Rambler's Top100
Статьи ИКС № 05-06 2015
Александр ГЕРАСИМОВ  01 июня 2015

От M2M к интернету сервисов

Уже в ближайшие пять лет реализация концепции интернета сервисов может превратить рынок сервисов M2M из второстепенного для операторов связи в ключевой, каким для них сейчас является рынок голосовых услуг.

Александр ГЕРАСИМОВ

Рынок M2M сегодня

Под рынком M2M в настоящее время понимается преимущественно рынок беспроводных мобильных устройств, оснащенных SIM-картами и предназначенных для передачи телеметрической информации без участия человека.

Согласно оценкам компании Berg Insight, в 2014 г. число беспроводных M2M-подключений в мире превысило 200 млн. Цифра весьма скромная по сравнению с общим количеством подключенных абонентских устройств. Российский рынок беспроводных M2M-подключений насчитывает, по данным МТС, около 6 млн SIM-карт, из которых более 60% установлено на транспортных средствах для контроля их местоположения, учета расхода топлива, реализации услуг умного страхования и т.п.

Проводные M2M-устройства, как правило, к рынку M2M не относят по причине их проприетарности и локального характера обмена данными. Они используют преимущественно закрытые протоколы передачи данных и являются частью таких систем, как инженерные системы зданий и сооружений, технические системы безопасности, системы автоматизированного управления технологическими процессами (АСУТП).

Однако сегодня в подобные системы активно проникают беспроводные M2M-устройства. Так, они ограниченно используются в следующих сферах:

• автоматизированных системах контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ);

• системах безналичных расчетов и приема платежей, торговых автоматах;

• охранно-пожарной сигнализации;

 АСУТП контроля и мониторинга нефте-, газо-, водопроводов, распределительных электроподстанций, системах управления уличным освещением, резервированием питания, дизель-генераторными пунктами и т.п.

Ключевыми проблемами, сдерживающими продвижение услуг М2М на рынке России, бизнес-потребители считают их высокую стоимость, низкую скорость соединения и нестабильность соединения. Эти факторы в качестве определяющих при принятии решения о подключении к услуге называют соответственно 59, 45 и 20% пользователей услуг М2М (данные J’son & Partners Consulting).

M2M и IoT – в чем разница?

Все прогнозы о «взрывном» росте количества M2M-подключений основываются на новой концепции M2M – интернете вещей (Internet of Things, IoT), являющейся частью более общей концепции интернета сервисов (Internet of Services, IoS). Более того, понятия «M2M-устройство» и «устройство интернета вещей» зачастую смешивают, хотя они отнюдь не тождественны. Принципиальная разница состоит в том, что понятие «M2M-устройство» охватывает как традиционные проприетарные средства телеметрии и телеуправления (к которым можно отнести подавляющее большинство используемых сейчас устройств M2M, включая сетезависимые беспроводные), так и независимые от сетей и приложений устройства интернета вещей. А устройства интернета вещей – это только устройства, имеющие возможность через свободное IP-подключение (на физическом уровне, как правило, Wi-Fi) взаимодействовать с различными системами телеметрии и телеуправления, реализованными как облачные и/или онлайн-сервисы. То есть интернет вещей – это облачные телеметрия и телеуправление.

В отличие от систем телеметрии и телеуправления, построенных в традиционной проприетарной идеологии, облачные системы способны реализовать сколь угодно детализированное оптимизационное управление сколь угодно широкой номенклатурой объектов управления, причем не только объектами в целом (умный дом, умный автомобиль и т.п.) и их системами (энергоснабжения, освещения, кондиционирования и т.д.), но и отдельными элементами этих систем, вплоть до отдельной лампочки в системе освещения. Эта особенность является причиной большого разброса в прогнозных оценках количества таких устройств – количество «умных лампочек» и других компонентов управляемых объектов действительно может достигать десятков и сотен миллиардов (в некоторых прогнозах – триллионов).

Как отмечалось выше, IoT-устройства – это не просто обычные устройства, но устройства с IP-подключением. Однако главное отличие в том, что функциональные возможности таких устройств в большей степени определяются не аппаратно, а программно (причем аппаратно-независимо), т.е. такие устройства являются «умными». А аппаратная часть реализуется на принципах модульности и открытой архитектуры.

Очевидно, что традиционные M2M-системы ввиду своей низкой эффективности и недостаточной гибкости будут уступать место облачным системам и IoT-устройствам по мере расширения номенклатуры таких устройств, снижения их стоимости (за счет массовости производства) и появления облачных сервисов, способных реализовать оптимизационное управление ими.

Устройства интернета вещей подразделяются на две группы:

• умные стационарные устройства – контроллеры и элементы инженерных систем зданий и сооружений, умные бытовые устройства и т.д.;

• умные мобильные устройства – автомобили, дроны, упаковка и т.п.

Основная сфера применения стационарных бытовых IoT-устройств – реализация концепции умного/интеллектуального здания. Существующий рынок умных зданий – это фрагментарный рынок относительно небольшого объема, реализованный в парадигме платформоцентричности, которая в данном случае означает проприетарность протоколов связи и аппаратную зависимость систем управления от объектов управления, как следствие – невозможность их взаимодействия, что не позволяет решить главную задачу внедрения таких технологий – оптимизировать использование ресурсов с учетом всего объема взаимо­связей в управляемой системе.

В результате построенные в такой проприетарной логике умные здания не получили широкого распространения, заняв нишу зданий премиум-класса, где играют роль, скорее, элемента престижа, нежели системы, дающей заметный экономический эффект.

С другой стороны, происходящая уже сейчас трансформация всех видов бытовых устройств и элементов инженерных систем зданий в устройства интернета вещей позволит реализовать чрезвычайно эффективные интеллектуальные алгоритмы управления всеми видами устройств и систем, что, в свою очередь, даст возможность значительно (по некоторым оценкам – до 70%) сократить объем потребления ресурсов, прежде всего тепла и электроэнергии.

Аналогичная трансформация наблюдается и в подвижных объектах и транспортной инфраструктуре, в частности в легковых автомобилях и инфраструктуре автодорог. Речь идет о стремлении к созданию основанных на открытой архитектуре программно конфигурируемых платформ и систем автоматического управления ими, включая дистанционные, в сочетании с внедрением стандартов обмена данными между автомобилями и автомобилями и дорожной инфраструктурой, с использованием гибридных и полностью электрических двигательных установок и идеологии модульного построения платформ.

Интернет сервисов

В перспективе тенденция трансформации в умные подключенные к IP-сети устройства охватит все основные виды физических устройств. Эта тенденция непосредственно связана с отмечаемой в настоящее время сменой парадигмы в глобальной экономике, ключевым элементом которой становится интернет сервисов (рис. 1, справа).

Рис. 1. Отличия интернета сервисов от платформоцентрической модели управления СОТС 

 

Такая смена парадигмы заключается в переходе от главенствующей в настоящее время платформоцентрической модели управления сложными организационно-техническими системами (СОТС), характеризующейся слабым информационным взаимодействием ее элементов, к облачной/сетецентрической модели, в которой информационные взаимосвязи играют определяющую для всех остальных видов взаимосвязей роль. И это диктует принципиально иные требования к облику элементов СОТС, включая физические объекты, рассматриваемые как ресурсы СОТС.

Ключевым из таких требований является возможность автоматического задействования/высвобождения ресурсов с требуемыми характеристиками (измеримое и управляемое качество) по мере надобности посредством свободного сетевого доступа к ним.

Платформоцентрические иерархические СОТС рассматривают людской ресурс как базовый, необходимый для управления всеми остальными видами ресурсов, поэтому основным видом информационного обмена в таких СОТС является обмен голосовой информацией и данными между людьми. А облачные/сетецентрические «плоские» СОТС не используют ручной труд при исполнении производственных процессов, система управления которыми автоматически обращается напрямую к необходимым исполнительным устройствам и сенсорам.

Как отмечалось выше, такой подход позволяет не только осуществить сколь угодно детализированную и алгоритмически сложную оптимизацию работы объектов как отдельных систем, но и реализовать комплексное управление ими с учетом всего разнообразия взаимосвязей управляемых элементов.

Облачная/сетецентрическая модель не делает различий между инфокоммуникационными (сети, серверы и системы хранения данных, персональные мобильные и стационарные устройства) и неинфокоммуникационными объектами (бытовая техника, инженерные системы зданий и сооружений, объекты транспортной инфраструктуры, транспортные средства, станки и оборудование), а их трансформация под требования такой модели приводит к единым подходам к их построению и, как следствие, размыванию границ между ними. Таким образом, все виды физических объектов становятся «умными» подключенными устройствами, что позволяет сформировать интернет сервисов, в рамках которого функции любого физического устройства могут быть представлены как облачный сервис и доставлены по сети конечному пользователю.

Требования IoT-устройств к сетям связи

Для реализации концепции интернета сервисов необходима унификация всего разнообразия сетей доступа и домашних/локальных сетей на базе стека протоколов IP и переход абонентов от использования проприетарных абонентских устройств, сенсоров и контроллеров к выполненным в идеологии интернета вещей сенсорам и исполнительным устройствам со свободным сетевым доступом к ним.

Для оператора связи основные отличия устройств IoT от умных абонентских устройств состоят в потенциально существенно большем количестве первых, на порядки меньшем объеме трафика в расчете на одно устройство, но при этом в более высоких требованиях к качественным характеристикам. В число таких характеристик входят доступность канала, задержка сигнала в канале, уровень информационной безопасности, необходимая мощность излучения (соответственно, длительность автономной работы устройства IoT).То есть речь идет о большей значимости для телеметрических IoT-устройств качественных (доступность, безопасность), а не количественных (емкость) характеристик канала (рис. 2). Так, для критичных сервисов телеметрии и телеуправления доступность канала связи с сенсорами и исполнительными устройствами должна достигать 99,999%.

Рис. 2. Требования различных сервисов к сетям передачи данных

Рис. 2. Требования различных сервисов к сетям передачи данных 

Преимущественным способом организации связи с сенсорами и исполнительными устройствами IoT является беспроводная связь, что требует иных подходов не только к автоматизации управления маршрутизацией, но и к автоматизации управления спектром и «оркестровки» работы точек доступа и базовых станций. Это, в свою очередь, невозможно на существующих беспроводных сетях доступа, поскольку сложная самоадаптирующаяся логика «оркестровки» не может быть реализована в самих базовых станциях и точках доступа.

Таким образом, необходимое условие реализации интернета вещей – перевод сетей доступа на принципы SDN/NFV (software-defined networks/network function virtualization).

Одна из важных составляющих реализации идеологии SDN/NFV на сетях доступа – это максимальное приближение точек беспроводного доступа к абонентским устройствам и устройствам IoT и исключение необходимости развертывания физических локальных сетей. Наряду с обеспечением управляемых качественных характеристик канала такой подход решает и принципиально важную для беспроводных IoT-устройств задачу снижения энергопотребления, основной вклад в которое вносят затраты на излучение. Сокращение дистанции между IoT-устройством и беспроводной точкой доступа позволяет уменьшить мощность излучаемого обеими сторонами сигнала и тем самым увеличить продолжительность их автономной работы. Это создает предпосылки для воплощения принципа энергетической нейтральности в случае, если устройства IoT и точки доступа обретут способность получать энергию из возобновляемых источников (солнечный свет, ветер), которые при условии значительного снижения энергопотребления могут стать основными источниками энергоснабжения.

Роль операторов сетей связи в реализации концепции интернета сервисов

Разработка принципиально новых облачных сервисов IoT с нуля чрезвычайно затратна и ресурсоемка, что неприемлемо для оператора, основная специализация которого – эксплуатация и развитие сети связи.

Поэтому наиболее перспективной моделью для такого оператора может стать модель реселлера облачных и онлайн-сервисов с созданием добавочной стоимости путем обеспечения характеристик QoS, напрямую зависящих от сети и не могущих быть полученными на прикладном уровне.

Для провайдера внешнего относительно сети оператора сервиса такая модель его перепродажи дает возможность лучшей монетизации за счет платного QoS, для оператора – возможность получения дохода на принципах revenue sharing, когда оператор выступает не просто реселлером сервиса, но и value added-партнером в части предоставления своим абонентами расширенного QoS для сервиса внешнего провайдера.

В первую очередь это относится к такой важной характеристике QoS, как доступность сервиса, причем не просто доступность канала как такового, но и доступность необходимой полосы пропускания с требуемым уровнем задержки сигнала. Перевод сети доступа на принципы SDN/NFV позволяет в автоматическом режиме выдерживать эти характеристики, что необходимо не только для реализации перспективных критичных сервисов, таких как управление подвижными объектами, телемедицина, интеллектуальное видеонаблюдение и др., но и для качественного предоставления привычных сервисов VoIP и видеоконференцсвязи.

Логичным развитием номенклатуры «добавляемых» оператором характеристик QoS внешнего облачного/онлайн-сервиса является уровень информационной безопасности (ИБ), т.е. предоставление абоненту возможности управления уровнем рисков ИБ при использовании какого-либо внешнего сервиса. При базовом уровне, соответствующем уровню безопасности, который обеспечивается провайдером, дополнительная плата не взимается, далее – соответственно уровню безопасности.

Необходимо отметить, что уже существуют подходы, позволяющие с приемлемой точностью не просто вычислять изменение стоимости сервиса в зависимости от уровня инфобезопасности, но и дающие возможность провайдеру сервиса и/или его пользователю выбрать наиболее оптимальный для его задач уровень ИБ.

Например, расчеты показывают, что применительно к весьма распространенной задаче защиты сервиса онлайн-торговли от DоS-атак реализация дополнительных мер, снижающих риски ИБ при использовании такого сервиса на 60% относительно стандартного уровня, дает возможность экономически обоснованно повысить его цену на 30%.

Важно, что в SDN/NFV-сетях функция защиты от DоS-атак может быть эффективно реализована оператором на уровне расширенного функционала SDN-контроллера. Кроме того, функции ИБ, реализуемые на SDN/NFV-сети, могут быть дополнены внешними специализированными ИБ-сервисами, предоставляемыми в облачном формате SecaaS.

Оператор как провайдер интеллектуальных сервисов управления

Возможность относительно быстрой и малозатратной разработки сервисов интеллектуального управления будет появляться по мере совершенствования технологий и подходов, позволяющих интегрировать (комплексировать) различные облачные и онлайн-сервисы между собой. Следовательно, оператор связи может избрать не только модель value added-реселлера, но и модель сервис-агрегатора, создающего путем их интеграции новую потребительскую ценность, не присущую этим сервисам по отдельности. Эта роль схожа с ролью системного интегратора в модели потребления ИТ в формате облачного сервиса.

В первую очередь речь идет о сервисах оптимизационного управления различной инженерной инфраструктурой. В настоящее время массовые облачные сервисы подобного типа отсутствуют, доступны лишь их прообразы в виде сервисов телеметрии и ручного телеуправления отдельными системами/ресурсами. Причем это аппаратно зависимые сервисы, представляющие собой лишь некое расширение функционала управляемого оборудования, но не самостоятельные сервисы. А автоматическое управление системами, например, здания пока возможно лишь локально и требует установки всех элементов системы автоматизации, включая диспетчерскую, непосредственно на объекте и, как следствие, постоянного или временного присутствия на объекте персонала, обеспечивающего эксплуатацию весьма капризного и сложного оборудования. Кроме того, такое управление не является оптимизационным: система управления лишь выдерживает заданный уровень некоторого набора параметров, не анализируя, насколько он оптимален.

Тем не менее прогнозируемое быстрое развитие интернета вещей создаст предпосылки для появления не только массовых сервисов оптимизационного управления, но и целых экосистем таких сервисов. В качестве одного из первых примеров можно привести экосистему Nest Developer Program (США). На ее базе реализован облачный сервис интеллектуального оптимизационного управления EnergyWorx, который собирает данные со счетчиков воды, газа и электричества, обрабатывает их в режиме реального времени, анализирует с точки зрения рационального потребления ресурсов, предотвращения аварий, планирования работы коммунальной службы и выдает управляющие воздействия на ресурсораспределительные устройства.

  

Появление доступных для массового использования облачных сервисов оптимизационного управления будет стимулировать ускоренный рост проникновения устройств IoT. Таким образом, прогнозы о десятках миллиардов IoT-устройств уже к 2018–2020 гг. выглядят вполне реалистично.  

Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!