Rozwiązywanie problemów dotyczących Internetu rzeczy

W 2003 roku na świecie było nieco ponad 500 milionów urządzeń podłączonych do internetu. Dawało to zaledwie 0,08 urządzenia na osobę lub 0,02 urządzenia na każdą osobę z dostępem do sieci.

W 2010 roku liczba ta wzrosła do 12,5 miliarda urządzeń, co stanowi blisko sześć urządzeń na osobę mającą dostęp do internetu. Szacuje się, że w 2015 roku liczba "rzeczy" podłączonych do internetu wyniesie 25 miliardów, a wraz z końcem dekady zbliży się do 50 miliardów.

Według prognoz to jeszcze nie będzie koniec. Wraz z rozwojem nanotechnologii z czasem pojawi się tzw. inteligentny pył, a co za tym idzie liczba ta z dnia na dzień zwiększy się o setki miliardów.

Wraz z rosnącą liczbą przedmiotów podłączonych do sieci oczekuje się, że również inteligencja samych połączeń będzie wyższa. Na przykład inteligentny system przeciwpożarowy będzie bardziej użyteczny, jeśli można go będzie podłączyć do inteligentnego termostatu. Jeśli natomiast termostat ten będzie nawiązywał połączenie ze smartfonem użytkownika, cały system zostaje wzbogacony o kolejną, zupełnie nową warstwę inteligencji. W wyniku tego im więcej przedmiotów zostaje dodanych do sieci, tym łatwiej jest im konwertować olbrzymie ilości bezużytecznych "danych" na przydatne informacje.

To jest ostateczny cel Internetu rzeczy: stworzenie samonapędzającej się sieci przedmiotów codziennego użytku, która wspólnie będzie stanowiła dużo większą wartość niż posiadanie każdego z tych przedmiotów oddzielnie.

To właśnie ta idea wdrażana jest obecnie zarówno przez rządy, jak i korporacje, grupy akademickie oraz pasjonatów. Od międzynarodowych standardów Internetu rzeczy po tworzone pod konkretne potrzeby opracowania wykorzystujące inteligentne czujniki - Internet rzeczy rozszerza się na wszystkie poziomy społeczności elektronicznej.

Jednak mimo tego szerokiego zaangażowania w Internet rzeczy istnieje kilka złożonych wyzwań, które branża musi pokonać, aby móc doprowadzić do powszechnego przyjęcia tych rozwiązań. Wyzwania te dotyczą różnych kwestii: od zagadnień technologicznych, takich jak uniwersalne standardy i protokoły, po mniej wymierne tematy, jak na przykład wpływ technologii na prywatność jednostki.

Dopóki branża nie zajmie się tymi wyzwaniami, przyjęcie Internetu rzeczy będzie nieustannie odsuwać się w przyszłości.

1. Przyjęcie uniwersalnego standardu

Mimo sporego postępu w kierunku opracowania standardu dla branży Internetu rzeczy nadal jest w tej kwestii wiele do zrobienia, zwłaszcza w temacie bezpieczeństwa, prywatności oraz przede wszystkim architektury. Zgodnie z niedawnym raportem, opublikowanym w magazynie Financial Times, pomiędzy grupami technologicznymi oraz telekomunikacyjnymi toczy się "intensywna walka" o dominację nad branżą Internetu rzeczy. Wraz z próbami zdobycia pozycji w tej branży przez kolejnych liderów rynku pojawiają się liczne, konkurujące ze sobą standardy. Są to między innymi: "Physical Web" firmy Google, IIC (Industrial Internet Consortium), Open Interconnected Consortium, a także "Thread", czyli nowy, oparty o IP protokół sieci bezprzewodowych, wspierany przez firmy Google, Samsung, ARM oraz Freescale Semiconductor.

Praca tych podmiotów pomaga w stymulowaniu przyjęcia Internetu rzeczy, jednak obawami napawa nadal brak standaryzacji powszechnej dla całej branży. Oznacza to, że jeśli nie zostaną przyjęte uniwersalne standardy, Internet rzeczy może stać się kolejnym asynchronicznym sektorem technologicznym, opartym na rozwiązaniach ad-hoc dostarczanych przez potężne firmy IT.

2. Przyjęcie IPv6

Każde urządzenie łączące się z internetem potrzebuje swojej unikalnej etykiety numerycznej - adresu IP. W chwili obecnej zdecydowana większość adresów IP oparta jest na czwartej generacji protokołu internetowego, tak zwanej IPv4.

Korzystając z systemu 32-bitowego, IPv4 oferuje około 4,3 miliarda unikalnych adresów - liczba ta została osiągnięta w lutym 2010 roku. Wraz z dodawanymi każdego dnia do sieci nowymi urządzeniami możliwości puli adresów IPv4 są mocno nadwyrężone. W wyniku tego dodanie nowego urządzenia do sieci można przeprowadzić tylko za pomocą translacji adresów sieciowych (NAT) - metody polegającej na tłumaczeniu jednego adresu IP na inny w celu stworzenia iluzji dostępnego miejsca.

Mimo iż translacja adresów sieciowych okazała się popularną metodą unikania sytuacji, w której wyczerpią się adresy IP, wraz z rosnącą liczbą urządzeń podłączonych do sieci NAT prawdopodobnie nie poradzi sobie z wymogami Internetu rzeczy.

Zamiast tego operatorzy zaczęli promować przyjęcie standardu IPv6, czyli nowego 128-bitowego protokołu, który oferuje do 340 sekstylionów (340 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000) adresów urządzeń. Ten nowy protokół nie tylko pomoże zapewnić adresy urządzeniom w celu wsparcia Internetu rzeczy (w tym inteligentnemu pyłowi), ale także dostarczy lepsze możliwości z zakresu bezpieczeństwa oraz zarządzania siecią.

Pomimo licznych korzyści płynących ze stosowania protokołu IPv6 raport firmy Google z grudnia 2014 roku wskazuje, że ponad 94% światowego ruchu internetowego odbywa się za pośrednictwem protokołu IPv4. Jeśli technologia Internetu rzeczy ma odnieść sukces, tempo przechodzenia na protokół IPv6 musi wzrosnąć.

3. Wybór protokołu łączności bezprzewodowej

Oprócz braku standaryzacji infrastruktury inżynierowie projektanci muszą też mierzyć się z problemem przytłaczającej ilości przeróżnych technologii połączeniowych w urządzeniach z branży Internetu rzeczy.

Niektóre z tych technologii to Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth low energy, ANT, ZigBee czy RF4CE. Przy wyborze odpowiedniego protokołu łączności bezprzewodowej projektanci muszą wziąć pod uwagę wiele czynników, w tym to, czy wymagane jest autorskie rozwiązanie, czy powinien zostać przyjęty standard branżowy, jaka pasmo częstotliwości powinno być zastosowane, a także ile mocy będzie potrzebować urządzenie. Wybór ten wpływa również na sposób, w jaki urządzenie będzie się komunikowało z innymi przedmiotami, a finalnie może stać się ograniczeniem utrudniającym przyjęcie go w branży Internetu rzeczy.

Decyzja odnośnie do tego, czy opracowywać autorskie rozwiązanie, czy raczej wykorzystać standard branżowy (np. Bluetooth) często zależy od tego, jaką funkcjonalność ma mieć urządzenie. Mocno specjalistyczne funkcje mogą wymagać autorskich rozwiązań, co z kolei automatycznie ogranicza możliwości skorzystania z rozwiązań dostawców OEM. Korzyścią płynącą z takiego rozwiązania jest to, że taką autorską platformę łączności bezprzewodowej można dostosować bezpośrednio do danego zastosowania, ograniczając tym samym ilość dodatkowego oprogramowania.

Jak można się domyślić, obecnie w świecie łączności bezprzewodowej dominuje protokół Wi-Fi. Może się on jednak nie sprawdzić w branży Internetu rzeczy ze względu na duże potrzeby związane z zasilaniem. Zamiast tego projektanci próbują wykorzystywać protokół Bluetooth Low Energy oraz oferowany przez firmę Dynastream protokół ANT. Oba te protokoły stanowią atrakcyjne cenowo i wyjątkowo energooszczędne rozwiązania łączności bezprzewodowej na krótkich dystansach, co czyni je idealnymi na potrzeby urządzeń do noszenia oraz urządzeń z branży Internetu rzeczy.

4. Zapewnienie źródła zasilania

Decyzja o odejściu od protokołu Wi-Fi wywołuje kolejne pytanie związane z przyjęciem Internetu rzeczy - jak dostarczyć odpowiednie zasilanie tak wielu przenośnym urządzeniom podłączonym do internetu?

Aby wykorzystać w pełni potencjał Internetu rzeczy, poszczególne urządzenia podłączone do sieci będą musiały być coraz bardziej samowystarczalne. Kiedy Internet rzeczy rozrośnie się i obejmie miliony, a może nawet miliardy wbudowanych czujników, wizja regularnej wymiany baterii w każdym urządzeniu jest trudna do wyobrażenia. Zamiast tego potrzebne jest rozwiązanie, które umożliwi każdemu czujnikowi generowanie prądu ze swojego otoczenia, z wykorzystaniem elementów lokalnych, takich jak wibracje, światło czy przepływ powietrza.

W znacznej mierze udaje się to osiągnąć dzięki nanogeneratorom. Te elastyczne, samozasilające się generatory prądu mogą konwertować energię kinetyczną (z drgań lub ze źródeł mechanicznych) w energię elektryczną, eliminując konieczność korzystania z zewnętrznych obwodów i baterii w urządzeniach elektronicznych.

Na początkowych etapach rozwój nanogeneratorów przebiegał powoli, ale ostatnie postępy sprawiły, że wydajność energetyczna tych urządzeń wzrosła aż czterdziestokrotnie. Dziś, dzięki pracy takich firm jak EnOcean czy Perpetuum, technologia nanogeneratorów wykorzystywana jest do konwertowania nawet delikatnych wibracji powstających przy stawianiu przez człowieka kroków w energię elektryczną.

Mimo tych postępów jeszcze długa droga do momentu, w którym problem zapotrzebowania na energię zostanie w pełni rozwiązany. Wraz ze zbliżaniem się świata do poziomu 50 miliardów urządzeń podłączonych do sieci potrzeba zapewnienia elastycznych, odnawialnych źródeł energii będzie stawać się coraz powszechniejszym problemem.

5. Prywatność

Jedną z najczęstszych obaw dotyczących Internetu rzeczy jest jego wpływ na prawa i prywatność jednostek. Obawy przed nasilającym się monitoringiem marketingowym i nadzorem korporacyjnym zrodziły potężne lobby zwracające uwagę na niezrozumienie i brak zaufania w stosunku do Internetu rzeczy. Zatem jeśli branża odpowiada za zachęcanie konsumentów do masowego przyjęcia Internetu rzeczy, projektanci mają obowiązek pomóc w zapewnieniu ludziom prywatności, a w rezultacie w zyskiwaniu zaufania użytkowników do tego typu rozwiązań.

Z perspektywy projektowania najlepszym sposobem na osiągnięcie tego jest zagwarantowanie, że produkty z dziedziny Internetu rzeczy będą dostarczać użytkownikom realną, wymierną wartość. Projektując zastosowania przynoszące realne korzyści, a nie jedynie nowinki i gadżety, branża Internetu rzeczy może przedstawić użytkownikom końcowym ofertę, która będzie dla nich faktycznie korzystna.

Wraz z pojawieniem się każdej nowej technologii kwestia prywatności jest zawsze pierwszą obawą podnoszoną przez media, a później przez opinię publiczną. Tak było zarówno w przypadku smartfonów, jak i systemów nawigacji satelitarnej. Finalnie jednak technologie te rozkwitły dzięki temu, że oferowały realne korzyści, a jednocześnie próbowały zapewnić maksymalne bezpieczeństwo i prywatność użytkownikom końcowym.

Dlatego też dane pobierane przez urządzenia z dziedziny Internetu rzeczy powinny być tak przejrzyste, jak to tylko możliwe, a dane użytkowników muszą być zabezpieczone odpowiednimi środkami bezpieczeństwa. Podstawy dla tych środków bezpieczeństwa zostały przedstawione w raporcie Komisji Europejskiej z 2009 roku, w którym kraje członkowskie zapraszane są do przedstawienia swoich wytycznych odnośnie do projektowania i działania przedmiotów podłączonych do internetu. Zaznaczono tam, że urządzenia z dziedziny Internetu rzeczy muszą: być odporne na ataki, wykorzystywać uwierzytelnione dane, być objęte odpowiednimi zabezpieczeniami w zakresie zbieranych danych, a także zapewniać klientom odpowiednią prywatność. Są to zatem kwestie, które zarówno zawodowi projektanci rozwiązań z dziedziny Internetu rzeczy, jak i pasjonaci muszą brać pod uwagę podczas projektowania nowego urządzenia, które będzie podłączone do sieci.

Lista ta zawiera zaledwie kilka stałych zagadnień, które będą musiały zostać rozwiązane, żeby Internet rzeczy mógł zostać w pełni przyjęty w ciągu 2015 roku. Część z tych zagadnień musi zostać rozwiązana przez rządy i organizacje branżowe, jednak wiele z nich już dziś stanowi wyzwania dla projektantów i pasjonatów z całego świata. Dlatego Internet rzeczy jest tak ekscytującym tematem dla wszystkich w społeczności projektantów - bo chodzi tu nie tylko o dostarczenie korzyści, ale również o przezwyciężenie trudności.

Simon Holt
Strategic Alliance Marketing Manager
Premier Farnell