8.02.202210 min

Tomasz BobekHead of SoftwareGreen Cell (CSG S.A.)

Internet of Things a Internet of Everything - porównanie

Poznaj różnice pomiędzy IoT i IoE. Sprawdź, jakie rozwiązania wykorzystujemy już dziś, a jakie mamy perspektywy w przyszłości.

Internet of Things a  Internet of Everything - porównanie

Zagadnienie IoT (Internet of Things) jest znane w branży od dłuższego czasu, a jego znaczący rozwój możemy zauważyć na przestrzeni ostatniego dziesięciolecia. IoT zostało zapoczątkowane jako M2M (Machine to Machine), a tak naprawdę jako Many Machines to Many Machines. 

Zawsze, gdy rozważamy wiele urządzeń komunikujących się ze sobą bezpośrednio w danej sieci lub używających danego protokołu, powinniśmy mówić o klastrze lub ekosystemie urządzeń współpracujących. Możemy na podstawie tych informacji stwierdzić, że M2M zakładało komunikację urządzeń nie tylko w oparciu o internet, ale o dowolne medium i protokół — w tym także po tradycyjnym kablu. 

Komunikacja bezprzewodowa (ang. wireless), a w szczególności internet, pomaga, ułatwia i przyczynia się do znaczącego ożywienia w dziedzinie IoT. Ostatnie dziesięciolecie to także rozwój elektroniki i akumulatorów oraz ich miniaturyzacja, a także upowszechnienie się protokołów komunikacyjnych jak BLE (z ang. bluetooth low energy), ZigBee, MQTT i wiele innych. 


Smart IoT

W temacie IoT warto wspomnieć o kolejnym etapie, który rozwija się na naszych oczach każdego dnia. Mam na myśli tutaj wszystko, co jest uważane za smart:

  • smart cities, 
  • smart buildings and houses,
  • smart retail,
  • smart agriculture,
  • oraz wiele innych domen i obszarów naszego życia.


Co to znaczy, że IoT może być smart? Czasami można spotkać pojęcie Intelligence of Things zamiast wspomnianego Internet of Things. Do tej pory poruszyliśmy jeden bardzo ważny temat, którym jest komunikacja urządzeń. Aktualnie główny nacisk kierowany jest na to, aby współczesne urządzenia IoT potrafiły tzw. CCC, czyli "Connect, Collect, Change", który czasem nazywany jest także "Connect, Collect, Learn and Do (Process)". W uproszczeniu należy to sprowadzić do dwóch słów: “Data processing”. 

Niewiele osób zwraca uwagę na to, że internauci produkują ogromne ilości danych każdego dnia, natomiast do użytkowników dołączyły także urządzenia. Co istotne, tych ostatnich przybywa więcej niż ludzi. Prawie każdy z nas otacza się (lub będzie otaczał się w niedalekiej przyszłości) minimum kilkoma urządzeniami zbierającymi dane i wysyłającymi je na serwery (opaski, zegarki, telefony, inteligentne domy, autonomiczne pojazdy, stacje pogodowe, itd). O użyteczności zbieranych danych decyduje to, czy zaczynamy je przetwarzać, a następnie je wykorzystywać. Warto zaznaczyć, że dobrze zorganizowane klastry i ekosystemy IoT nie wykorzystują człowieka do podejmowania decyzji w oparciu o zgromadzone i przetworzone dane, ale robią to autonomicznie. Czy można zatem pominąć człowieka w dalszych rozważaniach? I tak, i nie.

Człowiek nie jest znaczącym aktorem, gdy mówimy o IoT w kontekście przemysłu, gdzie linie produkcyjne w minimalnym obszarze kontaktują się z człowiekiem (nie wliczając w to uruchomienia i konfiguracji linii produkcyjnej). Przypadków, gdzie człowiek nie jest kluczowy mamy dużo, ale musimy sobie zdać sprawę z tego, że IoT kierowane jest do człowieka i musi współpracować z nim oraz wszystkim, co go otacza — także ze środowiskiem. 


Internet of Everything 

Rozważania o IoT w najbliższym dziesięcioleciu należy rozpatrywać w kontekście IoE, czyli “Internetu Wszystkiego” (ang. Internet of Everything). Pojęcie IoE sprowadza się do komunikacji:

  • M2M (machine to machine),
  • P2M (people to machine),
  • P2P (people to people).


Warto w tych rozważaniach uwzględnić otoczenie człowieka, czyli zwierzęta i rośliny zarówno w kontekście “smart agriculture”, ale też “smart houses and buildings” oraz “smart cities”. To pozwala nam założyć, że urządzeń IoT będzie z każdym rokiem przybywać. Przykładem może być system inteligentnego domu, który na podstawie różnych czujników, może wykonać za nas różne akcje — zasunie lub odsunie rolety okienne w zależności od nasłonecznienia i temperatury. Inny przykład to system monitorujący jakość powietrza, który staje się bardzo powszechny oraz łatwy w integracji, i który jest wykorzystywany zarówno przez jednostkę, jak i instytucje np. żłobki i przedszkola. 

Komunikacja człowieka z urządzeniem jest mniej abstrakcyjna, niż mogłoby się wydawać. Może to być nawet zwykłe kliknięcie przycisku w aplikacji. Przykładowo, taka komunikacja zachodzi, gdy podłączamy samochód elektryczny do ładowarki i wybieramy komendę “rozpocznij ładowanie”. Aplikacja wybiera odpowiednie parametry i dostosowuje się do harmonogramu ładowania, który uzależniony jest np. od tego, czy w danym momencie fotowoltaika dostarcza energię do domu lub, czy korzystamy z prądu dostarczanego przez dostawcę energii elektrycznej. 


Jak zatem może wyglądać alternatywna komunikacja P2M? Wyobraźmy sobie scenariusz, w którym wjeżdżamy na naszą posesję, a brama ogrodzeniowa otwiera się sama, ponieważ samochód lub telefon (np. na podstawie geolokalizacji) wysłał informację z odpowiednią komendą. Po przejechaniu przez czujniki w bramie wjazdowej system otwiera nam bramę garażową. Informacja z bramy garażowej uaktywnia system ładowania pojazdu, aby był już gotowy do rozpoczęcia ładowania zgodnie z ww. harmonogramem, jak tylko użytkownik podłączy kabel do samochodu.

A jak więc zdefiniować komunikację P2P w stosunku do IoT, a tak naprawdę do IoE? P2P w odniesieniu do omawianej przez nas technologii, to na przykład komunikacja w salkach konferencyjnych, gdzie kamera odpowiednio ustawia kierunek i ostrość na danego mówce w taki sposób, aby drugi człowiek nie tylko słyszał uczestnika konferencji, ale też widział tę konkretną osobę — mimo że w salce znajduje się kilka lub kilkanaście innych ludzi. 


Jak wykorzystać P2P?

Czy są inne scenariusze zastosowania P2P? Jest ich wiele i zyskują na coraz większym znaczeniu np. w IoMT (Internet of Medical Things). Urządzenia tego typu zbierają dane o zdrowiu pacjenta, a następnie wysyłają do lekarza osoby badanej za jej pozwoleniem. Lekarz odsyła informacje niezbędne pacjentowi do dalszego leczenia. Wymiana informacji między pacjentem a lekarzem odbywa się w kooperacji różnych urządzeń IoT. 

Alternatywna i powszechna komunikacja P2P to domofon z kamerą, głośnikiem i mikrofonem, który pozwala na komunikację przez telefon lub tablet w czasie rzeczywistym z dowolnego miejsca na świecie, w którym mamy dostęp do internetu. Urządzenie może dla nas zarejestrować zdjęcie lub filmik z obecności kogoś przed naszymi drzwiami.

Są jeszcze inne wariacje komunikacji jak np. M2P. Za bardzo prosty przykład może posłużyć system alarmowy w domu, który informuje firmę ochroniarską, aby ktoś pojawił się i skontrolował obiekt. Kolejny istotny element to fakt, że IoT może pomagać w codziennych czynnościach, np. w hodowli zwierząt lub opiece nad pupilami domowymi. Powiedzenie, że “sky is the limit” zdaje się doskonale pasować do zagadnień związanych z IoT i IoE. 


Obliczenia i przetwarzanie danych w chmurze

Najbliższe 10-cio lecie to będzie czas software'u. Nie ma software bez hardware. Hardware to “Things”. Software będzie optymalizowany, a hardware miniaturyzowany. Sieci będą coraz szybsze i będą mogły obsłużyć jeszcze więcej urządzeń jednocześnie, czego przykładem są obszary 5G. Czy to już zamyka temat IoT i IoE oraz wszystkich naszych rozważań? 

Tam, gdzie kończy się “single machine”, tam zaczyna się rozmowa o wspomnianym wcześniej klastrze i ekosystemie. Z każdym kolejnym rokiem powszechność chmury (ang. Cloud) staje się być widoczna zarówno dla twórców rozwiązań, jak i dla samych użytkowników. Wszystkie tematy chmurowe, począwszy od serverless, lambda, kubernetes, poprzez kolekcje danych w SQL DB i NoSQL DB, a kończąc na hurtowniach baz danych, to tylko początek zagadnień dla rozbudowanego, rozproszonego i zdecentralizowanego backendu odpowiedzialnego za procesowanie milionów bajtów danych każdego dnia, każdej godziny, każdej minuty czy sekundy. 

Chmura otwiera jeszcze więcej możliwości i pozwala myśleć w kierunku ML lub AI. Machine Learning w IoT staje się bardzo powszechny, bo jeśli algorytm nauczy się naszych nawyków, to nie tylko otworzy nam bramę wjazdową, aby przygotować infrastrukturę pod ładowanie, ale będzie też wiedział, czy istnieje prawdopodobieństwo ponownej podróży np. po południu, aby szybko naładować nasz pojazd do określonego stanu niezależnie od taryfy i kosztów. Ten sam algorytm poinformuje nas przed snem, że zapomnieliśmy podpiąć kabel do ładowania samochodu na noc, ale tylko wtedy, gdy wyjeżdżaliśmy z garażu i uzna potrzebę zasilenia pojazdu. 


Wyzwania przed IoT i IoE

Dlaczego IoT i IoE stają się kluczową częścią rynku w R&D? Dobrze zaprojektowane i bezpieczne urządzenia IoE upraszczają i ułatwiają nam funkcjonowanie, wykonują za nas część decyzji i czynności. 

A co to oznacza, że są dobrze zaprojektowane? Czy użytkownik będzie im ufał? Czy będą bezpieczne zarówno pod kątem hardware, jak i software? Czy prywatne dane będą chronione? Czy urządzenia te będą na tyle dojrzałe, że będą nam mogły posłużyć przez wiele lat, co stanowi aktualnie ważny punkt ochrony środowiska? Czy w natłoku przesyłanych danych nie zabraknie przestrzeni, aby wysłać te najważniejsze informacje (tzw. szum komunikacyjny)? Co prawda wiele z tych pytań posiada jasne odpowiedzi, ale pojawiają się też wątpliwości.

Zatem jak zadbać o bezpieczeństwo i prywatność danych w IoT i IoE? Inżynierowie myślą o tym już na etapie koncepcji i architektury (ang. secure by design). Rozwińmy ten temat szerzej. 

Prawie każde takie urządzenie jest podłączone do sieci. Bardzo często do tej samej sieci, do której są wpięte nasze urządzenia, np. laptop, telefon komórkowy, tablet. Tym samym podpięta jest też tam nasza prywatność i dane: lokalizacja, adres zamieszkania, zdjęcia, filmiki. Łatwo wywnioskować, że bardzo ważne jest cyberbezpieczeństwo i ochrona choćby haseł, w tym szyfrowanie komunikacji np. TLS 1.2. 

Istnieją już powszechne standardy (ang. industry standard), do których możemy zaliczyć:

  • upgrade firmware tylko autoryzowany (ang. secure boot), aby nie dopuścić do braku kontroli nad ochroną i prywatnością,
  • niektóre dane jak serial number, id urządzenia, mac adres — przechowywane są tylko do odczytu bez możliwości zmiany (inżynierowie decydują o tym, co dla danego urządzenia należy przechowywać w tego typu obszarze pamięci),
  • zabezpieczenia przed modyfikacjami urządzenia fizycznie i software'owo, przed tzw. reverse engineering prowadzącym do takich zmian, które pozwoliłyby dostać się do backendu i zrobić tam niekontrolowane zmiany lub wykraść dane,
  • chroniona przestrzeń pamięci (ang. secure storage) przeznaczona do przechowywania zaszyfrowanych informacji, np. klucze kryptograficzne i hasła,
  • blokowanie cofania wersji firmware (ang. anti roll back protection), które jest szczególnie ważne, gdy nowa wersja oprogramowania wprowadza poprawki związane właśnie z bezpieczeństwem
  • oraz wiele innych rozwiązań, które dbają o to, aby każde urządzenie z osobna, ale także klaster lub ekosystem, były bezpieczne.


Należy zastanowić się nad ważną kwestią: czy człowiek nadąży za zmianami? Czy będzie wiedział, która opaska na rękę jest najlepsza, skoro jest ich aż tyle, a wydawać by się mogło, że to tylko gadżet, który uchyla drzwi do świata IoT i IoE?

Dobrze zorganizowana wiedza przekazywana na każdym etapie edukacji oraz w mediach jak np. internet, pozwala oswajać i rozwiewać te wątpliwości. Wspomniałem o edukacji, ponieważ powoli wchodzimy w świat, w którym treści związane z cyberbezpieczeństwem i otaczających nas urządzeniach (w tym dużej mierze IoE), powinny być przekazywane nam wszystkich, gdyż bardzo często słabym ogniwem jest człowiek, który korzysta z user “admin” i hasło “admin”. 

Zatem nie jest to i nie będzie wyłącznie domena inżynierów, ale wszystkich użytkowników IoT czy IoE.  Wsparciem powinna być hipoteza, że w przyszłości powszechny działający internet (ang. online) będzie dla nas jak elektryczność dostępna prawie wszędzie, gdzie się znajdujemy. Energetyczny system off-grid wraz z magazynem energii i internet satelitarny to dodatkowe paliwo do dalszej rewolucji w dziedzinie Internet of Everything.


Przesył danych 

Przesył danych w IoT zawsze jest kosztowny. Możemy tu mówić o koszcie samego przesyłu, ale też o energii, którą na przesył trzeba spożytkować zwłaszcza w urządzeniach zasilanych akumulatorami. Czas reakcji jest wyzwaniem dla całej branży, ponieważ urządzeń przybywa, a wraz z urządzeniami przybywa danych, które są przesyłane przez urządzenia. 

Z pomocą przychodzą nowe standardy i protokoły. Do takich należy MQTT — Message Queuing Telemetry Transport. Jest to lekki i otwarty protokół przesyłania komunikatów w kontekście M2M i IoT. MQTT to komunikacja klient — serwer, która pozwala zaoszczędzić przesył danych i wynika to z mechanizmu opartego o publish/subscribe. W stosunku do REST API ogranicza odpytywanie urządzeń, a bazuje na tzw. events, co oznacza, że urządzenie komunikuje się wtedy, gdy jest akcja do wykonania. 

Są też protokoły, które są bardzo sektorowe jak np. w branży ładowania pojazdów elektrycznych oraz zarządzania energią, powszechne stają się poniższe protokoły:

  • OCPP (ang. Open Charge Point Protocol) - otwarty protokół komunikacyjny pomiędzy stacjami do ładowania pojazdów a systemami operatorów stacji ładujących,
  • OSCP (ang. Open Smart Charging Protocol) - otwarty protokół komunikacyjny pomiędzy punktem ładowania a systemem zarządzania energią zwanym też dostawcą energii elektrycznej,
  • OCPI (Open Charge Point Interface) - otwarty protokół używany do połączeń między operatorami stacji ładowania a dostawcami usług jak na przykład dokładne dane stacji ładowania, takie jak lokalizacja, dostępność i ceny.


Inżynierowie w każdej z domen IoT i IoE dbają o to, aby jak najlepiej dopasować protokół do swoich potrzeb.  


Co dalej?

Mam nadzieję, że udało mi się zachęcić Was do zgłębiania tematu IoT oraz rozwiązań “smart”. Warto przyglądać się poniższym tematom właśnie w tym kontekście: 

  • domy i miasta (Smart Home, Smart City),
  • sprzedaż (Smart Retail),
  • transport i zarządzanie energią (Smart Transport and Smart Energy),
  • sektor zdrowia (Smart Health Care),
  • zwiedzanie, styl życia (Smart Culture and Tourism, Smart Lifestyle),
  • fabryki (Smart Factory, Industry 4.0, Industry 5.0),
  • oraz wiele innych.


Warto śledzić nowości w internecie lub na branżowych targach. Przykładowo, jednym z największych wydarzeń branżowych są targi elektroniki użytkowej CES. Przedstawiane są tam nowinki z dziedziny technologii, które niedługo mogą na stałe zagościć w naszych domach lub firmach. 

IoT jest nam bliższy, niż mogłoby się wydawać. Dlatego zainteresowanie się tym tematem i umiejętność ocenienia co jest dla nas ważne i przydatne, będzie od nas coraz bardziej wymagana. 

Jeśli interesuje Was, co robi Green Cell w obszarze IoT - zapraszam do kontaktu! 

<p>Loading...</p>