Vi förklarar IOT, sakernas internet

– Vi kommer att få se en stor ökning av antalet uppkopplade enheter – från 5 till 50 miljarder på ungefär fem år och det kommer till största del att handla om prylar, säger Tommy Svensson, docent i forskargruppen Kommunikationssystem på Chalmers Tekniska Högskola.

Qualcomm vill förena sakernas internet

Datorer, mobiler och surfplattor är naturligtvis också prylar, men de enheter som kommer att stå för den stora ökningen använder inte sin uppkoppling för att visa vanliga webbsidor på en skärm. För IOT-enheter är internet kanalen som gör det möjligt att samla in data från – eller påverka – den fysiska omgivningen. Gränsen är inte knivskarp. En mobil eller dator kan lösa IOT-uppgifter i bakgrunden genom att skicka in sensordata automatiskt och det finns kylskåp med inbyggd webbläsare. Det intressanta i utvecklingen är att det snabbt blir allt billigare och enklare att koppla en pryl till internet vilket i sin tur innebär att fler typer av produkter får uppkopplade funktioner.

– Allt som har nytta av att vara uppkopplat kommer att kopplas upp, förutspår Robert Brunbäck, marknadschef på Telenors IOT-bolag Connexion.

– M2M (kommunikation från maskin till maskin) och telematik är tekniskt drivna begrepp som kom när man började bygga in kommunikationsteknik i bilar och i industrin. IOT letar sig in i betydligt fler produkter och tillämpningar – fler konsumentprylar. Det flyttar fokus från de tekniska lösningarna till tjänsten och användaren, säger Robert Brunbäck.

IOT är alltså ett bredare begrepp som omfamnar både prylarna och tjänsterna. M2M är i grunden att ersätta en bit sladd eller en manuell inspektion med en länk över internet eller mobilnätet – elbolagen behöver till exempel inte längre åka hem till alla abonnenter varje år för att läsa av mätaren. När mätvärdena sedan hamnar i en app där du som kund kan följa elförbrukningen, kanske stänga av prylar på distans, och spara energi – då har vi IOT.

Resultatet i färdriktningen blir som att ha ett eget litet vaktmästeri som håller ordning både hemma och på jobbet. Körjournaler, energideklarationer, träningsdagböcker och andra loggar hålls kompletta och uppdaterade. Dörren öppnas för bud och hantverkare utan att du behöver vara på plats. Elementen hänger med i väderprognosen så att det eldas för dig och inte för kråkorna.

Mobilen blir knutpunkten där du får aviseringar om vad som händer och kan både övervaka och styra.

Så fungerar det
Internet har funnits i de flesta hem och på nästan alla arbetsplatser sedan mitten av 1990-talet och mer eller mindre datoriserade elektronikprylar har funnits ännu längre. Så varför är det först nu som IOT-utvecklingen accelererar på allvar?

Förklaringen ligger i att tekniken har blivit strömsnålare, mer kompakt och framför allt billigare. Hårdvaran som krävs för IOT ingår i kategorin inbyggda system – programmerbara komponenter som ingår i nästan all elektronik. Inbyggda system finns i alla tänkbara prestandaklasser – från extremt strömsnåla kretsar som öppnar hotelldörren för rätt magnetkort eller gör det möjligt för cykelbelysningar att blinka i olika mönster till kraftfulla processorer för routrar eller digitalboxar med kompletta operativsystem som Windows eller Linux. Inbyggda system kan vara uppbyggda som en vanlig dator med separata kretsar för mikroprocessor, minne och kommunikation, men det stora flertalet prylar använder en så kallad mikrokontroller som kräver väldigt få externa komponenter. För att hålla nere kostnaden, strömförbrukningen och komplexiteten väljer man en mikrokontroller som klarar att lösa uppgiften – varken mer eller mindre. En mikrokontroller som platsar i exempelvis den blinkande cykelbelysningen har omkring en miljondel så stort arbetsminne som en vanlig mobil. Den prestandan räcker inte när det är dags att koppla upp sig mot omvärlden och för bara några år sedan var det väldigt dyrt att »växla upp«. 

Orsaken till att det krävs en viss minimiprestanda är alla regler som omgärdar kommunikationen på internet. Regelverket kallas för protokollstack där ordet stack syftar på att man kan se kommunikationen som en stapel av regler och standarder. Överst i stapeln – närmast användaren – finns det så kallade applikationslagret. Här hör exempelvis HTTP (Hypertext Transfer Protocol) och IMAP (Inter­net Message Access Protocol) hemma – protokoll som löser uppgifter som att utbyta information med en webbserver eller att ta emot mejl. Längre ned i stacken följer i tur och ordning lager som kallas transport, nätverk, länk och längst ned finns det fysiska lagret. 

Varje lager arbetar på ett förutbestämt sätt uppåt och nedåt i stacken. Det gör det förhållandevis enkelt att byta ut ett eller flera lager utan att resten av systemet påverkas – ungefär som en lastpall som trivs lika bra ombord på tåg som på lastbilar – oavsett om den är lastad med smör eller datorer. Pallen – precis som lagren i protokollstacken – standardiserar övergången. En webbläsare, som arbetar mot applikationslagret, fungerar oberoende av om det fysiska lagret består av nätverkskablar, optisk fiber eller etern i ett mobilnät. Omvänt behöver antennen i mobilen inte förändras beroende på om du laddar ned en app, mejlar eller ringer ett videosamtal – funktioner som använder olika teknik i applikationslagret. Programkoden som krävs fyller snabbt minnet i en liten mikrokontroller, men branschen har arbetat på två fronter för att öppna för internet i små och billiga enheter. På mjukvarusidan har man optimerat koden för att skapa en så resurssnål protokollstack som möjligt. Samtidigt ger varje ny generation av hårdvaran mer och mer för pengarna och man kan säga att ekvationen äntligen går ihop – kostnaden för att lägga till internethårdvaran handlar idag om några tior snarare än tusenlappar per enhet.

Enligt vissa definitioner måste varje IOT-enhet ha en egen adress på internet – andra menar att det räcker med att prylen ingår i ett större, internetanslutet system. Med den bredare definitionen kan man räkna in även sportsensorer, NFC-taggar eller till och med streckkoder. Mobilen spelar då en viktig roll eftersom den innehåller många olika typer av radioteknik och kan dela sin uppkoppling med exempelvis bluetoothenheter i närheten. Mobilen utgör också gränssnittet mot många IOT-tjänster genom appar eller webbsidor. Teknik som 3G, 4G och wifi är optimerad för höga datahastigheter snarare än låg strömförbrukning, så det finns många fördelar med att använda andra typer av nätverk för sensorer som kanske bara skickar data ibland eller som mest behöver några få kbit/s. Bluetooth 4.0 – även känt som Bluetooth Smart eller Bluetooth Low Energy – är en teknik som löser den uppgiften. I kombination med en mobil eller någon annan enhet som både har bluetoothradio och en internetuppkoppling kan prylar som klarar sig månader eller år på ett litet knappcellsbatteri bidra med sensordata eller fylla andra funktioner i ett IOT-system. Apples Ibeacons, väderstationen Stormtag och sportsensorerna från Wahoo och Polar är några exempel.

Risker och möjligheter
För mobiloperatörerna innebär IOT en tillströmning av användare med nya behov. Kunderna vill inte behöva hantera SIM-kort och teckna ett extra mobilabonnemang för varje pryl – det måste fungera smidigt och med så få avtalsparter som möjligt. Många ser IOT som en möjlighet att erbjuda en produkt som sticker ut bland alternativen i branschen genom att lägga till nya tjänster. Företagen bakom allt från bilar till värmepumpar, vitvaror eller sportutrustning måste snabbt växla från en ofta ganska traditionell tillverkande roll till att hålla kontakt med slutanvändaren under hela produktens livslängd. 

Med värmepumpen som exempel – tidigare tog återförsäljaren över ansvaret för produkten, möjligen med undantag för garantiåtaganden, när den lämnade tillverkarens lager. Nu vill kunden inte bara ha maskinen installerad, utan också en webbtjänst – och kanske en app – för fjärrstyrning av värmen och statistik över energiförbrukningen. Flera tillverkare är redan igång med tjänster som IVT Anywhere och Nibe Uplink. Det innebär nya möjligheter att tjäna pengar, men samtidigt är hanteringen av abonnemang och support till konsumenter helt nya arbetsuppgifter för dessa företag. Produktkategorier där stora pengar står på spel och där det är viktigt att allt fungerar som det ska – som värmesystem, bilar eller larm – ligger just nu i framkant eftersom det är lätt att se nyttan och motivera en merkostnad. När det gäller enklare prylar är det en större utmaning och om allt verkligen ska bli uppkopplat behöver tillverkarna hitta nya samarbeten och skalfördelar – både för att hålla nere kostnaderna och för att vi ska slippa hantera alltför många olika tjänster.

Hans Dahlberg, chef för Teliasonera Global M2M Services, förklarar att mobiloperatörernas avdelningar för IOT hjälper andra företag att dra nytta av den nya tekniken.

– Telia kan hantera abonnemangs- och faktureringsdelen av tjänsten så att företagen som är bra på hårdvaran kan fortsätta »vid sin läst«, men ändå erbjuda bättre funktionalitet och nya affärsmodeller. Det handlar om att utveckla produkten tillsammans med kunden och erbjuda dataabonnemang som passar de olika faserna i produktens livscykel. En uppkopplad bil har till exempel olika behov vid testerna på fabrik, under transporten till återförsäljaren och när konsumenten är ute och kör.

IOT väcker många frågor när det gäller säkerhet och integritet. Vad kan hända om de data som uppkopplade sensorer samlar in skulle komma på drift? Kommer bilen att köra av vägen eller huset brinna upp om någon hackar tjänsterna? Som kund är det svårt att få reda på om tillverkarna av olika prylar tagit frågan på allvar. Hans Dahlberg menar att en så kallad Risk Audit ska vara en av de första punkterna på agendan för den som jobbar med IOT. En bedömning görs av hur kritisk applikationen är för att hitta en balans mellan säkerhet, nytta och användarvänlighet. Sensorn som talar om när papperet är slut i kopiatorn behöver till exempel inte lika hög säkerhet som en sensor inom telemedicin.

– Tänker man på säkerhet på samma sätt som för internet kommer man att hitta lösningar – samma teknik går att använda. Är det extremt känsligt ska man dock använda det öppna internet så lite som möjligt, säger Hans Dahlberg.

Säkerheten innebär en extra utmaning för IOT-hårdvaran. I sina grundutföranden skickar internetprotokollen all information i klartext som är enkel att avlyssna eller förfalska. En slug angripare kan hitta användningsområden för information som vid en första anblick kan verka helt harmlös. Trådlösa sensorer i ett smart hem kan avslöja för inbrottstjuvar om någon är hemma och wearables eller RFID-nycklar kan utnyttjas av obehöriga för att kartlägga dina rörelser. Routrar och andra enheter med lite mer prestanda under skalet kan kapas och användas för överbelastningsattacker. Kryptering utgör en viktig pusselbit för säkerheten. Samma teknik som döljer dina lösenord när du loggar in på en webbsida – TLS (Transport Layer Security) – kan skydda trafiken från IOT-enheter och förhindra att någon utomstående ser innehållet i kommunikationen. De krypterade versionerna av protokollen kräver mer minne och beräkningskraft vilket påverkar valet av hårdvara och i förlängningen prislappen. Även trafikdata – till exempel tidpunkten när en viss enhet börjar generera trafik – kan användas illvilligt, så säkerheten är en komplex fråga.

– Det finns en risk i att vi skänker bort information utan att veta hur värdefull den är eller hur den används. Det är en avvägning mellan att få ett väldigt effektivt och smidigt samhälle mot riskerna med en detaljerad kartläggning av individer och att informationen hamnar i fel händer. Debatten och medvetenheten behövs så att vi kan hantera riskerna rätt, säger Tommy Svensson.

Framtiden
En viktig knut som återstår att lösa för IOT-branschen är kompatibilitet och samarbete mellan olika prylar. Många av de produkter som finns på marknaden idag fungerar bra – men bara på en bestämd plats, mot en specifik tjänst och bara tillsammans med tillbehör från samma märke. Samsungs smarta klockor fungerar bara med Samsungmobiler, trådlösa strömbrytare från olika märken går inte att styra från samma webbtjänst och många inställningar kanske måste göras om på nytt när du byter router eller bredbandsleverantör. Rob Chandhok, tidigare IOT-chef på Qualcomm, jämförde utvecklingen med berättelsen om Babels torn – alla bygger på höjden, men talar olika språk och missar de horisontella länkarna som ger stabilitet och möjliggör de riktigt innovativa funktionerna. 

Flera olika projekt gör anspråk på att sitta inne med lösningen – Qualcomms Alljoyn, Intels Iotivity eller IOT-ekosystemen från Apple och Samsung. För att de stora visionerna inom IOT ska bli verklighet krävs att tillverkarna satsar på öppna system och samverkan framför traditionella affärsmodeller med hemlig, tillverkarspecifik teknik och inlåsningseffekter. 

IOT hos jättarna
Alla IT-bolag med självaktning har projekt på gång inom IOT. Här ligger fokus just nu hos giganterna i branschen.

Apple
Satsningen på bluetoothbaserade Ibeacons visar att Apple inte längre är främmande för att använda och utveckla öppna standarder. Företaget är också i färd att bygga upp ett eget ekosystem för uppkopplade prylar – Homekit. I planerna för Homekit ingår standarder som gör det möjligt för utvecklare att styra produkter från många olika tillverkare via ett gemensamt API. De första Homekitprodukterna presenterades på CES-mässan i januari och använder wifi för uppkopplingen. Det ryktas dock om att en kommande version av Apple TV kan bli en brygga mot mer specialiserade styr- och mätnätverk som Z-Wave och Zigbee. 

Google
Sökmotorjätten meddelade nyligen att öppna standarder för IOT är ett prioriterat område och Google planerar att finansiera oberoende forskargrupper. Google har också köpt upp flera IOT-bolag – till exempel Nest Labs som utvecklar uppkopplade termostater och brandlarm. De flesta tjänster från Google åtföljs av detaljerade API:er, så många IOT-projekt använder redan Google för att lagra, analysera eller presentera data – till exempel positionen för uppkopplade fordon på Google Maps. 

Qualcomm
Systemkretsarna i Snapdragon-serien och 4G-modemen i Gobi-serien förekommer främst i mobiler och surfplattor, men Qualcomm har levererat ett annat betydande bidrag till IOT-marknaden – Alljoyn-protokollet. Alljoyn gör det möjligt för olika prylar att upptäcka varandra och bilda ad-hoc-nätverk – till exempel för att komma åt internet eller utbyta information lokalt. Qualcomm har överlåtit rättigheterna för Alljoyn till Linux-stiftelsen som fortsätter utvecklingen som en del av öppen källkod-projektet Allseen Alliance. 

Samsung
Samsung skaffade sig under 2014 en egen IOT-plattform genom att köpa företaget Smartthings. Lösningen består av en hårdvara – en gateway – som kopplar Z-Wave- och Zigbee-enheter till internet samt en molntjänst som kan samverka med vissa wifi-prylar från andra märken. Smartthings har en egen app, men erbjuder också ett API som gör det möjligt att utveckla tjänster för plattformen.

Microsoft
Microsoft satsar på att förse andra företag med byggstenarna för IOT i form av servermoln och programvara för inbyggda system. Microsofts molntjänst Azure marknadsförs mot IOT-bolag som behöver en miljö som kan ta emot, lagra och analysera stora mängder mätvärden från uppkopplade prylar. Microsoft utvecklar också en avskalad och IOT-anpassad version av sitt operativsystem – Windows Embedded Compact.