• /
  • /

Разработка Интернета вещей: технологии, обзор рынка и тренды 2023

В этой статье мы описываем типы и технологии IoT, тенденции отрасли в 2023 году и ключевые моменты, на которые нужно обратить внимание при разработке подключенных устройств.
Технический директор
Андрей Соловьев
Интернет вещей (IoT) — это множество устройств, оснащенных датчиками, вычислительными возможностями и другими технологиями, которые имеют индивидуальную адресацию и взаимодействуют с другими объектами. Связь между устройствами осуществляется без вмешательства человека.

Ожидается, что с 2020 по 2030 год количество подключенных IoT-устройств по всему миру утроится и превысит 29 миллионов гаджетов.

Устройства IoT используются во всех отраслях и потребительских сегментах. На сегодняшний день больше трети Интернета вещей — это потребительские интернет- и медиа-устройства. Этот сектор будет удерживать пальму первенства еще как минимум десять лет.

Что такое Интернет вещей?

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.
На диаграмме показано количество IoT и не-IoT устройств по всему миру с 2010 по 2025 гг.
Количество активных IoT и не-IoT подключений по всему миру с 2010 по 2025 гг.
Источник: Statista
IoT включает в себя множество объектов для совершенно разных областей применения: бытовая техника, медицинские приборы, технологическое оборудование, транспортные средства.
Из чего состоит IoT
Стек Интернета вещей
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.

Типы IoT решений и примеры наших разработок

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 Интернет вещей
Пользовательские IoT устройства
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.
Подключенные устройства в Промышленном Интернете вещей (IIoT), которые помогают повысить эффективность промышленных систем
Промышленный Интернет вещей
IIoT уступает потребительскому Интернету вещей по количеству, но превосходит его по стоимости.
Расходы на IoT по всему миру по категориям в 2021 г.
Распределение расходов на IoT по всему миру в 2021 г.
Источник: Statista
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.
IoT система отслеживания персонала и активов для обеспечения безопасности в шахтах
IoT решение для отслеживания персонала и имущества
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.
На диаграмме показано количество подключенных устройств по всему миру с 2019 по 2030 год в зависимости от технологий связи.
Количество IoT устройств в мире в разбивке по коммуникационным технологиям
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.
Диаграмма показывает количественное соотношение подключенных устройств короткого и дальнего радиусов действия по всему миру с 2014 по 2026 годы.
Количество IoT устройств короткого и дальнего радиусов действия в мире с 2014 по 2026 годы.
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.
Процесс получения данных из IoT-устройств
Получение данных сенсоров
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.

Потребительский Интернет вещей

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.
Общий объем поставок носимых устройств за период с 2014 по 2021 гг.
Поставки носимых устройств с 2014 по 2021 годы
Источник: Statista
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.
Емкостный чехол использует сенсорную заднюю крышку для управления смартфоном или планшетом
Чехол может использоваться как клавиатура и игровой контроллер.
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.

Причины популярности Интернета вещей

Интернет вещей входит в тройку наиболее популярных IT решений, которые ведущие компании внедрили или планируют внедрить в 2023 году.
IT тренды, которые компании в Северной Америке и Европе внедрили или планируют внедрить к 2023 году
Внедрение IT трендов, текущее и планируемое, в ведущих компаниях Северной Америки и Европы в 2023 г.
Источник: Statista
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.

Интернет вещей: тренды 2023

Тренды разработки Интернета вещей
IoT тренды 2023
  • 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.
Ожидаемая выручка компаний, связанных с технологиями умного города, по всему миру с 2020 по 2025 год
Прогнозируемая выручка компаний на мировом рынке технологий и устройств для умного города до 2025 г.
Источник: Statista
  • 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.

Трудности IoT разработки

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.
Ожидаемая выручка компаний, связанных с технологиями умного города, по всему миру с 2020 по 2025 год
Вызовы IoT-разработки
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.

Заключение

Рынок IoT демонстрирует невероятный рост, несомненно влияя на всех потребителей, будь то корпорация или обычное домохозяйство.

В обозримом будущем Интернет вещей будет отслеживать местонахождение людей и следить за автомобилями, домами, городской инфраструктурой, посевами, производством и многим другим.

Технологии искусственного интеллекта и беспроводные сети расширяют возможности IoT систем и ускоряют развитие рынка подключенных устройств.
Другие статьи