Применение Bluetooth-технологии в интернете вещей

Интернет с развитием технологий стал проникать в привычные нам вещи -это неотъемлемая часть нашей жизни, где в будущем уже никто не сможет представить, каково это жить без таких удобств и одним из таких ответвлений глобальной сети стал интернет вещей. Концепция интернета вещей [1] появилась в конце прошлого века, основной целью которой является объединение и взаимодействие друг с другом различных, привычных в обычной жизни предметов при помощи различных каналов связи, например, с использованием интернет протокола IP.

Многие люди говорят, что интернет вещей - это такой “новый тренд” [2], но мало кто может объяснить что это такое на самом деле. Интернет вещей, по данным Gartner[3] (исследовательская компания из США), и вправду является очень “трендовым”, он находится на самой вершине “хайп-цикла” наряду с другими технологиями, такими как преобразование “речь-речь”, машинное обучение, крипто валюта, автономные средства передвижения, поэтому неудивительно, что о нём слышал каждый.

Интернет вещей является новой стадией развития интернета, в данный момент происходит переход именно к новому представлению интернета. Важными отличиями от простого интернета являются: фокус на вещах, гораздо большее количество подключенных предметов, меньшие размеры подключаемых объектов, фокус на считывании информации, необходимость создания инфраструктуры и стоит вопрос разработки новых стандартов. Интернет вещей (IoT, Internet of Things) - это сеть физических объектов, которые имеют встроенные средства, которые позволяют взаимодействовать друг с другом посредством различных протоколов связи. Некоторые определения интернета вещей говорят о том, что это стадия развития интернета, когда к сети подключено больше именно вещей, а не людей. По этому определению получается, что человечество уже перешло к нему примерно в 2009 году и с каждым годом количество устройств растёт с огромной скоростью.

Как правило в сеть можно объединить различные девайсы: датчики, приборы, устройства и т.д. Основная сеть для взаимодействия, как можно догадаться, является интернет и его протокол IP. Существуют и другие различные протоколы беспроводной связи[4] между “вещами” - Wi-Fi и LAN, Bluetooth, RFID, Bluetooth Low Energy (с низким энергопотреблением), Wi-Fi HaLow, LPWAN, Z-Wave, ZigBee, 6LoWPAN и множество других.

Перспективы развития интернета вещей.

Интернет вещей можно применять во многих областях, даже там, где не каждый мог бы это представить. Как прави- ло IoT подразделяется на несколько сегментов: для потребителя и для бизнеса или промышленности. Сейчас элементы интернета вещей можно встретить повсюду, а ведь не каждый это знает, что он уже “подключен” к этой сети. Например, множество людей используют различные носимые устройства, наподобие умных часов, фитнес-трекеров, у кого-то есть “умный телевизор” (обычно называется Smart TV и т.п.), кто-то использует девайсы для отслеживания деятельности или местоположения своего питомца, в некоторых домах применяется редкий для России “умный дом”, когда каждое устройство объединено в одну общую сеть - освещение, водопровод, датчики, входная дверь, телефон и т. д. Некоторые компании уже сейчас производят “умную одежду”, которая может отслеживать состояние человека и окружающей его среды и выдавать какие-то рекомендации или сразу адаптироваться, например, с помощью нагревательных элементов создать комфортную температуру для человека, а также можно с помощью спутника и мобильных сетей отслеживать путь, по которому происходило перемещение. Сейчас некоторые военные ведомства пытаются создавать костюмы для пехоты, экзоскелеты, которые помогут солдатам поддерживать связь, выводить различную информацию о противнике или собственном теле на встроенный дисплей и т. п.

В бизнес сфере уже сейчас используется интернет вещей и проходят тестирование новые технологии. Сейчас в некоторых странах мира проводятся запуски беспилотных автомобилей (обычно водитель в машине есть, но не для вождения, а для отслеживания правильности передвижения и для внештатных ситуаций), которые могут перевозить пассажиров, ориентируясь в пространстве с помощью стандартных технологий позиционирования (спутниковая навигация), датчиков зрения, различных стабилизаторов и дальномеров, камер, сенсоров, как правило здесь же применяется машинное обучение, нейросети - машина сама себя обучает и учится на своих же ошибках. Интернет вещей можно использовать для создания умного города, где данная технология значительно облегчит управление имуществом города, повысит его эффективность, оптимизирует расходы, улучшит качество и производительность различных городских служб, что немедленно повысит качество жизни горожан и общее благосостояние. Помимо городской сферы и транспорта, интернет вещей нашёл отличное применения в сфере геолокации по торговым центрам, так называемые “маячки” биконы[5] (beacon), которые при входе в торговый центр связываются с мобильным девайсом и могут сообщать какую-то информацию о магазине, считать посетителей определённого магазина, уведомлять о скидках. Также можно использовать их для навигации людей с ограниченными возможностями, поиска различных вещей - ключей и багажа, навигации по огромным торговым центрам, где система навигации с помощью спутника не работает должным образом, бесконтактной регистрации на мероприятиях, для контроля посещаемости учебного заведения (актуально для школ и университетов) и т. д. На основе интернета вещей могут быть реализованы также: “умная планета”, “умный дом”, “умная энергетика”, “умная медицина”, “умное производство” и другие.

Можно оценить количество сфер применения интернета вещей и сказать прямо - перспективы есть, причём очень хорошие. Интернет вещей сейчас переживает период очень бурного роста. Аналитики оценивают этот рынок также крайне перспективным и очень удачным для капиталовложений, которые растут с каждым годом и к 2020 -2030 годам станут более от 1 до 2 трлн. долларов США по всему миру. Например, мобильные телефоны относятся к интернету вещей и уже сейчас это самая популярная и наиболее многочисленная категория устройств в данной концепции. Именно интернет вещей поможет человечеству делать новые открытия, проводить исследования, анализировать множество данных - всё для дальнейшего процветания в течении многих веков. Интернет вещей в некоторых странах включен в список прорывных и инновационных технологий - это ещё раз доказывает тот факт, что перспектив развития бесконечное множество.

Технология Bluetooth в интернете вещей.

Одним из самых перспективных и важных стандартов для передачи данных в IoT является технология Bluetooth[6]. Разработка технологии началась в 1989 году компанией Ericsson. Позже был создан консорциум, в которых входят множество IT-гигантов: Intel, IBM, Nokia, Toshiba и другие. В результате объединения была образована некоммерческая организация Bluetooth Special Interest Group (SIG), которая в 1998 году и выпустила самую первую спецификацию стандарта.

Сейчас мало кто может представить себе, что у него в телефоне, ноутбуке или в различных носимых устройствах нет “синего зуба”. Этот стандарт имеет свою выделенную частоту, его скорость одна из самых высоких среди других стандартов, есть поддержка всех уровней протоколов и шифрования. Bluetooth широко распространён, поскольку уже сейчас технология встроена практически во все мобильные де-вайсы[7], самые популярные - это всем известные смартфоны и планшеты, ноутбуки. Данный стандарт в ранних версиях позволяет, как правило, устройствам общаться на близком расстоянии друг с другом, когда они находятся в радиусе примерно 10 метров, при этом дальность ещё зависит от других факторов - преград и помех, с новыми спецификациями радиус был значительно увеличен.

С развитием Bluetooth версии 4.0, технология в себя включает несколько протоколов: стандартный Bluetooth, высокоскоростной на основе Wi-Fi и самый наиболее перспективный -Bluetooth с низким энергопотреблением (Bluetooth Low Energy, BLE).

Для интернета вещей наиболее подходящим и перспективным является технология с низким энергопотреблением. BLE предназначен в первую очередь для устройств, которые имеют небольшие размеры, то есть для устройств, в которых важна компактность и куда нельзя установить аккумулятор или батарею большого объема. Bluetooth LE потребляет в 10-20 раз меньше энергии и вполне способен передавать данные в 50 и более раз быстрее на расстояния более 100 метров, чем классические Bluetooth-решения. Например, умные часы, в которых установлена миниатюрная батарейка “таблетка” или “монетка”. Помимо вышеперечисленных преимуществ, BLE имеет высокую безопасность, надёжность, низкую задержку при подключении и низкую потребляемую мощность. Есть еще одна важная особенность данного стандарта, она заключается в адаптивности перестройки частоты, то есть происходит коррекция ошибок[8] при передаче сигнала, BLE быстро изменяет свою рабочую частоту, выбирая наиболее оптимальную для устранения помех, проблем переполнения и для снижения интерференции (наложения волн).

Спецификация Bluetooth 5.0 была создана, с ориентацией на интернет вещей. Это окончательно показало, что стандарт стремится “захватить” рынок устройств. В сравнении с предыдущей “целой” версией 4.0 была повышена скорость передачи данных почти до скоростей HSPA+ и LTE ранних версий, при этом энергопотребление осталось в прежних показателях. Важным показателем для постройки сетей интернета вещей как раз является энергоэффективность. В данный момент данная спецификация мало распространена из-за относительно недавнего времени своего “релиза”. Bluetooth 5 как и все предыдущие версии имеет обратную совместимость. Вполне возможно, через несколько лет каждое мобильное устройство будет поддерживать 5 версию стандарта, что является важнейшим преимуществом этой технологии над другими.

Пример применения Bluetooth-технологии в интернете вещей.

Интернет вещей становится реальностью благодаря Bluetooth, главным образом из-за мобильных устройств. Сфера применения Bluetooth очень широка, она повторяет практически все области, изложенные во 2 пункте данной статьи. Как правило, стандарт применяется в умных часах, шагомерах, термометрах, умных чайниках, в лампочках с контролем цвета освещения, в смартфонах и планшетах, в ноутбуках[9] и некоторых материнских платах для настольных ПК, в “маячках-биконах”, медицинских приборах, есть также в различной бытовой технике, есть опыт успешного применения стандарта в “умном доме”. Маячки могут использоваться для предоставления информации о каком-нибудь экспонате на выставке, для рекламы, для замены GPS на внутреннюю систему определения местоположения - далеко не все области применения “биконов”.

Вluetooth в мобильных устройствах может использоваться для управления различными системами: освещения, различной домашней автоматикой, охранной системой и многими другими. Довольно интересным вариантом при- менения является система из двух технологий: Bluetooth + NFC, где одна из технологий обеспечивает больший радиус действия, а вторая служат для установления быстрого и безопасного со-единения[10] между двумя устройства- ми за счёт меньшего радиуса действия (например, беспроводные наушники с NFC-чипом).

Вывод

В результате изучения была получена необходимая информация, которая позволяет заключить, что интернет вещей является важным этапом развития интернета. В скором времени он несомненно станет частью жизни каждого человека, как сейчас уже стал обычный интернет. Данная система уже применяется во многих сферах жизни: от магазинов и дома, до IT-сферы и различных крупных заводов и фабрик. Повсюду, где применяется интернет вещей, происходит упрощение различной рутиной работы при этом у человека появляется время на решение других, более сложных задач. Каждый, кто пользуется каким-либо устройством, не всегда может знать, что именно оно является частью концепции интернета вещей. Нельзя не представить в уме всё то, что открывает IoT перед человечеством, полезность данной технологии крайне высока. При этом интернету вещей ещё есть куда расти – перспективных областей так много, что как только будет «заполне- на» одна, так сразу же появится другая, ведь человеческие потребности постоянно меняются и их необходимо удовлетворять наиболее рациональными способами.