Использование автоматических устройств для измерения параметров различных процессов с последующей доставкой информации и управляющих команд по сетям передачи данных формирует бурно растущее направление телекоммуникаций, обозначаемое как Интернет вещей (Internet of Things, IoT) и промышленный Интернет вещей (Industrial Internet of Things, IIoT). По оценке компании Ericsson, к 2021 году из 28 млрд устройств, подключенных к сетям передачи данных в мире, на IoT будет приходиться 15,7 млрд, их количество почти вдвое превысит показатель нынешнего лидера сетевых подключений – мобильных телефонов. При этом среднегодовой рост численности используемых IoT-устройств в 2015-2021 годах будет несравненно выше – 23 % против 3 % у мобильных телефонов. При таких темпах развития остро встает вопрос о технологиях беспроводной передачи данных, используемых для построения систем Интернета вещей, так как они должны обеспечить устойчивое функционирование новой экосистемы при разумных затратах на ее создание. Президент Национальной ассоциации участников рынка промышленного Интернета (НАПИ) Виталий Недельский называет несколько специфических требований к технологиям IoT в целом и промышленного Интернета в частности. «Технологии должны удовлетворять самые разнообразные потребности. В одних случаях важна пропускная способность сети IoT, в других – дальность передачи данных или низкое энергопотребление. Сейчас как основа для промышленного Интернета рассматриваются в первую очередь проводные среды передачи данных, и тем не менее в последнее время о беспроводных технологиях говорится все чаще», – отметил он. Руководитель направления решений для операторов связи ЗАО «КРОК инкорпорейтед» Василий Горшенин подчеркивает, что требования, предъявляемые к сети передачи данных IoT, зависят от конкретного сервиса. «Так, для работы некоторых датчиков критична их энергоэффективность (длительность работы без подзарядки или смены батарей). А для GPS-устройств, которые с определенной частотой передают координаты местоположения, ключевую роль играет зона покрытия, потому что при маленьком радиусе передачи данных этот сервис бесполезен. При трансляции с видеокамер актуальной будет полоса пропускания сигнала. Таким образом, каждый сервис требует от сети совершенно разных возможностей, и, к сожалению, единой технологии, которая бы удовлетворяла одновременно всем требованиям, сейчас не существует», – поясняет Василий Горшенин. Уже сейчас можно говорить о нескольких технологиях беспроводной передачи данных для IoT, каждая из которых имеет специфические особенности.
Технологический спектр
Беспроводные среды IoT весьма разнообразны, в них возможно применение как технологий сверхмалого радиуса действия, так и «дальнобойных». То же касается и используемого радиочастотного спектра: он может быть как нелицензируемым, так и распределенным для существующих сетей мобильной связи. Оставляя в стороне обычные беспроводные технологии, которые в существующем виде возможно так или иначе применять для Интернета вещей (Wi-Fi, Bluetooth, GSM, WCDMA, LTE), можно разделить специализированные IoTрешения на две категории: основанные на технологиях мобильной связи и независимые, целенаправленно созданные для Интернета вещей. К первой категории относятся NB-IoT, eMTC (LTE-M), EC-GSM-IoT, разрабатываемые под эгидой консорциума 3GPP.
Вторая категория технологий представлена независимыми разработками. Например, это Sigfox одноименной французской компании и LoRa, продвигаемая некоммерческой организацией LoRa Alliance, в которую входят IBM, Semtech, Cisco, Actility и другие компании. Оба решения относятся к технологиям дальнего действия с низким энергопотреблением (Low Power Wide Area или Low Power Wide Area Networks, LPWAN). Специалисты считают, что у каждой из групп технологий есть преимущества и недостатки, которые определяются не только техническими особенностями данных семейств. Директор по продажам и маркетингу IoT-решений Huawei в России Марат Нуриев наиболее перспективным считает семейство IoT-технологий на базе международных стандартов мобильной связи, разработанных консорциумом 3GPP, – NB-IoT и LTE-M. «Благодаря тому, что в мире наибольшее распространение получили сети на базе стандартов этого консорциума, внедрение данных технологий будет наиболее эффективно с точки зрения как затрат на развертывание сети, так и распространенности устройств», – говорит он. По мнению председателя технического комитета ТК 194 «Киберфизические системы» при Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии Никиты Уткина, технологии 3GPP характеризуются рядом преимуществ, несмотря на присущие им ограничения. «Например, технология EC-GSM-IoT имеет низкую пропускную способность, зато может разворачиваться поверх сетей GSM и вызывает определенный интерес в среде сотовых операторов за счет таких преимуществ, как большая дальность действия, низкое потребление энергии и простота обеспечения взаимодействия в сети. Технология NB-IoT также интересна в первую очередь сотовым операторам, эксплуатирующим сети GSM и LTE и готовым к разворачиванию IoT на существующих частотах, поскольку позволяет свести затраты на запуск такой сети к минимуму. Это же можно отнести к LTE-M», – рассуждает Никита Уткин. В то же время архитектор бизнес-решений VMware Артем Гениев указывает на то, что некоторые независимые организации и компании, воспользовавшись образовавшимся в сфере IoT-технологий вакуумом, обеспечили своим решениям заметное место на рынке. Речь идет прежде всего о технологии LoRa и ее собратьях по семейству LPWAN. «Проблема в том, что 3GPP, организация, отвечающая за стандарты мобильной связи 3G, 4G и 5G, не уделила в свое время должного внимания адекватной замене коммуникаций второго поколения в лице GPRS – основной «рабочей лошадки» для межмашинной связи (M2M). Ряд других организаций и компаний увидели в этом возможность для создания в сегменте IoT проприетарных протоколов или даже замкнутых экосистем, предлагающих дешевую, энергоэффективную, хотя и малоскоростную связь для устройств IoT, образовав тем самым рынок LPWAN. Причем операторы связи настолько сильно хотели иметь в своих портфелях услуг что-то подходящее для IoT, что стали разворачивать инфраструктуру LPWAN, не дожидаясь появления стандарта от 3GPP. В результате протоколы и инфраструктура LPWAN в виде решений Sigfox, LoRa и других уверенно занимают нишу на рынке связи для IoT», – говорит специалист VMware. По мнению игроков рынка, сложившаяся ситуация не позволяет однозначно оценить перспективность существующих технологий беспроводного IoT. Директор Ассоциации участников рынка Интернета вещей Андрей Колесников рекомендует обратить внимание на два перспективных технологических направления IoT и одно подающее надежду. «Самая быстрорастущая технология – LoRa. Самая перспективная с точки зрения распространения в течение ближайших двух лет и тотального покрытия территории – NB-IoT (LTE rel. 13 3GPP). Самое востребованное в сельском хозяйстве, на объектах ЖКХ, при контроле инфраструктуры и везде, где нет нужды в передаче больших объемов информации и требуются долго работающие устройства, – семейство сверхузкополосных протоколов (Ultra Narrow Band, UNB LPWAN), например Sigfox», – перечисляет Андрей Колесников. Главный эксперт департамента подвижных радиослужб ФГУП «Главный радиочастотный центр» (ГРЧЦ) Владислав Сорокин обращает внимание на хорошие перспективы беспроводных технологий IoT на базе действующих сетей связи. «С учетом существующего охвата сетями стандарта GSM и популярности технологии LTE мы полагаем, что у Интернета вещей, который будет реализован на базе данных сетей, имеется хороший потенциал для развития. Тем более с учетом того, насколько активно такие технологии, как NB-IoT, eMTC (или LTE-M), EC-GSM-IoT, разрабатываются в рамках 3GPP. Но нельзя списывать со счетов и технологии малого радиуса действия (Wi-Fi, Bluetooth и другие), традиционно использующие безлицензионные частоты, ввиду доступности спектра и облегченного регулирования», – отмечает он.
Пути спецификации
Хотя до сих пор нет единого или хотя бы приоритетного всемирно признанного стандарта беспроводной технологии для IoT, стандартизация не стоит на месте. Например, в 2016 году консорциум 3GPP включил технологию NB-IoT в состав 13-го релиза спецификаций LTE. Более того, по мнению ряда специалистов, несмотря на отсутствие такого стандарта, некоторые технологии можно считать сертифицированными уже сейчас. Андрей Колесников считает, что не только NB-IoT, включенная 3GPP в спецификации LTE, но и LoRa фактически уже стандарты. «В LoRa Alliance совершенно правильно решили вспомнить уроки Интернета 1990-х годов: не нужно ждать, пока Международный союз электросвязи, Международная организация по стандартизации и другие дяди в пиджаках и галстуках договорятся о стандартах. Нужно делать дело здесь и сейчас и двигать на рынок силами пользователей свою технологию. Схема проста: миллиард устройств на рынке – выручка миллиард долларов», – убежден директор Ассоциации Интернета вещей. Никита Уткин, напротив, полагает, что возможность включения тех или иных технологий в международные спецификации создает для них рыночное преимущество по сравнению с «альтернативными» конкурентами. «Технологии NB-IoT, LTE-M, EC-GSM-IoT разработаны и предложены рынку консорциумом 3GPP, который ранее проявил себя в создании спецификаций для мобильной связи. Соответственно, при работе над стандартами сетей нового поколения 3GPP, безусловно, учитывает логику предыдущих стандартов и спецификаций, а главное – созданную для них инфраструктуру. Поэтому упомянутые технологии направлены на реализацию функциональности Интернета вещей на основе существующей беспроводной инфраструктуры, какого бы качества она ни была. И это их большое преимущество. При этом и Sigfox, и LoRa имеют значительные перспективы, но их недостаток – отсутствие устанавливающих технические требования стандартов», – не сомневается руководитель ТК «Киберфизические системы». Процесс стандартизации беспроводных технологий IoT
будет продолжаться. «Это движение началось, и, видимо, в течение года появится серия стандартов с открытым протоколом на основе наработок зарубежных и отечественных компаний. Мой прогноз, что среди них будет сертифицировано семейство протоколов UNB LPWAN», – заявил Андрей Колесников. Генеральный директор ООО «Лартех Телеком» Дмитрий Полторак уверен, что хорошие перспективы стандартизации у технологии LoRa. «На наш взгляд, наиболее близка рынку в настоящий момент технология LoRa, которую продвигает международный LoRa Alliance. Это, наверное, самый динамично развивающийся международный альянс в сегменте IoT. Недавно начала применяться спецификация сетевого протокола LoRa WAN версии 1.1, в которой уже описаны механизмы роуминга и международного взаимодействия в сегменте IoT», – рассказал он. Директор департамента маркетинга АО «Группа Т-1» Сергей Пономарев считает, что не следует ожидать появления какого-то единого стандарта для беспроводного IoT, подчеркивая при этом сложность сертификации технологий. «Единого сертифицированного протокола, отвечающего запросам сразу всех сфер IoT, нет и, скорее всего, не будет. В зависимости от тенденций рынка будут расти и развиваться технологические направления, определяющие развитие существующих или появление новых протоколов передачи данных. Интернет вещей – это огромный конструктор, состоящий
из разных наборов систем, технологических потребностей каждой отдельной информационной среды, данных и возможностей их обработки для конкретных задач. Каждая из этих структурных частей стандартизируется и сертифицируется по-своему, в соответствующем порядке, согласно стоящим технологическим задачам», – убежден Сергей Пономарев.
Российские нормативы
Виталий Недельский обращает внимание на то, что немаловажная роль в деле официального признания технологий IoT принадлежит национальным сертифицирующим и регулирующим структурам. «За большинством технологий (если они не глубоко проприетарные) стоят какие-то стандарты, рекомендации и другие документы, принятые международными организациями. В то же время сертификацию обычно проводят органы каждой страны или группы государств. Соответственно, в разных странах будут различаться сроки и порядок сертификации технологий», – отметил президент НАПИ. Процесс регулирования беспроводных технологий Интернета вещей разворачивается и в России. Он включает в себя решение вопросов стандартизации технологий IoT и определение возможности выделения или использования существующих полос радиочастот. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии РФ (Росстандарт) приказом от 27 марта 2017 года №642 сформировало технический комитет ТК 194 «Киберфизические системы», среди задач которого – создание ряда государственных стандартов (ГОСТ) в сфере Интернета вещей. Его председатель Никита Уткин рассказал, что в рамках технического комитета рассматривается возможность создания целого комплекса национальных стандартов для технологии Интернета вещей. «В первую очередь будут стандартизированы несколько технологических составляющих IoT: термины и определения, архитектура IoT, интероперабельность и протоколы обмена данными для устройств IoT. Мы планируем появление и введение в действие первых национальных стандартов в сфере технологий Интернета вещей в 2018 году. Следует отметить, что все они будут учитывать международно признанные требования к технологиям IoT», – пояснил глава комитета. Представители рынка заинтересованы в возможности участвовать в создании национальных стандартов IoT. Об этом, в частности, заявил Дмитрий Полторак. «Государственное регулирование я бы назвал ключевым фактором развития отрасли. IoT – это не только индивидуальные потребители, но и крупные инфраструктурные проекты, поэтому очевидно, что будет развиваться нормативно-правовая база, определяющая параметры технологий Интернета вещей. Мы знаем об инициативе Росстандарта в области стандартизации IoT и будем принимать активное участие в этой работе. В техническом комитете «Киберфизические системы» будет создано несколько подгрупп, в том числе подгруппа ТК/ПК1 «Интернет вещей», основным направлением деятельности которой станет разработка новых и актуализация существующих стандартов для IoT. В качестве первоочередных задач в рамках работы в этом комитете мы для себя видим работу над стандартами ГОСТ Р «Интернет вещей. Эталонная архитектура» (гармонизация с ИСО/МЭК 30141); ГОСТ Р «Интернет вещей. Термины и определения» (гармонизация с ИСО/МЭК 20924); ГОСТ Р «Интернет вещей. Интероперабельность систем Интернета вещей. Часть I. Структура» (гармонизация с ИСО/ МЭК 21823-1); ГОСТ Р «Интернет вещей. Интероперабельность систем Интернета вещей. Часть Х. Семантическая интероперабельность» (гармонизация с ИСО/МЭК 21823-Х)», – рассказал глава «Лартех Телекома». Он также подчеркнул значимость национального радиочастотного регулирования в сфере IoT в связи со спецификой использования частотного спектра в том или ином государстве. Владислав Сорокин оценил перспективы использования частотного ресурса для IoT в России и его регулирования. «Можно сказать, что радиочастотный спектр де-факто выделен для реализации Интернета вещей. Системы межмашинной связи уже могут создаваться и работают на сетях, например, стандарта GSM. На уровне ГКРЧ, которая ответственна за выделение спектрального ресурса для различных систем связи на территории Российской Федерации, вопрос о специальных полосах частот для Интернета вещей не поднимался. Для дальнейшего обсуждения Интернета вещей потребуется решить концептуальные вопросы, связанные с данным явлением. В первую очередь нужно определить, что мы будем однозначно понимать под Интернетом вещей. Как мы видим, на сегодняшний день это скорее расхожее популярное понятие, своего рода жаргон, чем четко закрепленный термин. Вообще, говоря о гармонизации частот для Интернета вещей, следует ответить на вопрос: а нужны ли для таких систем специально выделенные частоты? В настоящее время продолжаются активные исследования и обсуждения частотных вопросов, как на глобальном уровне (например, исследования по пункту 9.1.8 повестки дня ВКР-19), так и на региональном (Европейская конференция администраций почтовых служб и служб связи (СЕРТ) разрабатывает несколько отчетов по внедрению М2М в существующих полосах IMT). Насколько мы видим, пока нет однозначного ответа на вопрос о целесообразности гармонизации спектра для Интернета вещей. Большинство стран склоняются к тому, что определения специальных гармонизированных полос частот для таких применений не требуется. Есть риск, что введение специальных полос частот, наоборот, может стать ограничителем в развитии IoT», – рассуждает представитель ГРЧЦ.
IoT в деле
Как бы то ни было, многие российские компании на практике развивают сервисы IoT, не дожидаясь появления общепринятых технологических стандартов и спецификаций. Директор проектов индустриального Интернета ПАО «Ростеле ком» Алексей Костров отмечает, что на рынках IoT и IIoT уже сформирована потребность в беспроводных технологиях, но пока она не носит массового характера и покрывается с помощью существующих технологий и конкретных проектных решений. «Перспективными будут те технологии, которые позволят решить ряд задач, присущих IoT-рынку. Среди них: низкая стоимость подключения и эксплуатации датчиков, увеличение расстояния передачи и энергоэффективности передающих устройств, возможность применения стандартов безопасности в беспроводных сетях Интернета вещей. Мы руководствуемся текущими потребностями клиентов
и в каждом случае рассматриваем весь спектр доступных беспроводных технологий, обеспечивающих потребности проекта», – заявил Алексей Костров. Старший консультант департамента ИТ-аутсорсинга группы компаний «КОРУС Консалтинг» Владимир Бобров также
подчеркивает зависимость выбора той или иной технологии IoT от особенностей конкретного проекта.
«При создании решений IoT следует в первую очередь исходить из задачи, которую нужно решить, и параметров передаваемых данных. Спектр возможностей применения разных технологий достаточно широк. Сейчас у нас есть устройства, которые используют технологии LoRa, мы предлагаем решения для мониторинга работоспособности различного оборудования: торгового, промышленного, технологического. Также мы рассматриваем возможность использования в наших решениях устройств, совместимых с NB-IoT», – поделился опытом Владимир Бобров.
Об аналогичном подходе в работе компании говорит и Василий Горшенин. «Мы подбираем технологию под конкретные бизнес-потребности заказчиков. Так, например, передача видео- и аудиоданных требует высокой производительности. Здесь мы используем стандартные операторские сети 3G, LTE, которые могут обеспечить нужную скорость. Если в устройствах необходима энергоэффективность, мы оцениваем в первую очередь возможности покрытия, которое может быть достигнуто при применении той или иной технологии IoT», – сообщил менеджер «КРОК инкорпорейтед». «Лартех Телеком» в настоящий момент развивает во всех регионах России сеть базовых станций с использованием технологии LoRa WAN, предлагая услуги по подключению к Сети не только собственных устройств, но и любых устройств сторонних разработчиков. При этом IoT-платформа компании готова к подключению любых приложений партнеров», – рассказал Дмитрий Полторак. По словам Сергея Пономарева, для компании приоритетом в практической работе с IoT является обеспечение универсальности платформы для агрегирования различных сервисов. «Наша компания занимается развитием и внедрением систем телеметрии стационарных объектов, решениями в области транспортной телематики и «умного дома». В связи с тенденцией увеличения количества как IoT-устройств, так и протоколов их взаимодействия между собой можно говорить о том, что единые стандарты и технологии в ближайшем будущем не станут главными в развитии Интернета вещей, в то время как универсальные платформы – агрегаторы IoT-сервисов имеют принципиально важное значение. Разработанная нами платформа способна встраивать и интегрировать любые сервисы, которые благодаря надстройкам над платформой взаимодействуют с другими системами», – отметил директор
департамента «Группы Т-1».
