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

Ожидается, что к 2020 году количество технических устройств, подключенных к сетям, превысит 40 миллиардов штук 6 6 McKinsey & Company. The Internet of Things: Mapping The Value Beyond The Hype. .

Сотнями миллионов будет исчисляться и число приложений интернета вещей, охватывающих все сферы жизни: «Умная планета», «Умный город», «Умный дом», «Умная энергетика», «Умное производство», «Умный транспорт» и пр. Соответственно, разработчик приложений интернета вещей – это одна из наиболее востребованных профессий не только ближайшего будущего, но уже настоящего.

Благодаря «интеллекту» и «коннективности» (способности взаимодействовать) у прикладных систем появляется новый набор функций. Их можно разделить на четыре группы:

• мониторинг(Monitoring): датчики и внешние источники данных контролируют состояние объектов и окружающую среду, предупреждают/уведомляют об изменениях;

• управление(Control): приложение контролирует состояние объектов и персонализирует опыт пользователя;

• оптимизация(Optimization): возможности мониторинга и управления позволяют использовать алгоритмы, которые оптимизируют состояние объектов и выполняют их диагностику, обслуживание и ремонт;

• « автономность» (Autonomy), автоматическое выполнение функций: сочетание мониторинга, управления и оптимизации дает объектам возможность работать и обслуживаться автономно, а также обеспечивает им координацию с другими системами объектов.

Каждая функция, важная и сама по себе, оказывается своего рода ступенькой для следующего уровня. Например, функция мониторинга служит основой для управления, управление в сочетании с мониторингом дает возможность оптимизировать процессы, а оптимальное управление позволяет сделать систему полностью самостоятельной, работающей автономно. Компания может выбирать такой набор функций, чтобы ее продукция была максимально полезной для потребителя, и тем самым укреплять свою конкурентную позицию 7 7 См.: Harvard Business Review. Сборник статей по теме: «Интернет вещей». .

Раз ключевым становится обмен информацией между устройствами, то будет совершенно естественным всё, что касается этого обмена, вынести в единое информационное пространство.

Поэтому интернет – это тот мир, в котором дальше будут общаться и развиваться созданные человеком устройства и системы. Когда-то они существовали полностью в реальном мире, потом всё больше устройств начинают выносить «информационную часть себя» в виртуальной пространство: сначала какие-то свои данные, чтобы не закачивать их под каждый запрос по каналам связи, потом начинают выполнять там какие-то вычислительные или логические операции, принимать решения и всё чаще уже даже без обмена информацией с самим устройством.

Постепенно у реальных устройств появляются в виртуальном информационном мире свои «цифровые двойники» (digital twins), и все операции, связанные с обменом информацией, производится уже на цифровом двойнике, а реальное устройство лишь получает уже готовую итоговую информацию о необходимом состоянии, которое оно должен принять.

Но если состояние физического устройства «синхронизировано» с состоянием его цифровым двойника, то зачем дублировать на физическом устройстве все те процессы, которые происходят в его модели в информационном пространстве? Ведь с точки зрения «физического мира», необходимыми являются лишь то, что с этим миром реально взаимодействует: те же датчики и исполнительные устройства.

По сути, физические устройства становятся лишь «аватарами» своих виртуальных сущностей, живущих своей бурной жизнью в виртуальном информационном мире. «Интернет вещей» – это не просто «вещи, подключенные к интернету»: как до последнего времени интернет был преимущественно средством общения и обмена информацией между людьми («интернет людей»), так сейчас он становится средой и технологией взаимодействия «вещей», как физических, так и виртуальных.

Технологии интернета вещей делают возможной реализацию концепции «цифровых двойников»

Использование технологий интернета вещей меняет концепцию встраиваемых систем: теперь обработка данных может вестись не на самом устройстве, а организована в облачной платформе, что в десятки и сотни раз снижает стоимость оборудования, используемого для решения пользовательской задачи.

Мы говорим о технологиях интернета вещей не тогда, когда вещь «подключили к интернету», но когда речь идет о задачах, решение которых предполагает взаимодействие (чаще «кооперацию») «достаточно умных» для этого физических или виртуальных устройств.

В этом смысле технологии «цифровых двойников» (digital twins) напоминают магию Вуду: чтобы управлять объектом, надо создать его модель («цифрового двойника»), а дальше сделать так, чтобы все, что происходит с двойником, происходило и в реальности…

В отличие от мобильных или веб-приложений, где взаимодействие с внешними по отношению к приложению объектами (источниками или потребителями данных) является скорее исключением, то для приложения, использующего технологии интернета вещей, организация взаимодействия различных удаленных, в том числе физических, систем является целью их создания.

Поэтому если разработчик (в частности системный архитектор) мобильных или веб-приложений сконцентрирован, как правило, на выстраивании внутренней структуры приложения с относительно небольшим числом внешних взаимодействий, то задача архитектора приложения интернета вещей принципиально другая: ему требуется выстроить взаимодействие множества внешних по отношению к приложению вещей (объектов, устройств, систем) так, чтобы за счет их взаимодействия была решена поставленная задача. Тут фактически вся совокупность связанных объектов становится единым приложением, причем при этом может статься, что многие из этих объектов являются частью других приложений, притом действующих совершенно независимо.

Меняется и роль разработчика «взаимодействий с пользователем» (UX), поскольку у пользователей может оказаться множество разных ролей: для кого-то приложение будет «человеко-ориентированной интерактивной системой 8 8 ГОСТ Р ИСО 9241-210-2016. Эргономика взаимодействия человек-система. Часть 210. Человеко-ориентированное проектирование интерактивных систем. », а кто-то станет лишь «источником данных», но при этом продолжая ими «пользоваться» (т. е. оставаясь пользователем).