Co je internet věcí?

Internet věcí je moderní pojem, který  popisuje trend vývoje technologií zejména s ohledem na propojení a spolupráci jednotlivých zařízení - věcí. Stává se tak obecným pojmem zastřešujícím již zažité termíny jako například: Řídící a automatizační systémy, dohledové a analytické systémy atd.

Taková řešení, která mají potenciál výrazným způsobem měnit náš každodenní život, bývají většinou velmi komplexní a komplikovaná, navíc musejí být dostatečně robustní a bezpečná.  A to bez ohledu na to, zda se jedná o řešení pro řízení výrobní linky v továrně, nebo řízení vytápění v rodinném domě. Na první pohled se může zdát, že kvalitu je potřeba vyžadovat pouze u průmyslových zařízení, kde nefunkčnost systému může znamenat obrovské finanční ztráty. Bohužel tuto myšlenku propagují marketingoví specialisté, jejichž cílem je pomocí levných zařízení (většinou nesplňujících výše uvedené požadavky) pokrýt poptávku nejen domácností, ale v některých případech i firem, po moderním trendu. Tím se z pojmu internet věcí (IoT) stává pouze módní značka, přestože reálný potenciál možných přínosů je obrovský.

Oblasti využití internetu věcí

Obdobným způsobem, jakým pronikla výpočetní technika prakticky do každého oboru lidské činnosti, nachází i internet věcí své uplatnění v rámci mnoha oblastí. V některých případech v takové míře, že pro tento trend vznikají nové pojmy.

Nejen díky IoT produktům v oblasti průmyslu a zemědělství, ale také zapojením  IoT do vědy, výzkumu a vzdělávání,  je možné čerpat neuvěřitelné množství služeb, v rámci kterých je možné využít internet věcí v obrovském měřítku. Například se může jednat o zdravotnictví, obchody od malých prodejen, až po supermarkety nebo ubytovací a stravovací služby (hotely, restaurace, atd.)

Například v základních oblastech lidské produkce potravin a výrobků, tedy v zemědělství a průmyslu je možné uplatnění technologií internetu věcí opravdu významné. Průmysl, který staví na spolupráci jednotlivých strojů, jejich řízení, ovládání a monitoring (obecně digitalizace výroby), se označuje jako Průmysl 4.0. Ještě dříve než do průmyslu začaly tyto technologie pronikat do zemědělství, v rámci kterého se uplatňují jako nástroj efektivního hospodaření nazývaný Precizní zemědělství.  

Důležitým cílem je, aby působení zemědělství, průmyslu, služeb a logistiky nemělo negativní dopad na Životní prostředí. Zejména na prostředí, které je nám nejblíže, a ve kterém trávíme nejvíce času, tedy města a obce společně s přírodou kolem (lesy, louky, pole, vodní plochy). Zde všude se uplatňují cíle dlouhodobě udržitelného rozvoje, ke kterému mohou výrazně přispět i technologie internetu věcí. Například z pohledu odpadového hospodářství, případně ochrany vodního ekosystému, jako je boj se suchem nebo naopak povodněmi.  Internet věcí tedy zásadně souvisí s pojmy jako  Smart City. V rámci tohoto konceptu se primárně uplatňuje v oblastech parkování, případně řízení veřejného osvětlení. 

Významnou oblastí, bez které by provázání služeb, průmyslu ani zemědělství nemohlo existovat, je logistika. V logistice je důležité správné načasování, aby se vše dostalo na správné místo, v odpovídajícím množství a kvalitě.  Zaručení těchto požadavků není jednoduchý úkol a je zde neustálý prostor pro optimalizaci. Internet věcí najde uplatnění zejména v rámci dopravy, skladování, případně distribuce energií (Smart grid)  a pitné vody.

V rámci většiny IoT řešení se uplatňují jako celek, který nemůže bez ostatních dílčích částí fungovat. Samotná zařízení zajišťují interakci s okolím, například získávají data, případně vykonávají akce. Pro komunikaci v rámci komplexních řešení využívají nejrůznější drátové, či bezdrátové sítě, například tak, aby informace mohly být uloženy v Cloudu pro pozdější vyhodnocení. 

V rámci celé struktury internetu věcí je nezbytné dbát na principy zabezpečení. Narušení integrity řešení v libovolném bodě, může mít katastrofální důsledky. 

ZAŘÍZENÍ (HW)

Zařízení v rámci internetu věcí lze chápat jako onu samotnou věc, která komunikuje. Může se jednat o tradiční chytré zařízení, kterým je například mobilní telefon, a nebo dříve zcela obyčejné předměty jako odpadkový koš. Odpadkový koš z pohledu internetu věcí dokáže předávat informace o své naplněnosti atd. Takových věcí, u kterých nebylo dříve možné, aby komunikovaly, stále přibývá. 

Jednou z variant, jak z „hloupých“ zařízení dělat zařízení „chytrá„, je tato zařízení obohatit o univerzální senzory, nebo akční členy. V takovém případě je důležité myslet na fyzikální omezení, kterým může být velikost potřebné elektroniky, způsob napájení, mechanická odolnost, prostředí (teploty, vlhkost, atd.), a mnoho dalších specifických parametrů.

SÍŤ

Sítě v oblasti komunikace lze dělit dle topologie (tedy způsobu uspořádání) a technologie (drátové, bezdrátové, atd.) Právě sítě jsou hned po zařízeních „věcech“ dalším podstatným prvkem internetu věcí. Jsou ukryty v rámci významu slova internet, tedy velké komunikační sítě složené z dílčích sítí propojujících jednotlivá koncová zařízení.  

Právě zvyšující se poptávka po vzájemném propojování zařízení „věcí“, je motivací pro vznik nových komunikačních technologií specializovaných právě pro oblast internetu věcí. V rámci IoT je většina zařízení napájena z vestavěné baterie/akumulátoru a je potřeba dosáhnout co nejnižší spotřeby elektrické energie. Mezi moderní bezdrátové „IoT“ sítě patří například LoRaWAN, IQRF a LTE-NB. Důležitými parametry při výběru vhodné konektivity jsou u bezdrátového pokrytí: četnost přenosů a velikost obsahu měřených dat, případně cena konektivity.

CLOUD

Cloud vychází z anglického slova „cloud“, v českém překladu „mrak“. Z pohledu IT technologie je cloudem myšlena technologie, v rámci které uživatel přistupuje ke službám prostřednictvím internetu. Služby a data má uživatel neustále k dispozici, aniž by věděl, kde přesně jsou umístěny. Data a služby jsou poskytovány prostřednictvím serverů nacházejících se v datových centrech (místnosti, případně haly plné serverů a datových úložišť) napojených na vysokorychlostní internet. Zároveň díky chlazení a zálohovanému napájení jsou Cloudové služby jedny z nejspolehlivějších řešení v oblasti IT. Zároveň se jedná o velmi škálovatelná řešení, která poskytují možnost nasazení v libovolné fázi projektu a je možné je velmi flexibilně rozšiřovat podle potřeb. 

Poskytovatelů cloudových služeb je dnes na trhu opravdu mnoho. Liší se jak úrovní poskytovaných služeb, tak i působností (regionální, celosvětová) a v neposlední řadě i formou distribuce cloudových služeb (tzv. cloud computing). 

Příprava projektů na základě této služby je velice rychlá a již od začátku lze dosáhnout vysoké kvality a bezpečnosti celého řešení. Příkladem může být služba prediktivních odhadů založená na analýze, zpracování a vyhodnocení velkého objemu dat. Z těchto důvodů je cloud ideálním místem pro ukládání dat, získaných ze senzorů prostřednictvím bezdrátových sítí, a následnou práci s nimi.

Relativně novou oblastí cloud computingu je takzvaný distribuční model SaaS (Software as a service), který nabízí pronájem softwaru jako služby. Na rozdíl od tradičního poskytování výpočetního výkonu a úložišť (IaaS, Infrastructure as a service), nad kterými se teprve vytváří funkční platforma (PaaS, Platform as a service), pracuje služba formou modelu SaaS s vysoce dostupnou aplikací, která již přímo nabízí konkrétní funkcionalitu. Příprava projektů na základě této služby je velice rychlá a již od začátku lze dosáhnout vysoké kvality a bezpečnosti celého řešení.

APLIKACE (SW)

Aplikace, jsou v rámci IT chápány jako software, tedy program, který vytvořil programátor. Programy popisují postupy a rozhodování na základě vstupních požadavků. Pro jejich život je nezbytný hardware, nejčastěji počítač. Aplikace pro zpracování a analýzu dat bývají velmi rozsáhlé a mají vysoké požadavky na výpočetní výkon, a tak jsou nejčastěji provozovány v rámci cloudových platforem. 

V případě IoT zařízení se používá pojem firmware. Firmware je specifický software (aplikace) určený pro jednoúčelové zařízení řízené mikroprocesory (miniaturními počítači). Pro oblast internetu věcí jsou aplikace místem, které definuje, jakým způsobem se bude celý systém chovat a výrazným způsobem ovlivňují výsledné řešení. Zejména v oblasti Softwaru je důležité dbát na kybernetickou bezpečnost.

Tento fakt výrazným způsobem napomáhá dalšímu rozvoji a vzdělanosti v této oblasti. Tyto platformy jsou také ideálními nástroji pro prvotní otestování myšlenek a konceptů pro budování komplexních a dlouhodobě udržitelných řešení. 

Z pohledu dlouhodobé udržitelnosti je například potřeba promýšlet co se stane v případě, že se systém porouchá, jakým způsobem je ho možné servisovat a udržovat jej tak stále aktuální. Dalším klíčovým parametrem je také výběr jednotlivých komponent, například některé plastové krabičky se mohou ve venkovním prostředí mohou zcela rozpadnout. IoT tak není jen o konkrétní zařízení, ale o celkové přístupu k řešení problému prostřednictvím techniky.

Internet věcí je průnikem většiny oborů v oblasti elektrotechniky a výpočetní techniky. Pro zjednodušení jej lze rozdělit na následující spolu související části, které jsou níže detailněji rozepsány.

• ZAŘÍZENÍ (HW) 
• SÍŤ 
• CLOUD 
• APLIKACE (SW)
  

Schopnosti internetu věcí

O využití některých schopností internetu věcí lze uvažovat například v rámci monitorování a měření. Zde se nabízí široké množství moderní senzorů a měřících přístrojů v některých případech zcela bezdrátových, tedy napájených na baterii s životností mnoha let a komunikujících bezdrátově na relativně velké vzdálenosti.

Nad takto získanými daty lze provádět nejrůznější analýzy využívající například umělou inteligenci a strojové učení. Výstupem těchto analýz jsou informace, které mohou být použity pro optimalizaci procesů a lepší manažerské rozhodování. Navíc v případě potřeby korekce lze využít schopností internetu věcí pro dálkové řízení a regulaci. Zejména v kombinaci s akčními členy, které zajistí požadovaný zásah. Například se může jednat o řízení osvětlení či vytápění.