ИКТ и рыночный потенциал цифровой экономики

Первоначально информацией назывались сведения, передаваемые людьми устным, письменным или другим способом. С середины XX века изменился реальный смысл древнейшего понятия «информация», ибо у людей не принято всякий раз, как они меняют обычаи, менять словарь. Информация — общенаучное понятие, включающее обмен сведениями не только между людьми, но и между человеком и автоматом, автоматом и автоматом; обмен сигналами в животном и растительном мире.
Материальное производство является главным потребителем энергии и интеллектуальной деятельности человека в виде разрабатываемых технологий, создания машин, товаров и оказываемых услуг.
Накопленные природой ресурсы ограничены и становятся все более трудно­доступными. Информационные потоки по своей сути не ограничены, а накопление и использование информации помогают компенсировать сложности, возникаю­щие в области потоков материалов и энергии. Во второй половине 20-го столетия развитие электроники и, прежде всего, микроэлектроники, привело к качественному изменению практически всей мировой экономики на основе новых информационно-коммуникационных технологий. Полупроводниковая электроника и ИКТ обеспечили основу для второй научно-технической революции, главными символами которой являются компьютеры, Интернет, ядерная и космическая техника. Сейчас в мировой экономике началась третья научно-техническая революция на основе развития наноиндустрии через использование нанотехнологий для создания материалов с заданными свойствами, машин, процессов, продуктов и плазменных технологий для возвращения материального потока в начальное, атомарное или молекулярное состояние.
Количество подключенных к Интернету устройств с интернет-возможностями (компьютеры, смартфоны и планшеты) продолжает расти, объем передаваемого трафика в сетях растет, но услуги по его передаче дешевеют.
В условиях снижения темпов роста рынка ИКТ операторы связи, IT-компании и инвесторы ищут пути повышения доходности своего бизнеса. Двигателями такого роста могут стать приложения для интернета вещей (Internet of Things, IoT).
С одной стороны, IoT — это комплекс­ная система, куда входят несколько областей науки и техники: микроэлектроника, компьютерная техника и телекоммуникации. С другой стороны, IoT — это единая сеть физических объектов, способных изменять собственные параметры и параметры внешней среды, собирать различную информацию и передавать ее на другие устройства через Интернет, способствуя оптимизации многих процессов. Интернет вещей называют четвертой научно-технической (промышленной) революцией.
Важность изучения и продвижения этого направления Интернета признали в ряде государств.
Так, к 2030 году в Германии планируется полностью интернизировать промышленность через интеграцию «киберфизических систем» (CPS — Ciber Physical System) в производственные отношения (Индустрия 4.0). С этой целью правительство вкладывает 220 млн. евро. Интересно, что обрабатывающая промышленность, построенная на энергии воды и пара, носит название «Индустрия 1.0», построенная на электроэнергии — «Индустрия 2.0», объединившая промышленность и ИТ-технологии — «Индустрия 3.0», построенная на базе IoT, получила название «Индустрия 4.0».
В 2016 году в США создан Департамент коммерческого IoT, деятельность которого регламентируется актом Developing Innovation and Growing the IoT. Акт предполагает создание рабочей группы, состоящей из лидеров федеральных органов государственной власти.
В этом же 2016 году Ростелеком Российской Федерации сообщил о создании в России ассоциации «Национальный консорциум промышленного интернета».
Необходимость продвижения этого направления Интернета признали и в некоторых других государствах.
Согласно концепции IoT, каждый физический объект («вещь») будет оснащен встроенной технологией, позволяющей ему взаимодействовать с другими объектами. Применительно к производству это может выглядеть так: каждая деталь имеет свою метку (например, радиометку, сделанную по RFID-технологии), содержащую информацию обо всех операциях, которые необходимо с ней произвести.
Систему IoT ожидает бурное развитие и разностороннее внедрение во всех сегментах человеческой жизнедеятельности. Технологии IoT также могут получить широкое применение в корпоративных приложениях (энергетика, транспорт, медицина), если будет решена проблема гарантированной защиты данных.
Для передачи и обмена информацией между IoT и устройствами в качестве транспортной сети чаще всего используются беспроводные технологии (NFC — «коммуникации ближнего поля», Bluetooth, Wi-Fi, Li-Fi, мобильные сети).
Варианты организации сетей передачи связи:

NFC — безопасные платежи;
Bluetooth — датчики состояния здоровья, различные маячки;
Wi-Fi, Li-Fi — термостаты, ТВ-устройства;
Мобильные сети LTE, 5G — счетчики воды, газа, различные датчики расхода.

По классификации IoT-приложений специалисты выделяют две разновидности IoT: промышленный интернет вещей (Industrial Internet of Things, IIoT) и повседневный интернет вещей (Internet of Things, IoT).
Индустриальный (промышленный) интернет вещей (IIoT) — концепция вычислительной сети, объединяющая промышленные производственные системы на уровне технологических процессов, киберфизических машин и интеллектуальных систем управления. Внедрение IIoT способствует увеличению производительности труда на 25%.
Интернет вещей повседневной жизни (Lifestyle IoT — LIoT). Здесь можно выделить следующие группы приложений:
Умный дом  — комплекс технологий, позволяющий самостоятельно настраивать систему безопасности жилья, создавать единую сеть управления бытовой техникой, освещением, водоснабжением и т.п. посредством смартфона.
Умный город  — глобальная информационная и технологическая система, которая способствует улучшению экологической и социальной безопасности города.
Умные вещи  — холодильник, который формирует список покупок и самостоятельно заказывает их в интернет-магазинах.
Умная медицина  — устройства для раннего диагностирования заболеваний и повседневного контроля здоровья организма и мобильные системы для полного анализа организма:

мониторинг младенческой асфиксии, подача сигнала тревоги;
мониторинг глюкозы у диабетиков, путем измерения уровня сахара в крови;
мониторинг сердечной деятельности, подача сигнала тревоги;
контроль дозы вводимых лекарственных препаратов, температуры тела;
активизация кардиостимулятора при внезапной остановке сердца;
управление протезными устройствами для инвалидов.

Умный транспорт  — система интеграции оперативного управления всеми видами транспорта с возможностями реакции на события в режиме реального времени:

автоматическая оптимизация торможения на скользких поверхностях;
устройства устрашения для предот­вращения воровства;
контроль над электронным зажиганием и топливными форсунками;
окна со стеклоподъемником и сидения, помнящие предпочтенные установки для каждого водителя.

Умные носимые устройства  — фитнес-трекеры, умные часы, ювелирные изделия, смарт-очки, гибкие экраны.
Технологии индустриального интернета вещей, как и более общие технологии IoT, в основном предполагают информационное взаимодействие вещей/устройств/машин (М2М) . Для реализации таких коммуникаций нужны специальные протоколы связи, в основном беспроводной, а также соответствующие програм­мные платформы приложений, учитывающих особенности промышленных информационных систем. Все остальные компоненты архитектуры IoT остаются неизменными ( датчики/сенсоры/системы и сети связи ).

Имеющихся нормативных документов (в частности, Рекомендации МСЭ-Т серии Y.2000 и др.) вполне достаточно для внедрения технологии IIoT.
Основная проблема в области коммуникаций IIoT заключается в разработке общих стандартов на протоколы и технологии беспроводной связи с учетом специфики работы технологических линий, промышленных станков, машин, автомобилей и др. И такая работа уже ведется в рамках Исследовательской комиссии МСЭ ИК-20 в сфере стандартизации интернета вещей, а также консорциумом промышленного интернета (II C), созданного в 2014 году.
Таким образом, в настоящее время наблюдается повышенный интерес специалистов самых различных областей знаний к методам и технике проектирования цифровых вычислительных устройств для автоматизации тех или иных процессов

Рис. 1. Встроенная система на основе микроконтроллера 9S12.
При этом все разновидности IoT предполагают широкое применение встроенных микрокомпьютерных систем с интерфейсом, работающим в реальном времени (Embedded microcomputer systems with real time interfacing). Основой для построения встраиваемых систем является микроконтроллер. В настоящее время различные типы микроконтроллеров изготавливают более 200 фирм. Микроконтроллеры выпускают в виде серий. В пределах серии микроконтроллеры подразделяются на несколько семейств. Микроконтроллеры минимальной конфигурации имеют небольшие габариты и предназначены для простых недорогих и миниатюрных электронных устройств управления. Они имеют минимальный набор возможностей и невысокую цену. Микроконтроллеры других семейств, напротив, имеют развитую архитектуру и предназначены для более мощных микропроцессорных систем. В качестве примера на рис. 1 показаны основные компоненты встроенной компьютерной системы на основе микроконтроллера 9S12.
Встроенные системы должны обладать четырьмя характеристиками.
Во-первых, встроенные системы обычно выполняют одну функцию. Например, встроенная система в микроволновой печи может быть реконфигурирована для контроля различных версий работы печи при готовке линейки продуктов. Однако, при этом микроволновая печь всегда остается микроволновой печью и ее невозможно запрограммировать в посудомоечную машину. Каждую встроенную систему делают единственной порты ввода-вывода микроконтроллера и соединенные с ним интерфейсом внешние устройства.
Во-вторых, встроенные системы должны быть компактны.
В-третьих, многие встроенные системы должны работать в реальном масштабе времени.
Четвертой характерной особенностью встроенных систем является малый объем собственной памяти.
В состав микропроцессорной системы помимо микропроцессора в зависимости от ее назначения может входить различное число постоянной и оперативной памяти и периферийных устройств. Периферийные устройства служат для связи с объектами управления (внешние устройства).
Внешними устройствами называются любые устройства (различные датчики и исполнительные органы, а также устройства для преобразования непрерывных сигналов с датчиков в цифровые сигналы и обратного преобразования при выдаче информации на исполнительные органы), которыми управляет, от которых получает или которым передает информацию микроконтроллер.
Для грамотного использования микроконтроллера необходимо иметь представление об электрических и иных характеристиках периферийных устройств.
Основная функция любого процессора заключается в преобразовании данных. Микропроцессор принимает данные и сообщения, подаваемые на его вход, и преобразует эту информацию в выходные данные определенного практического назначения. При этом должна обеспечиваться возможность связи и обмена информацией между ними с необходимой скоростью. Поэтому столь важна функ­ция ввода-вывода информации в сис­тему. Устройства микропроцессорной системы связываются друг с другом при помощи сопряжений, называемых интерфейсами. Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин, сигналов, электронных схем, алгоритмов (протоколов) процедур, обеспечивающих обмен ин­формацией между устройствами системы. Архитектура микрокомпьютерной системы предусматривает возможность подключения к вычислительной системе интерфейсов различных типов. Под интерфейсом в данной статье понимается совокупность устройств, используемых для сопряжения микроконтроллера с удаленными объектами. При создании эффективной и гибкой организации взаимо­действия и обмена информацией между устройствами учитывается, что объединяемые в систему устройства различаются по физическим принципам действия, выполняемым рабочим операциям, используемым командам и приказам, управляющим сигналам (кодам) и форматам данных, скоростям передачи информации и, наконец, их асинхронная работа относительно друг друга и др.
Порты ввода-вывода также предназначены для обмена логической информацией между процессором и периферийными устройствами. Внутренняя схема порта строится таким образом, чтобы максимально упростить подключение внешних устройств к микроконтроллеру. Они могут быть однонаправленными (т.е. осуществлять обмен информацией в одну сторону) или двунаправленными. Помимо работы в качестве обычных портов ввода-вывода, линии портов могут выполнять ряд альтернативных функций.
Основными областями, в которых используют встроенные системы, являются также техника связи, вооружение, управление станками и всевозможная потребительская техника.
Авторы: А. М. Абдуллаев, профессор ТУИТ, Х. К. Арипов, профессор ТУИТ
Batafsil | Подробно | Read more... InfoCOM