Az IoT már a spájzban van

Hamarosan olyan természetesnek vesszük majd, hogy körülöttünk a gépek egymással kommumnikálnak, mint amilyennek azt érezzük, hogy létezik mobilhálózat. Áttekintjük, hogy ehhez mi köze Teslának, Steve Wozniaknak és még sok ezer kutatónak, és az is kiderül, hogy mi közünk lehet Az IoT jövőjéhez akár nekünk is.

A Machine-to-Machine kommunikáció (M2M) napjainkban egyre divatosabb vetülete az IoT (Internet of Things) (Internet of Things). A kifejezés gyakorlatilag egymással kommunikáló eszközök hálózatát jelenti, vagyis azt, hogy számítógép-vezérelt ipari és háztartási készülékek a meglévő hálózaton (ez nem feltétlenül az internet) képesek egymással adatot cserélni, központi szolgáltatásokhoz csatlakozni és általában egymás működését és a közös célok elérését segíteni. Ez eléggé futurisztikusan hangzik, és habár a Skynet öntudatra ébredése még azért odébb van, de koránt sincs messze, mert a szükséges technológiai feltételek nagy része ma már adott: vannak megfelelő számítógépek, hálózat, egyre folyik az okoseszközök és kapcsolódó protokollok fejlesztése. Kicsit visszatekintünk a nem is olyan közeli múltba és közben felmérjük az IoT lehetséges jövőjét is.

(forrás: ShadowThePerson, deviantart.net) [+]

Természetesen minden “okosság” a számítástechnika alapjaira épül, mely nem volt mindig ilyen közismert és fejlett, sőt gyakorlati tudomány, mint ma. A kezdetek kezdetén nem lehetett könnyű felmérni, hogy mi lehet a jövője egy technológiának. 1946-ban, amikor a számítógép-kutatások beindultak, Sir Charles Darwin (az evolúcióelmélet atyjának unokája) a brit National Physical Laboratory feje nyilatkozta, hogy talán egy gép elegendő lehet a felmerülő országos számítási igények kielégítésére. 1951-ben egy cambridge-i matematika professzor, Douglas Hartree szerint az akkor rendelkezésre álló három számítógép kapacitása elegendő lesz az egész szigetország számára és senkinek nincs szüksége saját számítógépre, amit amúgy sem tudna senki sem megfizetni.

Mellékesen, ha valaki hiányolná a klasszikussá vált idézetet, nem igazoltan tulajdonítható az IBM egykori vezetőjének, Watsonnak a híres mondás, mely szerint a világon összesen talán öt számítógépre lehet igény. Legalábbis írásos nyoma nincsen annak, hogy ő tett volna ilyen kijelentést.

A fent említett uraknak egyrészt igazuk volt, hiszen senki sem akarna egy hatalmas fogyasztású elektroncsöves monstrumot otthonra, mert még annak villanyszámláját sem tudná kifizetni, nemhogy a gépet vagy a karbantartást. Másrészt ironikus módon még Darwin unokája is elfelejtkezett a fejlődés lehetőségéről és arról, hogy az eszközök olcsóbbá és jobbá válásával új alkalmazási területek nyílhatnak meg és az igények is növekedhetnek. Ugyanakkor pár évtizeddel korábban Nikola Tesla már egy jövőbeni, globális vezeték nélküli kommunikációs hálózatról álmodott, zsebben hordható telefonokkal és az egész földet egy nagy elektronikus agyként vizionálta, Alan Turing pedig természetes módon, szóban tanítható intelligens gépekről beszélt. Érdekes visszatekinteni, hogy mindezekből mi valósult meg, milyen feltételekkel válhatott valóra és vajon mi lesz a folytatás?

Számítógép mindenütt és zsebben is

A számítógép ma már nem egy megfizethetetlen monstrum, a nyolcvanas évek mikrogép forradalmával, majd az IBM PC és a Mac elterjedésével az általános célú személyi számítógépek visszavonhatatlanul részévé váltak otthoni és munkahelyi életünknek egyaránt. Persze a megfizethető számítástechnika nem csak marketingpolitika kérdése, a háttérben folyamatosan dolgoztak a cégek a kisebb, ám nagyobb teljesítményű, olcsóbb és hatékonyabb lapkák előállításán és persze a könnyebben használható, okosabb szoftvereken is.

A mobil illetve viselhető számítógépek koncepciója már a hatvanas években létezett, nagyon érdekes prototípusok születtek, kísérleteztek hordozható, fejre csatolható kijelzőkkel, cipőbe épített rulett-esélyeket latolgató célszámítógépekkel. 1977-ben megszületett egy a vakok számára kifejlesztett célgép is, mely a fejen hordható kamerából, számítógépből és a mellkasra illeszthető tíz hüvelykes érintés-stimuláló mátrixból állt, a mátrix 1024 pontja segített érzékeltetni viselőjével, hogy milyen látvány is tárulhat épp elé. Az akkori monstrumokat persze nem igazán titulálnánk ma mobilnak, az igazán könnyed masinák készítéséhez még sokat kellett fejlődnie a processzortechnológiának.

[+]

A kilencvenes évek második felétől a PDA-k (Personal Digital Assistant, azaz digitális személyi asszisztens) korszakában bebizonyosodott, hogy készíthetők olyan zsebben is hordozható számítógépek, melyekkel úton-útfélen lehet dolgozni, adatot gyűjteni – akkor még zömmel internet kapcsolat nélkül és a hagyományos, asztali számítógépekéhez erősen hasonlító kezelőfelületen. Ma már minden okostelefon és tablet túlszárnyalja ezeket az elődöket és a mostani „mobilok” számítási kapacitása messze túllép egy húsz éves asztali gépén. Rengeteget fejlődtek a kezelőfelületek, az eszközök sokkal természetesebb módon használhatók - erre kiváló példa a Google Glass, mely ugyan nem ért el átütő sikert, de bebizonyította, hogy egy okos eszköz elférhet egy szemüvegkeretben is, kijelzőstül-kamerástul, ha megfelelő háttértechnológia (internetes felhőszolgáltatás) támogatja. Talán a vezérlés, beszédfelismerés fejlődésével és persze az ár mérséklődésével akár néhány év múlva is nagyobb sikerre számíthat ez a koncepció.

[+]

Nem csak magában fejlődött a számítástechnika, hanem a közönségesen elterjedtté váltak a számítógépek a klasszikus számítástechnikával nem kapcsolódó területeken is, erre utal a külföldi sajtóban elterjedtebb Ubiquitous computing, azaz mindenütt jelenlévő számítástechnika kifejezés is. Karl Steinbuch, a német számítógéptudomány úttörője nagyon jól látta még 1966-ban, hogy: „Néhány évtizeden belül a számítógépek beleszövődnek szinte minden ipari termékbe”. Ma egy-két lapkából álló célszámítógépek vezérlik a hűtőt, a teljesen közönségesnek számító automata mosógépeket, ezek dolgoznak a fűtési rendszer termosztátjával és a bankkártyánkon ma már szinte jelképes a mágnescsík, a hozzáférést egy beépített egylapkás, körömnyi számítógép biztosítja. Célszámítógépek rejtőznek mindenütt, ahol valamilyen szabályzó vagy feldolgozó mechanizmus szükséges a megfelelő üzemhez és sok helyütt RF címkék (rádióhullámokkal aktiválható és tápolható, azonosításra és adatgyűjtésre alkalmas lapkák) helyettesítik a vonalkódot is.

Okos eszköz a hűtő?

Tartunk tőle, hogy ma a legtöbben az okos eszköz kifejezés hallatán szinte kizárólag az okostelefonokra, okosórákra és tabletekre asszociálnak. Nem csoda, hisz ezek azok a modernként emlegetett eszközök, melyek eladásából komoly bevételre tesznek szert a gyártók és ez akár közvetve, de segíti a további fejlesztéseket. Ugyanakkor maga az okos eszköz pusztán olyan elektronikus készüléket jelent, mely képes önállóan beavatkozni és a körülményekhez igazodva dönteni. Okos tehát a hűtőnk, mert szabályozza a kompresszor működését és ezzel belső hőmérsékletét, okos a fűtés, ha van vezérlése.

Persze az egyszerű szabályozáson és vezérlésen túl is okosíthatók a hagyományos eszközök. Már 1956-ben megjelent egy a General Motors által szponzorált, futurisztikus musical, a Design for Dreaming, melyben a jövő konyháját is bemutatták. A háziasszony csak egy receptkártyát csúsztatott a konyhai robotba, mely egy rakás más eszközzel együttműködve kompletten elkészítette a kívánt tortát, amin még a gyertyák is égtek. Itt még ma sem tartunk, 2000-ig kellett várnunk egy olyan hűtőszekrényre, mely számon tartja a benne tároltakat és képes utánrendelésre is. (Ehhez hasonlót láthattunk a Hatodik napon című filmben, ahol a készülék figyelmezteti a főhőst, hogy szűkében van a tejnek.) Hamarosan pedig ott tartunk, hogy az óriási kijelző alapfelszereléssé válik majd.

Az utóbbi években eléggé elterjedtek az önműködő porszívók, melyek önállóan járják és takarítják végig a lakást. Saját, viszonylag összetett vezérlésük elkészíti a munkatervet, végigjárja az útvonalat és az érzékelőket kihasználva arra is ügyel, hogy ne zuhanjon le semmilyen lépcsőn és ne merüljön le az akkumulátora. Az okosporszívóknak is nevezett eszközök persze különböző szintet ütnek meg a vezérlés összetettségét illetően, de valamennyien képesek az alapszintű önálló működésre és akár negyvenezer forintért is beszerezhetők. A trend jelzi, hogy egy viszonylag komplex feladat levezényléséhez szükséges elektronika (vezérlő számítógép) beépítése ma már sem energiafogyasztás sem költségek szempontjából nem jelent problémát.

Internet, nem csak embereknek - IoT

Ma már természetes, hogy minden otthonban van Wi-Fi és internet hozzáférés, ezt szinte bárki megengedheti magának. Persze ez nem több száz éves vívmány, az Internet maga sem régi, a közvetlen elődjének tekinthető Arpanet 1969-ben látott napvilágot. Az alapjául szolgáló protokoll rendszer, a TCP/IP 1974-ben indult világhódító útjára. Domain neveket csak 1984 óta használhatunk, addig csak címekkel azonosították a végpontokat. Az első weboldal 1989-ben született meg, de mind a web, mind akár az email sokáig csak igen szerencsés munkahelyeken és egyetemeken volt elérhető.

A kilencvenes években még jó esetben 28-33 kilobites modemekkel csatlakozhattunk a hálózatra és a forgalom vagy fenn töltött idő után is fizetnünk kellett. A kétezres évek óta elterjedt szélessávú hozzáférések mind megfizethetőbbé váltak és át is formálták a webet, a bélyegképekkel tarkított szövegtenger helyébe mára videoreklámok, animációk léptek. A felhasználók számának növekedésével az eredeti, 32 bites IP címek biztosította mintegy négymilliárdos tartomány eléggé szűkössé vált, az utolsó IP-cím csomagot már évekkel ezelőtt kiadták.

[+]

A helyzet a mobilok és az IoT eszközök terjedésével végképp tarthatatlanná vált, így ma már csak IPv6 használatával bővíthető a kliensek száma, a protokoll új változata kb. 3,4 × 10 a 38. hatványon számú végpont egyidejű működésére ad lehetőséget, ami most jó időre elégnek is tűnik. (Persze ebből is hamar kifogynánk, ha a nanorobotok is saját címmel dolgoznának vagy ha csillagközi hálózatokat kellene egységesíteni.)

Az internet mellett a hozzáférés módja sem mellékes, a vezetékes kapcsolatnál szabadabb hozzáférést kínálnak a vezeték nélküli technológiák, ma akár filmeket is nézhetünk az otthoni Wi-Fi-n vagy akár mobilneten is, persze ez sem mindig volt így. A vezeték nélküli adathálózatok korai előfutárának az ALOHAnet tekinthető, az 1971-ben beindított infrastruktúra UHF rádiósávban forgalmazott adatcsomagokat, a ma továbbfejlesztett 802.11-es (Wi-Fi-ként emlegetett) technológiák elődjeként, a protokoll vonásait a máig használatos Ethernet is magán viseli. 1991-ben jelent meg először vezeték nélküli hálózati kártya kereskedelmi forgalomban (WaveLAN), de a 802.11 Wi-Fi szabvány első, csupán 2 Mbit/s névleges teljesítményű verziója csak 1997-ben látott napvilágot.

Az Internet of Things kifejezés 1999-ben vált viszonylag közismertté, mikor Kevin Ashton, az elektronikus azonosító rendszerekkel és RFID-vel foglalkozó Auto-ID Labs igazgatójaként tartott előadást a Proctor and Gamble-nél. Legalábbis Kevin Ashton magának tartja fenn az első figyelmet is generáló említés érdemét, megjelölve ezzel az IoT korszak kezdetét, ugyanakkor mások gyakorlatiasabb módon határoznák meg ugyanezt. A Cisco szerint a 2008-2009-as év a fordulópont, innentől ugyanis több automatikus, okos eszköz kapcsolódik a hálózatra, mint ember. 2010-ben világszerte már összesen 12,5 milliárd eszköz (tabletekkel, PC-kkel együtt) működött online, míg a bolygó népessége csupán 6,8 milliárdra rúgott.

Már a 80-as években alakítottak úgy át kólaautomatát, hogy a hozzá kapcsolt PDP-10 terminálról leolvasható volt, hogy hány üveg van még a gépben és a tartalmuk hideg-e vagy sem. Az első kísérleti interneten át irányítható eszköz egy kenyérpirító volt, melyet John Romkey bütykölt meg úgy, hogy TCP-IP protokollon keresztül be-ki kapcsolható legyen. A University of Cambridge számítógépes laborjában 1993-ban kávégép megfigyelő rendszert építettek Trojan Room Coffee Pot néven, mely percenként háromszor töltött fel új képet egy szerverre a kávéfőző kimeneti edényéről, a kép később böngészőből, online is megtekinthető volt.

Okos otthon, város és bolygó? Rajtunk is múlik.

A fentebb említett úttörő kezdeményezések mellé a mikroelektronika és az internet fejlődésével a hétköznapokban is jól működő hálózati készülékek (appliance) sorakoztak fel. 2008-ban megalakult az IPSO Alliance, azzal a céllal, hogy okos tárgyak hatékony hálózatos működtetéséhez dolgozzon ki IP alapú protokollokat, a kezdeményezés mára úgy 50 gyártót tudhat maga mögött és jelenleg 54 smart object alaptípushoz nyújt támogatást. Ma már tehát nem csak megfizethető a hardver és szoftver eszközök, hanem szabványok is rendelkezésre állnak, ami a kísérleti, úttörő szakaszból piaci fázisba billenti át az IoT-ot.

Marshall McLuhan médiaszakértő és professzor már 1964-ben úgy látta, hogy az elektronikus kommunikáció útján minden információs rendszerré alakul, beleértve városainkat is. Valóban ebbe az irányba tartunk, ma az okos otthonok (smart home) felfutásának idejét éljük, melyek lényege, hogy egymással szabványos együttműködésre képes eszközökkel vezérelhető a világítás, fűtés, árnyékolás és minden más, ami a ház kényelmét vagy hatékonyabb üzemeltetését szolgálja. Az automatikus vezérlés igazodik az időjáráshoz, évszakhoz és távolról, akár okostelefonról beavatkozhatunk, jelezhetjük hazaérkezésünk közeledtét.

(forrás: Flickr, Scott Lewis)

Hasonlóan épülő trend az okos (elektromos) hálózatoké (smart grid), melyek a központosított, erőműtől fogyasztóig mutató ellátást hatékonyabbra cseréli. Figyelembe véve a napelemes és szélturbinás betáplálási pontok számának növekedését olyan dinamikusan menedzselt ellátóhálózatokra van szükség, melyekben a vételezési pontok betáplálásra is szolgálhatnak, a mérőeszközök valós idejű adatokat szolgáltatnak a hálózat állapotáról, mely hibakereső és öngyógyító funkciókat is megvalósít. Az első ilyen igazi, nagy grid Olaszországban indult 2000-ben, 27 millió végponttal. Az EU 2020-ra 200 millió okos elektromos villanyóra és 45 millió intelligens gázmérőeszköz felszerelését tűzte ki célul. Az IoT tehát nem csak az otthoni és hobbi területen tör előre, hanem ipari és közműi vonalon is.

Számos IoT platform (pl. Pachube, Thingspeak) és szabvány (pl. 6LoWPAN, Dash7) hardver és szoftver jelent meg (Contiki, TinyOS). A köztudatban leginkább az IT oldaláról könnyen megközelíthető kezdeményezések gyökereztek meg, az Arduino és az Intel Galileo platformja, a Raspberry PI és hasonló fejlesztői hardver megoldások gyakorlatilag szélesre tárták az ajtót bárki számára, aki beszállna a modern barkácsmozgalomba. Lényegében 2014-15 óta adott a lehetőség, hogy megépítsük testre szabott intelligens, hálózatos eszközünket, saját szoftverrel, hardver komponensekkel.

[+]

Ez olyan mérvű előrelépés, mint annak idején a mikroszámítógépek és a BASIC programozási nyelv megalkotása illetve elterjedése volt, ami laikusok számára is lehetővé tette saját szoftverek készítését. Az Apple első mikroszámítógépéhez Steve Wozniak készítette a beégetett BASIC értelmezőt 1975-ben és 76-ban, a félkész verziót egy fallabda (Breakout) játék készítésével tesztelte - ez korábban hardver alapokon hosszú ideig készült. BASIC-ben fél óra alatt több variációt tudott kipróbálni, mint azelőtt fél év során. Bebizonyosodott számára, hogy az animált játékok nem csak hardveres fejlesztéssel vagy gépi kódú programozással, hanem BASIC nyelven is készíthetők és erre szinte bárki képes lehet.

[+]

A brit Műsoron a számítógép sorozatban, 1982-ben tovább feszegették a BASIC és a személyi számítógépek lehetőségeit, egyik epizódban a BBC Micro számítógépen demonstrálták, hogy miként lehet reléket és érzékelőket működtetni BASIC-ből, egy egyszerűbb vezérlés elkészítéséhez. A történelem érdekessége, hogy a BBC Micro gépet az Acorn készítette, ugyanaz a cég, melyet ma gyakorlatilag ARM Holdingként ismerhetünk  – ma ARM pedig processzorok futnak a legtöbb modern okostelefonban és táblagépben. Figyelemre méltó részlet az is, hogy az ARM1 processzort, azaz a mára kiemelkedően sikeressé vált csökkentett utasításkészletű (RISC) család első képviselőjét a BBC Micro gépre írt BASIC szimulációs program eredményei nyomán kezdték fejleszteni. Első változata BBC Micro társprocesszor bővítőmodul formájában állt rendelkezésre, a további ARM CPU-kat modemekben, hálózati kártyákban, mobilokban használták milliószám, ma okostelefonokban és táblagépekben futnak és ARM architektúrára épül az IoT egyik közkedvelt hardvere, a Raspberry PI is, melynek éppen most jelent meg legújabb, integrált vezeték nélküli kommunikációt támogató tagja.