Adi Shieber & Yan Vainter, Freescale Semiconductor
הגדרה של האינטרנט של הדברים (IoT) משתנה בהתאם לאדם שאיתו אתה משוחח, והיא כוללת היבטים רבים של החיים – החל מבתים מחוברים וערים מקושרות, רכבים וכבישים (כן, כבישים) מחוברים ועד למכשירים שעוקבים אחר התנהגות של אדם ומשתמשים בנתונים שנאספו לשירותים “בדחיפה”. יש המציינים טריליון מכשירים מחוברים לאינטרנט עד 2025 ומגדירים טלפונים ניידים בתור “העיניים והאוזניים” של האפליקציות המחברות את כל “הדברים” המחוברים האלה. בהתאם להקשר, אחרים מביאים דוגמאות שמתרכזות פחות בטלפונים ומדברים על רמת מכשירים שלא קיימת כיום כאינדיקציה לעתיד לבוא.
עם זאת, כולם חושבים על IoT כמיליארדי חיבורים (מסוג של “רשת עצבית עולמית אוניברסלית” בענן) שיקיפו כל היבט בחיינו. מהדיון הציבורי הזה עולה ש-IoT הופך סוף-סוף לנושא חם במדיה של המיינסטרים. מאמרים רבים שפורסמו לאחרונה מצביעים על IoT כעל אינטראקציה והחלפת נתונים (המוני נתונים) בין מחשבים ואובייקטים, וכעת יש הגדרות מוצרים המשקפות קונספט זהה. לפיכך, מנקודת השקפה טכנולוגית, IoT מוגדר כאינטראקציה ותקשורת של מכשירים חכמים עם מכשירים אחרים, אובייקטים, סביבות ותשתיות, והתוצאה היא יצירת נפחי נתונים, ועיבוד נתונים אלה לפעולות שימושיות שיכולות “לפקד ולשלוט” על דברים ולהפוך את החיים לקלים בהרבה לאנשים.
אומדנים של גודל השוק העתידי של ‘האינטרנט של הדברים’ כוללים היקף רחב, אך רוב המלומדים מסכימים שהוא יגמד כל שוק אחר. בשווקים המפותחים של ימינו, מכשיר הצריכה האולטימטיבי והנפוץ ביותר הוא טלפון נייד. חשבו על ביתכם וספרו את מספר הטלפונים הניידים שיש לכם כעת. לאחר מכן ספרו את מספר החלונות, הדלתות, השקעים החשמליים, הנורות, מכשירי החשמל, מכשירי החימום והמזגנים שיש לכם. תוכלו לראות במהירות מדוע שוק ה-IoT יעקוף את שוק הטלפונים הניידים, לפחות בעולם המערבי.
חיפוש זריז באינטרנט הדגיש את תרחישי השימוש/יישומים לדוגמה הבאים שנשקלים כעת:
תקשורת בין מכונה למכונה (M2M)
תקשורת בין מכונה לתשתית (M2I)
Telehealth: פיקוח מרחוק או פיקוח לעומק בזמן אמת של חולים, אבחנות ומתן תרופות
פיקוח מתמשך של רכבים עם עדכוני קושחה
מעקב נכסים של סחורות בתנועה
ניהול תנועה אוטומטי
אבטחה ובקרה מרחוק
פיקוח ובקרה סביבתיים
אוטומציה של בניינים למגורים ותעשייתיים
יישומים “חכמים”, כולל ערים, מים, חקלאות, בניינים, חשמל, מדי חנייה, פס רחב, רכבים, מכשירי חשמל, תגים, משקי חיות וסביבה, אם למנות כמה מהם
הופכים דברים לחכמים
אם נערוך חיפוש באינטרנט הקשור ל-IoT, נבחין במהרה בשימוש-יתר במונח “חכם”. אם כך, מה זה אומר בעצם שמשהו חכם, ומה הופך אובייקט לחכם? לדוגמה, כיצד מקרר או טוסטר אובן שלא נחשבו לחכמים הופכים ל”מכשיר חשמל חכם”?
כיום אנחנו רואים תהליך אוטומציה של העולם סביבנו. כמעט כל מוצר מוגמר כולל כעת מעבד משובץ (בדרך כלל מיקרובקר) יחד עם ממשקי משתמש שיכולים להוסיף יכולת תכנות ופונקציונליות דטרמיניסטית של “פיקוד ובקרה”. האוטומציה של העולם ומידת ההתפשטות של עיבוד משובץ הם המפתחות להפיכת אובייקטים ל”חכמים”.
לטוסטר הישן שלכם ששלט באופן מכני בגוון הטוסט יש כעת מיקרובקר, והמיקרובקר שולט בגוון הטוסט שלכם. הטוסטר משלים את משימתו באופן אחיד ואמין יותר, ומכיוון שכעת הוא טוסטר “חכם”, יש לו יכולת ליצור אתכם קשר באופן אלקטרוני באמצעות צג המגע או הלחצנים שלו.
לאחר שמכשיר הופך לחכם על ידי אינטגרציה של מעבד משובץ, השלב הלוגי הבא הוא תקשורת מרחוק עם המכשיר החכם כדי להקל על החיים. לדוגמה, אם אדם מתעכב במשרד, האם יוכל להדליק את האורות בבית עקב סיבות אבטחה באמצעות המחשב הנייד או הטלפון הנייד שלו?
יכולת של תקשורת ושליטה ידנית מרחוק מובילות לשלב הבא; כיצד יכול אדם לבצע דברים באופן אוטומטי ועל סמך ההגדרות שלו ובאמצעות עיבוד מתוחכם המבוסס על ענן, כיצד יוכל לגרום לדברים להתרחש ללא ההתערבות שלו? זהו היעד המוחלט של חלק מיישומי IoT. וכדי שאותם יישומים יתחברו לאינטרנט וימנפו אותו כדי להשיג יעד זה, עליהם להפוך תחילה ל”חכמים” (על-ידי שילוב מיקרובקר/מעבד משובץ עם מזהה ייחודי – Unique ID), להתחבר ובסופו של דבר לקבל שליטה. יכולות אלו יוכלו לאחר מכן לאפשר רמת שירותים חדשה שמקלה על חיי המשתמשים בשירותים אלה.
לגבי הרשת, עיבוד מתוחכם המבוסס על ענן מצריך דור חדש של מעבדי תקשורת שיוכלו לעקוב אחר כל המכשירים המחוברים האלה, לתקשר איתם ולתרגם את הפונקציונליות שלהם לשירותים שימושיים והכל עם שיפור שאינו לינארי בביצועים וביעילות שלהם. האתגר יהיה לבנות רשתות מאובטחות שיוכלו לעמוד בקצב הדרישה, תוך הפחתה בו-זמנית של צריכת החשמל ועלויות הציוד. כל זה ידרוש חדשנות מסוגים שונים, שהיא הרבה מעבר לשיפור שחוק מור יכול לספק.
קטגוריות של יישומים
נבדוק כעת כמה מהקטגוריות של יישומים הקשורים ל-IoT. אף שיש למעשה מאות יישומים שנשקלים ומזוהים על ידי תעשיות שונות, ניתן לסווג אותם בדרך פשוטה ולוגית.
קטגוריה ראשונה:
קטגוריה אחת מורכבת מהרעיון של מיליוני מכשירים הטרוגניים עם “מודעות” וקישוריות שיש להם מזהים ייחודיים (Unique ID) המקיימים אינטראקציה עם מכשירים/אובייקטים, תשתיות והסביבה הפיזית. בקטגוריה זו התפקיד של IoT הוא בעיקר מעקב, פיקוד, שליטה וניתוב (TCC&R) מרחוק. כמו בכל ההיבטים של ‘אינטרנט של הדברים’, בטיחות ואבטחה הן הראשונות במעלה. יישומים אלה אינם נוגעים לכריית נתונים מהתנהגויות של אנשים (בסגנון “האח הגדול צופה בך”) אלא הם מרחיבים את האוטומציה של תקשורת בין מחשב למחשב (M2M), בין מחשב לתשתית (M2I) ובין מחשב לטבע (M2N) שיכולה לעזור ולפשט את החיים של אנשים.
קטגוריה שנייה:
הקטגוריה השנייה נוגעת למינוף הנתונים שנאספים על ידי נקודות הקצה (מכשירים חכמים עם יכולת חישה וקישוריות) וכריית נתונים של מגמות והתנהגויות שיכולים ליצור מידע שיווקי שימושי ליצירת מסחר נוסף.
חברות של כרטיסי אשראי ומועדוני חברים של קניות כבר עוקבים אחר התנהגות של אנשים ומשתמשים בה, במידה מסוימת כדי להציע הצעות שעשויות לקדם מכירות נוספות. השאלה כעת היא עד כמה כריית נתונים זו תתקדם? תרחישי שימוש יכולים לכלול מעקב של חנות אחר המעברים שבהם ביקרתם בתוך החנות, היכן ביליתם את רוב זמנכם במעברים אלה ואף סוג הפריטים שנטלתם ובדקתם. תרחיש זה אפשרי בקלות באמצעות יכולת GPS של טלפון נייד, RFID ותגיות חכמות בחנויות ותגיות אלחוטיות. התוצאה יכולה להיות פשוטה, כמו שליחת הצעות בדוא”ל או שירותי “דחיפה” בנקודת המכירה. או שהיא יכולה להתקדם יותר, כאשר חברת ביטוח הרכב עוקבת אחר הרגלי הנהיגה שלכם והמקומות שאליהם אתם נוסעים כדי להקצות גורמי סיכון שיעזרו לקבוע את הפרמיה החודשית, לדוגמה. אפשר לראות כיצד קטגוריה זו יכולה להפוך למדרון חלקלק וכיצד IoT יכול לאפשר איסוף נתונים בכל היבט של החיים היומיומיים ולהקצות “קטגוריה” לאדם, עם תוצאות נעימות יותר או פחות.
כאשר אחרים הופכים למודעים להקשר המשויך לישות, אדם או קבוצה (לפיכך ידיעת זהות, מיקום, פעילות וזמן), באיזו מידה ניתן להשתמש בנתונים אלה, ובאיזו מידה הישות, האדם או הקבוצה מחליטים לגבי אופן השימוש בנתונים? קטגוריה שנייה זו, במיוחד, מדרבנת דיונים על פרטיות, אבטחה, שלטון ואחריות חברתית שנלווים לעולם מחובר כזה, עם “מודעות עצמית”.
מאמר זה מתרכז בקטגוריה הראשונה – באופן ספציפי, בטכנולוגיות ובמכשירים הנדרשים כדי לאפשר את תהליכי TCC&R עבור IoT.
תרחישי שימוש של ‘אינטרנט של הדברים’
כאשר מכשירים יכולים לחוש ולתקשר דרך האינטרנט, הם יכולים להגיע מעבר לעיבוד מקומי כדי לגשת למחשבי-על מרוחקים ולנצל את היתרונות שלהם. כך מתאפשר למכשיר להפעיל ניתוח מתוחכם יותר, לקבל החלטות מורכבות יותר ולהגיב לצרכים מקומיים במהירות, בדרך כלל מבלי שיהיה צורך בהתערבות אנושית.
נביט כעת בתרחישי השימוש הנפוצים ביותר של ה’אינטרנט של הדברים’.
מעקב/פיקוח מעמיק מרחוק ובנוסף (במידת הצורך) פיקוד, שליטה וניתוב (TCC&R):
מתייחס למעקב/פיקוח מרחוק, ובמידת הצורך, פונקציות של פיקוד, שליטה וניתוב למשימות ותהליכים שמתבצעות כיום באופן ידני או, אם הן מתבצעות מרחוק, דורשות תשתית נוספת. לדוגמה, ברוב הבתים היום קיים תהליך ידני לכיבוי גופי תאורה מסוימים, קביעת אזורי טמפרטורה והפעלה וכיבוי של מכונת כביסה. בעתיד, דלתות, חלונות, שקעים חשמליים, מכשירי חשמל וסוגים רבים אחרים של ציוד עצמאי יהפכו ל”חכמים” עם מזהה ייחודי. ניתן יהיה לחבר מכשירים חכמים אלה באמצעות תקשורת חוטית או אלחוטית שתאפשר למשתמש לפקח על ביתו מרחוק, לשנות הגדרות במקרר או במכונת הכביסה ולשלוט במשימות משק הבית באמצעות מחשב נייד או טלפון נייד. למעשה, מוצעים כיום מספר שירותים על ידי ספקי אבטחה או שירות אינטרנט שעושים בדיוק את זה, אך בהיקף קטן בהרבה ועם הרבה פחות יכולות מאלה שאנחנו מצפים לראות בעתיד.
מעקב נכסים:
הרחבה של שירותים מסוג זה היא מעקב נכסים, שמתבצעת היום באמצעות ברקוד ומגוון פעולות ידניות, אך בעתיד תמנף תגיות חכמות, תקשורת טווח אפס (NFC) ו-RFID כדי לעקוב באופן גלובלי אחר אובייקטים מכל הסוגים באופן אינטראקטיבי. המונח תיוג-גיאוגרפי (geo-tagged) משמש כעת מספר חברות כדי להתייחס ליישומים ברמה זו. בתרחיש עתידי, משתמש יוכל להשתמש באתרי מפות אינטרנטיים כדי לעקוב אחר כל דבר באמצעות תג RFID. בנוסף, המקרר יוכל לעקוב אחר המצרכים עם תגים חכמים ולהודיע לאפליקציה בטלפון הנייד כמה יש ממוצר מסוים. אם לשקיות הירקות הקפואים יכולה להיות תגית חכמה, גם אובייקטים אחרים כגון מכוניות, תכשיטים ותיקי-יד יקרי-ערך יכולים לכלול אותה, וניתן יהיה לעקוב אחריהם דרך האינטרנט וגם לנצל את היתרונות של מגוון אפליקציות זמינות המבוססות על האינטרנט.
מספר שירותים הקשורים ל-Telehealth משתייכים גם הם לקטגוריה זו.
בקרה ואופטימיזציה של תהליכים:
זהו מצב שבו רמות שונות של חיישנים (עם או בלי יכולות הפעלה) משמשות לפיקוח וכדי לספק נתונים כדי שניתן יהיה לשלוט בתהליך מרחוק. הוא יכול להיות פשוט כמו שימוש במצלמות (נקודות החישה בדוגמה זו) ועד למיקום ארגזים בגדלים שונים על מסוע כדי שמכונת מדבקות תוכל להדביק את המדבקות עליהם כראוי. ניתן לבצע משימה זו בזמן אמת על ידי שליחת הנתונים למחשב מרוחק, ניתוחם והחזרת “פקודה” לקו כדי שפעולות “שליטה” שונות יוכלו להתבצע לצורך שיפור התהליך ללא כל התערבות אנושית.
הקצאה ואופטימיזציה של משאבים: שוק האנרגיה החכמה מהווה דוגמה אידיאלית לתרחיש שימוש זה. במונח אנרגיה חכמה נעשה שימוש בדרכים רבות, אך הוא מתייחס באופן בסיסי לגישה למידע על צריכת אנרגיה ותגובה למידע כדי למטב את הקצאת המשאבים (שימוש באנרגיה). במקרה של משק בית, לדוגמה, לאחר שהדיירים יודעים שהם משתמשים במכונת הכביסה בשעות השיא כאשר העומס על רשת החשמל הוא הרב ביותר ועלות החשמל היא בשיאה, הם יכולים להתאים את התנהגותם ולכבס בשעות שאינן שעות שיא וכך לחסוך כסף ולעזור לחברת החשמל להתמודד עם הדרישות בשעות העומס.
אוטומציה ואופטימיזציית החלטות עם מודעות להקשר:
קטגוריה זו היא המרתקת ביותר, כיוון שהיא מתייחסת לפיקוח על פקטורים שאינם ידועים (סביבתיים, אינטראקציה בין מחשבים ותשתיות וכדומה) ומחשבים המקבלים החלטות שהן “אנושיות” ככל האפשר, אך טובות יותר!
קיים מגוון עצום של טכנולוגיות חדשות הזמינות כיום ושנמצאות בפיתוח שיכולות לאפשר לכלי-רכב לתקשר זה עם זה וגם עם יחידת בקרה מרכזית. כלי-רכב חכמים אלה יוכלו גם לחוש בכביש, ברמזורים ובסמנים בנתיב ולהשתמש ב-GPS ובערוץ תקשורת כדי להימנע מתנועה ממול, להימנע מתאונות מעבר לסיבוב או בשילוב עם יחידת הבקרה המרכזית, להימנע ממעבר על גשר רעוע שעומד על סף קריסה.
פיקוח מרחוק על חולים הוא דוגמה נוספת שרלוונטית לתרחיש זה. למשל, דמיינו נקודת חישה הניתנת להשתלה שעוקבת אחר מדדים ביומטריים ושולחת אות בנוגע לקריאה חריגה אצל חולה מבוגר. אם החולה לא מגיב על ידי נטילת תרופה, נקודת החישה יכולה לבצע שיחת חירום לאיש קשר מתוך רשימה ואם אין תשובה, להתקשר לאיש קשר נוסף מאותה רשימה ולסיום, אם אין תשובה, להתקשר למרפאה מטפלת או לספק סיוע חירום אחר במהירות. דוגמה נוספת היא פיקוח מתמשך על מחלות כרוניות כדי לעזור לרופאים לקבוע מהם הטיפולים הטובים ביותר תוך התערבות אנושית מינימלית.
דרישות המשותפות לכל תרחישי השימוש שלעיל:
1) יכולת חישה ואיסוף נתונים (נקודות חישה)
2) שכבות של יכולת עיבוד מקומית (נקודות מקומיות בעלות יכולות עיבוד)
3) יכולת תקשורת חוטית/אלחוטית (נקודות קישוריות)
4) תוכנה לאוטומציה של משימות ואפשור רמות חדשות של שירותים
5) יכולת עיבוד מרחוק המבוססת על רשת/ענן (נקודות עיבוד מרוחקות)
6) אבטחה מלאה לכל אורך נתיב האות
בדוגמה של אוטומציה במפעל (הוספת מדבקות לארגזים), מצלמה מאתרת מידע באמצעות חיישן CCD (נקודת חישה). הנתונים שנאספו מועברים למעבד/בקר משובץ (נקודת עיבוד מקומית) באמצעות טכנולוגיית תקשורת חוטית/אלחוטית (נקודת קישוריות). החלטה מתקבלת על ידי שרת מרוחק (נקודת עיבוד מרוחקת) ומועברת (נקודת קישוריות), מה שגורם להתרחשות של פעולה מכנית שמתקנת את המצב.
דוגמאות לאוטומציה ואופטימיזציית החלטות עם מודעות להקשר יכולות להיות רכב חכם המשתמש במערכת רדאר הבטיחות הפעיל (נקודת חישה) בשילוב עם מצלמות לעיבוד תמונה (נקודות חישה) שמתקשרים עם מעבד משובץ (נקודת עיבוד מקומית) בקונסולה המרכזית של הרכב כדי לקבל החלטה הולמת בנוגע לסכנה מתקרבת מקדימה. או שרכב יכול למנף את ה-GPS המובנה ויכולת התקשורת האלחוטית של רשת אזורית (WAN – wide area network) (נקודת קישוריות) כדי להעביר מידע לשרת עיבוד מרכזי ברשת/בענן (נקודת עיבוד מרוחקת) שיכול לאחר מכן לגרום לרכב להיות מודע למידע שהוא קיבל מהחיישנים בגשר (נקודת חישה) שמוצף במי שטפון ומאבד את שלמותו המבנית ולהנחות את הרכב לנתיב אחר כדי להימנע מסכנה.
אבני הבניין של IoT
1. נקודות חישה:
הסוגים של נקודות חישה הדרושים ל’אינטרנט של הדברים’ משתנים מאוד, ותלויים ביישומים המעורבים. נקודות חישה יכולות לכלול מערכת מצלמות לניטור באמצעות תמונות, מדי זרימה של מים או גז המיועדים לאנרגיה חכמה, תמונות מרדאר כאשר יש צורך בבטיחות פעילה, קוראי RFID החשים בנוכחות של אובייקט או אדם, דלתות ומנעולים עם מעגלי פתיחה/סגירה שמראים חדירה לבניין או מדחום פשוט המודד את הטמפרטורה. השורה התחתונה היא שיכולים להיות סוגים רבים ושונים של נקודות חישה, בהתאם ליישומים.
נקודות אלה נושאות כולן מזהה ייחודי וניתן לשלוט בהן בנפרד באמצעות טופולוגיה של פיקוד ובקרה מרחוק. קיימים כיום תרחישי שימוש שבהם טלפון חכם עם RFID ו/או NFC ופונקציונליות GPS יכול לגשת ל”דברים” נפרדים המופעלים באמצעות RFID/NFC בבניין, לתקשר איתם ולרשום את המיקומים הפיזיים שלהם ברשת. לכן ל-RFID ול-NFC יהיה מקום ברישום מרחוק ובסופו של דבר, בפיקוד ובבקרה של IoT.
2. שכבות של נקודות עיבוד מקומיות:
עיבוד משובץ נמצא בליבו של IoT
יכולת עיבוד מקומי מסופקת לרוב על ידי מיקרובקרים, מיקרו-מעבדים או התקני מיקרובקרים משולבים, שיכולים לספק עיבוד “בזמן אמת”, המהווה דרישה עיקרית של רוב יישומי IoT. תרחישי השימוש משתנים במידה משמעותית, וטיפול מלא של פונקציית עיבוד בזמן אמת דורש אסטרטגיה מדרגית (שימוש במשפחת התקנים בעלי מדרוג – scalability) כיוון שנגזרת אחת לא תתאים לכולם.
בדוגמה של אוטומציה ביתית, בהתאם לגודל או לסוג של המגורים, הדרישות יכולות להשתנות מרשת פשוטה למבנה מורכב יותר עם רשתות-משנה היררכיות מקננות הנשלטות ברמות שונות. לדוגמה, בבית עם משפחה יחידה, לכל החלונות, הדלתות, השקעים החשמליים ו/או הציוד החשמלי והתרמוסטטים יכולים להיות בקרים משובצים פשוטים שמתקשרים עם התקן מיקרובקר/מיקרו-מעבד ראשי לצורך פיקוד ושליטה בבית כולו. התקן ראשי זה, בתורו, יכול לתקשר דרך האינטרנט עם מגוון “לקוחות”, החלק מספק אבטחה וספקי שירותים אחרים ועד לפורטלים שיכולים להעניק לבעל הבית גישה לשליטה מרחוק בכל “הדברים” המחוברים האלה. בבניין עם דירות, ניתן להרחיב רעיון זה עם היררכיית רשת מורכבת ומרובדת עוד יותר שכוללת פיקוד ושליטה ברמת הדירה, כמו גם פיקוד ושליטה ברמת הקומה וברמת הבניין.
יש מספר דרישות שבזכותם מיקרובקר הוא אידיאלי לשימוש ב’אינטרנט של הדברים’.
יעילות בצריכת אנרגיה
בראש ובראשונה, המיקרובקר צריך להיות יעיל מבחינת צריכת אנרגיה. במקרים רבים נקודות החישה הם נקודות לוויין
המופעלות באמצעות סוללות, כך שמפרט של צריכת הספק נמוכה הוא דרישה בסיסית. לדוגמה, מיקרובקר בתרמוסטט המופעל על ידי סוללה שמתעורר פעם בכל כמה דקות כדי לבדוק את הטמפרטורה ולהתאים את מיזוג האוויר על סמך הממצאים שלו נדרש לצרוך אנרגיה מועטה ככל האפשר כדי למזער את החלפת הסוללות. למתכנני מעגל משולב (IC) יש דרכים רבות להפחית את צריכת ההספק, לרבות טכנולוגיה של תהליך בדליפה נמוכה, טכנולוגיות זיכרון בלתי נדיף/זיכרון Flash הטוב מסוגו עם צריכת הספק נמוכה וחידושים ארכיטקטוניים. בנקודות המופעלות על ידי סוללות כל הטכניקות האלה נדרשות כדי להשיג את צריכת ההספק הנמוכה ביותר האפשרית.
ארכיטקטורה משובצת עם מערכת תוכנה צד שלישי רחבה
המגוון הרחב של יישומי IoT פוטנציאליים צריך סביבת פיתוח תוכנה שמחברת בין היישומים, עיבוד הפיקוד, השליטה והניתוב והאבטחה של הצומת ושל המערכת. אף שחשיבות התוכנה בפתרונות מיקרובקר גברה בשנים האחרונות, במיקרובקרים התומכים ב-IoT יהיה צורך בתוכנות, כלים והפעלות רבות עוד יותר. למערכת תכנה צד שלישי רחבה עם תמיכה נגישה בקלות יש חשיבות רבה בפיתוח נקודות עיבוד מקומיות ויישומי IoT.
המגוון בפורטפוליו המאפשר מדרגיות של תוכנה היכולת לעשות שימוש חוזר בתוכנות ולמנף השקעה בתוכנות קיימות היא גורם הצלחה חשוב לחברות המפתחות יישומי IoT. שימוש חוזר בתוכנה מאפשרת פריסה מהירה של ארכיטקטורות עם שכבות מרובות (שבהם המעבד המשובץ מקבל משימות בשכבות שונות וברמות שונות של פונקציות מעקב, פיקוד, שליטה וניתוב).
המגוון בפורטפוליו המאפשר באופן חסכוני רמות ביצועים שונות ושילוב מהימן של ממשקי קלט/פלט
השונות של הדברים שיהיו בשליטה בתוך IoT, ביחד עם תרחישי שימוש שונים, מספר הדברים ברשת המיקרו, רמות השירות השונות הנדרשות והממשקים השונים בסביבה הטרוגנית יובילו לצורך ברבדי התקנים שונים, עם שונות בקלט/פלט הנדרש ליישומים השונים. גישה של “מידה אחת מתאימה לכולם” לא תהיה מיטבית מבחינת עלות או ביצועים כדי למלא את הצרכים של שוק זה.
בכל שוק אחר, אימוץ מסיבי לא יתרחש עד להגעה לנקודת מחיר מסוימת עבור הפתרונות. כמו בכל המערכות האחרות, העלות הכוללת היא סכום כל החלקים של המערכת יחד עם עלות השירות הנדרש למערכת. עלות המערכת הכוללת חייבת להיות סבירה כדי ששינוי משמעותי ישתרש בחיי היומיום, כך שעלות המוצר היא גורם רלוונטי ביותר.
איכות ומהימנות
שלא כמו בטלפון הנייד, במחשב הנייד או במכשיר אלקטרוני אחר שניתן להחליף כל שנתיים, האורך של מחזורי חיים של מוצרים בשוק התעשייתי הוא 10-15 שנים לפחות. גם בתוך הבית, מכשירים מסוימים כגון תרמוסטטים לא מוחלפים בתדירות גבוהה. כאשר מוסיפים לתערובת את שוק כלי-הרכב, יש לתמוך בדרישות מהימנות מחמירות יותר ותנאים סביבתיים קשים יותר. לכן דרישות של איכות, מהימנות ואורך חיים בשווקים אלה הן חיוניות להצלחת השינוי שמביא איתו ה-IoT.
אף שהעברת החלק הארי של עיבוד וניתוח נתונים בכמויות גדולות למחשבי-על מרוחקים בענן הרשת זמינה כעת ומאפשרת לנקודות מקומיות “לחיות זמן רב יותר” (לא להפוך למיושנים במהירות), עדיין יש איזון בין כמות העיבוד המקומי לעומת כמות העיבוד המרוחק שיהיה צורך בהם. הדבר חשוב במיוחד ליישומים קריטיים מבחינת זמן שמעדיפים עיבוד מקומי.
אבטחה
בנקודת עיבוד מקומית ברובד הפיזי, יש מגוון מנועים קריפטוגרפים ומאיצי אבטחה שיתמכו בהצפנת נתונים (למשל DES, AES וכו’) ובאימות (למשל SHA וכו’). רבדים נוספים של תוכנות אבטחה, כמו גם שיטות עבודה מומלצות הקשורות לשגרות אתחול, הם בין מגוון גישות האבטחה הזמינות.
3. יכולת תקשורת חוטית ואלחוטית: התפקיד של נקודת התקשורת הוא להעביר מידע שנאסף על ידי נקודות החישה ומעובד על ידי נקודות העיבוד המקומיות ליעדים שזוהו על ידי נקודות העיבוד המקומיות. לאחר שהנתונים מעובדים מרחוק ופקודות חדשות נוצרות, נקודת התקשורת מחזירה את הפקודות החדשות לנקודות העיבוד המקומיות כדי לבצע משימה.
לפעמים זוהי פעולה פשוטה כמו השארת דלת מקרר פתוחה המבוססת על שימוש בחשמל, ולאחר ניתוח הנתונים הדלת נסגרת באופן אוטומטי על ידי מנגנון מכני או יצירת אזהרה עבור “אפליקציית האוטומציה הביתית” של בעל הבית. לחלופין, זו יכולה להיות פעולה מתוחכמת כמו תקשורת לרכב אוטונומי (מכונית ללא נהג) כדי למנוע תאונה.
תרחישי השימוש יכולים להשתנות באופן קיצוני, אך המשותף לערוצי תקשורת אלה של פיקוד ושליטה הוא שהם בדרך כלל צריכים לשאת נתונים בנפח קילו-בתים ספורים לכל צומת נתון, אלא אם יש עיבוד תמונה או נתוני וידאו בפס רחב.
סביר להניח ששוק ה-IoT לא יראה נפחים גדולים במשך 10-12 שנים נוספות, ובו-זמנית, טכנולוגיות התקשורת יכולות להיות שונות לגמרי מאלה הנשקלות כיום, או שגרסאות חדשות של תקנים קיימים יצוצו. טכנולוגיות Wi-Fi כבור פועלות ב-802.11ah ( ברצועות ISM מתחת ל-1 ג’יגה-הרץ) כדי להתאים אותו לרשתות אד הוק שאינן תלויות בתשתיות ולבקרה לטווח ארוך ברשתות חיישנים. לחלופין, ייתכן שיהיו טכנולוגיות חדשות לגמרי שמתאימות יותר להיבטים מסוימים של תקשורת IoT שידחקו את התקנים הקיימים של IoT. לדוגמה, ייתכן שמפעילים יחליטו שהספקטרום יקר-הערך שלהם הוא יקר מדי לשימוש בשירותי פיקוד ושליטה מבוססי WAN ושהם צריכים במקום זאת להשתמש בטכנולוגיה שונה.
דבר אחד לגבי צרכי הקישוריות של שוק IoT העתידי ברור – הוא מגוון, גדול ומודע לעלות כל כך עד שיהיה צורך בטווח טכנולוגיות שונות (ועשוי לכלול את WAN, LAN, WPAN, WBAN וכו’) ומידה אחת לא מתאימה לכולם.
הדרישות לפונקציות של תקשורת הן כמעט זהות כמו אלה של נקודות עיבוד מקומיות:
יעילות של העלות
צריכת הספק נמוכה
איכות ומהימנות
אבטחה
4. תוכנות שיהפכו משימות לאוטומטיות: האפשרות לגרום לכל הפלחים של IoT לתקשר ולעבוד יחד היא חיונית להצלחת פריסת הטכנולוגיה, ופירוש הדבר פריסת תוכנות רבות (ותוכנות ביניים) שיאפשרו למכשירים הטרוגניים שונים לדבר זה עם זה ועם התשתית סביבם.
לדוגמה, ביישום של מכשיר מדידה חכם, קצה קדמי אנלוגי (AFE) קורא את המד והמיקרובקר מנהל את מכשיר המדידה כדי לפרש ולדחוף את הנתונים דרך צינור התקשורת, שיהיה בקשר עם הבית. אף שלרוב המפתחים יש חזון ברור של ארכיטקטורת התוכנה מנקודת ההשקפה של מכשיר, צינור תקשורת ופרופיל היישום, יש להתחשב גם במארג ברמת השירות של יישום נתון.
בתצורה זו, נקודת החישה (כאן זהו AFE) משתמש בנקודת עיבוד מקומית (מיקרובקר) כדי לתרגם ולשדר את הנתונים דרך פונקציות התקשורת לנקודת עיבוד מקומית בבית. יש צורך בהרבה תוכנות ביניים כדי לאפשר לאינטראקציה זו להתרחש באופן אמין, כאשר השירותים מסופקים בצורה חלקה.
5. נקודות עיבוד מרוחקות (גישה למחשוב ענן):
מכיוון שעדיין אין שיטות עבודה מומלצות בתעשייה כולה לגבי IoT שהוסכמו ונפרסו, ספקי רכיבים רבים ניגשים לחיבור בין מכשירים והענן כחיבור לענן הנישה שלהם. חברות מסוימות מקדמות את הרעיון שכל המכשירים יהיו “נקודות טיפשות”, כאשר כל העיבוד וקבלת ההחלטות יתבצעו ב”ענן שלהן”. לחלופין, יש המאמינים שרק גישה מינימלית לענן לצורך שירותים בסיסיים מבוססי-אינטרנט תידרש, כאשר רוב “החשיבה” תתבצע באופן מקומי. הארכיטקטורה ואבני הבניין של IoT כפי שהם מתוארים במאמר זה מאפשרים מספר גישות שונות, וסביר להניח שיהיה צורך בהן עקב המגוון העצום של תרחישי שימוש צפויים ותצורות צפויות. גמישות זו תידרש כדי למטב את הביצועים ברמת המערכת.
אם כן, מדוע התוכנה מקבלת תשומת לב רבה כל כך? תוכנות מאפשרות את השירותים השונים ש-IoT יספק. שירותים הם האמצעי שבאמצעותו IoT יטפל בצרכים מסוימים. צרכים אלה יכולים להתקיים היום, או שייתכן שהם דברים שאנחנו עדיין לא מבינים שאנחנו צריכים, אך ביום מן הימים נתהה מדוע לא היה לנו אותם בעבר. אנשים רבים שוכחים שעד לפני 20 שנים רובנו חיינו ללא טלפונים ניידים ולא ראינו כל צורך בהם, אך כיום הם הגאדג’ט הנפוץ ביותר בבעלותם של אנשים בעולם המערבי. בהתאם לרעיונות אלה, שירותי IoT מסוימים יטפלו בצרכים שקל לזהות היום (למשל מעקב נכסים, אנרגיה חכמה וכו’), אך אחרים עדיין לא הוגדרו.
6. אבטחה מלאה לאורך כל נתיב האות: אנשים מסוימים כוללים נושא זה בחלק התוכנה של IoT, אך מגיעה לו תשומת-לב של קטגוריה נפרדת. ללא מנגנון אבטחה יציב לכל אבני הבניין של IoT שהוזכרו לעיל, IoT לא יטמע כפי שצופים לו בעתיד.
כאשר אנחנו מדברים על אבטחה, אנחנו בעצם מתכוונים לאבטחת מידע – המידע שעובר בין החלקים השונים של המערכת ושהוא תלוי בהקשר ובשירותים. לדוגמה, ידיעת המיקום של אדם יכולה להיחשב כדבר טוב אם האדם הלך לאיבוד. עם זאת, אם אדם זה מרגיש שהפרטיות שלו נפגעה, ידיעת מידע על המיקום שלו תיחשב לדבר רע.
זו הכוונה שלנו כאשר אנחנו מדברים על מידע מאובטח:
מידע צריך להיות זמין כאשר הוא נדרש
זוהי רמת האבטחה הבסיסית ביותר. אם המידע בנוגע לפורץ החודר לביתכם נשלח לתחנת המשטרה ביום למחרת, מידע זה איבד מערכו. ההבטחה שהשירותים והתשתיות הבסיסיות שלהם יוכלו לעבד, לאחסן ולמסור את הנתונים במועד ובמקום שבהם הם נדרשים היא ההיבט הראשון של מערכת מאובטחת. במקרים מסוימים, צרכים של תשתיות חלופיות נדרשים כדי להבטיח זאת.
המידע חייב להיות סודי
לפיכך, הבעלים של המידע קובע מי הם האנשים, הקבוצות או הארגונים המורשים לגשת אליו. שמירה על המידע שהושג על ידי שירותי IoT היא קריטית, או ששירותים אלה יאבדו את אמון המשתמשים. יש להקים מנגנונים כדי להבטיח את סודיות המידע המועבר. זהו איזון שלא קל להשיג, אך יש מגוון עצום של שירותים הקשורים ל-IoT שתוכננו למנף כריית נתונים וליצור שירותי דחיפה. המנגנון של “ביטול הצטרפות” עבור שירותים כאלה כפוף לשליטה של IoT.
יש להבטיח את שלמות הנתונים
הבטחה שהמידע מדויק, אותנטי ושלם היא חיונית. אם לא ניתן לבטוח במידע ולסמוך עליו, לא ניתן להשתמש בו למטרות שלהן הוא נועד, ופרדיגמת השירות כולה מסביב לנתונים אלה תקרוס.
אבטחת המערכת נמדדת בהתאם לאיום האחרון עליה שהיא הצליחה להדוף, וברגע שהיא נפרצת, יש ליישם דרכים חדשות כדי להפוך אותה למאובטחת שוב. אם פריצה שאירעה לאחרונה של פרטי כרטיסי אשראי ומידע אישי מחנויות מכובדות באינטרנט מהווה אינדיקציה כלשהי לאתגרים שאיתם מתמודדים שירותי IoT, תשתית אבטחת האינטרנט הקיימת היום אינה מספיקה כדי לנהל שירותי IoT.
אבטחה ברמת המכשיר: ישנם סוגים שונים (מיקרובקר, מיקרו-מעבד, מיקרובקרים משולבים וכו’) ושכבות שונות של עיבוד משובץ בצמתים שונים של IoT, וכדי שמכשיר כלשהו ייחשב לחכם כדי שניתן יהיה לחבר אותו לאינטרנט, עליו לכלול מעבד משובץ. מעבדים משובצים יהיו נפוצים ב-IoT, והם חייבים להיות מאוד מאובטחים.
עבודה בעבר על מודמים של טלפונים ניידים לימדה אותנו כמה קל היה לפרוץ לטלפון במהלך תהליך האתחול. מיקרובקרים פגיעים במידה דומה במהלך תהליך האתחול שלהם, כאשר התוכנה נטענת מזיכרון הניתן לתכנות. במהלך תהליך זה, האקרים מומחים יכולים לפרוץ את השגרה ולפרוץ את המערכת בדרכים שונות. טכנולוגיות חדשות רבות נפרסות כדי לטפל בבעיות האבטחה הקשורות למתקפות פסיביות (למשל glitching) ומתקפות פולשניות (למשל מתקפות UV) אך סביר להניח שיש צורך ביותר.
הכוונה של IoT היא להציב מכשירים חכמים על מעין רשת עצבית אוניברסלית ולשלוט בהם מרחוק. מכאן שכל אחד מאובייקטים מזהים אלה (מיליארדים מהם) יכולים להכניס איום למערכת הכוללת. עם פוטנציאל כזה לאסון, הם יש שיטות עבודה מומלצות שמהנדסים יכולים ללמוד כדי לשפר את האבטחה של מיקרובקרים במערכת IoT?
עכשיו כבר צריך להיות ברור שרשתות בעתיד יחברו הרבה יותר אובייקטים, מחשבים ותשתיות לרשת עצבית עולמית של שירותים המבוססים על ענן מאשר אנשים. צונאמי של נתונים ושירותים ישפיע על הדרך שבה אנו חיים, הרבה מעבר לשינויים שהורגשו כאשר האינטרנט הופיע לראשונה ושינה את הדרך שבה אנשים עובדים ברשת ומתקשרים זה עם זה. בליבו של IoT יש רבדים של עיבוד משובץ, מנקודת החישה הלוויינית המרוחקת ביותר ועד לליבה של הרשת. שונות השירותים המתוכננים עבור IoT פירושה שאף חברה לא יכולה לפתח פתרונות מלאים וחידושים נתמכים מבוססי IoT. חידושים המבוססים על IoT יצריכו מערכת תכנה צד שלישי רחבה ועשירה יותר של חברות שותפות העובדות יחד כדי להביא שירותים המבוססים על IoT לשוק. פלטפורמה פתוחה (לא קניינית) שמאפשרת לכל השותפים העובדים יחד להשתמש באותן טכנולוגיות בסיסיות היא המפתח להצלחת ה-IoT.
מתי יהפוך ה-IoT למציאות?
ההתפשטות של עיבוד משובץ כבר מתרחשת בכל מקום סביבנו. בבית, מכשירים רגילים כמו הטוסטר מגיעים כעת עם מיקרובקר מוטבע שלא רק מגדיר את מידת הצבע הכהה של הטוסט בהתאם לטעמכם, אלא גם מוסיף בטיחות פונקציונלית למכשיר. המקרר מתחיל לדבר איתכם ולעקוב אחר מה שאתם שמים בו. יש מערכות מיזוג (HVAC) מודעות לצריכת אנרגיה שיכולות ליצור כעת דוח על הפעילות בביתכם ולהמליץ על דרכים להפחתת צריכת האנרגיה. נפח השימוש של מעגלים אלקטרוניים בכלי רכב כבר החל ותוך שנים ספורות כל רכב יכיל מעל ל-50% רכיבים אלקטרוניים בהשוואה למה שהיה בו לפני חמש שנים. כלי הרכב בעתיד יוכלו באמת לנהוג בעצמם. שינויים דומים כבר מתרחשים בהיבטים אחרים של חיינו במפעלים, בתחבורה, במערכות בית-ספר, באצטדיונים ובמקומות ציבוריים אחרים. עיבוד משובץ נמצא בכל מקום.
חיבור מכשירים חכמים אלה (צמתים) לאינטרנט כבר התחיל גם הוא, אף שבקצב איטי יותר. הפיסות בפאזל הטכנולוגיה מתחברות יחדיו כדי ליצור את ‘האינטרנט של הדברים’ מוקדם מהצפוי. בדיוק כפי שתופעת האינטרנט התרחשה לא מזמן והתפשטה כמו אש בשדה קוצים, כך ‘האינטרנט של הדברים’ ייגע בכל היבט של חיינו תוך פחות מעשור.
האם אתם מוכנים לקראתו?
