Будущее Интернета вещей: строительство лучших блоков Lego

Интернет вещей переживает непростой период: изделия вроде домашней техники Nest, колонок Amazon Echo и Google Home начинают интересовать массового потребителя, но из-за серии инцидентов безопасности (например, с центрами домашней автоматизации Wink [1] и веб-камерами TrendNet [2]) потенциальные покупатели испытывают недоверие к новшествам. Более того, энтузиасты, пытающиеся построить себе умный дом, сталкиваются с многочисленными сложностями, получая в итоге «лоскутное одеяло» — множество несовместимых друг с другом устройств от разных производителей, мобильных приложений и аккаунтов на различных сервисах. Будущее Интернета вещей рисуют в радужных тонах, но на деле картина иная.

Освоение любой новой технологии связано с неопределенностью, и проходит немало времени, пока не выяснятся наиболее оптимальные варианты ее применения. Например, в первых автомобилях вместо руля использовался рычаг — самый простой вариант с инженерной точки зрения, а систему реечного управления, благодаря которой стало возможным появление руля, изобрели позже. На столь же ранней стадии развития сегодня находится и Интернет вещей — нужен «руль», но необходимые конструкции еще не изобретены. Доступные на сегодня технологии активно внедряются, даже когда они и не совсем подходят для своих функций. Это все равно что пытаться собрать Lexus из блоков Lego: можно, но результат будет далек от идеала.

Сегодня надо сделать шаг назад, чтобы окинуть взглядом перспективу и разработать новые технологии и инструменты, которые сделают процесс внедрения Интернета вещей проще, — отрасли пора построить для него совершенные «блоки Lego».

Перспективы развития Интернета вещей можно схематически представить в виде двумерной координатной системы (рис. 1). На вертикальной оси отражен переход от одиночных устройств к их ансамблям [3]: внизу — отдельные изделия вроде умных дверных замков, а наверху — скоординированно действующие системы наподобие умных парковочных площадок. Горизонтальная ось — линия развития технологий управления от прямого к распределенному. В случае прямого управления все действия происходят только по вашей воле — например, отпирание двери с помощью смартфона или перемещение по парковке на машине. При распределенном управлении устройства сами управляют друг другом, автоматически реагируя на события без участия человека. Естественно, большинство решений находятся между этими двумя экстремумами.

Рис. 1. Карта развития Интернета вещей

В левом нижнем квадранте — большинство сегодняшних умных устройств: лампочки, выключатели, дверные замки и термостаты. Каждое из этих дискретных устройств имеет свои приложения для удаленного управления и разрозненные облачные хранилища данных. Такие продукты компаниям разрабатывать проще. Сегодня еще мало причин, заставляющих обеспечивать стандартизацию, взаимодействовать с другими участниками отрасли и делиться данными, а выпуская такие товары, компании могут быстро развиваться, пробуя новые идеи. Обратная сторона — фрагментация: такие продукты друг с другом обычно не взаимодействуют.

В верхнем правом квадранте — умный дом: обширный распределенный ансамбль скоординированно действующих распределенных устройств. Вы не контролируете его напрямую — он сам реагирует на ваши действия. Вы живете своей жизнью, а дом согревает вас, управляет расходом электроэнергии, будит вас по утрам и, возможно, даже кормит. Пока что до воплощения этого замысла далеко, но для отрасли он мощный стимул.

Других осязаемых примеров распределенных ансамблей еще нет, но есть менее гибкие — например, умные парковки. Обычно они жестко связаны фиксированными наборами правил и механизмами прямого контроля, который осуществляется с помощью смартфона или несложных датчиков. Нынешняя неопределенность по поводу будущего Интернета вещей связана с тем, что нет понимания разницы между ансамблем устройств с прямым и распределенным управлением.

Сегодня нельзя привести работоспособные примеры распределенных систем из правого нижнего квадранта — в них должны быть задействованы физические и виртуальные устройства, выполняющие различные действия в зависимости от показаний датчиков и управляющие другими узлами. Автономными такие устройства не будут — им предстоит принимать входные данные от других и контролировать их. Представьте «сверхразумный» автономный пылесос, который гораздо умнее, чем существующие сегодня роботы: он следит за уровнем пыли в доме, автоматически выполняет очистку по мере необходимости и при этом даже приказывает предметам в доме подвинуться, чтобы не мешать уборке.

Говоря о нынешнем Интернете вещей, надо понимать, что доступное пока далеко от желаемого: существующие «блоки Lego» для него еще весьма примитивны. Всемирная паутина достигла грандиозных успехов отчасти потому, что это открытая и многоуровневая система: всё, от транспортных протоколов до сложного контента, располагается на своих «этажах», основанных на открытых стандартах, и каждый из уровней может развиваться независимо от других. Паутина базируется на этом принципе уже более 25 лет, и, хотя развитие не всегда шло равномерно, итогом стали доверие и рост, поскольку никто не владеет всем стеком. Аналогичный принцип мог бы принести Интернету вещей большую пользу. Невозможно представить, чтобы какая-либо компания контролировала API всех умных устройств на планете — их просто слишком много, чтобы это было возможным.

Как разделить Интернет вещей на уровни? Как ускорить появление распределенных ансамблей? Рассмотрим ряд идей, предположив, какие вообще могут понадобиться уровни протоколов. Если здесь отрасли не удастся прийти к консенсусу, маловероятно, что умные устройства вообще получат реальное развитие.

Уровень 1: умная настройка. Представьте, что вам нужно подключить к домашней сети 100 умных устройств. Сама мысль об этом, вероятно, привела бы любого администратора в ужас, но в связи с падением цен на комплектующие уже скоро в домах и на предприятиях могут появиться сотни устройств, для которых понадобятся простые, стандартизованные способы защищенного присоединения к сети и объявления о себе. Процедура их подсоединения могла бы выглядеть так: включить устройства, открыть приложение или веб-страницу, где они отображаются все сразу, просмотреть и одобрить все устройства в одно касание, соединить их с сетью с корректными верительными данными для защищенной связи. Отлично, но нужно позаботиться о безопасности, а сегодня для этого обычно приходится набирать громоздкие пароли, вводить одноразовые ключи, сканировать QR-коды и т. п. Для большинства потребителей это неудобно, поэтому вместо добавления новых устройств с полным доступом можно отделить присоединение к сети от предоставления доступа. Другими словами, новые устройства добавляются к сети, но их возможности ограничиваются до тех пор, пока добавление не будет физически подтверждено. В зависимости от требуемого уровня безопасности можно предложить разные способы: просто позволить устройствам присоединяться автоматически, потребовать физического подтверждения близости устройства путем нажатия кнопки на нем или использовать для подтверждения какую-то технологию радиосвязи ближнего действия. Однако большинство более безопасных решений отличаются сложностью и высокой вероятностью ошибок, причем, прибегая к таким решениям, об удобстве пользователя обычно не заботятся. Если удастся найти способы применять их защищенно и без взаимодействия с пользователем, то можно будет подключать сразу много устройств одновременно, что позволило бы значительно упростить настройку обширных ансамблей.

Уровень 2: семантическая карта. При настройке большого числа устройств бывает сложно установить соответствие между устройством в сети и в физическом мире. На рис. 2 показан план дома, в котором используются всего два вида устройств: умные светильники и датчики движения. Если вы даже смогли защищенно добавить все устройства к сети дома, то после этого по сути получаете лишь набор узлов неизвестного назначения, находящихся неизвестно где. План на рис. 2, а — это желаемый результат, а список на рис. 2, б — то, что получается на самом деле. Когда устройство добавляют к сети, сеть должна отправлять ему ответ. Чтобы устройство могло принимать решения, ему нужно предоставить ряд сведений: местонахождение, помещение, список находящейся поблизости другой техники, карту окружения. Например, как только вы вкрутили умную лампочку, она автоматически настраивается на зажигание при нажатии на выключатель, находящий именно на ближайшей стене. При необходимости эти настройки можно изменить, но главная цель — заставить устройства автоматически выполнять свои задачи при минимальном участии пользователя. Важным шагом к реализации такой возможности могли бы стать семантические карты. Хорошее начало в этом отношении — проект Rooms, осуществляемый ассоциацией BLE Mesh.

Рис. 2. Семантическая карта: а — что хотелось бы получить при установке группы новых устройств в умном доме; б — что получается на самом деле

Уровень 3: стандартные описания. Устройствам нужно «знать», с какими другими устройствами они могут общаться. Когда нужно соединить стандартный выключатель с электророзеткой, неважно, какой марки то и другое, — вы их просто соединяете, и они работают. Надо, чтобы такие же возможности были и для умных устройств. Им нужен стандартный способ объявления своих возможностей сети, чтобы было ясно, какие из них доступны и на что способны. Это важно, поскольку в дальнейшем устройства, скорее всего, смогут выполнять сразу по несколько задач. Разработками в данной области занимаются несколько отраслевых групп (например, BLE Mesh и Schema.org), так что есть надежда на появление решений. В числе возможных проблем здесь — продолжительность согласования соответствующих классификаций и обеспечение возможности их расширения.

Уровень 4: централизованные данные. Сегодня каждое умное устройство обычно создает свой собственный «островок» данных, и показания датчиков одного устройства нельзя без конвертации использовать на других. Но интерес представляют не только текущие события, более ценными могут оказаться сведения за прошедшие периоды времени, особенно с учетом нынешних темпов развития машинного обучения. Разумеется, нужно решить проблемы приватности и управления доступом. При этом сложнее всего, вероятно, будет убедить производителей делиться данными и предоставить владельцам устройств контроль над собираемыми сведениями. Если с этим справиться не удастся, непрерывно «умнеющая» техника не сможет распознавать свое окружение, а потенциал машинного обучения останется для всевозможных датчиков и устройств незадействованным. Поэтому умным домам и заводам будущего не обойтись без централизованных источников данных, содержимое которых могли бы анализировать любые устройства с соответствующими привилегиями.

***

Чтобы умные дома стали реальностью, придется решить множество проблем, и предложенные здесь четыре «блока Lego» — лишь базовые сетевые технологии, поддержка которых не помешала бы всем умным устройствам. Создав такую основу, можно было бы избавить производителей от рисков и заложить фундамент для создания техники, которую можно легко и безопасно добавлять к сетям жилых домов и предприятий.

Литература

1. Shaw J. IoT Security: Gone in a Wink. Blog. EE Times, 23 Jun. 2015. URL: www.eetimes.com/author.asp?section_id=36&doc_id=1326932 (дата обращения: 18.05.2017).
2. Adhikari R. Webcam Maker Takes FTC’s Heat for Internet-of-Things Security Failure. TechNewsWorld, 5 Sept. 2013. URL: www.technewsworld.com/story/78891.html (дата обращения: 18.05.2017).
3. Schilit B.N., Sengupta U. Device Ensembles // Computer. — 2004. Vol. 37, № 12. — P. 56–64.

Скотт Дженсон (scott@jenson.org) — руководитель проекта Physical Web, Google.