Презентация на тему «Интернет вещей»

Слайд 1. Интернет вещей

• Как соединённые в сеть предметы собирают данные и меняют промышленность, город и быт

Доклад: Здравствуйте! Тема моего выступления — интернет вещей. Речь пойдёт о том, как обычные предметы, получив датчики и выход в сеть, превращаются в источники данных и начинают принимать решения без человека. Я покажу, из чего состоит такая система, где она уже работает и какие проблемы мешают её распространению.

Слайд 2. Содержание

• Введение
• Что такое интернет вещей
• Масштабы распространения
• Этапы развития
• Архитектура системы
• Виды устройств и датчиков
• Технологии передачи данных
• У истоков идеи
• Умный дом
• Умный город
• Промышленный интернет вещей
• Носимые устройства и здравоохранение
• Облачные и туманные вычисления
• Умное сельское хозяйство
• Структура применения по отраслям
• Угрозы информационной безопасности
• Стандарты и правовые рамки
• Почему проекты внедряются медленно
• Перспективы развития
• Выводы
• Список литературы

Доклад: Логика доклада простая: сначала разберёмся с самим понятием и масштабом явления, затем посмотрим на историю, архитектуру и технологии. Вторая половина посвящена практике — умному дому, городу, промышленности, медицине и сельскому хозяйству. В конце обсудим безопасность, барьеры внедрения и перспективы.

Слайд 3. Введение

• Интернет вещей объединяет миллиарды физических предметов с датчиками и модулями связи в единую систему, где данные передаются без участия человека.
• К 2024 году в мире насчитывалось около 18,8 млрд подключённых устройств — больше, чем персональных компьютеров и мобильных телефонов вместе взятых.
• Технология меняет промышленность, городское хозяйство, медицину и сельское хозяйство: решения принимаются по непрерывному потоку измерений.
• Понимание принципов интернета вещей необходимо специалисту любой отрасли — от инженера и врача до управленца.

Доклад: Интернет вещей давно перестал быть темой научных статей: сегодня в мире работает около восемнадцати с лишним миллиардов подключённых устройств. Это больше, чем компьютеров и телефонов вместе взятых, и на порядок больше населения планеты. Понимать эту технологию нужно не только программисту — она уже вошла в работу инженера, врача, агронома и управленца.

Слайд 4. Что такое интернет вещей

• Интернет вещей — концепция сети физических объектов, оснащённых встроенными датчиками и средствами связи, которые собирают сведения о внешней среде, обмениваются ими и действуют без участия человека.
• 1999 — Рождение термина — Понятие предложил Кевин Эштон
• 18,8 млрд — Устройств в сети — Оценка мирового парка на 2024 год
• 29 млрд — Прогноз на 2027 год — Ожидаемое число подключений

Доклад: Ключевое в определении — слова «без участия человека». Предмет не просто выходит в сеть, он сам измеряет обстановку, передаёт данные и выполняет команды. Термин появился в тысяча девятьсот девяносто девятом году, а сегодня число подключений идёт к двадцати девяти миллиардам к две тысячи двадцать седьмому году.

Слайд 5. Масштабы распространения

• Число подключённых устройств растёт примерно на 15 % в год и уже вдвое превышает численность населения планеты.
• Основной прирост дают промышленные датчики, счётчики ресурсов и бытовая техника.

Доклад: На графике видно, что рост устойчивый — примерно пятнадцать процентов в год, без резких провалов. За десятилетие число устройств увеличилось почти вчетверо. Основной вклад дают промышленные датчики, счётчики ресурсов и бытовая техника, а не гаджеты в руках пользователей.

Слайд 6. Этапы развития

• Идея подключённых предметов старше самого термина: первые опыты ставили ещё в университетских лабораториях 1980-х годов.
• Развитие шло вслед за удешевлением датчиков, памяти и беспроводной связи.
• 1982 — сетевой автомат с газированной водой
• 1990 — тостер с управлением по сети
• 1999 — появление термина «интернет вещей»
• 2008 — устройств в сети больше, чем людей
• 2016 — массовые сети для автономных датчиков
• 2020 — промышленные сети пятого поколения

Доклад: История начинается раньше самого термина. Ещё в восемьдесят втором году студенты подключили к сети автомат с газированной водой, чтобы узнавать, холодные ли в нём банки. В девяностом появился знаменитый тостер с сетевым управлением, а к две тысячи восьмому году устройств в сети стало больше, чем людей на Земле.

Слайд 7. Архитектура системы

• Слои независимы: замена датчика не требует переписывать прикладные программы.
• Измерения движутся снизу вверх, управляющие команды — сверху вниз.
• Шлюз связывает локальные устройства с внешней сетью и сжимает поток данных.
• Защита выстраивается на каждом уровне отдельно, а не только на входе в сеть.
• Прикладной уровень — программы, отчёты и управление процессами предприятия
• Уровень обработки — хранение сведений и аналитика в облачном центре
• Сетевой уровень — каналы связи, шлюзы и протоколы передачи
• Уровень восприятия — датчики и исполнительные механизмы на объекте

Доклад: Любая система интернета вещей строится слоями. Внизу — датчики и исполнительные механизмы, которые видят и действуют. Выше — каналы связи и шлюзы, ещё выше — обработка и хранение, и на вершине — прикладные программы для человека. Такое разделение позволяет менять датчик, не переписывая всю систему.

Слайд 8. Виды устройств и датчиков

• Оборудование интернета вещей принято делить по назначению: одни устройства измеряют, другие воздействуют на процесс, третьи связывают систему воедино.
• температуры
• влажности
• движения
• освещённости
• состава воздуха
• реле
• электроприводы
• клапаны
• замки
• шлюзы
• маршрутизаторы
• контроллеры

Доклад: Всё оборудование удобно делить по назначению. Датчики измеряют — температуру, влажность, движение, освещённость, состав воздуха. Исполнительные устройства действуют: включают реле, поворачивают клапан, открывают замок. А связующие узлы — шлюзы и контроллеры — соединяют это хозяйство в единую сеть.

Слайд 9. Технологии передачи данных

• Выбор сети определяется дальностью, требуемой скоростью и запасом энергии устройства.
• Автономный датчик работает от батареи годами, поэтому экономит каждый переданный байт.

Доклад: Единой сети для всех задач не существует: приходится выбирать. Радиочастотные метки работают на сантиметрах и почти не потребляют энергии, беспроводные сети малого радиуса удобны дома, энергоэффективные сети дальнего радиуса дотягиваются на пятнадцать километров при крошечной скорости. Сотовые сети пятого поколения дают скорость и низкую задержку там, где нужен отклик в реальном времени.

Слайд 10. У истоков идеи

• Кевин Эштон, род. 1968, Британский инженер, предложивший термин «интернет вещей» в 1999 году
• Марк Вайзер, 1952–1999, Автор концепции повсеместных вычислений, предвосхитившей умную среду
• Винтон Серф, род. 1943, Один из создателей сетевых протоколов, популяризатор соединённых устройств

Доклад: У идеи есть конкретные авторы. Кевин Эштон, работая над системами учёта товаров, в девяносто девятом году впервые произнёс словосочетание «интернет вещей». Марк Вайзер ещё в начале девяностых описал повсеместные вычисления — среду, в которой техника незаметно растворена вокруг человека. А Винтон Серф, один из создателей сетевых протоколов, много сделал для того, чтобы соединённые устройства говорили на общем языке.

Слайд 11. Умный дом

• Термостат сам поддерживает заданную температуру, учитывая присутствие жильцов и прогноз погоды, и снижает счёт за отопление на 10–20 %.
• Датчики протечки, дыма и открытия дверей мгновенно отправляют оповещение на телефон владельца.
• Голосовое управление и сценарии объединяют освещение, розетки и бытовую технику в один сюжет «ушёл из дома».

Доклад: Умный дом — самая знакомая сторона технологии. Термостат на снимке сам поддерживает температуру, учитывая присутствие жильцов и прогноз погоды, и экономит до пятой части счёта за отопление. Датчики протечки и дыма сообщают о происшествии мгновенно, а сценарии объединяют свет, розетки и технику одним нажатием.

Слайд 12. Умный город

• 30 % — Экономия на освещении — Дают фонари с датчиками присутствия и яркости
• 15 % — Меньше времени в пробках — Светофоры подстраиваются под реальный поток машин
• 1/3 — Сокращение выездов мусоровозов — Контейнеры сами сообщают о наполнении

Доклад: На городском уровне эффект считают уже в бюджетных деньгах. Фонари с датчиками присутствия экономят до трети электроэнергии, адаптивные светофоры сокращают время в пробках, а контейнеры, сообщающие о наполнении, позволяют убрать треть лишних выездов мусоровозов. Всё это работает на одних и тех же принципах — измерение, передача, решение.

Слайд 13. Промышленный интернет вещей

• Датчики вибрации и температуры на станке предсказывают поломку заранее: предупредительный ремонт сокращает простои на 20–50 %.
• Цифровой двойник линии позволяет проверить изменения технологии на модели, не останавливая производство.
• Учёт энергопотребления по каждому агрегату выявляет скрытые потери и окупает установку датчиков за один–два года.

Доклад: В промышленности главная ценность — предупреждать аварии, а не устранять их последствия. Датчики вибрации и температуры замечают износ подшипника задолго до поломки, и предупредительный ремонт сокращает простои на двадцать–пятьдесят процентов. Цифровой двойник линии позволяет проверить изменения технологии на модели, не останавливая реальное производство.

Слайд 14. Носимые устройства и здравоохранение

• Браслеты и часы непрерывно измеряют частоту сердечных сокращений, насыщение крови кислородом и качество сна.
• Дистанционный мониторинг больных с хроническими заболеваниями снижает число повторных госпитализаций.
• Умные ингаляторы и инсулиновые помпы передают врачу сведения о фактическом соблюдении назначений.

Доклад: Медицина получила от интернета вещей непрерывное наблюдение вместо редких приёмов. Браслет измеряет пульс, насыщение крови кислородом и качество сна круглосуточно, а данные уходят врачу. Для больных с хроническими заболеваниями это означает меньше повторных госпитализаций и своевременную коррекцию лечения.

Слайд 15. Облачные и туманные вычисления

• Поток измерений можно обрабатывать в удалённом центре или рядом с источником — от этого выбора зависит скорость реакции всей системы.
• Практически неограниченные вычислительные мощности
• Удобное хранение истории измерений за многие годы
• Задержка отклика — сотни миллисекунд
• Полная зависимость от качества канала связи
• Расчёты выполняются на шлюзе рядом с оборудованием
• Отклик за единицы миллисекунд, годится для управления
• Работа продолжается при обрыве связи с центром
• Ограниченные объёмы памяти и вычислительных ресурсов

Доклад: Где обрабатывать поток измерений — вопрос принципиальный. Облако даёт почти неограниченные мощности и хранит историю за годы, но отвечает с задержкой в сотни миллисекунд и требует устойчивого канала. Туманная обработка на шлюзе рядом со станком отвечает за миллисекунды и переживает обрыв связи, но ограничена по ресурсам. На практике их сочетают.

Слайд 16. Умное сельское хозяйство

• Датчики влажности и питательных веществ в почве задают норму полива для каждого участка поля отдельно.
• Беспилотные аппараты обследуют посевы и вносят средства защиты точечно, сокращая расход химикатов на 20–30 %.
• Ошейники с датчиками отслеживают здоровье и перемещение животных, предупреждая о заболевании за несколько суток.

Доклад: В сельском хозяйстве технология позволила перейти к точному земледелию. Датчики влажности задают норму полива для каждого участка отдельно, а беспилотники, как на снимке, обследуют посевы и вносят препараты точечно, экономя до трети химикатов. Ошейники с датчиками предупреждают о болезни животного за несколько суток.

Слайд 17. Структура применения по отраслям

• Больше трети подключённых устройств приходится на производство и логистику.
• Быстрее всего растут медицинские и сельскохозяйственные решения.

Доклад: Если посмотреть на распределение устройств по отраслям, больше трети приходится на производство и логистику — там окупаемость наиболее очевидна. Умный дом и здравоохранение вместе дают около трети рынка. Быстрее всего растут медицинские и сельскохозяйственные решения.

Слайд 18. Угрозы информационной безопасности

• Видимый инцидент почти всегда лишь верхушка накопленных просчётов.
• Простое устройство редко имеет ресурсы для сильного шифрования.
• Ответственность размывается между изготовителем, монтажником и владельцем.
• Защита должна закладываться на этапе проектирования, а не после запуска.
• Взлом камеры или дверного замка — то, что замечает пользователь
• Заводские пароли — производители оставляют одинаковые ключи доступа на всей партии
• Отсутствие обновлений — известные уязвимости живут в устройствах годами
• Незашифрованные каналы — измерения и команды перехватываются по пути
• Сети заражённых приборов — бытовая техника участвует в атаках на чужие сайты

Доклад: Безопасность — самое слабое место технологии. Пользователь замечает лишь верхушку айсберга: взломанную камеру или замок. Под водой остаются заводские пароли, годами не обновляемое программное обеспечение, незашифрованные каналы и сети заражённых приборов, участвующих в атаках. Защиту нужно закладывать при проектировании, а не добавлять после запуска.

Слайд 19. Стандарты и правовые рамки

• Уникальный идентификатор — постоянный номер предмета, по которому его узнают в сети
• Открытый протокол обмена — согласованные правила передачи коротких сообщений между устройством и сервером
• Эталонная архитектура — международный документ, описывающий уровни и связи системы
• Персональные данные — сведения о человеке, собранные датчиками, охраняются законом
• Сертификация — подтверждение соответствия устройства требованиям связи и безопасности

Доклад: Чтобы устройства разных изготовителей понимали друг друга, нужны общие правила. Уникальный идентификатор позволяет узнать предмет в сети, открытые протоколы задают формат сообщений, а эталонная архитектура описывает уровни системы. Отдельная тема — персональные данные: сведения, собранные датчиками о человеке, охраняются законом.

Слайд 20. Почему проекты внедряются медленно

• Техническая готовность опережает организационную зрелость заказчиков.
• По оценкам отраслевых обзоров, до трети опытных проектов не доходит до промышленной эксплуатации.
• Медленное внедрение
• Стоимость — высокие затраты на датчики, монтаж и обслуживание
• Кадры — нехватка специалистов по промышленным сетям и обработке данных
• Разнобой стандартов — оборудование разных изготовителей плохо совместимо
• Недоверие — опасения утечки сведений и потери управления объектом
• Связь — неустойчивое покрытие на удалённых площадках

Доклад: Почему при всей зрелости технологии внедрение идёт медленно? Причин несколько: высокая стоимость оборудования и монтажа, нехватка подготовленных специалистов, несовместимость оборудования разных изготовителей, недоверие заказчиков и неустойчивая связь на удалённых объектах. По отраслевым обзорам, до трети опытных проектов так и не доходит до промышленной эксплуатации.

Слайд 21. Перспективы развития

• Массовое подключение через сети пятого поколения
• Перенос вычислений на границу сети
• Обучаемые алгоритмы прямо внутри датчика
• Цифровые двойники предприятий и городов
• Единые требования к безопасности устройств

Доклад: Ближайшее будущее видится так: сначала массовое подключение через сети пятого поколения, затем перенос вычислений на границу сети — ближе к оборудованию. Дальше обучаемые алгоритмы переедут прямо внутрь датчиков, появятся цифровые двойники целых предприятий и городов, а завершит картину выработка единых требований к безопасности устройств.

Слайд 22. Выводы

• Интернет вещей превратился из идеи лабораторий в повседневную инфраструктуру мирового масштаба.
• Ценность создают не сами датчики, а обработка их измерений и автоматические решения на её основе.
• Главные препятствия сегодня — безопасность, совместимость оборудования и подготовка кадров.
• Специалисту важно понимать архитектуру системы, чтобы грамотно ставить задачу и оценивать её отдачу.

Доклад: Подведём итоги. Интернет вещей вырос из лабораторной идеи в инфраструктуру мирового масштаба, и ценность создают не сами датчики, а обработка их измерений. Главные препятствия сегодня лежат в области безопасности, совместимости и подготовки кадров. Специалисту важно понимать архитектуру системы, чтобы грамотно ставить задачу и оценивать отдачу от проекта.

Слайд 23. Список литературы

• Вайзер М. Компьютер XXI века // В мире науки. — 1991. — № 11. — С. 66–75.
• ГОСТ Р ИСО/МЭК 30141—2021. Интернет вещей. Эталонная архитектура. — М.: Стандартинформ, 2021.
• Рекомендация МСЭ-Т Y.2060. Обзор интернета вещей. — Женева: Международный союз электросвязи, 2012.
• Росляков А. В., Ваняшин С. В., Гребешков А. Ю. Интернет вещей: учебное пособие. — Самара: ПГУТИ, 2015. — 200 с.
• Эштон К. О том самом «интернете вещей» // RFID Journal. — 2009.

Доклад: В списке литературы — учебное пособие по интернету вещей, классическая статья Марка Вайзера о компьютере двадцать первого века и текст Кевина Эштона, в котором прозвучал сам термин. Нормативную часть закрывают эталонная архитектура по государственному стандарту и рекомендация Международного союза электросвязи.

Слайд 24. Спасибо за внимание!

Доклад: На этом доклад завершён. Интернет вещей — это не отдельная отрасль, а способ сделать привычные процессы наблюдаемыми и управляемыми. Благодарю за внимание, готов ответить на вопросы.