Разработка системы умный дом. Вариант. Технологии с каждым годом развиваются все стремительнее и стремительнее
 Скачать 477.57 Kb.
|
|
">http://www.allbest.ru Введение Технологии с каждым годом развиваются все стремительнее и стремительнее. Еще недавно людям было сложно представить, что для оплаты различных услуг не надо будет выходить из дома, что для того, чтобы узнать какую-либо информацию, достаточно просто написать запрос в приложении, а для общения не нужен живой человек. Наша жизнь кардинально изменилась за последние десятилетия и продолжает изменяться дальше. Никого уже не удивить роботами, онлайн покупками или молниеносной отправкой письма на другой конец мира. Но все же, даже сейчас человечеству есть к чему стремиться. Люди всегда пытались улучшить и облегчить условия жизни. Наши предки изобрели колесо, на основе которого создали возможность переносить большие грузы и передвигаться быстрее, создали электричество, чтобы имелась возможность функционировать в темноте, полетели в космос, чтобы была возможность расширить свой мир. Но что дальше? А дальше настал век интернет-вещей. Интернет-вещей стал новым шагом развития. С ним можно сравнить изобретение парового двигателя или индустриализацию электричества. Данная концепция позволяет различным предметам, оснащенным технологиями взаимодействовать друг с другом, обмениваться процессами и «общаться» между собой. Стоит отметить, что работы в этой области только ведутся. То, что можно достичь и то, что есть сейчас – это совершенно разные вещи. Однажды планируется, что интернет-вещей активно будут участвовать в различных процессах: информационных, социальных, экономических, бизнес. Они будут обмениваться информацией об окружающей среде и происходящих ситуациях, анализировать и реагировать, не привлекая к этому человека. Интернет-вещей могут помогать, замещать человека практически в любой сфере: экономике, финансах, ИТ технологиях и так далее. И в каждой области это будет незаменимый помощник, облегчающий жизнь людей. Главное же, что такая технология избавит от множества проблем, с который человек сталкивается так или иначе в повседневной жизни. Сложные технологичные процессы, кропотливые работы – это вещи, которые замечают в первую очередь и над которыми более активно ведутся наработки. Но мало кто вспоминает то, что все привыкли делать – домашние дела, походы в магазин, оплата жилищно-коммунальное хозяйство (здесь и далее - ЖКХ). Если первые два заменить концепцией интернет-вещей сложнее, то о последнем как раз и пойдет речь в данной работе. Рисунок 1. Интернет Вещей в сфере ЖКХ  Услуги ЖКХ – это то, с чем пересекается любой человек, и все понимают, как процесс оказания данных услуг бывает не приятен, со сколькими проблемами приходится сталкиваться ежемесячно. Снятие показателей с датчиков, оплата – все кажется простым и легким. Но стоит только углубиться в процесс, то тут же замечаются тысячи недостатков – неверные показания этих самых датчиков, не верный расчет со стороны непосредственно ЖКХ, обход в показаниях, переплата и так далее. Сложно найти того, кто ни разу не возмущался на процесс работы этих самых служб. А что, если жилая площадь находится за несколько километров от текущего местоположения и отследить достоверность датчиков не предоставляется возможным? И вот тут как раз «вступает в игру» интернет-вещей. В ходе данной работы будут рассматриваться способы снятия показаний с датчиков, возможности предоставления их пользователю и оплата за оказанные услуги онлайн. Объектом исследования является модель обращения данных в сфере ЖКХ при использовании IoT. Предметом исследования являются технологии процесса передачи данных от конечных узлов к базам данных. Основной целью данной работы является выбор оптимальных технологий для решения задачи агрегации данных. Практическая значимость данного исследования заключается в обеспечении возможности мониторинга состояния датчиков ЖКХ для обеспечения качественного обслуживания конечных пользователей, возможности проверки данных и их автоматизированный сбор. 1. Интернет-вещей Рассмотрим более подробно, что же такое подразумевается под этим странным словосочетанием, которое вначале ставит людей в ступор. Как говорил Роб Ван Краненбург: «IOT (она же Интернет вещей) — концепция пространства, в котором все из аналогового и цифрового миров может быть совмещено – это переопределит наши отношения с объектами, а также свойства и суть самих объектов». Интернет вещей – это концепция вычислительной сети технологически оснащенных предметов взаимодействовать друг с другом, обмениваться информацией и на основе ее правильно реагировать. Данная концепция подразумевает под собой то, что при правильной и корректной разработке вмешательство человека не потребуется вовсе, и все будет работать только на технологиях. Разработка этой сферы станет новым скачком развития нашего общества и продвинет технологичный прогресс вперед. Цифровые технологии уже достигли значительных целей, и сложно сказать, что ждет нас дальше. Но все понимают, что мы находимся только в начале пути в этом развитии, что впереди ждет что-то действительно грандиозное, что позволит не только улучшить качество жизни, то и поможет человечеству познать новые, ранее не изведанные стороны разных областей. К сожалению, любое развитие происходит неравномерно, прорабатывая какие-то части вначале лучше других. Такие сферы, как электроника, логистика, финансы, транспорт готовы к изменениям в любой момент, у них есть основа, позволяющая технологиям быстрее и точнее включить их в реализацию нового этапа, то есть в концепцию интернет-вещей. С сельским хозяйством же, например, дела обстоят куда сложнее. Данная сфера с давних пор основывалась в первую очередь на человека, нежели на машины, от чего технологии тут сложнее интегрировать. Но и в данной области создаются интересные и полезные доработки, ожидающие нас в скорейшем будущем, что означает, что «замещение» человечества сумеет коснуться всех частей нашей жизни, какими бы своеобразными и зависящими от человека ни были. Для более наглядного рассмотрения работы IoT рассмотрим «умный город». Согласно исследованиям Beecham Research, Pike Research, iSupply Telematics и министерства транспорта США в рамках данных проектов существует миллиарды устройств, отвечающие за городские системы: управление транспортом, водоснабжение, безопасность, здравоохранение и так далее. Сюда же стоит включить умные парковки, позволяющие оптимизировать использование мест для стоянки. Стали встречаться умные остановки для городского общественного транспорта, показывающие информацию о времени ожидания транспорта. Эта лишь малая часть, внедренная и разрабатывающая на основе интернет вещей. В промышленности также функционирует множество устройств, готовых внедриться в нашу повседневную жизнь. Также стоит сделать акцент на сфере энергетики и ЖКХ. На данный момент уже существуют «умные» предметы, облегчающие работу с этими областями. Разработаны множество счетчиков, элементов автоматики распределительных сетей, электрозарядная инфраструктура, улучшена часть возобновляемых и распределительных источников энергии. Планируется увеличение количества машинных подключений примерно на 25% в год. По примерным показаниям к 2021 году нас ожидает около 28 миллиардов различных технологичных устройств, где только 13 миллиардом придется на уже примитивные пользовательские гаджеты (планшеты, смартфоны, персональные компьютеры и так далее). Остальные 15 миллиардов составят промышленные устройств. Сюда стоит включить различные терминалы для продаж, индикаторы, автомобили, датчики и так далее [1]. С каждым годом цифры подключаемых устройств к IoT растут. В скором времени к 2020 году ожидается запуск сетей 5G, что также позволит подключить еще больше устройств. В связи с этим прогнозируют, что будет более 50 миллиардов «вещей», которые обретут способность делиться друг с другом информацией для обмена ей и выполнения различных функций. Массовый характер подключений и различные сценарии использования диктуют требования к сетевым технологиям IoT в самом широком диапазоне. Скорости передачи данных, задержки, надежность (гарантированность) передачи определяются особенностями конкретного применения. И тем не менее есть ряд общих целевых показателей, которые требуют от нас отдельно рассматривать сетевые технологии для IoT и их отличия от традиционных сетей мобильной связи. Вначале стоит отметить стоимость реализации сетевой технологии. Ее показатели, как предполагается, должны быть значительно меньше существующих сегодня моделей GSM/WCDMA/LTE, которые используются во всех смартфонах и модемах на сегодняшний день. Но пока массовая реализация подключенных устройств прерывается на моменте той же стоимости, а именно цена чипсета, реализующего полной стек сетевых технологий, в том числе управление голосом и многие другие функциональности, являющиеся неотъемлемой частью интернет вещей [2]. Также положительным качеством интернет вещей является низкое электропотребление и продолжительное время автономной работы. Были рассмотрены многие стороны использования IoT, и почти все предусматривают автономное питание подключенных устройств от встроенных элементов питания. Дизайн таких «вещей» будет энергоэффективным, а сетевые модели упрощены, что позволит добиться времени автономной работы до 10 лет, когда емкость питания будет составлять всего 5 Вт*ч. Всего этого получается достичь за счет того, что снижается объем передаваемых данных и используется продолжительный период «тишины», то есть время, в течении которого устройство не переделает и не получает информацию, а значит не потребляет энергию. Но, стоит отметить, что все эти показателя сильно условны, так как зависят от конкретного устройства, технологии и сферы их деятельности. Что же касается покрытия сети? На сегодняшний день покрытие мобильной сети обеспечивает устойчивую передачу данных как снаружи, так и внутри помещений. Но устройства могут быть не только там, где поток людей нескончаемый – города, торговые центры, дома, но и там, где людей нет – железнодорожные перегоны, подвалы, поверхность водоемов, металлические и бетонные короба, отдаленные районы, лифтовые шахты и так далее, перечислять можно долго. Для решения этой задачи предприняты попытки улучшения бюджета линии на 20 dB относительно традиционных сетей GSM, являющихся лидером по покрытию среди мобильных технологий сегодня. Каждая область требует разных сценариев использования Интернета вещей. Любая технология разработана по своему принципу, и ей необходим индивидуальный подход, зависящий непосредственно от того, в какой индустрии её предполагается использовать. В том числе, использование подключаемых устройств напрямую зависит от сложности проработки и сферы. Если для полива виноградника надо использовать простые датчики, то в области здравоохранения дела обстоят совершенно иначе. Например, оборудование для телемедицины. Такие комплексы используются для проведения дистанционной диагностики, мониторинга сложных медицинских манипуляций и удаленного обучения с использованием видеосвязи в режиме реального времени. Такие конструкциям необходимо совершенно другие требования для передачи данных, задержки сигнала, безопасности и тому подобное. При разработке комплекса устройств IoT нельзя с точностью сказать обо всех потребляемых ресурсах, энергии и так далее, каждый механизм надо рассматривать на частном уровне, что несколько усложняет процесс развития и прогнозирования. Концепция Интернета вещей должна быть гибкой, чтобы обеспечить любой набор технологичных характеристик, основываясь на области использования. Миллионы подключенных устройств, десятки сценариев использования, гибкое управление и контроль – все это должно быть реализовано в рамках единой сети. Последние года отданы на попытки поиска решений всех поставленных задач в сфере беспроводной передачи данных. Люди рассматривают возможности адаптировать уже созданные сетевые архитектуры для возможности разработки IoT, а также пытаются придумать новые решения с нуля. Уже мы видим успешные шаги в этой области, которые позволяют решать задачи Интернета вещей коммуникаций в размах ограниченной территории. Например, к этому этапу можно причислить Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee и другие аналоги. Но в тоже время современные мобильные технологии находятся вне конкуренции со стороны обеспечения покрытия сети и масштабируемости управляемой инфраструктуры. Согласно исследованию Ericsson Mobility Report, покрытие GSM составляет 90% населенной территории планеты, сети WCDMA и LTE 65% и 40% соответственно при активно продолжающемся строительстве сетей. В рамках развития стандартов мобильной сети как раз направлены на решение задач в области Интернет вещей при сохранении тех положительных сторон использования глобальной экосистемы. Эволюция этих технологий станет основой будущих модификаций стандартов мобильной связи, в том числе стандартов сетей пятого поколения (5G) [3]. Другие альтернативы более низкой мощности для частного спектра направлены же на более узкое применение. Поэтому перед нами, человечеством, в частности, стоит задача создания новой инфраструктуры для распространения и реализации концепции интернет вещей во всех областях нашей жизнедеятельности. Рисунок 2. Сферы, использующие Интернет Вещей  2. Зачем IoT банкам Как было сказано выше, IoT сейчас активно развивается, заполоняя собой все сферы деятельности. И не стоит забывать о такой важной сфере, как банк. Без финансов человек никто. Ничего нельзя получить за просто так, а «работать за еду» получается не у каждого, да и не каждый готов идти на такое. Именно поэтому нельзя отрицать, что деньги – это основная потребность человека. А где деньги, там, естественно, и банки. Банк – это финансовая организация, деятельностью которой является привлечение и размещение денежных средств, и проведение расчетов. По сути, банк – это посредник между деньгами и человеком. И для того, чтобы люди продолжали доверять банку быть этим посредником, такой организации приходится постоянно развиваться в области как финансовой, так и IT. А появление такого концепта, как Интернет Вещей очень удобной и реализуемой вещью для трансформации банковской сферы в то, что сейчас называется FinTech. Все больше цифровых технологий и инноваций вкладываются в банковскую систему и формируют операционные модели этого сектора. Big Data, ML, блокчейн, AI, автоматизация процессов, IoT – это самые популярные облачные технологии, образующие некие новшества банковской системы. Все банки стремятся сейчас перейти на более надежную цифровую базу. Без этого ни одна организация даже не сможет попасть в список конкурентоспособных и развитых/развивающихся учреждений. Еще несколько лет назад сложно было представить, что человек сможет управлять своими счетами при помощи даже просто компьютера. Поход в банк являлся неотъемлемой частью жизни любого человека, получающего какое-либо финансирование. Сейчас же мы имеем возможности на управление финансами не только через компьютер, но и через планшет, смартфон, даже часы! Чем больше развивается беспроводная связь, тем больше разрабатывается IoT-приложения, которая позволяют собирать информацию о неких потребностях и предпочтениях клиентов. С каждым годом технологии прогрессируют все больше, а значит потребность в Интернет Вещей как в целом, так и для банков возрастает. Сейчас ни один банк, который готов позиционировать себя как надежный, выгодный и так далее, можно сказать, обязан использовать IoT в своей сфере. Кроме того, чем больше развитие технологий в мире, тем больше клиентский спрос на удобный мобильный банковский сервис. А чем больше спрос, тем, что уже не раз доказывалось множеством формул и графиков, больше предложений от банков, для его удовлетворения. Рисунок 3. График спроса и предложения  IoT технологии позволяют обеспечивать это предложение. Интернет Вещей помогает при сборе и анализе больших массивов банковской информации, благодаря чему банк может предоставить индивидуальные услуги, тарифы или скидки на уже имеющиеся услуги. Также это позволяет разработать программы поощрений, опять же индивидуальные для каждого клиента, что способствует лояльности. При помощи Интернета Вещей можно не только отслеживать поведение клиента, его предпочтения и так далее, но также IoT помогает улучшать внутренние процессы. Лучше всего это отображается на принятии решений по продуктовой стратегии и в кредитовании. Данные, которые собираются Интернетом Вещей, можно использовать для прогнозирования целевых предложений по банковским продуктам или для определения кредитного риска потенциальных заемщиков, особенно, если те не имеют под собой кредитной истории, а также для принятия различных коммерческих решений. Благодаря технологии Интернета Вещей у банков появляется преобразовать всю полученную и проанализированную информацию в денежный эквивалент, то есть в личную прибыль, что также и позволяет им подняться на финансовом рынке. Из всего этого следует следующее: с развитием инновационных решений в IoT банки имеют возможность улучшить персональный уровень обслуживания клиентов всех сфер и уровней на новую ступень. Технологии Интернет Вещей собирают и анализируют большие массивы информации. Таким образом, банковские организации получают больше данных о клиентах, за счет чего улучшают собственные внутренние процессы принятия решений со стороны предоставляемых услуг, инвестиций и продуктовой стратегии. Примером может послужить то, что при помощи информации, взятой с IoT банк, может использовать ее для определения более четкой детализации картины персонального кредитного риска. Те же данные могут служить для разработки индивидуальной программы поощрения клиента, что станет толчком для повышения собственной лояльности. Это может позволить банкам поднять индивидуальный подход обслуживания клиентов на новый уровень. На практике использовать IoT в банковской сфере можно в различных областях. Уже на сегодняшний день клиента можно распознать сразу же, как только он входит в помещение. Происходит это за счет установленных в отделениях биометрических и позиционных данных, «сотрудничающих» с видеокамерами. Датчики, размещенные на банкоматах, собирают информацию, анализ которой позволяет определить оптимальные зоны для постановки банковских аппаратов. За счет информации непосредственно о клиенте и его местоположении, организации могут предоставлять свои продукты и помогать принять выгодные для обоих сторон решения в финансовой деятельности. Через пару лет уже массово люди будут проводить транзакции из дома при помощи повседневных устройств. Базовые операции можно будет использовать при помощи специальных приложения, установленных на персональные и носимые устройства, такие как смартфоны, финес-трекеры, smart-часы, а также при помощи голосовых устройств, таких как GPS-системы, установленные на автомобильных устройствах. Оплаты за любые услуги уже становятся быстрее и удобнее, а в течении пары лет и вовсе перестанут отнимать время и станут легко реализуемыми. Сейчас уже можно оплачивать транспортные услуги такси, просто привязав банковскую карту к приложению, а датчики NFC позволяют обычным прикосновением телефона или smart-часов к платежному аппарату перечислить деньги на счет компании, оказывающей услуги. Еще недавно было сложно себе представить оплату различных услуг без наличных денежных средств, когда в настоящем становится уже необязательным использование даже банковской карты. По данным исследований аналитической компании iKS Consulting в 2016 году количество реализованных IoT-проектов в финансовой сфере повысилось на 10%. В 2017 году объем рынка составил свыше 1,2 миллиардов рублей. Темпы роста с 2017 по 2020 года не снижаются с уровня 5%. Десятки решений различных финансовых и банковский IoT приложений разрабатываются, и с каждым годом рост этих решений растет [4]. 3. IoT в ЖКХ ЖКХ – это те буквы, которые почти у каждого вызывают неприятные ощущения и воспоминания. И проблема заключается не столько в самой организации, сколько в неожиданностях, которые она преподносит. Сколько людей, получая квитанцию, испытывали удивление, увидев собственные счета за воду? Конечно, счетчики помогают отслеживать потребление ресурсов, но все же и это не всегда помогает точно понять, откуда взялась такая стоимость. Причина таких «удивлений» в несовершенстве системе учета потребляемых ресурсов, где потребитель должен сам высчитывать и отправлять в компанию показатели счетчиков, что не является идеальным для учета. Как минимум человеческий ресурс – это всегда нестабильная вещь. И дело не в том, что люди любят приврать, а в том, что ошибки – это повседневная вещь. Именно тут в дело и вступает технология Интернет Вещей. Уже появились модели «умных» счетчиков, которые с постоянной регулярностью передают показания в ЖКХ, а у клиентов есть возможность отслеживать статистику расхода потребляемых ресурсов. По примерным данным потери ресурсов в сфере жилищно-коммунальных услуг составляют около 10-15% на воду, 30-40% на электричество и до 60% на газ. Эти потери огромны. Множество компаний, например, Мособлгаз, не могут выйти в плюс за счет того, что большинство поставленного компанией ресурса не оплачивается. Кто не умеет корректно считывать показания, некоторые не могут правильно определить, например, из-за плохого возраста или зрения, некоторые не хотят/забывают ежемесячно заходить на уже созданный сайт (лично ходить в ЖКХ и оплачивать нет необходимости) для отправки показаний и их оплаты. К тому же множество случаев незаконные подключения, установка магнитов на счетчики для уменьшения численности исключительно визуально и так далее. Рисунок 4. Реальная реклама магнитов, останавливающих показания счетчика |