Алексей Корнилов - Основы проектирования приложений интернета вещей. Конспект курса лекций

Можно сказать, что цель данного конспекта – дать ответ на вопрос «А почему именно так?», возникающий при работе по проекту, в более развернутом виде, чем это возможно в ходе обычных практических занятий.

Общие принципы разработки приложений интернета вещей, приведенные здесь, применимы при работе с различными современными платформами (например, ThingWorx, HANA, Bluemix, Azure и др.).

Первая часть дает общие понятия для дальнейшего изложения: представление о технологиях интернета вещей и их специфике, о том, почему предметом проектирования прикладных систем на базе этих технологий является их поведение, а также об основных принципах системного подхода к разработке таких систем.

Вторая часть посвящена разработке концепции и архитектуре проекта системы, исходя из заданных требований, потребностей и ограничений.

В третьей части рассматривается процесс разработки программного приложения интернета вещей, работающего на специализированной платформе, включая построение архитектуры приложения, создание виртуальной модели совокупности объектов, чье взаимодействие организуется приложением, реализацию пользовательских и других интерфейсов, а простой пример работы над подобным проектом приведен в приложении.

Издание осуществлено в рамках проекта « Разумные-Системы.рф » ( SmartThings. Center ) при поддержке компании «Техновижн» ( www.technovision.ru ) и Академической программы компании PTC ( www.ptc.com ).

Свои отзывы, замечания, пожелания и предложения по поводу следующих версий книги присылайте по адресу smart.things.center@gmail.com для Алексея Корнилова

Автор выражает особую благодарность Анатолию

Левенчуку и Дмитрию Курило за ценные замечания,

высказанные при подготовке этого издания

Неандертальцы, говорят, были умнее кроманьонцев. Говорят, они были даже умнее современных людей. Они боролись за выживание в этом мире поодиночке, а для этого надо хорошо соображать.

А кроманьонцы были менее «интеллектуальны», но зато образовали сообщества. И, как оказалось, совместные согласованные действия сообществ даже относительно примитивных субъектов, были более эффективны, чем действия более интеллектуальных «индивидуалов». Как результат, кроманьонцы стали нашими предками, а про неандертальцев мы знаем лишь по результатам раскопок…

Как студент со смартфоном на экзамене часто оказывается «умнее» того, кто потратил много времени на запоминание, так и вещи становятся «умными» за счет того, что способны общаться с другими вещами.

Но обмен информацией между устройствами не является чем-то новым, точно так же, как люди могли общаться между собой и до появления интернета. Однако формат взаимодействия через интернет изменяет для вещей формы этого общения так же, как благодаря «интернету людей» изменили жизнь человека социальные сети, электронная коммерция, системы хранения и поиска информации и пр., и пр.

Этапы развития интернета

Международный союз электросвязи определяет интернет вещей (Internet of things, IoT) как «глобальную инфраструктуру для информационного общества, которая обеспечивает возможность предоставления более сложных услуг путем соединения друг с другом (физических и виртуальных) вещей̆ на основе существующих и развивающихся функционально-совместимых информационно-коммуникационных технологий» 1 1 Рекомендация МСЭ-T Y.2060 (06/2012). .

Функциональность продукта (изделия) всё больше повышается за счет его «разумности», затем изделия начинают взаимодействовать между собой и объединяться в системы, системы – взаимодействовать между собой и т. д. Функциональность выходит на качественно новый уровень.

Благодаря интернету вещей информационно-коммуникационные технологии (ИКТ), которые уже обеспечивают связь в любое ВРЕМЯ и в любом МЕСТЕ, получают новый аспект – «связь с любой ВЕЩЬЮ» 2 2 Там же .

Таким образом, благодаря повсеместному распространению интернета появляется новый класс устройств: умные, взаимодействующие через сеть (Smart, Connected Products, SCP).

Интеллектуальные, поддерживающие сетевые функции изделия – «вещи» в Интернете вещей – должны дать толчок для следующей̆ волны производства. Потенциал огромен: институт McKinsey Global Institute прогнозирует, что интернет вещей обеспечит рост производительности на 2,5—5% на протяжении следующих десяти лет. Это превращается в совокупный̆ рост доходов и экономию в объеме 900 млрд долларов США в год лишь для производственного сектора. Цифра может быть гораздо выше при более широком внедрении 3 3 Интеллектуальные, поддерживающие сетевые функции изделия: Следующая трансформация производственной отрасли. Исследование Oxford Economics в сборнике Harvard Business Review Россия, 2015 .

«Как ожидается, в интернете вещей произойдет масштабная интеграция ведущих, таких как технологии в области перспективного межмашинного взаимодействия, организации автономных сетей, интеллектуального анализа данных и принятия решений, обеспечения безопасности и защиты неприкосновенности частной жизни, а также облачных вычислений с технологиями усовершенствованного измерения и срабатывания» 4 4 Рекомендация МСЭ-T Y.2060 (06/2012) .

Если до сих пор благодаря интернету между собой взаимодействовали люди, потом данные, то теперь это начинают делать и вещи, их сообщества, системы, системы систем и т. д.

От «Продуктов» к системам систем

Сутью технологии интернета вещей является возможность создания сообществ из умных, умеющих общаться устройств (SCP – Smart Connected Products), а также данных и людей, связанных через интернет, и организация взаимодействия в таких сообществах.

Такое взаимодействие вещей 5 5 «Вещь (thing): Применительно к интернету вещей означает предмет физического мира (физические вещи) или информационного мира (виртуальные вещи), который̆ может быть идентифицирован и интегрирован в сети связи». Рек. МСЭ-T Y.2060 (06/2012) , людей и данных может быть использовано для решения прикладных задач, выступая в качестве средств такой деятельности. Управлять этим взаимодействием могут прикладные компьютерные программы, а всё вместе начинает действовать как единая прикладная система. В этом смысле приложением интернета вещей может, в зависимости от контекста, считаться как программная часть, работающая, как правило, на специализированной облачной платформе, так и вся система взаимодействующих устройств, людей и данных, решающая конкретную прикладную задачу.