Развитие сетевых соединений и энергия будущего

Статья британской журналистки Сюзанны Тэббитт (Sue Tabbitt)

Как обеспечить энергией десятки миллиардов устройств, которые подключатся к сети и начнут общаться друг с другом к 2020 году? И будут ли они общаться с помощью общедоступных цифровых магистралей? Чтобы найти ответы на эти вопросы, ученые и инженеры из Кембриджа (Великобритания) провели лабораторные испытания.

Глоссарий

Appcessory (букв. – устройство, взаимодействующее с мобильным приложением) – физический объект, способный взаимодействовать с приложениями, установленными на смартфонах и планшетах, и отвечать на вопросы этих приложений.

Bluetooth Smart (букв. – интеллектуальный Bluetooth) – энергоэфективная версия международного стандарта беспроводной связи Bluetooth, предназначенного для взаимного подключения устройств на малых расстояниях по радиоканалам (подробности – здесь).

Если верить прогнозам, к 2020 году в мире будет работать 50 миллиардов всевозможных подключенных предметов материального мира, обменивающихся данными по сетям. Чтобы это стало возможным, необходимо решить несколько фундаментальных проблем, и прежде всего надо решить, каким образом будут подключаться эти устройства. Затем нужно определить, будут ли эти устройства пользоваться каналами общедоступного Интернета, и, если да, то в какой мере.

Необходимо также понять, как обеспечить эти устройства энергией (к сожалению, этот вопрос часто выпадает из поля зрения аналитиков). Например, если для поддержки передовых методов наблюдения за состоянием здоровья в тело человека придется имплантировать те или иные физические устройства, то в идеальном случае эти устройства должны в течение длительного времени обходиться без батареек. Точно так же, если средства мониторинга будут встроены в новые здания для анализа амортизации и износа, им понадобятся источники питания, позволяющие работать в течение всего жизненного цикла здания, то есть 100 лет и дольше.

Кембриджская компания ТТР (The Technology Partnership) занимается технологическими инновациями и пытается найти ответы на эти вопросы. Большинство из 300 ее сотрудников – ученые и инженеры, разрабатывающие технологии нового поколения. Коммерческие партнеры ТТР выводят эти технологии на рынок. Ряд текущих проектов TTP напрямую связан с развитием Интернета вещей. Это проекты самого разного типа, от разработки беспроводных средств связи до создания пользовательских продуктов и медицинских устройств.

TTP рассматривает Интернет вещей, как "мир подключенных устройств". Это определение слегка отличается от общепринятого, но признаёт тот факт, что многие из устройств подключаться к общедоступному Интернету не станут, поскольку будут передавать конфиденциальную информацию. Такие устройства будут взаимодействовать с помощью закрытых сетей или специализированных облачных сервисов. В некоторых случаях объекты будут связываться другими устройствами (например, смартфонами) напрямую с помощью беспроводных технологий, действующих на небольших расстояниях.

Окупаемость подключенных устройств

Преимущество подключения неодушевленных объектов к сети или напрямую к другим предметам состоит в том, что такими объектами можно управлять в удаленном режиме и запрашивать у них информацию. В результате возникает множество новых вариантов использования устройств и разработки услуг с добавленной ценностью. Для поддержки сетевого взаимодействия объект должен быть оснащен цифровым микропроцессором, интерфейсом и/или датчиком. Затем его нужно подключить к системе или приложению, которые смогут "понимать" этот объект и взаимодействовать с ним. Подключать объект можно к персональному компьютеру, облачной услуге, а также к мобильному приложению, установленному на смартфоне или другом устройстве или машине.

Энтони Рикс (Antony Rix), старший консультант отдела коммуникационных и беспроводных технологий из компании ТТР, отмечает, что подключенные устройства становятся самоокупаемыми, когда ценность услуг мониторинга начинает превышать стоимость оказания этих услуг. ТТР прилагает большие усилия для решения этой задачи. "Мы привыкли подключать мобильный телефон или планшет к Интернету через беспроводную мобильную сеть, – говорит Рикс, – но это очень дорогой способ. Если подключение идет по каналам LTE или 3G, вам приходится увеличивать стоимость продукта на десятки долларов. Между тем существует множество других способов подключения устройств".

Новые идеи

Если вам нужна связь типа "машина-машина" (M2M) и если для этого нужно использовать сеть сотовой связи, можно воспользоваться более дешевыми каналами 2G/GSM. "Обычный модуль 3G для подключения к Интернету стоит 30- 50 долларов, а модуль GSM/GPRS – менее 10 долларов, – комментирует Энтони Рикс. – Если же воспользоваться альтернативами вроде Bluetooth Smart, то расходы можно сократить до 1 доллара и даже ниже. Столь значительное сокращение расходов может сделать ваши приложения выгодными с финансовой точки зрения, и тогда подключение объектов к сети приобретет коммерческий смысл".

Другой вариант – использование специализированных беспроводных технологий. Одно из решений, разработанных в этой области компанией TTP, – технология беспроводной связи ближнего действия Matrix – как раз предназначено для максимального снижения стоимости подключений. В этом решении используется проприетарная технология радиосвязи, созданная специалистами TTP для поддержки безопасных беспроводных соединений с целью радиочастотной идентификации (RFID) на расстоянии до 500 метров. Это решение хорошо подходит для розничной торговли и служб безопасности. Оно пользуется нелицензируемыми диапазонами 868 МГц и 900 МГц, которые увеличивают дальность связи по сравнению с диапазоном Bluetooth и Wi-Fi (2,4 ГГц) и, как правило, менее загружены, чем данный диапазон. Упомянутое решение отличается очень низкими стоимостью и энергопотреблением.

Крупные перемены в розничной торговле

Платформой Matrix пользуется коммерческий партнер ТТР – компания ZBD Solutions, поставляющая электронные товарные ярлыки предприятиям розничной торговли. По словам Рикса, "технология Matrix позволяет заказчику устанавливать цифровые дисплеи, работающие от одной батарейки в течение 10 лет. В результате супермаркет с ассортиментом в 50 тысяч продуктов может заменить бумажные ценники недорогими цифровыми дисплеями и обновлять изображенную на них информацию в удаленном режиме из центрального офиса по беспроводным каналам. Это очень удобно, особенно если принять во внимание, как часто в супермаркетах меняются цены и какие санкции могут быть наложены на торговое предприятие за неправильную информацию на ценниках".

Решение Bluetooth Smart, встроенное в домашние весы и спортивные тренажеры, поможет контролировать вес и уровень спортивной формы с помощью обычного смартфона. Bluetooth Smart с технологией радиосвязи TTP Matrix позволит устройству собирать и передавать данные в течение длительного времени, работая от одной маленькой батарейки. По мнению аналитиков, в 2020 году в мире будет работать более 10 миллиардов подключенных устройств этого типа, получивших название ‘appcessory’ (см. выше).

Энергия прогресса

Подключенные устройства должны передавать данные с минимальным расходом энергии. Это крайне важно не только для минимизации расходов, но и для расширения ассортимента возможных приложений. Батарейки рано или поздно приходится менять, а сделать это непросто, если оборудование встроено в стационарную структуру или находится в опасной среде. Кроме того, батарейки содержат химические вещества. Между тем, замечает Энтони Рикс, "работа без батареек значительно расширяет спектр доступных возможностей. К примеру, двигатель спортивных автомобилей очень сильно нагревается, и в него опасно встраивать датчики с батарейками: батарейки могут взорваться. Если же батареек не будет, перед нами откроется множество удивительных возможностей".

Медицинские имплантанты без батареек

В медицинской области большую роль может сыграть возможность удаленной активации датчиков, не имеющих встроенного источника питания. Для этого TTP разработала имплантанты с беспроводными функциями, получающие энергию от источников, находящихся вне человеческого тела. "Эта технология позволяет следить за процессом выздоровления человека после операции, – говорит Рикс. – В основе данного решения лежит технология радиочастотной идентификации RFID, передающая данные в бесконтактном режиме по каналам радиосвязи. Она работает примерно так же, как смарткарты, по которым пассажиры проходят в лондонское метро. Считывающее устройство создает электромагнитное поле, генерирующее энергию, которая воспринимается находящейся в непосредственной близости картой или имплантом. Этой энергии достаточно для передачи информации на считывающее устройство".

Самое удивительное в том, что технология для подобных инноваций уже доступна. "Все, что теперь нужно, – это партнеры для вывода инноваций на рынок", – говорит Рикс.

Информационная безопасность в Интернете

Какую роль во всем этом будет играть Интернет? Ведь о нем так часто говорят, когда речь заходит о новой волне "гиперподключенности". Интернет расширяет наши возможности, позволяя устанавливать связь более гибко и на практически неограниченных расстояниях. Вместе с тем во многих случаях связь между устройствами лучше устанавливать не в общедоступных, а в частных (закрытых) сегментах Всемирной паутины.

"По соображениям информационной безопасности управлять отоплением вашего дома лучше не по каналам общедоступного Интернета, – считает Энтони Рикс. – Свободно распространяемая информация о включении и выключении отопительных приборов поможет преступникам точно определить, когда вас нет дома. Кроме того, чтобы присвоить своим отопительным приборам общедоступный интернет-адрес, вам придется установить межсетевой экран и антивирусную защиту, а такое решение становится дорогим, энергоемким и трудноуправляемым. Лучше подключиться к облачной услуге с функциональностью сетевого экрана, которая позволит вам управлять домашними устройствами в удаленном режиме, не выходя в общедоступные области Интернета".

Роль маршрутизаторов

По мнению Рикса, важнейшим компонентом таких решений может стать широкополосный маршрутизатор: "В настоящее время энергопотребление и стоимость аппаратных средств Wi-Fi, а также требования информационной безопасности в каналах доступа приводят к тому, что через маршрутизатор к Интернету могут подключаться только "самые интеллектуальные устройства", то есть компьютеры, телефоны и планшеты. Если, благодаря принятию стандарта IEEE 802.11ah и совершенствованию технологии взаимных подключений одноранговых устройств, положение изменится, то многие бытовые устройства тоже смогут подключаться к Интернету через маршрутизатор".

Потенциал этих технологий огромен, и времени для "раскачки" уже не осталось, предупреждает Энтони Рикс: "Мир подключенных устройств создается здесь и сейчас".