Lietu internets

Lietu internets jeb lietiskais internets (angļu: Internet of Things, IoT) ir fizisku ierīču starptīklošana. Lietu internetu veidojošās ierīces (sauktas arī par "viedajām ierīcēm" jeb "savienotajām ierīcēm") ir aprīkotas ar sensoriem, aktuatoriem, un komunikācijas līdzekļiem. Lietu internets ļauj attālināti iegūt informāciju par dažādiem ar sensoriem aprīkotiem objektiem, kā arī attālināti kontrolēt šos objektus, izmantojot esošo tīklu infrastruktūru, tai skaitā internetu.

Lietu interneta Globālo standartu iniciatīva (IoT-GSI) lietu internetu definē kā "informācijas sabiedrības globālu infrastruktūru, kas piedāvā attīstītus pakalpojumus, savienojot (fiziski un virtuāli) uz eksistējošām un attīstāmām sadarbspējas informācijas un sakaru tehnoloģijām bāzētas lietas". IT analītiskais uzņēmums Gartner lietu internetu definē kā fizisku objektu tīklu, kurā objektiem ir iegultās tehnoloģijas, kas ļauj sazināties un sajust vai mijiedarboties ar to iekšējo stāvokli vai ārējo vidi. Lietu internetam nav obligāti jāizmanto internets — objekti var sazināties savā starpā arī ar citām tehnoloģijām.

Lietu internets ļauj uzlabot virtuālās un fiziskās pasaules integrāciju. Tā ir svarīga pamattehnoloģija tādās jomās kā viedās mājas, viedās pilsētas, intelektuālās transporta sistēmas, viedais elektroapgādes tīkls. Piemēri lietu interneta lietojumiem ir vides novērošana, infrastruktūras novērošana, ēku un infrastruktūras automatizācija, aktivitāšu atpazīšana un uzvedības novērošana. Lietu internetu veidojošās "lietas" var būt tādi daudzveidīgi fiziski objekti, tādi kā ar sensoriem aprīkotas automašīnas, medicīniskie implanti, sadzīves tehnika, viedie pulksteņi un citas valkājamās ierīces, termostati un ventilācijas sistēmu kontrolieri.

Vēsture

Pašreizējā lietu interneta vīzija ir radusies, evolucionējot un saplūstot vairākām tehnoloģijām, tai skaitā: bezvadu komunikācijām, sensoriem, iegultajām ierīcēm un mašīnmācīšanās tehnoloģijām. Līdz ar to lietu internets ir starpdisciplināra tehnoloģija, kura balstās uz tādām tradicionālām disciplīnām kā bezvadu sensoru tīkli, iegultās sistēmas, kontroles un automatizācijas sistēmas (ieskaitot mājas un ēku automatizāciju) un citas.

Viedo ierīču tīkla koncepcijas pirmsākumi meklējami jau 1980. gados. 1982. gadā Kārnegi — Melona Universitātē tika izveidota pirmā internetam pieslēgtā sadzīves ierīce — modificēts kolas automāts.

1990. gados pašreizējo lietu interneta vīziju definēja akadēmiskie raksti, tādi kā Marka Veisera 1991. gada raksts "The Computer of the 21st Century", kā arī akadēmiskās konferences, tādas kā UbiComp (Ubiquitos Computing) and PerCom (Pervasive Computing). Radās pirmie praktiski izmantojamie komerciālie risinājumi, tādi kā 1993. gadā Microsoft izlaistā tehnoloģija Microsoft at Work (1993. gadā) un Novell NEST (1994. gadā), kuri ļāva dažādas ierīces savienot kopējā tīklā, taču tie neguva lielu ievērību.

Lietu interneta koncepcija kļuva populāra, pateicoties MIT Auto-ID centra darbībai, un ar to saistītām tirgus izpētes publikācijām 1999. gadā. Šo terminu ieviesa Kevins Aštons, viens no Auto-ID centra līdzdibinātājiem. Tobrīd par lietu interneta pamatu tika uzskatīta radiofrekvences identifikācija (RFID), un tika uzsvērts, ka lietas un cilvēkus, kuri ir aprīkoti ar RFID, kļūst iespējams automātiski uzskaitīt un pārvaldīt, līdz ar to vispārēja objektu aprīkošana ar RFID birkām paver iespēju kompānijām radikāli izmainīt loģistikas ķēdes.

Pielietojumi

Pēc Gartner prognozēm, līdz 2020 gadam lietu internetam būs pieslēgts vairāk par 20 miljardiem ierīču. Esošie un potenciālie lietu interneta pielietojumi aptver ļoti plašu jomu klāstu, jo iespēja izmantot tīklā saslēgtas ar sensoriem aprīkotas iegultās ierīces ir noderīga gandrīz katrā sfērā. Paredzams, ka nākotnē ievērojamāki kļūs tie lietu interneta lietojumi, kuri paredz ne tikai datu ievākšanai ar sensoriem, bet arī apkārtējās vides kontroli caur aktuatoriem, tādējādi paverot vēl plašākas iespējas. Daži no ievērojamākiem pielietojumiem ir aprakstīti tālāk.

Vides novērošana

Lietu internetu var izmantot vides aizsardzības nolūkos, piemēram, gaisa un ūdens kvalitātes novērošanai, atmosfēras un augsnes stāvokļa novērošanai, kā arī savvaļas dzīvnieku novērošanai to dzīvesvietās.

Lauksaimnieki lietu internetu var izmantot, lai iegūtu detalizētus reālā laika datus par savām saimniecībām, kā arī, lai tiktu laicīgi brīdināti par klimatisko vai cita veida apdraudējumu iestāšanos.

Infrastruktūras novērošana

Attālināta infrastruktūras novērošana ļauj savlaicīgi noteikt problēmas un remontdarbu nepieciešamību. Lietu internetu izmanto, piemēram, ēku, tiltu, dzelzceļa sliežu novērošanai un kontrolei, tai skaitā būvju strukturālās integritātes novērošanai.

Ēku automatizācija

Lietu internets var tikt izmantots, lai kontrolētu ēku elektriskās un elektroniskās sistēmas. Tas ļauj automatizēt apsildes, ventilācijas un gaisa kondicionēšanas sistēmas publiskās un privātās ēkās ar nolūku uzlabot komfortu un samazināt enerģijas patēriņu.

Google Nest ir tīklam pieslēgta viedā termostata piemērs, kas paredzēts personīgo mājvietu automatizācijai.

Medicīna un veselības aprūpe

Lietu interneta ierīces ļauj veikt pacientu novērošanu to dzīvesvietās, kā arī attālinātu ārkārtas brīdinājumu izziņošanu problēmu gadījumā. Tādējādi lietu internets atvieglo autonomo dzīvošanu cilvēkiem ar hroniskām veselības problēmām. Lietu internetu izmantoto arī slimnīcās, piemēram, viedo gultu konstruēšanai, kuras informē ārstus par pacienta stāvokli.

Ražošana

Ražošanas un citas industrijas raksturo specifiskas prasības pret informācijas un komunikāciju tehnoloģijām, tāpēc lietu internetam ir izveidojies apakšnovirziens: industriālais lietu internets (IIoT). Industriālo lietu internetu raksturo augstas prasības pret ierīču un tīkla uzticamību un paredzamību. Lietu interneta tehnoloģijas tiek arvien vairāk izmantotas SCADA industriālo kontroles sistēmu jaunākajās paaudzēs. Pastāv viedoklis, ka industriālais lietu internets iegūs tik nozīmīgu lomu ražošanā, ka tas eventuāli novedīs pie ceturtās industriālās revolūcijas, tā saucamās Industry 4.0, tātad tā ietekme būs salīdzināma ar to kvalitatīvajiem lēcieniem, kurus industrijā ienesa tādas pārmaiņas kā konveijera ieviešana (otrā industriālā revolūcija) vai datorizācija un automatizācija (trešā industriālā revolūcija).

Transports

Viedie auto un intelektuālās transporta sistēmas iegūs no lietu interneta pielietošanas, jo dinamiska komunikācija starp transporta sistēmas komponentiem ļauj ieviest tādus servisus kā viedā transporta kontrole, viedās autostāvvietas, automātiska braukšanas nodevu ievākšana, kā arī citus.

Lietojumi patērētāju tehnoloģijās

Viens no populārākajiem pašreizējiem lietu interneta pielietojumiem ir valkājamās ierīces, tādas kā viedie pulksteņi un citas. Šīs ierīces izmanto personisko parametru (piemēram, pulsa) novērošanai un aktivitāšu automātiskai noteikšanai.

Tehnoloģijas

Identifikācijas līdzekļi

Ierīces lietu internetā parasti tiek identificētas ar IPv6 adresi. Tieši IPv6, nevis šobrīd vadošais IPv4 standarts ir kļuvis par ieteicamāko opciju lietu interneta ierīcēm divu iemeslu dēļ: pirmkārt, iespējamo IPv4 adrešu skaits ir stingri ierobežots. Pavisam eksistē tikai daži miljardi IPv4 adrešu, līdz ar to šī protokola izmantošana ir pretrunā ar lietu interneta vīziju par daudziem miljardiem internetam pieslēgtu, globāli pieejamu ierīču. Otrkārt, IPv6 standarts atvieglo adreses piešķiršanas procesu, tā kā tas ļauj ierīcēm pašām konfigurēt savas IP adreses, atšķirībā no IPv4, kur šim nolūkam ir jālieto DHCP vai citi protokoli. IPv6 novērš adrešu kolīzijas, ļaujot ierīcēm pašām izvēlēties globāli unikālas IP adreses, kurām kā bāzi izmanto ierīču aparatūras līmeņa (MAC) adreses.

Komunikācijas

Lietu internets parasti izmanto specifiskus, atvieglotus komunikācijas protokolus ar zemu sarežģītību un zemu enerģijas patēriņu. Tomēr reizēm tiek izmantotas arī tradicionālas komunikācijas metodes, tādas kā WiFi un Ethernet.

Starp lietu interneta komunikācijas tehnoloģijām var izdalīt īsas distances bezvadu sakarus (piemēroti valkājamajām ierīcēm, medicīniskiem pielietojumiem, viedajām mājām, preču inventarizācijai, u.c.), tālas distances bezvadu sakarus (piemēroti viedajām pilsētām, viedajai lauksaimniecībai, u.c.) un vadu sakarus (piemēroti viedajām mājām, datu savākšanas "mugurkaula" izveidei, u.c.).

Datu apmaiņai starp ierīcēm bieži tiek lietoti tādi relatīvi atviegloti formāti kā JSON un CBOR un tādi transporta protokoli kā MQTT un CoAP.

Īsas distances bezvadu sakaru tehnoloģiju piemēri

Bluetooth Low Energy (BLE) — klasiskā Bluetooth jaunākā un energoefektīvākā versija, Near-field communication (NFC), vizuālie QR kodi, radiofrekvences identifikācija (RFID), tradicionālais Wi-Fi, kā arī tādi lietu internetam specifiski, retāk izmantoti protokoli kā Z-Wave un ZigBee.

Tālas distances bezvadu sakaru sakaru tehnoloģiju piemēri

Te eksistē vairāki konkurējoši risinājumi, kuri piedāvā līdzīgas iespējas, bet atšķiras tehnoloģiskos un praktiskos aspektos: LoRaWAN — uz LoRa (Long Range) tehnoloģiju balstīts LPWAN (Low-Power Wide-Area Network, zemas enerģijas plaša pārklājuma tīkls) risinājums, NB-IoT (NarrowBand IoT), Sigfox un citi.

Vadu sakaru sakaru tehnoloģiju piemēri

Klasiskais Ethernet un power-line communication (PLC) — komunikācijas pa elektrolīnijām.

Sensori

Lietu interneta pamatos ir mērierīces, kuras informāciju par apkārtējo vidi pārvērš mašīnlasāmos datos. Lietu internetā tiek izmantots plašs mērierīču klāsts, sākot no elementāriem sensoriem (piemēram, temperatūras, spiediena, apgaismojuma), patēriņa skaitītajiem (piemēram, viedajiem elektrības skaitītajiem), videokamerām un mikrofoniem, līdz pat kompleksām integrētām sistēmām. Valkājamo un citu mobilo ierīču kontekstā svarīgs sensors ir akselerometrs, kura dati bieži tiek izmantoti aktivitāšu noteikšanai.

Lietu interneta ieviešanai ir svarīgi tas, lai sistēmu veidojošie sensori spētu darboties autonomi. Līdz ar to svarīga sensoru īpašība ir to energoefektivitāte. Lai atvieglotu lietu interneta ieviešanu un uzturēšanu, tiek meklēti risinājumi autonomai elektrības ieguvei, piemēram, no saules baterijām, radioviļņiem, un vibrācijām.

Drošība

Lietu interneta attīstība rada iemeslu ar bažām, saistītām gan ar jau esošo ar internetu saistīto drošības problēmu pastiprināšanos, gan ar jauna veida drošības problēmu rašanos.

Internetam pieslēgtās "lietas" ir cieš no tiem pašiem drošības riskiem, kādiem ir pakļauti tradicionālie serveri un darbstacijas. Tai pašā laikā tradicionālie drošības risinājumi, tādi kā ugunsmūri, regulāri programmatūras atjauninājumi un pretielaušanās sistēmas, var nebūt tiešā veidā izmantojami "lietu" ierobežoto skaitļošanas resursu dēļ. Dažas no lietu interneta ierīcēm neparedz iespēju mainīt paroli. Daudzi lietu interneta ierīču ražotāji tiek kritizēti par nepietiekoši lielas vērības pievēršanu drošības jautājumiem.

Tai pašā laikā šo internetam pieslēgto objektu lielais skaitliskais daudzums un to ciešā integrācija fiziskajā pasaulē caur sensoriem un aktuatoriem paver iespējas vēl nepieredzēta mēroga drošības draudiem, kā arī jauniem uzbrukumu veidiem. Piemēram, attālinātas kontroles iegūšana pār automašīnām vai transporta infrastruktūru ļautu uzbrucējam fiziski apdraudēt gan šo tehnoloģiju lietotājus, gan arī trešās personas.

Lietu internets Latvijā

Latvijā ar lietu interneta risinājumu izveidi nodarbojas tādas kompānijas kā, piemēram, Tele2, Lattelecom, LMT un citas, un tādas zinātniskās institūcijas kā Elektronikas un datorzinātņu institūts.

2017. gadā Lattelecom kopā ar partneriem veic lietu interneta LoRaWAN tīkla testēšanu Rīgā un plāno izveidot nacionāla līmeņa pārklājumu ar LoRaWAN tīklu 2018. gadā.