Когда говорят об Интернете вещей (IoT), большинство людей представляет себе устройства, постоянно подключённые к сети: умные колонки, термостаты, камеры наблюдения, промышленные датчики, которые отправляют данные в облако. Однако далеко не все системы IoT действительно зависят от интернет-соединения. Во многих случаях устройства способны работать, обмениваться данными и выполнять сложные задачи без подключения к глобальной сети. Это возможно благодаря локальным протоколам связи, встроенным вычислительным системам и автономным сетевым архитектурам, которые позволяют устройствам «понимать» друг друга прямо на месте.

Почему «безинтернетный» IoT становится всё важнее

Парадоксально, но развитие Интернета вещей постепенно привело к осознанию, что не весь IoT должен работать через интернет. В промышленности, транспорте, медицине или энергетике стабильное интернет-соединение не всегда доступно. На производстве может быть толстый бетонный потолок, в сельском хозяйстве — километры полей без покрытия, а на морских судах или в подземных туннелях сеть отсутствует физически.

Кроме того, для многих систем критически важно время отклика и надёжность связи. Когда отработку сигнала нельзя задерживать даже на долю секунды — как в системах управления оборудованием или медицинских приборах — зависимость от внешнего интернета становится нежелательной. Поэтому инженеры всё чаще проектируют системы, где устройства обмениваются данными напрямую, создавая локальные IoT-сети.

Прямое взаимодействие устройств: основа локального IoT

Главный принцип работы IoT без интернета — взаимодействие на уровне устройства (device-to-device). Это означает, что данные не проходят через облако или внешний сервер. Вместо этого они передаются напрямую от одного устройства к другому, либо через локальный контроллер.

В таких системах каждое устройство выступает не просто как сенсор, а как узел сети, способный принимать решения, обрабатывать данные и передавать их дальше. Например, в системе «умного дома» термостат может напрямую получать данные от датчиков температуры и влажности, управлять кондиционером и вентиляцией, не обращаясь к интернету.

Для организации такого взаимодействия используются специализированные протоколы связи, которые обеспечивают устойчивое соединение даже в условиях ограниченных ресурсов — низкой скорости передачи, помех или большой протяжённости сети.

Протоколы и технологии локальной связи

Наиболее распространёнными технологиями, позволяющими IoT-устройствам работать без интернета, являются Bluetooth Low Energy (BLE), Zigbee, Z-Wave, Thread, LoRaWAN и Wi-Fi Direct.

Bluetooth Low Energy применяется в носимых устройствах, медицинских трекерах и смарт-часах. Он обеспечивает обмен данными на расстоянии до 100 метров и потребляет минимальное количество энергии. Благодаря BLE датчик пульса может передавать информацию смартфону или другому прибору даже при отключённом интернете.

Zigbee и Z-Wave чаще используются в домашних и офисных системах автоматизации. Их главное преимущество — построение сетки (mesh network), где каждое устройство может ретранслировать сигнал дальше. Таким образом, если одно устройство выходит из строя, сеть остаётся работоспособной. Например, лампочка Zigbee может передать команду выключения соседнему выключателю, минуя центральный контроллер.

LoRaWAN применяется для создания дальних беспроводных сетей с минимальным энергопотреблением. Она позволяет устройствам общаться на расстоянии до нескольких километров без доступа к интернету, что идеально подходит для сельского хозяйства, мониторинга инфраструктуры или «умных» систем водоснабжения.

Wi-Fi Direct даёт возможность соединять устройства напрямую, без маршрутизатора. Например, камера видеонаблюдения может транслировать изображение на ноутбук или смартфон напрямую, даже если интернет-соединение отсутствует.

Edge computing: обработка данных на месте

Даже без интернета IoT-устройства способны выполнять сложные вычисления, анализировать данные и принимать решения. Это стало возможным благодаря технологии edge computing — периферийным вычислениям, при которых обработка происходит прямо на устройстве или локальном сервере.

Например, система промышленного контроля может анализировать вибрации двигателя и определять признаки износа подшипников. Для этого не требуется отправлять огромные объёмы данных в облако: достаточно локального анализа с помощью встроенного алгоритма машинного обучения. Лишь результаты, такие как предупреждение о возможной поломке, могут быть переданы оператору при восстановлении связи.

Edge computing делает IoT независимым, снижает задержки и позволяет системам работать даже при полном отсутствии внешних каналов связи.

Mesh-сети: IoT без единого центра

Особое место в архитектуре автономного IoT занимают сетевые топологии без центрального узла, называемые mesh-сетями. Здесь каждый участник сети не только принимает и отправляет данные, но и ретранслирует их другим узлам. Такая архитектура напоминает живой организм: сеть может адаптироваться к потерям связи, изменять маршруты и сохранять устойчивость без участия человека.

В 2023 году инженеры NASA протестировали протокол mesh-связи для марсианских роверов, которые должны обмениваться данными между собой без спутникового интернета. На Земле подобные решения применяются в системах мониторинга лесных пожаров, где сеть датчиков формирует самоподдерживающуюся структуру, работающую неделями без централизованного управления.

Локальные хабы и шлюзы

Во многих системах IoT роль «интернета на месте» выполняют локальные шлюзы (gateways) — устройства, соединяющие разные типы датчиков и протоколов. Они обрабатывают данные, координируют взаимодействие и обеспечивают связь между беспроводными сетями.

Например, на ферме может стоять шлюз, принимающий сигналы от датчиков влажности почвы, температуры и солнечного излучения. Он управляет системой полива, анализируя данные в реальном времени, и сохраняет статистику на локальном накопителе. Интернет используется только для периодической синхронизации или удалённого доступа, но система продолжает функционировать автономно.

Безопасность и автономность локальных IoT-сетей

Интересно, что работа без интернета делает IoT не только независимым, но и более безопасным. Большинство кибератак на IoT-устройства осуществляется через интернет-подключение. В автономных системах эта уязвимость отсутствует, так как внешние соединения ограничены или полностью отсутствуют.

Тем не менее безопасность внутри сети всё же требует внимания. Для локальных протоколов, таких как Zigbee и Thread, применяются механизмы шифрования и аутентификации. Кроме того, устройства способны регулярно обновлять свои ключи доступа при каждом подключении к шлюзу, что снижает риск перехвата данных.

Примеры автономных IoT-систем

Автономные IoT-решения уже активно применяются в различных сферах. В сельском хозяйстве используются системы контроля влажности почвы и метеостанции, которые взаимодействуют между собой через LoRaWAN и принимают решения без интернета.

В промышленности автономные датчики вибрации и температуры объединяются в локальные сети для мониторинга оборудования. В случае обнаружения аномалий они могут включать аварийное оповещение или останавливать станок, не дожидаясь сигнала с облака.

В «умных домах» устройства, работающие по Zigbee или Z-Wave, продолжают выполнять сценарии даже при отключении Wi-Fi: включают освещение, регулируют температуру, открывают жалюзи по расписанию.

Будущее локального Интернета вещей

Постепенно IoT-системы переходят от зависимости к автономности. Современные технологии связи и миниатюрные вычислительные модули позволяют создавать целые киберфизические экосистемы, которые функционируют независимо от внешней инфраструктуры.

В ближайшие годы развитие получат стандарты, объединяющие разные протоколы — такие как Matter, разработанный консорциумом Apple, Google, Amazon и других компаний. Он позволит устройствам разных производителей взаимодействовать напрямую, без необходимости подключения к интернету.

Таким образом, «интернет» в Интернете вещей всё чаще становится лишь возможностью, а не необходимостью. Главная цель IoT — не передавать данные в сеть, а обеспечивать взаимодействие, автоматизацию и интеллект там, где это действительно нужно — на месте.