же проводка сети переменного тока 220 Вольт. Она питает и оконечное, и управляющее устройства.

Согласно внутренней программе, управляющее устройство передает команду по сети на оконечное устройство, которое эту команду исполняет. Понятно, что совершенствовать и усложнять эту схему можно до бесконечности.

В любой схеме межмашинного взаимодействия всегда есть эти четыре элемента: оконечное устройство, управляющее устройство, сеть передачи данных и источник питания. А последние два для нас особенно важны, потому что они всегда означают операционные расходы.

На самом деле, на этом я закончу техническую часть. Для руководителя всего вышеперечисленного вполне достаточно, чтобы принимать правильные решения. При всём разнообразии устройств, сетей передачи данных и источников питания абсолютно все схемы межмашинного взаимодействия сводятся к таймеру и лампочке. Задача руководителя состоит в том, чтобы всегда понимать, что из этого кап. затраты, а что операционные расходы.

Итак, для нас сеть передачи данных и источники питания — это операционные расходы. Давайте вначале поговорим про источники питания. Тут нужно чётко понимать, что человечество научилось производить электроэнергию и передавать её на значительные расстояния, но совершенно не умеет её хранить. Пока не существует систем хранения электроэнергии. На конец 2021 года аккумуляторы всех видов, от лейденской банки до литий-ионных, – это кратковременные хранилища малого количества электроэнергии с большими внутренними потерями. Но малое количество хранимой электроэнергии — это ещё полбеды. Беда в том, что они хранят её очень недолго. Время хранения измеряется максимум несколькими годами и сильно зависит от внешних условий.

Химические источники электроэнергии тоже далеки от идеала – они способны отдавать энергию ограниченное время, пока идёт химическая реакция. Лучшие батареи – литий-тионилхлоридные – разработаны для долговременной работы с малым потреблением тока, но в реальных условиях редко работают больше трёх лет. И, к сожалению, не существует химических источников электроэнергии, способных отдавать большое количество энергии продолжительное время.

Всё это означает, что при использовании устройств ММВ с автономным питанием необходимо учитывать операционные расходы на замену элементов питания, что при большом количестве устройств и/или большой территории может быть очень затратно.

Теперь поговорим про сети передачи данных и для лучшей иллюстрации рассмотрим пример внедрения системы межмашинного взаимодействия. Давайте представим, что у вас хозяйство, в котором одна тысяча теплосчётчиков. И вы хотите при помощи устройств ММВ решить всего одну задачу – автоматически снимать показания с этой тысячи счётчиков один раз в сутки. До этого вы снимали показания вручную, но тысяча счётчиков, расположенных на некоторой территории – это много работы, а следовательно регулярные затраты. Эти затраты вы и хотите уменьшить или совсем от них избавиться, заменив людей машинами.

Как приступить к решению такой задачи? Начинаем прикидывать. Тысяча счётчиков, значит тысяча оконечных устройств, умеющих снимать показания и передавать их куда-то. Эти устройства надо закупить, развести по местам нахождения счетчиков, установить и настроить.

Нужно понять, по какой сети передачи данных оконечные устройства будут передавать показания, будет ли это проводной или беспроводной интерфейс. Скорее всего, беспроводной, так как прокладка проводов в тысячу точек, разбросанных по некоторой территории, займет не меньше тысячи дней, не говоря уже про деньги.

И как только мы подошли к беспроводной сети передачи данных, тут же встает вопрос с питанием оконечных устройств. Законы физики беспощадны. Чтобы что-то передать по радио, нужно в антенну передающего устройства послать энергию. Чем шире полоса и выше скорость передачи данных, чем дальше передающая антенна находится от приёмной, тем больше энергии надо направить в антенну. Энергию эту надо где-то взять. Так что мы понимаем, что нам доступны только химические источники питания (батареи) и из-за этого не очень дальнобойная и довольно низкоскоростная радиосеть. Такие сети существуют, они называются LPWA (Low-Power Wide-Area). Странно, что они называются именно так: в названии рекламируется малое потребление и большая дальность, что неправда, и на самом деле эти сети честно можно было бы назвать VLSAD – Very-Low-Speed-Average-Distance.

Самая доступная из этих сетей – LoRaWAN, и её коммерческие воплощения – Стриж и Sigfox. Сложнее - сети NB-IoT, услуги которых предоставляют операторы мобильной связи.

Преимущество сети LoRaWAN и ей подобных в том, что её можно сделать самостоятельно, за разумные деньги и сроки, но это требует некоторых знаний. Можно не делать самому, а купить услугу сети у оператора связи, который её предоставляет. Однако идеальных решений не существует. Если вы купите что-то закрытое, типа Стрижа или Sigfox, не удивляйтесь, когда через пару лет вам поднимут плату за услуги раза в два. «Соскочить» с такой сети с тысячью уже работающих ММВ устройств будет очень непросто. А если построите сами, то нужно содержать хотя бы двух инженеров и двух программистов, чтобы поддерживать работоспособность сети.

Теперь пару слов про сети NB-IoT. Это низкоскоростная сеть передачи данных, построенная с использованием сотовых сетей (поверх LTE). То есть на базовых станциях операторов загружено программное обеспечение, поддерживающее этот стандарт связи. Тут есть и плюсы, и минусы. К плюсам относятся большая зона покрытия, синхронный режим работы. В городских условиях, даже в малых городах и вокруг них, покрытие NB-IoT уже существует с очень высокой вероятностью. Если есть LTE, то, скорее всего, там есть и Nb-IoT (но не наоборот). И еще один плюс – с одной базовой станицей может работать очень большое количество устройств.

Но есть и минусы: потребление электроэнергии выше. Срок работы от батарей меньше. Ценообразование устанавливает оператор. Оконечные устройства дороже, чем у LoRaWAN.

Зачем это понадобилось мобильным операторам? Дело в том, что у них большие проблемы с основной деятельностью – продажа голосового трафика больше не приносит денег (ARPU - 150 руб.) И расти не будет, поскольку голосовой трафик производят люди, и у всех людей уже есть мобильные телефоны, а у некоторых и по два. Быстро и в разы увеличить население Земли нельзя, расходы на развитие и содержание сетей 4-го и 5-го поколений растут, а доходность надо показывать.

Предвидя это, операторы давно сделали ставку на трафик-генераторы. Многие ещё помнят первый iPhone, представленный Стивом Джобсом в 2007 году. Так вот, основное отличие этого смартфона от всех других было в том, что это был очень хороший трафик-генератор. Телефон практически ничего в себе не сохранял и всю информацию подгружал из сети снова и снова. Он получился настолько хорошим трафик-генератором, что сеть компании AT&T легла в первые же два дня после начала продаж.

Сети NB-IoT для операторов – это хорошая подмога в смысле денег. Эта сеть существует на уже имеющемся ресурсе, все что надо – обновить ПО базовых станций.

Наверное вы не раз слышали слова типа таких: «прогнозируется, что к 2030 году количество подключенных к сети устройств вырастет примерно до 24 млрд с годовой выручкой до $1,5 трлн». Как люди с опытом руководящей работы, мы с вами прекрасно знаем, что это означает. Это означает, что операторы связи, продающие трафик, запланировали себе доходы в размере $5,2 или около 500 руб. в месяц от каждого подключённого к сети устройства, что в почти в 4 раза больше, чем ARPU от голосовой связи. И количество этих устройств будет только расти, а значит, будут деньги на развитие сетей. И эти деньги операторы получат он нас с вами в виде ежемесячной платы за услуги. Поэтому сеть передачи данных, какая бы она ни была, своя или арендованная, – для нас всегда операционные расходы.

Давайте подведем некоторые итоги.

М2М, IoT - это названия сетей межмашинного взаимодействия (ММВ).

В любой сети ММВ всегда есть четыре элемента:

• оконечное устройство
• управляющее устройство
• сеть передачи данных
• источник питания

Последние два всегда означают операционные расходы.

Сети межмашинного взаимодействия применимы везде, где скорость передачи данных и задержка в передаче данных не критичны: системах мониторинга, считывания показаний всех видов счётчиков, системах «медленного» трекинга. Оборудование стандарта Nb-IoT благодаря синхронному каналу связи можно использовать даже в некоторых не критичных к задержке системах управления. Планируя внедрение системы ММВ, нужно понимать все слабые стороны таких систем, которые обусловлены упомянутыми ранее большими задержками, низкой скоростью передачи информации и ограничениями батарейного питания.

См. также

Цифровизация. Что нужно знать руководителю

Нейросети. Что нужно знать руководителю

Взгляд на импортозамещение с верхнего уровня. Что нужно знать руководителю