Разработка Интернета вещей: технологии, обзор рынка и тренды 2023

Переплетаясь со многими технологиями, Интернет вещей остается отдельной областью ИТ-индустрии и развивается впечатляющими темпами.

В то время как количество подключенных устройств, не являющихся IoT, увеличивается незначительно, число устройств Интернета вещей в последние годы стремительно растет.

IoT включает в себя множество объектов для совершенно разных областей применения: бытовая техника, медицинские приборы, технологическое оборудование, транспортные средства.

Различные технологии образуют стек и работают вместе.

• Аппаратное обеспечение
  Аппаратная часть устройства включает в себя процессор достаточной мощности, а также различные датчики, динамики, приводы и другие компоненты.

• Системное ПО
  Программное обеспечение работает на процессоре устройства и контролирует его работу.

• Беспроводные технологии и протоколы связи
  Для связи IoT-устройства используют различные беспроводные технологии, такие как Wi-Fi, Bluetooth, LPWAN, LoRaWAN, сотовые сети 2G/3G/4G/5G, сетевые протоколы MQTTS, HTTPS и многие другие.

• Облачные платформы
  Облачные платформы с вычислительными ресурсами и базами данных, такие как Amazon Web Services (AWS) и Microsoft Azure, обрабатывают и хранят данные с подключенных устройств.

• Программные приложения
  Приложения позволяют пользователям взаимодействовать с IoT системой через функции аналитики, отчетности и управления.

Несмотря на различия в размерах, сложности и сферах применения, подключенные устройства служат одной цели — сделать нашу жизнь проще, а бизнес — более эффективным.

КЕДР Solutions — одна из ведущих компаний-разработчиков специализированных программно-аппаратных продуктов для Интернета вещей с 9-летним опытом.

Свяжитесь с нами, и мы поможем вам воплотить в жизнь ваше индивидуальное IoT решение.

Можно по-разному определять типы устройств Интернета вещей. Самый распространенный способ — разделить IoT на группы в зависимости от сферы использования.

Пользовательские и промышленные IoT устройства

Пользовательский Интернет вещей, как следует из названия, предназначен для потребителей. Это смартфоны, умные часы, трекеры, другие носимые устройства, умные помощники и бытовая техника.

Потребительский IoT составляет самую многочисленную группу устройств и, как ожидается, сохранит это лидерство в ближайшие годы.

Промышленный Интернет вещей (IIoT), включающий в себя решения для бизнеса и оборонных нужд, представлен многочисленными устройствами, которые помогают повысить эффективность промышленных систем в горнодобывающей, производственной, медицинской, сельскохозяйственной, автомобильной, логистической и многих других областях.

IIoT уступает потребительскому Интернету вещей по количеству, но превосходит его по стоимости.

Некоторые решения сложно отнести к определенному типу, поскольку они могут с одинаковой эффективностью использоваться в разных областях.

К примеру, наши разработчики создали энергосберегающую систему для отслеживания персонала и имущества в шахтах. Решение IoT может применяться для различных целей, в том числе и для потребительских нужд.

Шлюзовое устройство крепится к поясу шахтера для получения сигналов от Bluetooth-маячков, установленных на контролируемой территории.

Устройство улавливает сигнал и передает свой идентификатор по Wi-Fi, позволяя сотрудникам в любой момент времени знать, где находится шлюз под землей. Система IoT использует Bluetooth, GPS, Wi-Fi и 3G для связи на поверхности и под землей.

Результатом нашего сотрудничества с горнодобывающей компанией стало создание маломощного устройства с водонепроницаемым и противоударным корпусом.

Прибор предназначен для работы в экстремальных условиях: высокая влажность, низкие температуры, высокая вероятность механических повреждений, нестабильная GPS связь и отсутствие 3G сигнала.

Небольшой гаджет может оказать огромное влияние на безопасность в шахтах.

По мнению экспертов, с 2016 по 2025 год использование IoT решений принесет горнодобывающей отрасли во всем мире 59 миллиардов долларов.

Подключенные устройства ближнего и дальнего радиуса действия

И промышленный Интернет вещей, и потребительские устройства используют для связи несколько форм беспроводных технологий. Каждый вариант имеет разное энергопотребление, диапазон и пропускную способность.

Идеального решения не существует, лучший вариант беспроводной технологии выбирается исходя из требований конкретной IoT-системы.

В зависимости от используемых беспроводных технологий, IoT решения можно разделить на IoT устройства малого и дальнего радиусов действия. Такое деление весьма условное, так как устройств, сочетающих в себе обе технологии, очень много.

Технологии беспроводной связи малого радиуса действия — это локальные и персональные (LAN/PAN) сети, которые работают на короткие расстояния.

Это такие технологии, как Wi-Fi, Bluetooth и более энергоэффективный Bluetooth Low-Energy (BLE).

Системы на кристалле (SoC), которые реализуют функции радиосвязи ближнего действия, надежные и относительно недорогие. Большинство смартфонов и планшетов поддерживают BLE.

Несмотря на множество очевидных преимуществ, у технологий малой дальности есть и свои недостатки.

Например, радиус действия BLE или Wi-Fi невелик. BLE не поддерживает широко используемые интернет-протоколы IPv4 и IPv6.

SoC на основе BLE также имеют ограниченные возможности обработки и памяти.

Ячеистые сети, такие как Zigbee, также являются сетями малого радиуса действия. Они надежны и просты в установке, но имеют довольно высокое энергопотребление и нуждаются в ретрансляторах для обеспечения необходимого покрытия.

Эксперты прогнозируют, что Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee и другие технологии малого радиуса действия в ближайшие годы будут доминировать в IoT подключениях по сравнению с другими технологиями связи.

Технология маломощной сети дальнего действия (LPWA) имеет сотовые (NB-IoT и LTE-M) и несотовые (LoRaWAN, Sigfox и т. д.) варианты.

LoRaWAN отличается низким энергопотреблением и относительно недорогими чипсетами. Один шлюз, работающий в сети LoRaWAN, может покрывать расстояние до 30 километров.

Чипы на основе LPWA имеют мощные процессоры и больше памяти, чем SoC малого радиуса действия. Они могут поддерживать лучшую аналитику на периферии.

По данным Statista, 80% всех IoT устройств в мире — это гаджеты малого радиуса действия.

Нередко для достижения максимальной эффективности производители объединяют технологии ближнего и дальнего действия в одной IoT системе.

В разработке пользовательского IoT решения для сельскохозяйственных нужд инженеры КЕДР Solutions применили BLE, сотовые сети и LoRaWAN.

Сложная IoT система состоит из нескольких блоков, каждый из которых имеет свои функции и задачи и поддерживает разные беспроводные технологии.

Один из компонентов системы представляет собой устройства с датчиками, которые устанавливаются на пресс-подборщиках сена. Датчики фиксируют количество собранных тюков и предоставляют данные о геолокации сельхозтехники.

Кроссплатформенное приложение, созданное с помощью фреймворка Qt, отображает на карте GPS-координаты стогов сена и работающей техники, а также приводит расчеты урожайности.

С помощью BLE приложение на смартфоне получает информацию от IoT устройств. Данные хранятся в базе данных AWS.

Еще одним элементом IoT системы являются датчики, расположенные на складе рядом с тюками сена. Они передают данные о температуре и влажности через LoRaWAN на сервер AWS.

Протокол связи с низким энергопотреблением и большим радиусом действия — хороший выбор для фермеров и заготовительных компаний, так как своевременное получение информации о состоянии собранного урожая имеет огромное значение для его сохранности и обеспечения пожарной безопасности.

Система включает в себя также датчики температуры, влажности, давления и подачи обеззараживающего газа внутри сушильных камер. Они передают данные на мобильное приложение фермера по BLE и сотовой связи. Способ подключения выбирается автоматически в зависимости от расстояния до сушилки.

Разработчики КЕДР Solutions подобрали подходящий вариант беспроводной технологии для каждой части сельскохозяйственного IoT-комплекса с учетом многочисленных особенностей системы, задач каждого блока и условий функционирования.

Использование IoT системы для точного учета и организации контроля за качеством хранения способствует значительной экономии и повышению эффективности фермерского хозяйства.

Принципиальные различия между потребительскими и промышленными IoT-устройствами заключаются в сроке службы и запасе прочности.

Аппаратная часть подключенных устройств для потребителей, как правило, дешевле промышленных и рассчитана на меньший срок службы. В случае поломки устройство, скорее всего, будет заменено, а не отремонтировано и модернизировано.

IIoT устройства обычно служат намного дольше. Интеграция IIoT в существующие производственные системы требует времени, сил и средств, поэтому частая замена встроенных устройств нецелесообразна.

Ввиду увеличенного срока эксплуатации IIoT систем к ним предъявляются высокие требования надежности.

По данным Forbes, наиболее востребованными IoT устройствами на сегодняшний день являются смартфоны, смарт часы, индивидуальные медицинские приборы, смарт ТВ, беспроводные наушники, устройства умного дома и подключенные камеры.

В данный момент наблюдается устойчивый рост интереса к потребительскому Интернету вещей. Достаточно сказать, что поставки носимых устройств выросли с 2014 по 2021 год в 18,5 раз.

Одних только беспроводных наушников в 2021 году по всему миру было продано 310 миллионов комплектов.

КЕДР Solutions разрабатывает IoT для бизнеса и потребителей уже более девяти лет. Наш опыт в разработке приложений для Интернета вещей и проектировании оборудования позволяет нам создавать системы с нуля и улучшать существующие.

Так, например, мы улучшили беспроводной емкостный чехол клиента. Чехол для смартфона или планшета распознает прикосновения и позволяет переключаться между режимами геймпада и клавиатуры, печатая всеми пальцами.

Наши разработчики выявили слабые места в аппаратном решении, адаптировали прошивку под новую версию оборудования, а также реализовали обновление прошивки устройства через USB, сократив время обновления до 10 секунд.

Специалисты КЕДР Solutions реализовали HID (Human Interface Device) режимы клавиатуры и игрового контроллера для работы с любыми приложениями.

С устройством играть и набирать текст на телефоне значительно удобнее.

Интернет вещей входит в тройку наиболее популярных IT решений, которые ведущие компании внедрили или планируют внедрить в 2023 году.

Почему же подключенные устройства пользуются таким спросом?

По данным Microsoft, одного из лидеров в разработке бизнес-приложений для Интернета вещей, 56% компаний внедряют IoT для оптимизации операций, а 47% предприятий используют подключенные устройства для повышения производительности.

Около 44% компаний используют Интернет вещей для повышения безопасности и защиты данных, а от 30% до 40% компаний используют IoT продукты для управления цепочками поставок, контроля качества и отслеживания активов. Потребительские IoT устройства помогают повысить качество жизни.

Датчики и IoT-устройства позволяют оборудованию работать дольше, значительно снижают затраты на техническое обслуживание и помогают избежать поломок и длительных простоев.

Внедрение Интернета вещей в производственные процессы позволяет выполнять операции быстрее и с меньшим количеством ошибок, повышая производительность и эффективность рабочего процесса.

IoT устройства успешно используются в логистике, складском хозяйстве и управлении запасами, беря на себя рутинные и трудоемкие операции и позволяя сотрудникам сосредоточиться на насущных вопросах.

Удаленный доступ к данным и удаленная работа в корпоративной сети доказали свою ценность во время пандемии COVID-19.

Вывести бизнес операции на новый уровень стало возможным, в том числе, благодаря IoT.

В сочетании с машинным обучением Интернет вещей позволяет компаниям отслеживать и обрабатывать данные, связанные с пользователями и их предпочтениями. Таргетированная реклама сокращает цикл покупки и формирует новые запросы покупателей.

Внедрение IoT может принести бизнесу ощутимые финансовые выгоды.

Так, выручка Intel Internet of Things Group в четвертом квартале 2021 года достигла самого высокого квартального показателя в $1,1 млрд, преодолев негативные последствия спада, вызванного пандемией COVID-19, и выйдя на существенный рост.

Крупнейшими IoT-компаниями в мире являются:

• Intel с процессорами Intel®, оптимизированными для Интернета вещей;
  
  
• Microsoft с платформой Azure, Microsoft Streaming Analytics и смарт-браслетом Microsoft Band;
  
  
• IBM с облачными сервисами IBM Watson® IoT Platform, оптимизированными для Интернета вещей;
  
  
• Apple с ее экосистемой технологий для интеллектуальных устройств;
  
  
• Samsung с флагманскими технологиями для носимых устройств;
  
  
• Cisco с разработкой сетевого оборудования и проведением Всемирного IoT форума;
  
  
• Google с гарнитурой Google Glass и беспилотными автомобилями;
  
  
• SAP с базой данных HANA, упрощающей бизнес-приложения IoT.

В этот список также входят Oracle, General Electric, Amazon, HP, Verizon и другие IT гиганты.

Исследовательские команды этих компаний определяют тенденции в разработке Интернета вещей на ближайшие годы.

• Анализ данных
  

По мере роста рынка IoT увеличивается и объем данных, обрабатываемых устройствами. Одной из технологических IoT тенденций в 2023 году станет применение искусственного интеллекта (ИИ).

Инструменты аналитики на основе ИИ, такие как машинное обучение и компьютерное зрение, необходимы для эффективной обработки данных.

Сложные алгоритмы для анализа больших объемов данных на основе машинного обучения дополняют или полностью заменяют трудоемкие процессы.

Интернет вещей с машинным обучением используется в автомобилестроении, промышленной автоматизации, сельском хозяйстве, здравоохранении, торговле и многих других областях.

• Технология цифрового двойника и корпоративная метавселенная
  

Цифровые двойники — это цифровые симуляции физических объектов или систем.

Компьютерная программа получает данные объекта и создает модели и прогнозы его состояния.

Цифровой двойник может имитировать физическое устройство в реальном времени. Данные, полученные от датчиков, затем передаются в систему обработки и применяются к двойнику.

Цифровая копия может быть сложной или простой, в зависимости от ваших потребностей. Технология цифровых двойников, основанная на IoT, применяется в автомобильной отрасли, здравоохранении и производстве.

Цифровые двойники превосходят обычные компьютерные модели по интерактивности и количеству исследуемых процессов.

Цифровые копии существуют в двустороннем потоке данных от датчиков к системному процессору и обратно к исходному объекту.

Многовекторные потоки связывают технологию цифровых двойников с метавселенной предприятия и граничными вычислениями для эффективного и безопасного управления данными.

Корпоративные метавселенные — это виртуальные платформы, на которых компании могут продавать свои цифровые продукты и услуги.

• Безопасность
  

По мнению экспертов, Интернет вещей в настоящее время входит в тройку главных мишеней для кибератак, наряду с хранилищами данных и персональными устройствами, используемыми для удаленной работы в корпоративных сетях.

Неудивительно, что разработчики прилагают массу усилий для обеспечения сохранности и конфиденциальности данных, используя сложные подходы и технологии блокчейн для решений IoT безопасности.

• Умный город
  

IoT-решения помогают городским властям создавать удобную городскую среду, повышать безопасность и эффективно решать проблемы, улучшая качество городской жизни.

Технологии и решения умного города уже несколько лет находятся в трендах развития Интернета вещей.

Прогнозируемый глобальный доход от продажи технологий, продуктов и услуг умного города к 2025 году превысит 241 млн долларов, что на 61% больше, чем показатели 2022 года.

• Умный дом
  

Умные дома, без сомнения, являются мейнстримом последнего времени. Интеллектуальные IoT-решения делают нашу жизнь комфортнее, автоматизируя многие процессы.

Вы можете проверить свою домашнюю систему безопасности, отрегулировать освещение и отопление, а также включить голосовой помощник или развлечения удаленно, используя приложение на своем смартфоне.

По прогнозам, к 2025 году потребительские расходы на товары и услуги для умного дома превысят $170 млрд. Количество домохозяйств, использующих системы умного дома, по всему миру превысит 400 миллионов.

• Умное производство
  

Растущий спрос на автоматизацию производства дает стимул к развитию промышленного Интернета вещей.

Тенденция к оснащению производственных процессов интеллектуальными IoT решениями сохранится и в 2023 году.

• IoT устройства в медицине
  

Решения Интернета вещей для здравоохранения существуют на стыке потребительского и промышленного секторов.

Интернет вещей помогает диагностировать заболевания и наблюдать за пациентами в медицинских центрах и дома.

Специалисты КЕДР Solutions помогли заказчику — производственной компании — доработать пользовательское устройство для выявления злокачественных заболеваний кожи.

Усовершенствовав алгоритмы обработки и распознавания изображений, мы повысили точность диагностики до 80% и сократили время обработки изображений.

Прибор позволяет любому человеку самостоятельно исследовать родинку и получить точный результат.


Рынок IoT будет продолжать расти по многим направлениям в потребительском и промышленном секторах. В 2023 году будут востребованы как простые недорогие устройства, так и сложные интеллектуальные IoT-решения.

Новости IoT рынка, последние технологические новинки, а также задачи, стоящие перед разработчиками подключенных устройств, обсуждаются на международных форумах, симпозиумах и саммитах.

В конце октября 2022 года в японском городе Йокогама прошел 8-й Всемирный форум Интернета вещей Института инженеров электротехники и электроники 2022 (WF-IoT 2022).

Ведущим IoT-событием 2023 года станет Всемирный конгресс IoT решений, который состоится в Барселоне.

Всемирный конгресс AI IoT 2023, который пройдет в июне 2023 года в США, соберет ученых и студентов для обсуждения идей и новостей в области искусственного интеллекта и Интернета вещей.

Такие мероприятия дают ученым и разработчикам со всего мира возможность расширить свои знания, узнать новости научно-исследовательских и академических сообществ по разным тематикам, поделиться своим опытом и наработками.

Разработка IoT объединяет программные и аппаратные устройства, а также сбор, передачу, анализ и хранение данных.

Необходимость проектирования аппаратного обеспечения и разработки подходящего программного обеспечения усложняет процесс создания подключенного устройства.

Для успешной разработки IoT решения инженеры должны уделять максимальное внимание самым сложным этапам.

Надежность аппаратной части

Качество деталей, например, сенсоров и датчиков, определяет срок службы устройства, а также стоимость и частоту обслуживания.

Устройства для критической инфраструктуры должны иметь повышенный запас прочности и надежности.

Тот факт, что качественные детали обычно недешевы, необходимо учитывать при подготовке к разработке IoT продуктов.

Связь

Способ подключения имеет большое значение для функциональности IoT, поскольку без надежного соединения устройство попросту станет бесполезным.

Выбор беспроводной сети зависит от параметров устройства и условий эксплуатации, а также характеристик работающего оборудования предприятия.

Разработчики используют несколько коммуникационных протоколов для разработки IoT продуктов, чтобы повысить их надежность и эффективность.

Удобство использования

Конкуренция на рынке IoT высока, поэтому удобство использования устройств становится важным качеством и конкурентным преимуществом.

Удобный интерфейс, понятное меню, возможность работы в автономном режиме и кроссплатформенные приложения для доступа к данным с различных устройств делают систему более привлекательной.

Безопасность

Безопасность данных жизненно важна для устройств Интернета вещей.

Поскольку IoT продукт объединяет в себе несколько элементов, таких как аппаратное обеспечение, программное обеспечение, передача и хранение данных, подключение к сети и т. д., существует множество способов несанкционированного доступа.

Для предотвращения кражи или повреждения данных, а также для защиты кода необходимо убедиться, что коммуникации между устройством и облаком, а также серверный стек защищены от взлома. Специалисты по безопасности могут протестировать все компоненты системы на наличие уязвимостей.

Цена

Создание IoT решения, и в особенности промышленного продукта, обходится недешево. Обновления и техническое обслуживание также увеличивают стоимость.

Грамотно проведенная подготовительная работа и тщательное планирование бюджета могут свести на нет многие трудности.

Лучше доверить разработку IoT системы опытной команде профессионалов, чтобы внедрение и эксплуатация подключенных устройств не стали непосильными для предприятия.

КЕДР Solutions может стать вашим надежным партнером в разработке IoT решения с нуля, доработке вашего устройства и дальнейшем обслуживании подключенной системы.

Наша команда обладает необходимыми знаниями и опытом для разработки решений в области Интернета вещей.