Технологии IoT на службе умного города¢ехнологии_IoT... ·...

6
6 СТА 4/2015 ОБЗОР /ТЕХНОЛОГИИ www.cta.ru ВВЕДЕНИЕ В настоящее время словосочетание «умный город» достаточно популярно. Умные города строятся по всему миру, в том числе и в России. Что же отличает умный город от обычного? Прежде все- го – активное применение Интернет- технологий для контроля и управления многими службами города. В первую очередь они используются для посто- янного мониторинга важнейших объ- ектов инфраструктуры: автомобильных дорог, мостов, туннелей, железных до- рог, метро, аэропортов, морских пор- тов, систем связи, водоснабжения, энергоснабжения, – в целях оптималь- ного распределения ресурсов и обес- печения безопасности. Кроме того, со- циальные сети позволяют гражданам организовывать локальные сообщества и наблюдать за состоянием городского хозяйства и работой коммунальных служб с помощью специализированных сервисов. В структурном аспекте умный город – это система взаимодействую- щих систем. К составляющим умный город технологиям относятся и высоко- скоростные оптические, сенсорные, проводные и беспроводные сети. Одной из основных технологий для организации умных городов становится Интернет вещей (IoT) – ключевой тренд мировой экономики на ближайшие де- сятилетия [1–3]. Наиболее понятным примером концепции Интернета вещей является интеллектуальная окружаю- щая среда, состоящая из привычных, но «поумневших» устройств, таких как тер- мостаты, системы видеонаблюдения, холодильные установки и т.д. Особую роль в развитии IoT играют интеллекту- альные решения в области межмашин- ных коммуникаций (М2M). Концепция IoT/M2M предполагает интеграцию коммуникационного оборудования и различных устройств. Например, датчик на теле пациента соединяется через Ин- тернет с компьютером больницы и далее Министерства здравоохранения, а дат- чики внутри станка или двигателя по- езда метро – с техническим отделом производителя и сервером экологиче- ской службы. В промышленности тех- нологии межмашинных коммуникаций M2M используются уже более 20 лет. Однако раньше промышленные систе- мы М2М представляли собой узкоспе- циализированные замкнутые решения, в то время как современные могут со- единяться практически с любым элек- тронным устройством, то есть формиро- вать сегмент IoT/M2M, который от- кроет новые возможности для бизнеса. Наибольшее влияние могут оказать на экономику новые механизмы продажи товаров и услуг. С помощью решений IoT/M2M производитель может удалён- но проверить степень износа оборудова- ния, вероятность поломки и т.д. Благо- даря этому производители сложного оборудования уже могут продавать кли- ентам не условные проценты готовно- сти, ожидаемый ресурс, гарантийные обязательства и т.д., а «подписку» непо- средственно на рабочие часы двигателя, турбины или других сложных изделий. Такая «подписка» выгодна производите- лю, который получает стабильный про- гнозируемый доход, а также покупате- лю, приобретающему гарантированную работоспособность оборудования. С точки зрения вопросов построения автоматизированных систем управления, умный город можно рассматривать как Технологии IoT на службе умного города Алексей Пятницких В статье рассматриваются особенности и перспективы применения технологий M2M для решения задач умного города в рамках концепции IoT. Приводятся примеры решения таких задач, взятые из реальной жизни. Потребитель данных Производитель данных M2M- инфраструктура Серверы и здания Шлюзы M2M- платформа Стандартные интерфейсы API, Web-формы, консоль и т.д. Рис. 1. Структура распределённых облачных систем

Transcript of Технологии IoT на службе умного города¢ехнологии_IoT... ·...

Page 1: Технологии IoT на службе умного города¢ехнологии_IoT... · ВВЕДЕНИЕ В настоящее время словосочетание «умный

6

СТА 4/2015

ОБЗОР/ТЕХНОЛОГИИ

www.cta.ru

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время словосочетание«умный город» достаточно популярно.Умные города строятся по всему миру, втом числе и в России. Что же отличаетумный город от обычного? Прежде все-го – активное применение Интернет-технологий для контроля и управлениямногими службами города. В первуюочередь они используются для посто-янного мониторинга важнейших объ-ектов инфраструктуры: автомобильныхдорог, мостов, туннелей, железных до-рог, метро, аэропортов, морских пор-тов, систем связи, водоснабжения,энергоснабжения, – в целях оптималь-ного распределения ресурсов и обес-печения безопасности. Кроме того, со-циальные сети позволяют гражданаморганизовывать локальные сообществаи наблюдать за состоянием городскогохозяйства и работой коммунальныхслужб с помощью специализированныхсервисов. В структурном аспекте умныйгород – это система взаимодействую-щих систем. К составляющим умныйгород технологиям относятся и высоко-скоростные оптические, сенсорные,проводные и беспроводные сети.

Одной из основных технологий дляорганизации умных городов становитсяИнтернет вещей (IoT) – ключевой трендмировой экономики на ближайшие де-сятилетия [1–3]. Наиболее понятнымпримером концепции Интернета вещейявляется интеллектуальная окружаю-щая среда, состоящая из привычных, но«поумневших» устройств, таких как тер-

мостаты, системы видеонаблюдения,холодильные установки и т.д. Особуюроль в развитии IoT играют интеллекту-альные решения в области межмашин-ных коммуникаций (М2M). КонцепцияIoT/M2M предполагает интеграциюкоммуникационного оборудования иразличных устройств. Например, датчикна теле пациента соединяется через Ин-тернет с компьютером больницы и далееМинистерства здравоохранения, а дат-чики внутри станка или двигателя по-езда метро – с техническим отделомпроизводителя и сервером экологиче-ской службы. В промышленности тех-нологии межмашинных коммуникацийM2M используются уже более 20 лет.Однако раньше промышленные систе-мы М2М представляли собой узкоспе-циализированные замкнутые решения,в то время как современные могут со-единяться практически с любым элек-тронным устройством, то есть формиро-

вать сегмент IoT/M2M, который от-кроет новые возможности для бизнеса.Наибольшее влияние могут оказать наэкономику новые механизмы продажитоваров и услуг. С помощью решенийIoT/M2M производитель может удалён-но проверить степень износа оборудова-ния, вероятность поломки и т.д. Благо-даря этому производители сложногооборудования уже могут продавать кли-ентам не условные проценты готовно-сти, ожидаемый ресурс, гарантийныеобязательства и т.д., а «подписку» непо-средственно на рабочие часы двигателя,турбины или других сложных изделий.Такая «подписка» выгодна производите-лю, который получает стабильный про-гнозируемый доход, а также покупате-лю, приобретающему гарантированнуюработоспособность оборудования.

С точки зрения вопросов построенияавтоматизированных систем управления,умный город можно рассматривать как

Технологии IoTна службе умного города

Алексей Пятницких

В статье рассматриваются особенности и перспективы применения технологий M2Mдля решения задач умного города в рамках концепции IoT. Приводятся примеры решениятаких задач, взятые из реальной жизни.

Потребительданных

Производительданных

M2M-инфраструктура

Серверыи здания Шлюзы

M2M-платформа

Стандартные интерфейсы

API, Web-формы, консоль и т.д.

Рис. 1. Структура распределённых облачных систем

006-011_арк 09_Макет 1 24.09.2015 18:05 Страница 6

Page 2: Технологии IoT на службе умного города¢ехнологии_IoT... · ВВЕДЕНИЕ В настоящее время словосочетание «умный

совокупность нескольких вертикальныхрынков, таких как транспорт, медицина,промышленная автоматизация, безопас-ность и логистика. Таким образом, всеимеющиеся наработки в данных отрас-лях могут быть применены для построе-ния эффективного умного города.

РЕШЕНИЯ IOT/M2MОТ КОМПАНИИ EUROTECH

Компания Eurotech является однимиз мировых лидеров на рынке встраи-ваемых систем. Имея более чем 20-лет-ний опыт разработки М2М и распреде-лённых систем, она предлагает про-граммно-аппаратную платформу длязадач умного города. Ключевым звеномявляется собственная облачная плат-форма Everyware Cloud.

Современная система распределён-ного управления с применением техно-логий M2M представлена на рис. 1.Данные со всех полевых устройств с по-мощью специализированных шлюзовпередаются в облачный сервис (рис. 2),где они собираются и хранятся, а далееих можно всегда получить в удобнойформе на любом компьютере, планше-

те или смартфоне. Применение облач-ных технологий для задач автоматиза-ции позволяет значительно снизить из-держки, так как нет необходимости всоздании собственной инфраструктурыс серверами, специальными зданиями,а также в обслуживающем персоналедля них. Кроме того, снижается времявывода готового решения на рынок.

Eurotech предлагает широкий выборшлюзов с установленным программнымобеспечением для организации сбора,обработки и передачи данных в облако.

По сути, шлюз (рис. 3) – это встраи-ваемый компьютер на базе процессора снизким тепловыделением, обладающийшироким набором функций, таких какбеспроводные интерфейсы Wi-Fi, 3G,4G, ZigBee, система позиционированияGPS, цифровые и аналоговые вводы-вы-воды, последовательные порты и интер-фейсы полевых шин, с предустановлен-ным программным обеспечением, кото-рое и превращает его в шлюз M2M. Чтоже входит в состав данного программно-го обеспечения? Под управлением опе-рационной системы Linux (Wind Riverили Yocto) работает программное обес-

печение ESF от компании Eurotech, в ко-торое входят виртуальные машины Javaот Oracle и OSGi (Open Services GatewayInitiative) от Hitachi, позволяющие дина-мически подключать компоненты и со-ставные части приложения без необхо-димости останавливать и перезапускатьего. В этом ПО и реализован интерфейсобмена данными с облаком, а также всеинтерфейсы для беспроводной связи,полевых шин и т.д. Заказчику остаётсятолько создать собственную логику рабо-ты приложения, а все вопросы по под-держке и организации сбора данных и попередаче их в облако уже решены. ПОESF имеется в открытом доступе на сай-те компании Eurotech и может быть уста-новлено не только на компьютерыEurotech, но и на встраиваемые компью-теры с предустановленной Linux от дру-гих производителей.

Компания Eurotech предлагает широ-кий спектр шлюзов, среди которых од-ним из оптимальных по соотношениюцена/функциональность является Relia -GATE 10-20 (рис. 4). Этот недорогой икомпактный шлюз выполнен на базепроцессора Freescale i.MX6 с тактовойчастотой 800 МГц и имеет богатый наборфункций: GPS, Wi-Fi и сотовая связь вкачестве интерфейсов беспроводной свя-зи, а также 3 порта USB 2.0, 2 портаGigabit Ethernet, два последовательныхпорта RS-232/RS-485/RS-422, шинаCAN, порты дискретного ввода-вывода,аналоговый ввод, трёхосевой акселеро-метр, и, кроме этого, поддерживаетсяфункционал сетевого маршрутизатора.

Помимо шлюзов Eurotech предлагаети набор интеллектуальных полевыхустройств, таких как счётчики пассажи-ропотока, датчики окружающей среды,интеллектуальные видеокамеры и т.д.Таким образом, получаем комплексноерешение от одного поставщика. (рис. 5).

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ

M2M ДЛЯ ЗАДАЧ УМНОГО

ГОРОДА

Технологии M2M/IoT предлагаютпрактически безграничные возможностидля решения различных задач в рамках

О Б З О Р / Т Е Х Н О Л О Г И И

7

СТА 4/2015 www.cta.ru

Рис. 2. Облачная платформа Everyware Cloud

Рис. 3. Шлюзы M2M

Шлюзы

M2M-платформа

Бизнес-приложения

Полевые устройства

@

Everyware Cloud

Шлюзы

M2M-платформа

Датчики

Linux

Аппаратная часть

Java VM

OSGi

Прикладное ПО

Everyware Cloud -клиент

ZigBee

Логикаприложения Заказчик

Виртуальная машина

Виртуальная машина

Операционная система

GUI

ФундаментGPS

Рис. 4. Шлюз ReliaGATE 10-20

006-011_арк 09_Макет 1 24.09.2015 18:05 Страница 7

Page 3: Технологии IoT на службе умного города¢ехнологии_IoT... · ВВЕДЕНИЕ В настоящее время словосочетание «умный

умного города: можно собирать стати-стику по использованию общественноготранспорта, осуществлять мониторингсостояния окружающей среды, управ-лять транспортом, накапливать данныепо потреблению электроэнергии, воды итепла, управлять системами кондицио-нирования и т.д. Практически любая за-дача может быть быстро и эффективнорешена с использованием M2M/IoT-тех-нологий (рис. 6).

Далее мы рассмотрим ряд интересныхвариантов применения технологий M2Mдля нужд умного города.

Система счёта пассажиров Система базируется на использовании

счётчика пассажиров и шлюзах от ком-пании Eurotech (рис. 7), [4]. Датчикиподключаются к шлюзу и подсчитываютколичество вошедших и вышедших пас-сажиров. В шлюзе данные привязывают-ся к конкретной остановке с помощьюсистемы позиционирования, а такжепроводится контроль отношения числаоплативших проезд к общему количествупассажиров. С помощью этих данныхможно контролировать как оплату про-езда, так и загруженность транспорта намаршрутах, оптимизируя работу транс-порта в зависимости от времени и днейнедели.

Контроль работыкондиционеров

Шлюз, подключённый к системекондиционирования, может собиратьвсю информацию о его работе и от-правлять данные через облако в сервис-ную службу. Эти данные помогут пла-ново и вовремя производить техобслу-живание устройств для поддержания ихв рабочем состоянии (рис. 8).

Мониторинг окружающейсреды

Система мониторинга окружающейсреды от Eurotech – это компактноемасштабируемое решение, объединяю-щее несколько датчиков в единый блок.Такое легко устанавливаемое устрой-ство анализирует состав воздуха, элек-тромагнитные поля, уровень радиациии уровни звуковых помех. Системы мо-

8

СТА 4/2015

О Б З О Р / Т Е Х Н О Л О Г И И

www.cta.ru

Рис. 5. Комплексное решение IoT от Eurotech

Рис. 6. Примеры сценариев M2M для вертикальных рынков

Рис. 7. Система счёта пассажиров

Рис. 8. Контроль работы кондиционеров

Устройства

Бизнес-приложения

Устройства/ПО/

приложения

Датчики

Экспресс-доставка данных

Облачный сервис

EurotechКомплексное

решение

Устро

@

Безопасность

Продажи

Кондиционирование

Контрольтрафикалюдей

Торговыеавтоматы

RFID

Транспорт

Логистика

Шлюз

Шлюз Шлюз

M2M-платформа

Мониторингокружающей среды

Мониторинг в реальном времени:давление, температура,энергопотребление,эффективность

,

Рис. 9. Датчик контроля воздуха

ReliaSENS 18-12

006-011_арк 09_Макет 1 24.09.2015 18:07 Страница 8

Page 4: Технологии IoT на службе умного города¢ехнологии_IoT... · ВВЕДЕНИЕ В настоящее время словосочетание «умный

Разрабатывайте и совершенствуйте свою умную фабрику

Примеры приложений машинного зрения

Автоматизированный человеко-машинный интерфейс

Система видеонаблюдения

Серия PPC-FПрочный промышленныйпанельный ПК

UPC-V315-QM77Панельный ПКдля погрузчика

ICEROCK3-T10-HU-R10Планшетный ПК

Серия AFL3 PPCЛёгкие промышленныепанельные ПК

Серия DM-FПромышленныймонитор с плоскойлицевой панельюи степенью защиты IP65

HDC-301MS1-канальная PCIeмини-картавидеозахвата

HDB-301L1-канальный блоквидеозахвата

Машинное зрение

PCIE-VC400Плата видеозахвата

ITDB-100LITDB-100HDВысокоскоростноеустройство чтения2D-штрих-кодов

HSC-U032MSЛёгкая видеокамераUSB 3.0

Рекл

ама

Серия IOVUПанельный ПКдля RISC-систем ЧМИ

006-011_арк 09_Макет 1 24.09.2015 18:08 Страница 9

Page 5: Технологии IoT на службе умного города¢ехнологии_IoT... · ВВЕДЕНИЕ В настоящее время словосочетание «умный

ниторинга окружающей среды отEurotech подходят как для ста-ционарных, так и для мобиль-ных приложений. Удалённоеуправление и доступ к даннымвозможны через веб-интерфейс иприложения для смартфонов. Собирае-мую статистическую информацию сраз личными временны́ми срезами мож-но экспортировать во внешние про-граммы для проведения более сложныханализов.

ReliaSENS 18-12 (рис. 9) – это ком-пактная, простая в установке системамониторинга окружающей среды, кото-рая позволяет собирать и анализироватьпоказатели качества атмосферного воз-духа, электромагнитные поля, ионизи-рующие излучения, уровни звуковыхпомех (опционально). Благодаря облач-ным технологиям ReliaSENS 18-12предлагает простой интерфейс дляуправления устройством и доступа кданным и предоставляет удобный веб-интерфейс и набор мобильных прило-жений, совместимых с платформамиAndroid и iPhone, для постоянного конт-роля с помощью компьютеров, планше-тов и смартфонов. Графический пользо-вательский интерфейс позволяет зада-вать пороговые значения для системыавтоматического оповещения (напри-мер SMS, E-mail, Twitter и др.). Кромеэтого, система генерирует статистиче-ские показатели по различным вре мен -ны`м срезам. Данные могут быть легкоэкспортированы и интегрированы с су-ществующими ИТ-системами для вы-полнения статистического анализа иопределения пространственной и вре -менно̀й структуры генерации и распро-странения загрязняющих веществ.

Контроль парковок Ещё одним из интересных продуктов,

поставляемых Eurotech, являются ин-теллектуальные камеры SekuCAM.

Эти камеры (рис. 10 ) сами могут ана-лизировать и обрабатывать видеодан-ные по заложенным в них алгоритмам ипередавать результаты в облако. Однойиз интересных задач, решаемых даннойкамерой, является контроль парковок.Сама камера анализирует наличие сво-бодных мест и может выдавать инфор-мацию на монитор, а также передавать воблачный сервис количество свободныхмест. При этом любой водитель, подпи-савшийся на данный сервис, может по-лучать информацию на смартфон о на-личии свободных мест на ближайшейпарковке (рис. 11).

Это лишь небольшое количество сце-нариев применения M2M-технологийдля умного города.

M2M-сервер – облако в личномпользовании

Для тех задач, где необходимо своёсобственное закрытое облачное реше-ние, компания Eurotech представляетM2M-серверы, которые предлагают теже услуги, что и облачный сервис, нопри этом размещаются на стороне заказ-чика. Простой в установке и настройкеМ2М-сервер может быть размещён влюбом офисе компании или центре об-работки данных, в течение несколькихминут все устройства в сети заказчикабудут подключены и управляемы.

M2M-серверы обеспечивают:● безопасное соединение устройств на

основе протокола MQTT;● управление данными (сбор, хране-

ние, анализ и доступ);● управление устройствами (обновле-

ние приложений, конфигурация).Одним из таких продуктов является

Everyware Server. Это интеграционная M2M-платфор-

ма от Eurotech, разработанная для соз-дания дополнительного уровня без-опасности и конфиденциальности с ис-пользованием общественных облачныхтехнологий или без них, охватывающаявсе возможности технологии EverywareCloud, выполненная в виде надёжногоаппаратного устройства для обеспече-ния удобного и полного контроля вцентре обработки данных (рис. 12).

Это лишь небольшой пример того,где могут применяться технологии

M2M и какие продукты и решения ужеприсутствуют на рынке. Возможностиприменения M2M/IoT-решений прак-тически безграничны: всё зависит от то-го, какие задачи необходимо решать.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Имея более чем 20-летний опыт рабо-ты на рынке M2M-технологий, компа-ния Eurotech предлагает широкий на-бор устройств, шлюзов, программногообеспечения и облачный сервис для то-го, чтобы быстро и эффективно решатьразличные задачи в рамках концепцииумного города. Применение продукциии решений Eurotech позволяет разработ-чикам значительно снизить издержки наразработку и внедрение проекта, а такжеускорить выход новых продуктов и ре-шений на рынок. ●

ЛИТЕРАТУРА

1. А. Жирков. Интернет вещей и облачные

технологии Eurotech // Современные тех-

нологии автоматизации. – 2015. – № 2.

2. Ю. Широков. Архитекторы умных горо-

дов // Современные технологии автомати-

зации. – 2015. – № 2.

3. С. Солдатов. Smart City – город будущего

// Современные технологии автоматиза-

ции. – 2015. – № 2.

4. А. Пятницких. Технология стереоскопиче-

ского видения для точного подсчёта коли-

чества людей // Современные технологии

автоматизации. – 2015. – № 1.

Автор – сотрудникфирмы ПРОСОФТТелефон: (495) 234-0636E-mail: [email protected]

СТА 4/2015

О Б З О Р / Т Е Х Н О Л О Г И И

www.cta.ru

Рис. 11. Интеллектуальный контроль парковок в действии

Рис. 10.

Интеллектуальная

камера SekuCAM

Рис. 12. M2M-сервер Everyware Server

006-011_арк 09_Макет 1 24.09.2015 18:08 Страница 10

Page 6: Технологии IoT на службе умного города¢ехнологии_IoT... · ВВЕДЕНИЕ В настоящее время словосочетание «умный

Техобслуживание по запросу

Корпоративные приложения

Анализ тенденций

Контроль окружаю

щей среды

Энергопотребление

Мониторинг работ

оспо

собн

ости

Прогнозируемое техническое обслуживание

Контроль освещенности

Кон

трол

ь до

ступ

а

15%

15%

35%

15%

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР ПРОДУКЦИИ EUROTECH

Облачные технологии Eurotech для автоматизации

Решения Eurotech позволяют заказчикам удобно и безопасно подключать оборудование и датчики к корпоративным программным приложениям с помощью Everyware CloudTM — M2M-платформы.

Выполняемые функции

• Управление устройством

• Приложение для устройства и управления жизненным циклом

• Контроль состояния устройства/связи в режиме реального времени

• Поддержка промышленных протоколов

• Простая интеграция с корпоративными приложениями

• Сбор потоков данных с различных устройствв реальном времени

• Анализ данных в реальном времени,их хранение и предоставлениеисторических данных

006-011_арк 09_Макет 1 24.09.2015 18:08 Страница 11