Ученые Вышки разработали технологию для интернета вещей

Команда исследователей из НИУ ВШЭ под руководством профессора Андрея Сухова разработала аналог решения беспроводной связи для устройств интернета вещей. Решение основано на технологии DECT, которую использовали в радиотелефонах до появления сотовой связи. К достоинствам технологии разработчики относят ее безопасность и достаточно широкий радиус действия.

iStock

«Термин “интернет вещей” был придуман около 10 лет назад после того, как бытовую технику начали оснащать коммуникационными устройствами, чтобы ими можно было управлять через интернет», — рассказывает HSE Daily профессор НИУ ВШЭ Андрей Сухов, руководитель группы исследователей, разработавших отечественный аналог решения для беспроводной связи устройств интернета вещей. Интернет вещей (Internet of Things, IoT) представляет собой сеть, к ней подключены разнообразные устройства, которые внутри сети «общаются» между собой, объяснил он.

Андрей Сухов

Фото: ВКонтакте

С периода первоначального применения в умном доме сфера использования интернета вещей сильно расширилась и стала распространяться на другие отрасли, говорит профессор. Розничные сети собирают данные с сотен датчиков в магазинах, чтобы их проанализировать, проследить модели поведения потребителя и сформировать стратегию развития. Промышленные предприятия с IoT контролируют процесс от поставки до доставки: оптимизируют производство, предотвращают дефекты и повышают качество обслуживания клиентов. В здравоохранении технологии интернета вещей бесперебойно передают данные с медицинских устройств, упрощая диагностику и составление плана лечения, оптимизируя оказание помощи.

Построение единой цифровой среды для интернета вещей — одна из главных проблем. На сегодня не существует единого и доминирующего стандарта функционирования систем интернета вещей: каждая компания-разработчик стремится строить IoT по собственным стандартам. К примеру, Amazon потратил порядка 2 млрд долларов и двух лет на разработку своего аналогового решения. На рынке известны попытки создания множества дублирующих технологий, потрачены миллиарды долларов, но единого стандарта на данный момент не принято. 

Что касается разрозненности, то на начальном этапе жизни технологии это нормальная ситуация: каждый разработчик стремится адаптировать имеющуюся технологию под свои нужды. «Обычно спустя время собираются форумы, на которых решаются вопросы по унификации стандарта, — отмечает профессор. — Со временем с IoT будет как со стандартом USB: разработчики его стандартизируют». 

Старые технологии для новых решений

«Наша исследовательская группа практически без финансирования получила результат не хуже, чем у компаний — лидеров рынка, — подчеркивает Андрей Сухов. — Идея заключается в том, что вместо разработки с нуля мы использовали старые и проверенные временем инфокоммуникационные технологии». Решение основано на технологии DECT, которую использовали в производстве радиотелефонов до появления сотовой связи. Для ее инсталляции требовалась трубка, радиоудлинитель и базовая станция для увеличения мощности сигнала. «Так как старые трубки поддерживают цифровую связь, в них легко вставить необходимый программный пакет, поддерживающий технологии интернета вещей», — рассказывает профессор. Разработка также использует новый способ доставки пакетов до устройств: если в классических IP-сетях используется маршрутизация (интернет), то в решении исследовательской группы предлагается применять для их доставки серверы интернет-телефонии.

Промышленное массовое производство устройств на технологии DECT сегодня существует: корпоративные клиенты до сих пор используют радиотелефоны на основе DECT в офисных зданиях, а простые потребители — в домашних условиях. Конечно, уже существующие устройства IoT не могут быть в одночасье переведены с Wi-Fi на DECT, для этого в них должны быть встроены стандартные компактные DECT-чипы.

Рынок интернета вещей в 2021 году Fortune Business Insights оценил в 384 млрд долларов, а к 2029-му прогнозирует его рост до более 2,4 трлн. По оценке McKinsey, к 2030 году развитие технологий IoT может принести мировой экономике от 5,5 до 12,6 трлн долларов, B2B-сегмент займет 60% рынка IoT, а доля производственного сектора и медицины составит 26% и 14% соответственно.

Интернет вещей и безопасность

Один из самых важных элементов IoT — безопасность. Из-за стремительного развития интернета вещей технологии перестали за ним успевать. «Во-первых, устройства для интернета вещей делали в ускоренном темпе, ставя во главу угла их работоспособность, забывая при этом о безопасности. И в результате были взломаны миллионы устройств, которые используются в деструктивных целях. Во-вторых, большинство устройств интернета вещей подключаются через Wi-Fi, у которого малый радиус действия — около 15–20 метров — и очень низкая энергоэффективность», — поясняет Андрей Сухов. По его мнению, интернет вещей не требует высоких скоростей, которые предоставляет Wi-Fi. Гораздо более важен радиус действия сети, который должен достигать нескольких сотен метров.

Проблема безопасности сегодня состоит в том, что в конечные устройства встраивали простейшие чипы. После массового взлома этих чипов злоумышленники могли управлять устройствами через Wi-Fi. При использовании DECT все еще можно взломать конечное устройство, но невозможно через него добраться до базовой станции и облачного хранилища. Это сводит к минимуму возможность массового деструктивного использования устройств IoT.

Успехи в быстром создании прототипа сети DECT эксперты объясняют научной новизной, которая основана на двух идеях: управляющие команды интернета вещей передаются через пакеты интернет-телефонии; маршрутизация пакетов осуществляется при помощи технологии интернет-телефонии.

Предложенная разработка не ограничена рамками теории, она уже реализована в виде действующего прототипа. Ее описание содержится в научных статьях, опубликованных в целом ряде изданий: в журнале ассоциации ACM Communications of the ACM; в публикации конференции TELFOR Института инженеров электротехники и электроники (IEEE, международная ассоциация специалистов в области техники). По итогам конференции статья вошла в 20% лучших и приглашена к публикации в журнале TELFOR. 

Практическое применение

Успех разработки объясняется тем, что поиск нового знания (фундаментальное исследование) дополнялся поиском практического применения результатов в области интернета вещей. «Фактически нашей группой получено готовое решение для практического применения, которое можно использовать в интернете вещей. Его очень быстро запустить и легко использовать», — отмечает Андрей Сухов. Проект на данный момент находится на стадии оформления прав интеллектуальной собственности, поиска финансирования и реализации на индустриальных мощностях.

Разработка актуальна, особенно если учесть, что в 2021 году Минцифры решило перевести IoT инфраструктурных объектов на отечественный софт. В частности, предполагается полный переход устройств в сфере ЖКУ, противопожарной и прочей безопасности на российские IoT-решения.

Кроме того, сейчас отечественные ученые разрабатывают стандарт умного многоквартирного дома. Предполагается, что дом будет представлять собой единую цифровую среду, построенную на отечественном софте и железе. Андрей Сухов считает, что в данных решениях может применяться разработанная учеными из НИУ ВШЭ технология интернета вещей. Она имеет достаточно большой радиус действия, порядка 300–500 метров, технология хорошо изучена и безопасна. В России уже есть разработки для масштабного использования IoT, поэтому судьба технологии будет зависеть от конкурентоспособности ее создателей, полагают разработчики.