Интернет будущего

Киберфизические и кибербиологические системы развиваются все активнее, соединяя кибернетический, физический и биологический миры, — создается то, что сейчас называют Интернетом вещей (Internet of Things, IoT). Каждый день почти миллион новых устройств вливается в Сеть, генерируя колоссальные объемы данных, порожденных самим оборудованием или введенных людьми, по отдельности либо коллективно в рамках социальных сетей или Интернета людей (Internet of Humans, IoH).

У «вещей», или умных устройств, появляется способность распознавать контекст, растет их вычислительная мощь, исчезает зависимость от источника питания, а люди быстрее получают нужную информацию благодаря связи с растущим числом источников — как следствие, сегодня начинают говорить об Интернете всего (Internet of Everything, IoE), который будет охватывать уже не только вещи и людей, но и процессы и данные. Недавно также была предложена идея Промышленного Интернета (Industrial Internet, II), еще больше расширяющая IoE.

Опираясь на эти концепции, можно представить следующий уровень абстракции — Интернет чего угодно (Internet of Anything, IoA) — сеть, с которой соединяются вещи всех видов, образуя единую глобальную программную экосистему, включающую в себя глобальную Internet Operating System, большинство элементов для строительства которой уже имеются сегодня.

Киберфизические и кибербиологические системы

Киберфизические системы (Cyber-Physical Systems, CPS) объединяют кибернетический и физический миры путем интеграции вычислительных и физических процессов с помощью датчиков и исполнительных устройств [1]. Такие системы являются координируемыми, распределенными и соединенными с глобальными сетями; они должны быть надежными и быстрореагирующими. Примеры CPS: умные энергосети, системы транспортных перевозок, здания; медицинские технологии, системы управления воздушным движением нового поколения, а также передовые методы организации производства [2].

Датчики или краудсорсинговые приложения генерируют информацию о реальном мире, которая передается в киберпространство, а киберприложения и сервисы, интерпретируя ее, влияют на окружающую среду в режиме реального времени (рис. 1).

Рис. 1. Поток информации между кибернетическим и физическим мирами. Данные, генерируемые в физическом мире, переносятся в киберпространство для интерпретации, результаты которой, в свою очередь, влияют на физическую среду

Кибербиологические системы (Cyber-Bbiological Systems, CBS) добавляют к киберсети вещей информацию из мира живых организмов. К примеру, морскую фауну снабжают метками, превращая ее объекты в сеть датчиков, — например в DARPA экспериментируют, оснащая подобными датчиками насекомых. Датчики, имплантированные в людей, уже сегодня позволяют врачам дистанционно следить за здоровьем пациентов; телемедицинские технологии за последние десятилетия достигли такого уровня зрелости, что человеческие организмы уже киберинтегрированы. Пациентов, «усовершенствованных» с помощью имплантированных инсулиновых помп, кардиостимуляторов или протезов конечности, соединенных с нервной системой, вполне можно считать кибербиологической системой.

В ряде исследований также упоминаются «гиперсети» — колоссальные экосистемы, в которых переплетаются друг с другом физические, биологические и кибернетические сети.

Интернет вещей

Марк Вейзер, руководивший исследованиями в Xerox PARC в 1980-х и 90-х, предложил концепцию повсеместных вычислений [3] — технологий, которые могут быть положены в основу CPS. С тех пор название концепции менялось — ее называли «всепроникающими» (pervasive) и «окружающими» (ambient) вычислениями, а сегодня на слуху Интернет вещей, на авторство которого претендует Кевин Эштон, создатель стандарта RFID, впервые упомянувший IoT в 1999 году.

IoT можно описать как конгломерацию соединенных с сетью объектов, связанных с датчиками, регистрирующих и реагирующих на: вибрацию, температуру, жизненные показатели, освещенность и т. п. Аналитики Gartner определяют IoT как «сеть физических объектов со встроенными техническими средствами для трансляции или регистрации своего внутреннего состояния или характеристик внешней среды либо для взаимодействия с ней». В European Research Cluster on the Internet of Things, в свою очередь, дают такое определение: IoT — это динамическая самоконфигурируемая глобальная сетевая инфраструктура, основанная на стандартных интероперабельных протоколах связи, в которой физические и виртуальные «вещи», органично интегрированные в информационную сеть, имеют идентификаторы, физические атрибуты и виртуальные личности.

Рис. 2. Концептуальное изображение Интернета вещей: интеграция понятий, сущностей, режимов и времени реального, цифрового и виртуального миров

Концепция IoT проиллюстрирована на рис. 2. Основные положения IoT таковы:

• вещи обмениваются информацией;
• вещи могут воспринимать окружающую среду;
• вещи — это физические объекты (например, программное обеспечение не считается «вещью»);
• связь по большей части осуществляется без проводов;
• обмен информацией контролируется с помощью программного обеспечения, работающего на самих вещах;
• вещи могут быть разнородными.

По прогнозам, к 2020 году к Интернету будет подключено от 30 млрд до 50 млрд объектов (рис. 3).

Рис. 3. Концептуальная схема колоссальной экосистемы IoT, представляющей собой сложно соединенный массив сущностей, систем и модулей

Интернет всего и Промышленный Интернет

Едва закрепившись, концепция IoT породила более широкую — Интернет всего; первым этот термин в 2012 году употребил Дэйв Эванс, главный футурист Cisco. В маркетинговых материалах этой компании IoE описывается следующим образом: «Объединяющий людей, процессы, данные и вещи, чтобы сделать сетевые соединения более нужными и полезными, чем прежде, он преобразует информацию в действия, которые порождают новые функции, обогащают опыт и создают беспрецедентные экономические возможности для предприятий, частных лиц и государств».

С IoE тесно связана создающая еще один уровень абстракции концепция Промышленного Интернета (Industrial Internet), предложенная альянсом Industrial Internet Consortium, образованным компаниями AT&T, Cisco, IBM и Intel. Как определяют авторы этой концепции, II — это средство, с помощью которого «технологические лидеры ведут отраслевые экосистемы к быстрому и надежному получению Больших Данных, помогающих бизнесу увеличивать доходы». Цель IIC — добиваться введения открытых стандартов и единых архитектур для объединения умных устройств, машин, людей, процессов и данных.

Президент и генеральный директор IEEE Роберто Буассон де Марка говорит о грядущем появлении «сложной самоконфигурируемой адаптивной системы сетей датчиков и умных объектов, назначение которых состоит в соединении всех вещей, включая бытовые и промышленные объекты». Можно отметить, что данная концепция имеет много общего с появившейся недавно идеей гиперсети — всеохватной нелинейной экосистемы, объединяющей дискретные нелинейные сети в колоссальную «Сеть сетей».

Интернет чего угодно

В самих названиях IoE и II заложены факторы, ограничивающие использование Больших Данных, и слово «все» подразумевает уже существующее, известное, то, что согласуется с нынешними интересами бизнеса. «Что угодно» подразумевает не только все известное, но и то, что можно еще только представить как часть сетевой экосистемы. В рамках IoA могла бы работать всеохватывающая операционная система Интернета — единая программная экосистема, поддерживающая все многообразие показаний датчиков, системных состояний, эксплуатационных условий и контекстов данных. Это должна быть исключительно надежная, высокомасштабируемая, широко распределенная и фрагментированная, в высшей степени адаптивная универсальная среда, реагирующая на данные с учетом контекста.

Компоненты архитектуры IoA уже появляются: флэш-память, магнитные носители постоянного хранения, NoSQL, Sync, мобильные и носимые устройства, Hadoop, объектное хранение, виртуализация и облака, программно-конфигурируемые сети и конвергентные инфраструктуры.

Экосистема IoA, основанная на статистически контролируемом взаимодействии между многими разнородными программными сетями, должна работать без выхода за рамки тщательно рассчитанных шаблонов поведения, созданных для предотвращения сбоев, повышения защищенности и оптимизации маршрутов. Если слово «все» в IoT указывает на «бизнес как обычно», но только более крупного масштаба и осуществляемый в море квазисвязанных датчиков, то «что угодно» в IoA выходит за рамки IPv6 и TCP/IP, расширяя известный классический открытый стек межсоединения систем. На рис. 4 показана возможная структура экосистемы IoA.

Рис. 4. Экосистема IoA. Интернет людей, CPS и CBS составляют Интернет вещей. Интернет всего и Промышленный Интернет строятся на базе IoT и в объединении с распределенными автоматизированными системами превращаются в IoA

Экосистема IoA, основанная на распределенной автоматизации, обязана иметь средства управления идентификацией и, обеспечивая взаимодействие между сущностями, должна решать ряд вопросов контроля.

• Является ли тот или иной объект вещью, человеком или иным живым организмом?
• Если объект — человек, должна ли у него быть личность как таковая?
• Где находится объект (геолокация)?
• Когда происходит взаимодействие (учитывая, что время можно подделать)?

При этом возникает мысль о сложности определения «доверия» в терминах IoA — истина не пластична, в отличие от доверия, пластичность которого уже в IoT вызывает беспокойство.

Напрашиваются неизбежные вопросы. Должен ли IoA, чтобы ему можно было доверять, быть отдельным от IoH? Можно ли вообще доверять IoA (даже ограниченному по размерам)? Насколько нужно ограничить IoA, чтобы ему можно было доверять? И как убедиться в том, что IoA можно доверять?

Можно сформулировать ряд соображений по этому поводу.

• Доверие в рамках IoA — это как минимум функция алгоритмов, датчиков, интерфейсов, интероперабельности, безопасности и приватности в беспроводной гиперсетевой среде.
• Масштабируемость с точки зрения сетевых эффектов (согласно закону Меткалфа, ценность сети растет пропорционально квадрату количества пользователей) дополнительно затрудняет определение доверия, даже когда речь идет лишь о нескольких узлах / транзитных участках / ветвях.
• Гетерогенность усугубляет проблемы, связанные с интероперабельностью.
• Концепция приватности в условиях сетей датчиков, соединенных без проводов, нуждается в переопределении.
• Человек или сущность, владеющая безграничными данными IoA масштаба государства или корпорации, в конечном счете является владельцем и самой IoA при условии наличия возможности анализа этих данных.
• Учитывая, что IoA полагается на беспроводную связь, существует серьезная опасность атак злоумышленников.

Перечисленные проблемы рано или поздно потребуют внимания. В ближайшем будущем Интернет станет подобен электричеству — он будет менее заметным, но теснее переплетенным с жизнью людей. Хорошо это или плохо?

***

«Вещи» смогут формировать сообщества, подобные нынешним «облакам», однако эти сообщества могут быть враждебными, поэтому, чтобы держать «вещи» под контролем, понадобится глобальный координатор. В первых выпусках телепередачи «Клуб Микки Мауса» среда была «днем, в который может случиться что угодно», а в IoA таким днем может стать любой.

Литература

1. E. Simmon et al. A Vision of Cyber-Physical Cloud Computing for Smart Networked Systems. NIST, Aug. 2013. URL: http://www.nist.gov/customcf/get_pdf.cfm?pub_id=914023  (дата обращения: 11.08.2014).
2. National Science Foundation. Cyber-Physical Systems: Program Solicitation. NSF doc. 14-542, 2014. URL: http://www.nsf.gov/pubs/2014/nsf14542/nsf14542.pdf (дата обращения: 11.08.2014).
3. M. Weiser. The Computer for the 21st Century. Scientific Am., vol. 265, no. 3, 1991, P. 94–104.

Ирена Боянова (irena.bojanova@umuc.edu) — директор курса информационных и технологических систем, Университет штата Мэриленд, Джордж Херлберт (ghurlburt@change-index.com) — главный научный сотрудник компании STEM, Джеффри Воас (jeffrey.m.voas@gmail.com) — почетный сотрудник IEEE.