Интернет вещей: Будущее уже здесь

Благодарности

Создание книги требует огромных затрат времени и энергии, и эта книга не исключение. Я хотел бы поблагодарить Эйлин Феретик из журнала Baseline за ту статью, благодаря которой у меня зародилось так много идей и концепций, которые я использовал в этой книге. Я также благодарен Андреа Линн, редактору RFID Journal, за чуткое руководство и тщательную обработку информации. Она сумела найти в своем плотном графике время для того, чтобы предоставить мне сведения об истории зарождения Интернета вещей и подключаемых устройств. Разумеется, Интернет вещей представляет собой невероятно сложную тему с множеством нюансов, и я высоко ценю тех, кто нашел время, чтобы ответить на мои вопросы, и позволил использовать полученную информацию в этой книге.

Я также хочу сказать спасибо Марку Лювенталю, моему редактору из MIT Press, под надежным руководством которого было так легко работать от начала до конца. То же самое относится и к двум рецензентам, чьи имена остались мне неизвестными, но чьи точные замечания оказались необычайно полезны и помогли мне сделать книгу лучше. Спасибо Дане Андрус, старшему редактору MIT Press, которая вычитала рукопись и нашла все небольшие, но важные ошибки. И наконец, я снимаю шляпу перед моей супругой, Патрицией Хэмпел Вэллис, которая тщательно откорректировала мою рукопись, найдя некоторое количество ошибок и фактических неточностей, и, что самое важное, проводила без меня те вечера и выходные дни, когда я занимался научными исследованиями и писал эту книгу. Обнимаю обоих моих сыновей, Эвана и Алека Грингардов, которые делают мою жизнь светлее каждый день.

1. Интернет меняет все

Один день из жизни

Понедельник. 7:00. Браслет Fitbit Force вибрирует, чтобы разбудить меня. Спустя несколько минут я тянусь к iPhone, чтобы проверить почту и прочие сообщения. Я нажимаю на иконку приложения Fitbit, чтобы посмотреть, как я спал этой ночью: сколько мне потребовалось времени, чтобы уснуть, и сколько раз я просыпался. Я встаю с кровати и шлепаю в ванную. Там взвешиваюсь на весах Fitbit, которые автоматически посылают данные на облачный сервер. Он, в свою очередь, производит все необходимые расчеты и представляет результат на сайте или специальном приложении для смартфона. Так я могу следить за своим весом, уровнем жировой ткани, потреблением пищи и воды, общим уровнем активности.

За завтраком я пользуюсь приложением для iPhone MyFitnessPal, чтобы просканировать штрихкод на упаковке овсяных хлопьев. Используя базу данных из Интернета, где зарегистрировано более 3 млн записей, оно выдает мне данные о калорийности продукта и содержании питательных веществ. Затем я еду на тренировку в спортзал. На беговой дорожке я ввожу идентификатор, чтобы отслеживать свои результаты (например, сколько я пробежал, как высоко поднялся и сколько калорий сжег). После пробежки тренажер посылает данные о результатах тренировки в приложение MyFitnessPal, которое, в свою очередь, подключается к приложению Fitbit на моем телефоне. Сочетание этих устройств дает полную картину моей повседневной активности и питания. Так я понимаю, соответствуют плану мои расход калорий и интенсивность выполнения упражнений или нет. Я могу взглянуть на данные о своем питании и понять по графикам, таблицам и информационным панелям, достаточно ли в моем организме жидкости.

Вернувшись домой, я бросаю взгляд на приложение Metromile на своем iPhone, с помощью которого специальное устройство в автомобиле измеряет расстояние, которое я проехал, стоимость топлива и многое другое. Приняв душ, я беру iPad, заглядываю в Facebook и проверяю накопившиеся сообщения в почте. Затем я вхожу в свой домашний офис, где начинаю работать за стационарным компьютером. Немного позже я вспоминаю, что в выходные буду за городом, поэтому нужно запрограммировать подключенный к Интернету терморегулятор Ecobee на режим «в отпуске», что делается с помощью телефона. Ввожу временный код на замке от входной двери Kevo, чтобы сосед смог войти в дом и полить цветы, пока меня не будет.

После работы я готовлю ужин и включаю Netflix, нажав на кнопку установленного на телефоне пульта управления Harmony. Я смотрю фильм на поддерживающем Blu-ray DVD-плеере, который подключен к Интернету по беспроводной сети. Когда начинает темнеть, на крыльце автоматически включается свет – это делает приложение WeMo, которое использует информацию о времени захода солнца в точке моего географического местоположения. Приложение собирает данные ежедневно, поэтому всегда в курсе изменений. Через несколько минут на моем телефоне срабатывает сигнал, который говорит о том, что гараж уже 30 минут открыт. Оказывается, кто-то из детей не закрыл дверь, когда выносил мусор. Я нажимаю кнопку приложения, чтобы гаражная дверь закрылась.

В 23:30 WeMo выключает свет на крыльце. Я забираюсь в кровать и читаю статью в журнале. Мне приходит в голову, что ее стоит сохранить в электронном виде. Я беру телефон, открываю приложение DocScanner, которое позволяет мне импортировать статью в Evernote, так чтобы ее можно было открыть на любом из моих устройств. Я завожу будильник Fitbit на следующее утро, выключаю свет и погружаюсь в сон.

Этот рассказ не выдумка. Это реальное описание моего обычного дня в доме, который вряд ли можно назвать ультрасовременной лабораторией с сетевыми устройствами. Мой роутер сейчас отображает 19 беспроводных устройств (каждый из них со своим IP адресом) – компьютеры, медиаплееры, домашнюю автоматику и прочее. Многие из них работают с помощью мобильных приложений, и все они подключены к Интернету вещей. Как бы там ни было, эти подключенные устройства позволяют много чего не делать вручную и открывают совершенно новые пути доступа к цифровому контенту. Они помогают многое осмысливать по-новому, а также управлять замками, дверями, выключателями и терморегуляторами. Некоторые из них еще и позволяют сэкономить энергию, помогая другим устройствам работать умнее и эффективнее. А третьи устройства обеспечивают безопасность первых и вторых.

Коротко о том, как мы к этому пришли

За последние пару десятилетий в мире произошли глубочайшие изменения, которые легко не заметить. Не так давно (пока не появился Интернет, мобильные устройства и облачные приложения) данные хранились в основном на гигантских ЭВМ, а затем на жестких дисках персональных компьютеров. Большинство этих машин были как одинокие острова в бескрайнем компьютерном океане. Передать данные с одного устройства на другое было непростой задачей. Кроме тех немногих, кому посчастливилось иметь доступ к локальной сети, люди традиционно использовали дискеты.

По сегодняшним меркам процесс передачи данных с одной дискеты на другую был медленным и неудобным. Кроме того, возможности этих носителей были крайне ограниченными. Во-первых, они были громоздкими. Первые диски – целых 8 дюймов в диаметре. Кроме того, на дискетах можно было хранить всего 80 килобайт данных (это приблизительно 40 страниц текста без форматирования). В середине 1970‑х с появлением дискет форматом 5,25 дюйма количество хранимой информации выросло до 110 килобайт, а к 1982 г. – до 1,2 мегабайта. К концу 1980‑х на накопителях размером 3,5 дюйма можно было хранить примерно 2,4 мегабайта. Тогда такое количество информации представляло собой прорыв в области хранения данных, сейчас же, учитывая современные технологии, это совершенно непредставимо.

Физический перенос данных на магнитном носителе представлял собой не меньшую проблему. Диски нужно было отправлять по почте или самостоятельно перевозить, а значит, для передачи сколько-нибудь значительного количества информации в другое место могли потребоваться часы или даже дни. В 1980‑е и даже 1990‑е гг. установка программного обеспечения с 10–20 дискет была обычным делом. Такой процесс мог занять больше часа, и делать на компьютере в это время что-то другое было невозможно. В то время у ПК не было современных многоядерных процессоров и функционала многозадачности. Хотя производители и придумали альтернативные средства для увеличения объема сохраняемых данных, включая некогда популярные zip-архиваторы, прирост тогда был связан в основном с тем, как удобнее управлять данными, а не как эффективнее соединять системы друг с другом.

Начало повсеместного использования компьютерных сетей в 1990‑х все изменило. Кабельные и другие локальные сети дали возможность организациям обмениваться данными внутри компании, а также с партнерами. Однако дороговизна и закрытый характер этих сетей в сочетании с относительно невысокой скоростью передачи данных ограничивали общие темпы использования данной технологии, и ценность их была невелика. Подавляющее большинство людей (и устройств) все еще не имели возможности подключаться к таким сетям.

Во многих случаях удаленные пользователи, чтобы отправить или получить файл, были вынуждены подключаться к нужному компьютеру, используя модем со скоростью 300 бит в секунду. Установка сетевых протоколов и передача данных были чрезвычайно трудной задачей. Чтобы отправить короткий текстовый файл, требовалось несколько минут, а отправка большого файла могла занять все имеющиеся ресурсы системы, в результате чего на компьютере нельзя было работать часами. По современным меркам такая передача данных кажется немыслимой. Это было цифровое подобие попытки Магеллана обогнуть земной шар на деревянном паруснике.

Наконец, в 1995 г. по прошествии многолетних дискуссий Интернет и Всемирная компьютерная сеть были введены в коммерческое обращение. Возникшая на основе пакетных сетей в 1950‑х гг., изначальная Сеть управления перспективных исследований и разработок из весьма скромного проекта 1969 г. превратилась в гораздо более устойчивую сеть с протоколом IP (протокол IP вместе с протоколом управления передачей данных TCP устанавливает виртуальный канал между устройствами или системами). Успешные технические разработки – а также грандиозное повышение производительности компьютеров – привели к тому, что множество негосударственных организаций стали требовать, чтобы Интернет был открытым. После того как правительство США вывело из эксплуатации сеть, которая называлась тогда Сетью Национального научного фонда, началась новая эра. Основа глобальной связи была заложена.

Первые подключения к Интернету осуществлялись в основном с помощью модема (через телефонную линию связи) и браузера Mosaic, который разработал Марк Андриссен (его компания позднее стала называться Netscape). Работа браузера Mosaic была основана на более ранних изобретениях Тима Бернерса-Ли, выпускника Оксфордского университета, впоследствии работавшего в Европейской лаборатории физики частиц. Он изобрел первый веб-браузер, WorldWideWeb (впоследствии переименованный в Nexus), который использовался в 1990 г. на мощном по тем временам компьютере NeXT.

Изобретатели Интернета – включая Роберта Кана и Винтона Серфа – рисовали в воображении мир, в котором сети будут подключаться друг к другу, превращаясь в паутину взаимосвязанных систем.

Поначалу скорость соединения была убийственно низкой. Чтобы загрузить страницы с большим количеством информации, требовались минуты, и пользователи обычно подключались к Интернету, только если входили под своим логином через такие сервисы, как America Online (AOL), CompuServe или EarthLink. За исключением нескольких ведущих университетов, исследовательских центров, крупных компаний и госучреждений, широкополосного подключения тогда еще не было ни у кого (и появилось оно лишь спустя несколько лет). В 2000 г. широкополосное подключение дома было примерно у 3 % населения США. К августу 2013 г. количество таких пользователей выросло до 70 %^{1}. В нескольких странах этот показатель еще выше.

Как во времена промышленной революции мир изменили первые железные дороги, сейчас вдруг оказалось, что появилась основа для проводного и сетевого будущего. Изобретатели Интернета – включая Роберта Кана и Винтона Серфа – рисовали в воображении мир, в котором сети будут подключаться друг к другу, превращаясь в паутину взаимосвязанных систем. Они предвидели появление такого мира, в котором умные машины будут порождать необычайные функциональные возможности, обладая при этом невероятными способностями к трансформации. В 1999 г. в интервью, которое я брал у Серфа для журнала America West (бортового издания не существующей больше авиакомпании), он обозначил свои цели:

Тогда, в 1973 г., главное было придумать, как заставить компьютеры обмениваться информацией. К тому моменту мы уже разрабатывали разнообразные компьютерные сети, работающие независимо друг от друга. Было очевидно, что ценность всех этих систем будет весьма ограниченна, пока они не смогут обмениваться информацией на одном языке. Мы определенно не хотели прийти к тому, как это было в 1910‑х или 1920‑х гг., когда в офисах на столах стояли дюжины телефонных аппаратов. Каждый из них имел в основе своей закрытую систему работы, и, чтобы позвонить кому-то, требовалось знать, какой именно телефон надо использовать. Поэтому мы изобрели протокол, называемый TCP/IP, с помощью которого можно было соединять между собой компьютеры и всевозможные компьютерные сети.

Мы знали, что это мощная технология, и понимали, что у нее есть огромный потенциал. Но в то время мы работали на мастодонтах за миллионы долларов. Такой компьютер заполнял собой все помещение, его не засунешь в портфель и не притащишь домой. Хотя, возможно, еще интереснее была невозможность представить себе, что будет, когда миллионы людей получат доступ к Интернету. Это как изобрести автомобиль и рисовать в воображении дюжину таких машин, не представляя, как 50 или 100 млн копий изобретения повлияют на привычки, взгляды, поведение и действия людей целой страны… да и всего мира.

Конечно, теперь доступ к высокоскоростному Интернету широко распространен в развитых странах. Более того, с появлением мобильных устройств и широкополосной сети мобильной связи через сотовые телефоны возникла целая культура «всегда онлайн, всегда на связи». Нужно отдать должное факту появления в 2008 и 2010 гг. iPhone и iPad, которые изменили ставки в игре и дали зеленый свет Интернету вещей. Хотя некоторые производители уже и выпустили к тому времени смартфоны и КПК, которые можно было подключать к Интернету, эти устройства были медленными и громоздкими, а их функционал был чрезвычайно ограничен. Многие из них всего лишь синхронизировали календари, контакты и основные данные. И большинство из них просто отвратительно справлялись с любыми задачами, кроме голосовых вызовов.

Но основа подключенного мира – и подключенных устройств – была заложена. Сегодня каждое подключенное к Интернету устройство получает свой IP-адрес, а это позволяет ему подключаться к другим устройствам, включая смартфоны, планшеты, игровые приставки, автомобили, холодильники, стиральные машины, системы освещения, дверные замки, системы автоматической оплаты в транспортных средствах и многое другое. В последние несколько лет на основе IP-адреса появилось множество различных систем и платформ. По сути, сегодня IP – это стандартный канал информационного обмена, развлечений, покупок, коммерческих операций и других задач и видов деятельности.

Эта тенденция поддерживается тем, что устройства и системы все чаще становятся цифровыми. Еще лет 20 назад для записи аудио и видео использовалась магнитная лента, фотоаппараты снимали на пленку, пульты дистанционного управления требовалось программировать, а музыка проигрывалась с записей на ленте или на компакт-дисках. Люди обычно распечатывали документы и посылали их друг другу почтой или по факсу. В этом мире, где одновременно использовались и аналоговые, и цифровые устройства, каждая машина выполняла свою особую функцию, и иногда было невозможно передать данные напрямую с одного устройства на другое – для этого нужны были физические действия. А это, безусловно, снижало удобство использования.

Сегодня же любое обычное компьютерное устройство, например планшет или смартфон, обладает разнообразными функциями и свойствами. Благодаря общепринятому языку бинарного кода и межсетевому протоколу IP эти устройства объединяют в себе функции нескольких машин из прошлого, но при этом работа с ними не вызывает никаких затруднений. Команды, функции и шифрование, для выполнения которых раньше требовалась целая армия разработчиков с глубоким знанием языка программирования, теперь выполняются в одно касание или с помощью произнесения нужного слова. В самом деле, от пользователя не требуется практически никаких знаний в области компьютерной техники, чтобы пользоваться ею и выполнять множество задач, кажущихся сложными.

Что в результате? Цифровые технологии рушат одни отрасли, а в других вызывают радикальные изменения. Обычные камеры и магнитная лента, по большому счету, уже не используются, а устройства записи только видео- или только аудиоданных постепенно исчезают. Бумажные карты почти не продаются, стационарные телефоны вымирают, а обычные книги и журналы становятся вчерашним днем. Кроме того, даже редкие и специализированные устройства все чаще подключаются к Интернету. DVD-плееры в потоковом режиме транслируют видео с удаленных серверов, навигационные системы в автомобилях сообщают о загруженности дорог на основе спутниковых и сенсорных данных, а весы в ванной комнате загружают данные в Интернет. Промышленное оборудование, от медицинского до сельскохозяйственного, также передает данные в Интернет, и эти данные распределяются по базам данных, комбинируются с другими и анализируются.

Все цифровые устройства добавляют стоимость продуктам и услугам. Обычный мобильный телефон за $75 вдруг превращается в смартфон за $600 и меняет мир. Согласно данным компании Cisco Systems, которая ввела понятие «индекс Интернета вещей», использование подключенных устройств ежегодно приносит компаниям $613 млрд дополнительного дохода, но это лишь половина того потенциала, что несет в себе Интернет вещей. По оценкам Cisco, этот показатель за десять лет может вырасти до $14,4 трлн.