Файл: Стандартизация IoT.docx

Министерство транспорта Российской Федерации

ФГАОУ ВО «Российский университет транспорта»

МОСКОВСКИЙ КОЛЛЕДЖ ТРАНСПОРТА


ИТОГОВАЯ РАБОТА

По теме «Стандартизация IoT»

По предмету МСC
Специальность 09.02.04 Информационные системы (по отраслям)


Студент Иванюк Никита Владимирович

Группа МОИС-252

Преподаватель Захаров П. А.


Москва 2023 г.

Содержание

Введение

Идея Интернета вещей сама по себе очень проста. Представим, что все окружающие нас предметы и устройства (домашние приборы и утварь, одежда, продукты, автомобили, промышленное оборудование и др.) снабжены миниатюрными идентификационными и сенсорными (чувствительными) устройствами. Тогда при наличии необходимых каналов связи с ними можно не только отслеживать эти объекты и их параметры в пространстве и во времени, но и управлять ими, а также включать информацию о них в общую «умную планету». В самом общем виде с инфокоммуникационной точки зрения Интернет вещей можно записать в виде следующей символической формулы:

IoT = Сенсоры (датчики) + Данные + Сети + Услуги.

Проще говоря, Интернет вещей – это глобальная сеть компьютеров, датчиков (сенсоров) и исполнительных устройств (актуаторов), связывающихся между собой с использованием интернет протокола IP (Internet Protocol). Например, для решения определенной задачи компьютер связывается через публичный интернет с небольшим устройством, к которому подключен соответствующий датчик (например, температуры).

Очевидно, что при внедрении Интернета вещей вся наша повседневная жизнь кардинально изменится. Уйдут в прошлое поиски нужных вещей, дефициты товаров или их перепроизводство, кражи автомобилей и мобильных телефонов, поскольку будет точно известно, что, в каком месте и в каком количестве находится, производится и потребляется. Если все объекты (вещи) будут снабжены миниатюрными радиометками, то их можно будет дистанционно идентифицировать, а при наличии определенного «интеллекта» – и управлять ими. По оценкам экспертов компании Cisco количество объектов, которые Интернет вещей сможет соединить между собой, будет сравнимо с количеством атомов на поверхности Земли. Концепция IoT играет определяющую роль в дальнейшем развитии инфокоммуникационной отрасли. Это подтверждается как позицией Международного союза электросвязи (МСЭ) и Европейского Союза в данном вопросе, так и включением Интернета вещей в перечень прорывных технологий в США, Китае и других странах. И хотя на международном уровне данная концепция уже обретает черты сформировавшейся технологии, для нее ведутся активные работы в области стандартизации архитектуры, технических компонентов, приложений, но одновременно столь же велико количество мнений о том, как именно будет построен Интернет вещей.

---

1. Технология и архитектура IoT

Интернет вещей (англ. Internet of Things, IoT) – это концепция развития технологий сетей Интернет в сторону автоматизации, и исключения участия человека из большинства процессов работы IT-инфраструктуры. Интернет-вещи посредством обмена информацией между различными датчиками и сенсорами должны полностью автоматизировать процессы управления группами устройств.

Чаще всего, при рассмотрении потенциала Интернета вещей, приводят пример работы умного дома. Ведь в любом доме существуют системы отопления, вентиляции, кондиционирования и освещения. И хорошо бы сделать так, чтобы все это работало само, без лишнего вмешательства человека..

Технологию IoT связывают с объединением множества интеллектуальных предметов в единую систему. Рекомендация Y.206 переносит это представление на виртуальные объекты. Согласно данной рекомендации, IoT обеспечивает коммуникацию между любыми вещами в режиме реального времени. За IoT-системами будущее, и ниже мы рассмотрим основные концепции этих систем, а также некоторые сценарии их использования.

IoT состоит из набора различных инфокоммуникационных технологий, которые обеспечивают его работу. Архитектура Интернета вещей показывает, как разные технологии связаны между собой, и включает в себя следующие основные уровни как(Рисунок 1):

Здесь непосредственно речь идет об устройствах. Это самый нижний уровень архитектуры IoT. Он состоит из "умных" объектов, соединенных с сенсорами. Они обеспечивают сбор и обработку информации в реальном времени для соответствующих целей. Например, для измерения температуры, давления, скорости движения, местоположения и многого другого. Развитие микропроцессоров привело к сокращению физических размеров аппаратных сенсоров и позволило внедрять их повсеместно.

1.1 Стандартизация в сфере IoT

Мировой технический прогресс движется в следующем направлении: когда технология становится достаточно зрелой, наступает пора ее стандартизации, что является шагом к так называемым «открытым системам» с типовыми компонентами и интерфейсами. Если рассматривать известный Gartner Hype Cycle, то стандартизация может выполняться с упреждением, задолго до готовности технологии к массовому внедрению.

Весь мир технических (и не только) изделий определяется стандартами, а без этого всех нас накрыл бы хаос.

Что касается IoT, то использование стандартов является еще и важной платформой при работе с крупными государственными и корпоративными заказчиками, в том числе и в области приложений, важных для безопасности (safety critical, security critical, mission critical, etc.).

---

«Прославляя» стандартизацию нельзя не сказать о «темной стороне силы», к которой относится:

• 
  существование избыточного количества стандартов, отсутствие четкой системы, наличие разных организаций, занимающихся стандартизацией в одной и той же сфере;
  
• 
  неполное и неравномерное покрытие объектов стандартизации;
  «война стандартов», т.е. лоббирование интересов отдельных фирм в ущерб решению общих проблем стандартизации;
  
• 
  регламентация в основном только наиболее простых объектов и массовых процессов;
  
• 
  бюрократизированная процедура и долгий срок разработки стандартов (в среднем, три-пять лет), что приводит к их консерватизму и отставанию от практических потребностей.
  

1.2 Объекты стандартизации

Существует множество объектов стандартизации IoT, которые помогают обеспечить совместимость и взаимодействие устройств и приложений в Интернете вещей. Некоторые из них включают:

1. Протоколы связи: такие как Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, Z-Wave, LoRaWAN и NB-IoT.

• 
  Wi-Fi - это беспроводной протокол связи, который используется для передачи данных в локальных сетях. Он позволяет устройствам подключаться к Интернету и обмениваться данными на больших расстояниях.
  

• 
  Bluetooth - это беспроводной протокол связи, который используется для передачи данных на короткие расстояния. Он позволяет устройствам обмениваться данными без использования проводов.
  

• 
  Zigbee - это беспроводной протокол связи, который используется для передачи данных на небольшие расстояния в локальных сетях. Он позволяет устройствам обмениваться данными с низким энергопотреблением.
  

• 
  Z-Wave - это беспроводной протокол связи, который используется для передачи данных на небольшие расстояния в локальных сетях. Он позволяет устройствам обмениваться данными с высокой степенью безопасности.
  

• 
  LoRaWAN - это беспроводной протокол связи, который используется для передачи данных на большие расстояния в глобальных сетях. Он позволяет устройствам обмениваться данными с низким энергопотреблением и высокой степенью безопасности.
  

• 
  NB-IoT - это беспроводной протокол связи, который используется для передачи данных на большие расстояния в глобальных сетях. Он позволяет устройствам обмениваться данными с низким энергопотреблением и высокой скоростью передачи данных.
  

---

2. Протоколы обмена данными: такие как MQTT, CoAP, HTTP и AMQP.

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) - это протокол обмена сообщениями, который используется для передачи данных в IoT-системах. Он позволяет устройствам отправлять и получать сообщения с минимальной задержкой и низким энергопотреблением.

CoAP (Constrained Application Protocol) - это протокол обмена данными, который используется для передачи информации между устройствами с ограниченными ресурсами. Он позволяет устройствам обмениваться данными с минимальным объемом трафика и низким энергопотреблением.

HTTP (Hypertext Transfer Protocol) - это протокол обмена данными, который используется для передачи информации между устройствами в Интернете. Он позволяет устройствам отправлять запросы и получать ответы с высокой скоростью и безопасностью.

AMQP (Advanced Message Queuing Protocol) - это протокол обмена сообщениями, который используется для передачи данных между приложениями и устройствами в IoT-системах. Он позволяет устройствам отправлять и получать сообщения с высокой степенью безопасности и надежности.

3. Протоколы безопасности: такие как SSL/TLS, OAuth и OpenID Connect.

SSL/TLS (Secure Sockets Layer/Transport Layer Security) - это протокол безопасности, который используется для защиты данных, передаваемых между устройствами в Интернете. Он обеспечивает шифрование данных и аутентификацию устройств, чтобы предотвратить несанкционированный доступ и изменение информации.

OAuth (Open Authorization) - это протокол безопасности, который используется для авторизации доступа к защищенным ресурсам в Интернете. Он позволяет пользователям давать приложениям разрешение на доступ к их личной информации, не раскрывая свои учетные данные.

OpenID Connect - это протокол безопасности, который используется для аутентификации пользователей в Интернете. Он позволяет пользователям использовать один набор учетных данных для входа на различные сайты и приложения, что упрощает процесс аутентификации и повышает безопасность.

Kerberos - это протокол безопасности, который используется для аутентификации пользователей в распределенных средах. Он обеспечивает безопасный обмен данными между устройствами и защиту от атак типа "человек посередине".

4. Стандарты управления устройствами: такие как OMA-DM, TR-069 и LwM2M.

SSL/TLS (Secure Sockets Layer/Transport Layer Security) - это протокол безопасности, который используется для защиты данных, передаваемых между устройствами в Интернете. Он обеспечивает шифрование данных и аутентификацию устройств, чтобы предотвратить несанкционированный доступ и изменение информации.

---

OAuth (Open Authorization) - это протокол безопасности, который используется для авторизации доступа к защищенным ресурсам в Интернете. Он позволяет пользователям давать приложениям разрешение на доступ к их личной информации, не раскрывая свои учетные данные.

OpenID Connect - это протокол безопасности, который используется для аутентификации пользователей в Интернете. Он позволяет пользователям использовать один набор учетных данных для входа на различные сайты и приложения, что упрощает процесс аутентификации и повышает безопасность.

Kerberos - это протокол безопасности, который используется для аутентификации пользователей в распределенных средах. Он обеспечивает безопасный обмен данными между устройствами и защиту от атак типа "человек посередине".

5. Стандарты для обработки данных: такие как JSON, XML и CSV.

JSON (JavaScript Object Notation) - это формат обмена данными, основанный на языке программирования JavaScript. Он используется для передачи структурированных данных между приложениями и устройствами в Интернете. JSON представляет данные в виде пар "ключ-значение" и может быть легко прочитан и создан с помощью различных языков программирования.

XML (Extensible Markup Language) - это язык разметки, который используется для хранения и передачи данных в Интернете. Он позволяет описывать структуру данных и определять связи между ними. XML используется для обмена данными между различными приложениями и устройствами, а также для создания веб-страниц и документов.

CSV (Comma Separated Values) - это формат хранения и передачи данных, в котором значения разделены запятыми. CSV используется для обмена табличными данными между приложениями и устройствами, такими как электронные таблицы и базы данных. Он является простым и удобным форматом для работы с большими объемами данных.

Все эти стандарты имеют свои преимущества и недостатки, и выбор формата зависит от конкретных потребностей и задач. Например, JSON обычно используется для передачи данных в формате API, XML - для обмена данными между приложениями и веб-сервисами, а CSV - для обработки больших объемов табличных данных.

6. Стандарты для управления энергопотреблением: такие как EnOcean и KNX.

EnOcean - это стандарт беспроводной технологии, который используется для управления энергопотреблением в зданиях и домах. Этот стандарт позволяет создавать беспроводные датчики и устройства, которые работают на энергии, получаемой из окружающей среды, такой как свет или движение. EnOcean используется для автоматического управления освещением, отоплением, кондиционированием воздуха и другими системами, что позволяет снизить энергопотребление и улучшить экологические показатели.

---