ИНТЕРНЕТ ВЕЩЕЙ - ИСТОРИЯ, ФИЛОСОФИЯ, ПРИМЕНЕНИЕ - ЛЕКТОРИЙ ВИШ
Михаил Жабицкий:
Сегодня мы поговорим с вами об одной прорывной цифровой технологии, которая стремительно врывается в нашу с вами реальность. Это технология интернета вещей.
Немного истории.
Всегда, долгие века люди общались друг с другом, передавали информацию, обменивались мнениями, принимали решения и так далее. Но буквально до 19 века основным способом было очное общение. Если вам нужно было поговорить с французским ученым, вы должны были ехать во Францию. С индийским йогом в Индию, с американским индейцем – садитесь на парусник, а потом на пароход и переплываете Атлантику, потом скачете по прериям, и вот вам общение, вот вам коммуникация, вот вам обмен информацией.
Конечно же были способы фиксации информации – это письменность. Библиотеки были коллективным хранилищем информации всего человечества, людей в целом.
Сегодня такая структура знания и обмена информацией изменяется.
Началось это изменение во второй половине XIX века.
Запись лекции:
«Телеграф», «телефон» – эти слова мы все еще помним и даже иногда ими пользуемся. Вам не нужны уже, чтобы поговорить с американским гражданином, ни пароход, ни лошадь в прерии, вполне это заменено трансатлантическим кабелем, на концах кабеля были телефонные аппараты, вы могли обмениваться словами, вы могли по телеграфу обмениваться текстами, но все равно это было общение между двумя людьми.
Тогда же и начались первые шаги по фиксации информации от вещей. Появились самописцы у приборов, появилась звукозапись, а потом и киноплёнка. Пока аналоговая, а потом она оцифровалась в телевидение. Потенциально это даёт возможность генерировать информацию не только человеку, но и предметам. Например, вы можете поставить на свой автомобиль камеру, и она будет транслировать сигнал в интернет. Он там будет записываться, потом ГИБДД или ваши коллеги по вождению могут порадоваться или огорчиться тем событием, которые происходили с вашим автомобилем.
Все приборы генерят и записывают данные.
Измерители погоды, температуры, влажности, магнитного поля, силы тяжести,
Данные фиксируются в виде информационных сигналов и уходят от прибора в интернет. Потом обрабатываются другим устройством, например, вычислительным комплексом, в вашем ли телефоне, в серверной и так далее. И могут возвращаться обратно.
Например, если температура упала ниже нуля, может прийти оператору аэропорта уведомлении о необходимости обрабатывать самолеты антигололедным реагентом, антигололедным составом.
Это уже зародыши машинного обмена информацией.
Вот, собственно, эта стадия для нас и является предметной, именно про нее мы с вами сейчас и поговорим.
Компоненты интернета вещей.
Теперь давайте обозначим, какие компоненты, какие подсистемы входят в общий комплекс понятия интернет-вещей. Но прежде всего скажем, что этот комплекс имеет глобальную инфраструктуру и внутри нее в большой экосистеме есть конкретные системы со своими целевыми функциями.
Например, мы с вами говорили про автоматизированную систему прогноза погоды. Датчики, центральные компьютеры, пересылка людям, уведомления в случае чрезвычайных ситуаций. Или другой пример. У вас есть какая-то машинная система, например, станки на заводе. У вас есть датчики, которые фиксируют время работы, интенсивность работы, параметры, сбои и так далее. При этом в центральном облаке накапливается информация. Информация обрабатывается, и вызываются службы для техобслуживания и ремонта таких систем, возможно, заказываются какие-то расходные материалы... Вполне себе изолированная целевая система, выполняющая определенные функции. Но она существует в глобальном пространстве, в инфраструктурном пространстве интернета вещей.
Что такое, из чего состоит это пространство?
Следующий блок — поле связи.
Мы с вами в начале коротко поговорили о том, как были устроены в древности
межчеловеческие коммуникации. Потом возникли электронные коммуникации, точка-точка, телефонная связь, телеграмма в ваше почтовое отделение и так далее. Следующим шагом было возникновение сначала локальных вычислительных сетей, когда несколько точек объединены в единое информационное пространство проводами, а потом и глобальная сеть интернет, которая покрыла весь земной шар. Весь земной шар покрыт магистральными проводами, и к каждому компьютеру 20 лет назад подходил провод. Это было уже достаточно плотное покрытие, но все равно не сплошное.
Следующий шаг – это беспроводные технологии связи, которые покрыли всю земную поверхность единым полем цифровой телекоммуникации. Это поле реализуется в разных стандартах, есть мобильная связь разных поколений, второе, третье, четвертое, сейчас входит пятое, и то что называется Wi-Fi связь, беспроводная связь, и некоторые другие стандарты.
С точки зрения нашей с вами задачи, это означает, что любая точка Земли в каждый момент соединена со всеми другими точками Земли, с потенциальной возможностью передать информацию. Это поле связи, в котором интернет вещей существует.
Дальше вопрос о генерации этой информации. Опять же, мы уже упомянули, что мы начали фиксировать показания органов чувств предметов, органов чувств вещей, органов чувств системы вещей. Это датчики, с которых записываются их показания.
Под датчиками в данном контексте понимаются в том числе и средства фиксации видеоизображения, фотоаппараты, кинокамеры, средства фиксации звука, звукозаписывающие устройства, микрофоны, и непосредственно приборы, датчики температуры, средства измерения влажности, давления, электромагнитного поля, и многих других физических параметров.
Эти системы датчиков, эти органы чувств предметов начинают генерить информацию. На данный момент они стремительно миниатюризируются и удешевляются. И скоро любой предмет, будь то холодильник, входная дверь или что-то еще, можно будет оснастить датчиками и передатчиками с тем, чтобы она свое восприятие окружающей реальности могла, во-первых, зафиксировать, во-вторых, передать в общее информационное пространство.
Следующий блок – это память.
Если мы говорим, что интернет вещей имитирует полноценный процесс обработки информации, то нам нужен элемент памяти.
До недавнего времени всю информацию, которую запоминали, фиксировали люди словами, записями в тетрадях и рабочих журналах. Эта информация, естественно, ограничена количеством людей и той плотностью информации, которую может сгенерить человек. Тысяча знаков текста произносятся или читаются человеком примерно за минуту. У нас 7 миллиардов людей на земле. Отсюда мы можем оценить общий объем информации, которые производят люди в ходе своей деятельности.
На наших глазах ситуация изменяется. У каждого из нас есть мобильный телефон, компьютер, телевизор, холодильник, автомобиль, кроме этого есть производственные системы, которые объединяют и включают в себя много всяких разных станков, оборудования, трубопроводы, дороги.
Каждый из этих объектов может при помощи датчиков генерить новую информацию, и это означает стремительный рост объема информации, которую производит инфраструктура человеческого общества в целом. Чтобы полезным образом использовать эту информацию, ее нужно как-то запоминать.
Никаких человеческой памяти, никаких умов и даже огромных библиотек для этого не хватит. Появились специальные центры, ЦОДы, ЦХОДы – центры обработки и хранения данных, появилось понятие облачной памяти, которая удовлетворяет эту потребность, решает эти задачи. Это серьезная инфраструктура и определенные материальные затраты,
Обработка информации.
После того, как мы информацию сгенерировали, мы должны ее обработать. Нам нужно выявить закономерности, нам нужно поставить диагнозы, принять решения, дать команды, иногда человеку, иногда напрямую каким-то исполнительным механизмам на производство определенных действий.
Этот блок тоже был реализован, начиная с второй половины уже XX века в виде компьютеров, которые потом объединились в сети. А сегодня вся эта инфраструктура через поле связи связана в единую систему облачных вычислений, которая такие задачи может решать и предоставляет каждой отдельной системе интернета вещей такую возможность.
Собственно, в этом и есть глобальное поле обработки информации, коллективное мышление интернета вещей.
Инфраструктурные компоненты интернета-вещей.
Они существуют для всех его пользователей. И для конкретных людей, и для организаций, а также для конкретных систем. Но, естественно, эта система интернета вещей, она не одна на всю планету, это совокупность, экосистема, экопространство различных небольших подсистем, которые решают каждые свои задачи.
Давайте для примера разберем три конкретных приложения
Например, у вас есть кафе, в котором есть холодильники для хранения продуктов, автоматические погрузчики, и в ваше кафе ходят люди, которые эти продукты потребляют. Холодильник может фиксировать количество конкретных продуктов, в нем находящихся, может формировать заказ и передавать запрос, который при наличии достаточных полномочий оплачивается онлайн. И на складе будет неснижаемый остаток, тот, который нужен для нашего с вами удовольствия, чтобы была вкусная еда и все сопровождающие удовольствия в этом конкретном кафе. При этом для принятия решения холодильнику совсем не требуется участие человека.
Второй пример — ваш конкретный загородный дом.
Легко и просто при помощи вашего мобильного телефона и систем умного дома настроить алгоритм, что в пятницу вечером после 6 часов, если вы едете в сторону дома и приблизитесь к нему на 30 километров, у вас включится сауна для вашей релаксации по результатам непростой рабочей недели. Это тоже интернет вещей, и это реально сегодня и доступно почти каждому, ну правда при определенных инженерных навыках.
Есть и производственные системы. Например, в России порядка 7 тысяч тепловозов. На каждом тепловозе стоит мощный промышленный компрессор, и если он сломается, у вас заблокируются тормоза и поезд остановится ну где-нибудь под Читой, километров в 200 от ближайшей станции. Вам нужно будет высылать ремонтную бригаду, сорвется расписание и так далее, и так далее, и так далее. Какое решение? При помощи интернета вещей, данное непростое техническое устройство – компрессор – оснащается определенными датчиками, измеряющими разные параметры. Удаленные облачные вычисления в момент, когда он входит в поле связи, приближаясь к очередной станции, передают эти параметры и производится предиктивный анализ по модели функционирования компрессора. И иногда, к счастью, не часто, делается вывод, что в ближайшие несколько часов вероятен выход из строя. Центральный мозг данной системы интернета вещей пошлёт заказ на свободное депо для ремонта, заказ на запчасти, вызов соответствующей бригады и подменный тепловоз, который в течение трёх минут бесперебойно осуществит сначала перестыковку поезда, а потом его дальнейшее движение по расписанию. Вот пример технической системы интернета вещей, которая функционирует в реальности.
Поговорим теперь о смыслах, почему мы ожидаем, что интернет вещей войдет в нашу жизнь.
Технических возможностей недостаточно. Технология должна быть кому-то нужна, должна быть востребована людьми, производством, экономикой.
Так вот, цели интернета вещей:
В сфере конечных пользователей это удовлетворение потребности людей, то есть целью является сделать жизнь каждого из нас более удобной и комфортной, но при этом не удорожая ее.
А в сфере экономики это повышение надёжности и резкое снижение издержек.
По существующим прогнозам и уже нарисованным схемам реализации комплексов интернета вещей буквально все предметы технической инфраструктуры будут оснащены соответствующими датчиками и включены в то самое поле связи, принятия решений и в конкретные комплексы интернета вещей.
Где этому научиться?
Технические предпосылки мы уже обсудили, однако в человеческом обществе ничего не может быть сделано без людей, без профессионалов, работающих в данной сфере в данном направлении. Интернет вещей – это тот редкий случай, когда высокая технология порождает новые рабочие места, причем высококвалифицированные и высокооплачиваемые.
Для реализации требуются инженеры с компетенциями, знаниями и навыками, которых двадцать лет назад, не говоря уже про более раннее время, просто не было.
Ну, понятно, что это широкая зона действия для программистов, потому принятие решений, обработка данных может происходить только программным способом. Коль скоро количество таких комплексов будет возрастать, то здесь огромны фронт работы для программистов.
Во-вторых, это собственно инженерная часть. Это означает, что каждую вещь нужно оснастить датчиками, нужно встроить в нее систему связи. Это и работы по конструированию и проектированию конкретных изделий, и производственная деятельность по их изготовлению со встроенными датчиками. Это сопровождение систем на жизненном цикле, настройки, переналадки, включение в новые комплексы и так далее.
Но самое интересное направление – это задачи архитектора интернета вещей. То есть увидеть, придумать, осознать и спроектировать эту возможность.
Специальности, обучившись на которых в ВИШ МИФИ, вы станете экспертом в мире интернета вещей, называются «Цифровой инжиниринг» и «Системная инженерия». В области этих специальностей интернет вещей дает потенциал для того, что сейчас модно называть социальными лифтами, то есть за счет образования, за счет получения достаточно адекватной квалификации, любой молодой или немолодой человек, если он переподготовку проходит, имеет возможность подключиться к перспективной отрасли будущей экономики, которая даст ему интересную работу, простор для творчества, и реальный заработок
В Московском инженерно-физическом институте, в Высшей инжиниринговой школе НИЯУ МИФИ реализуются специальные курсы в рамках программ магистратуры по применению интернета вещей в различных сферах техники, технологии и экономики. Ждем вас!