Интернет вещей. Автор Уильям Сталлингс
 Скачать 0.61 Mb.
|
|
Интернет вещей: сетевая архитектура и архитектура безопасности Автор: Уильям Сталлингс | 10.02.2017 Нет комментариев Интернет вещей (Internet of Things, IoT) – новейший этап длительной и еще не закончившейся революции в области вычислительных систем и средств связи. Его размер, многообразие и влияние на повседневную жизнь, коммерческую деятельность и государственное управление затмевают предыдущую историю технического прогресса. IoT — это термин, которым обозначается все разрастающийся комплекс подключенных друг к другу интеллектуальных устройств, от бытовой техники до крошечных датчиков. Доминантной темой является встраивание мобильных приемопередатчиков малого радиуса действия в разнообразные гаджеты и предметы повседневного быта, что открывает новые формы коммуникации между людьми и вещами, а также между разными вещами. Сегодня Интернет обеспечивает соединение между собой миллиардов промышленных и бытовых предметов, как правило, с помощью облачных систем. Такие предметы передают информацию датчиков, действуют в соответствии со своим окружением, а иногда могут самомодифицироваться, создавая общую среду управления более крупной системой, такой как завод или даже город[1]. «Вещами» в интернете вещей являются, главным образом, глубоко встроенные устройства с такими отличительными особенностями, как узкая полоса пропускания, сбор данных с низкой повторяемостью и малый объем используемых данных. Эти устройства обмениваются данными друг с другом и предоставляют данные через пользовательские интерфейсы. Некоторые встроенные устройства IoT, такие как охранные видеокамеры высокого разрешения, видеотелефоны VoIP и немногие другие, требуют для работы широкополосного стриминга. Но бесчисленное число других продуктов требует передачи пакетов данных всего лишь время от времени. В этой статье мы приведем обзор IoT, а затем рассмотрим сетевую архитектуру и архитектуру безопасности IoT, которые помогут в разработке, реализации и развертывании IoT. Контекст Развивающийся Интернет охватывает миллиарды объектов, использующих стандартные архитектуры коммуникации для предоставления услуг конечным пользователям. Эта эволюция создает новые взаимодействия между физическим миром и миром вычислений, цифрового контента, анализа, приложений и услуг. Возникший в результате интернет вещей (IoT) открывает беспрецедентные возможности пользователям, изготовителям устройств и поставщикам услуг в самых разных секторах. В числе направлений, которым пойдут на пользу возможности сбора данных, автоматизации и анализа, предоставляемые IoT, — здравоохранение и фитнес-индустрия, мониторинг и автоматизация жилых домов, энергосбережение и «интеллектуальная электросеть», сельское хозяйство, транспорт, экологический мониторинг, инвентаризация и управление продукцией, безопасность, видеонаблюдение, образование и многие другие. Технологическое развитие происходит во многих областях. Неудивительно, что исследования беспроводных сетей проводятся и сейчас, и уже достаточно длительное время, правда, раньше они назывались иначе: мобильные вычисления, всепроникающий компьютинг, беспроводные сенсорные сети и киберфизические системы. Разработано множество предложений и продуктов в области энергоэффективных протоколов, безопасности и конфиденциальности, адресации, экономичных радио, энергосберегающих схем для продления срока службы батареек, надежности сетей, составленных из ненадежных и бессистемно «засыпающих» узлов. Подобный прогресс в области беспроводных технологий жизненно важен для роста IoT. Кроме того, имеют место такие направления разработки, как придание IoT-устройствам возможности взаимодействия с социальными сетями, использование межмашинного взаимодействия, хранение и обработка больших объемов информации в реальном времени, программирование приложений, предоставляющих конечным пользователям интеллектуальные и полезные интерфейсы с этими устройствами и данными. Многие делились своим видением IoT. Stankovic[2] говорит о преимуществах для людей, таких как перевод повседневной деятельности в цифровую сферу; использование фрагментов бионической кожи для коммуникации с окружающими интеллектуальными объектами для большего комфорта, здоровья и безопасности; интеллектуальные часы и нательные устройства, оптимизирующие доступ к городским услугам. Среди преимуществ для города можно назвать отсутствие задержек на транспорте за счет отказа от светофоров и использования 3D-транспортных устройств. Интеллектуальные здания могут не только контролировать энергопотребление и безопасность, но и поддерживать деятельность для укрепления здоровья. Так же, как люди получили новые способы доступа к окружающему миру посредством смартфонов, IoT создаст новую парадигму в том плане, что предоставит нам непрерывный доступ к необходимой информации и услугам. По оценкам Cisco, за следующее десятилетие чистая прибыль экономики IoT составит $14,4 трлн[3]. Согласно исследованиям компании, в этом играют роль пять основных движущих сил: Использование активов ($2,5 трлн): IoT сокращает расходы на продажи, общие и административные расходы и стоимость проданных товаров, оптимизируя выполнение и эффективность бизнес-процессов. Производительность труда ($2,5 трлн): IoT повышает производительность труда за счет эффективного использования человеко-часов. Цепочки поставок и логистика ($2,7 трлн): IoT снижает количество отходов и повышает эффективность процессов. Удовлетворенность клиентов ($3,7 трлн): IoT повышает ценность для заказчика и увеличивает долю рынка, добавляя новых клиентов. Инновации, включая снижение времени выхода на рынок ($3,0 трлн): IoT повышает отдачу от вложений в НИОКР, снижает время выхода на рынок и создает дополнительные потоки доходов за счет новых бизнес-моделей и возможностей. Аналогично опубликованный в 2015 году отчет McKinsey Global Institute[4] констатирует, что прогнозируемый общий экономический эффект IoT сейчас составляет $3,9 трлн, а к 2025 году достигнет 11,1 трлн. По самой верхней оценке объем этого эффекта — включая дополнительные доходы от потребителей — к 2025 году будет эквивалентен 11% мировой экономики. Масштаб интернета вещей Отдел стандартов связи МСЭ (Международный союз электросвязи, International Telecommunication Union) опубликовал Рекомендацию Y.2060, озаглавленную «Обзор интернета вещей» (Overview of the Internet of Things)[5]. В этом документе содержатся следующие определения, описывающие охват IoT: Интернет вещей (IoT): Глобальная инфраструктура для информационного общества, которая обеспечивает возможность предоставления более сложных услуг путем соединения друг с другом (физических и виртуальных) вещей на основе существующих и развивающихся функционально совместимых информационно-коммуникационных технологий. Вещь: Применительно к интернету вещей означает предмет физического мира (физические вещи) или информационного мира (виртуальные вещи), который может быть идентифицирован и интегрирован в сети связи. Устройство: Применительно к интернету вещей означает элемент оборудования, который обладает обязательными возможностями связи и дополнительными возможностями измерения, срабатывания, а также ввода, хранения и обработки данных. В большинстве литературы IoT считается связанным с коммуникацией между интеллектуальными предметами. Рекомендация Y.2060 распространяет эту концепцию на виртуальные вещи — ниже мы рассмотрим это подробнее. Согласно Рекомендации Y.2060, IoT характеризуется добавлением измерения “коммуникация между любыми ВЕЩАМИ” к технологиям информации и связи, которые уже обеспечивают коммуникацию “в любое ВРЕМЯ” и “в любом МЕСТЕ” (рис. 1). Рис. 1. Новое измерение, появившееся в интернете вещей  В книге Designing the Internet of Things[6] элементы IoT сведены в простую формулу: Физические объекты + контроллеры, сенсоры, исполнительные механизмы + Интернет = IoT Эта формула четко описывает саму суть интернета вещей. Экземпляр IoT состоит из набора физических объектов, каждый из которых: содержит микроконтроллер, обеспечивающий интеллектуальность; содержит датчик, измеряющий какой-либо физический параметр, и/или исполнительный механизм, срабатывающий от какого-либо физического параметра; имеет возможность коммуникации по Интернету или какой-либо другой сети. Элементом, не входящим в эту формулу и охваченным определением по Y.2060, является способ идентификации отдельной вещи, обычно называемый тегом. Обратите внимание, что хотя в литературе всегда используется термин «интернет вещей», точнее было бы назвать его сетью вещей, поскольку речь идет не о «большом» Интернете (потому «интернет вещей» и пишется по-русски с маленькой буквы — перев.). Например, инсталляция «умного дома» состоит из набора вещей в доме, обменивающихся информацией по Wi-Fi или Bluetooth с центральным контроллером. На заводе или ферме интернет вещей может поддерживать корпоративные приложения, которые будут взаимодействовать со средой и запускать приложения, использующие интернет вещей. В этих примерах удаленный доступ по Интернету обычно имеется, но его может и не быть. Независимо от того, есть ли такое подключение к Интернету или нет, набор «умных» объектов на площадке, в комплекте с любыми другими вычислительными устройствами и устройствами хранения, можно охарактеризовать как «сеть вещей» или «интернет вещей» (с маленькой буквы). Таблица 1, в основу которой лег график Beecham Research[7], дает представление об области охвата IoT. Таблица 1: интернет вещей
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||