Проблемы безопасности Интернета вещей Е. А. Верещагина И. О. Капецкий А. С. Ярмонов
 Скачать 3.32 Mb.
|
|
Проблемы безопасности Интернета вещей Е.А. Верещагина И.О. Капецкий А.С. Ярмонов http://izd-mn.com/ 16 интеграция интернета с системами энергоменеджмента зданий для создания энергоэффективных умных зданий, управляемых посредством IOT; использование возможных средств мониторинга в режиме реального времени для снижения потребления энергии и мониторинга поведения людей; интеграция интеллектуальных устройств во встроенную среду и прогноз их использования в будущих приложениях. IoT может помочь в интеграции средств связи, управления и обработки информации в различных транспортных системах. Применение IoT распространяется на все компоненты интеллектуальной транспортной системы (транспортное средство, транспортная инфраструктура, водитель или пользователь). Динамическое взаимодействие между этими компонентами транспортной системы обеспечивает интеллектуальное управление трафиком, интеллектуальную парковку, автомобильную связь, логистику и управление автопарком, управление транспортным средством, безопасность и помощь на дороге, функционирование электронных систем взимания дорожных сборов [29]. В целом можно выделить семь областей применения технологии IoT (рисунок 1.2). Рисунок 1.2 – Области применения технологий IoT Ниже приведено краткое описание каждой области. Человек Технологии IoT применяются в двух направлениях, относящихся непосредственно к жизнедеятельности человека. Первое – это здоровье и фитнес. Второе – производительность труда. При использовании технологий IoT производительность труда повышается. IoT обладает большим потенциалом для обеспечения позитивных изменений в состоянии здоровья человека. При использовании подключенных устройств для постоянного наблюдения за пациентами, особенно с хроническими заболеваниями (диабет и др., можно добиться соблюдения пациентом предписанной терапии, избежать госпитализации (и осложнений после госпитализации) и улучшить качество жизни для сотен миллионов пациентов. Для повышения производительности труда людей применяются устройства дополненной реальности, такие как умные защитные очки, на которых можно отображать данные для управления производственными показателями работников фабрики. Защитные очки могут предоставлять информацию, например инструкции по выполнению производственных заданий, которые всплывают в поле зрения рабочего, позволяя ему работать без обращения к компьютеру. Проблемы безопасности Интернета вещей Е.А. Верещагина И.О. Капецкий А.С. Ярмонов http://izd-mn.com/ 17 Используя IoT, компании могут перепроектировать рабочие места и процессы для повышения эффективности и результативности. Технологии IoT могут помочь сотрудникам, работающим на местах, оставаться на связи и работать более эффективно. Дом Концепция «умного дома» включает комплекс технологий, позволяющих экономить время и силы, затрачиваемые на домашнюю работу, с помощью интеграции систем домашних устройств, которые действуют и решают определенные задачи без человеческого вмешательства. Среди таких задач – автоматическое включение/выключение света, регулирование работы отопительной системы, кондиционера, автоматическое уведомление о вторжении в дом, обеспечение безопасной работы газового и сантехнического оборудования с помощью установки датчиков на смесителях и газовых конфорках, которые в случае утечки извещают владельца квартиры и принудительно перекрывают воду и газ. В связи с этим появляется широкий спектр устройств и приложений IoT для домашнего использования: умные термостаты, интеллектуальные приборы, пылесосы с самостоятельным управлением и др. В результате работы этих систем и устройств ожидается экономия не только времени, но и ресурсов, например электроэнергии, а также обеспечение безопасности. Офис В данном аспекте офис рассматривается как физическая среда, в которой основной деятельностью является работа со знаниями. Технологии IoT применяются для управления и автоматизации современного офиса. Основные направления их использования: интеграция с системами управления зданием, эффективное управление энергопотреблением, управление аудио-видео оборудованием, предсказание сбоев и отказов автоматики, обеспечение безопасности и комфортных условий для сотрудников и посетителей. С учетом внешних и внутренних условий в автоматизированном режиме задается и отслеживается порядок работы всех инженерных систем и электроприборов. Используя цифровые камеры видеонаблюдения с расширенными возможностями обработки изображений, операторы офисных зданий могут идентифицировать сотрудников или гостей, мониторить их перемещения и поведение. Предприятие Эта область применения IoT является самой перспективной и наиболее выгодной. На предприятиях ценность системы IoT будет повышаться – в основном за счет повышения производительности труда, а также за счет экономии энергии, сокращения затрат и снижения себестоимости продукции. IoT упростит задачи улучшения обслуживания оборудования, оптимизации управления активами, сохранения здоровья и обеспечения безопасности работников. Производственный объект Ведущие ресурсодобывающие и ресурсоперерабатывающие компании были первыми, кто внедрил технологию IoT. Сегодня на типовой платформе для бурения нефтяных скважин может использоваться до 30 000 датчиков, которые следят за работой десятков систем. В горнодобывающей промышленности беспилотные самоходные машины, в том числе карьерные и рудничные, помогают оптимизировать операции и сократить расходы. Помимо этого, улучшается техническое обслуживание оборудования. Используя датчики для Проблемы безопасности Интернета вещей Е.А. Верещагина И.О. Капецкий А.С. Ярмонов http://izd-mn.com/ 18 мониторинга работоспособности используемого оборудования, компании могут перейти к модели прогнозного технического обслуживания, основанной на прогностической аналитике, отказавшись от стратегии планового регулярного технического обслуживания и снизив необходимость в срочном ремонте оборудования вследствие его поломки. С помощью IoT-технологий компании также могут обеспечить сохранение здоровья и безопасность людей. Город Города стали местом внедрения большого количества инноваций и проведения экспериментов с технологиями IoT благодаря так называемым инициативам умного города. Поскольку города являются двигателями глобального экономического роста, ожидается, что 600 крупнейших городов мира обеспечат 65 % роста мирового ВВП к 2025 году, и влияние технологий IoT в этом процессе может быть значительным. Можно выделить четыре основных элемента городской инфраструктуры, которым применение IoT наиболее выгодно: транспорт, общественная безопасность и здравоохранение, управление ресурсами и предоставление услуг. Для транспорта создаются крупнейшие приложения IoT, включающие системы управления транспортными потоками и автономными транспортными средствами (беспилотные автомобили). Использование IoT в этой сфере имеет большой потенциал. Например, можно корректировать расписания поездок на основе фактических данных отслеживания систем общественного транспорта (автобусов и поездов). Сегодня до 70 % времени, затрачиваемого на дорогу, это буферное время – время между прибытием транспортного средства на остановку или станцию и отбытием. Сокращение этого интервала в городах по всему миру может обеспечить существенную экономию времени. Следующим по значимости будет влияние IoT на общественное здравоохранение – в основном за счет улучшения качества воздуха и воды. Внешний параметр Внешний параметр фиксирует использование технологий IoT вне остальных параметров, то есть на объектах, которые перемещаются между городами. Например, эти технологии применяются для улучшения маршрутизации кораблей, самолетов и других междугородних транспортных средств посредством усовершенствования навигации. Кроме того, системы IoT способствует отслеживанию контейнеров и посылок в пути. Проблемы безопасности Интернета вещей Е.А. Верещагина И.О. Капецкий А.С. Ярмонов http://izd-mn.com/ 19 1.4. Индустриальный Интернет вещей Указ Президента РФ «О Стратегии развития информационного общества в Российской Федерации на 2017–2030 годы», предусматривающий планомерную интеграцию IoT в российскую действительность – как в промышленность, так и в энергетику, определяет IIoT как «концепцию построения информационных и коммуникационных инфраструктур на основе подключения к информационно-телекоммуникационной сети “Интернет” … промышленных устройств, оборудования, датчиков, сенсоров, систем управления технологическими процессами, а также интеграции данных программно-аппаратных средств между собой без участия человека» [34]. IIoT включает взаимосвязанные датчики, приборы и другие устройства, объединенные в сеть с компьютерами с помощью промышленных приложений. Такое соединение позволяет собирать и анализировать данные, обмениваться ими, что потенциально способствует повышению производительности труда и эффективности производства, а также дает другие экономические преимущества [35]. IIoT – это эволюция распределенной системы управления (DCS), которая позволяет повысить степень автоматизации за счет использования облачных вычислений для уточнения и оптимизации управления процессом. IIoT использует технологии кибербезопасности, облачные вычисления, граничные вычисления, мобильные технологии, межмашинное взаимодействие, 3D-печать, передовую робототехнику, анализ больших объемов данных, Интернет вещей, технологию RFID и когнитивные вычисления [36–38]. Пять наиболее важных из них описаны ниже: 1. Киберфизические системы (англ. Cyber-physical systems) – это информационно- технологическая концепция, подразумевающая интеграцию вычислительных ресурсов в физические процессы. Такие системы состоят из связанных физических и вычислительных компонентов и функционируют на стыке реального и виртуального миров, обеспечивают их взаимодействие и эффективное управление самыми разными технологиями – умными городами, автоматизированными системами управления производством, энергетикой, Big Data, IoT, IIoT, искусственным интеллектом и другими [35, 39]. 2. Облачные вычисления позволяют предоставлять ИТ-услуги, ресурсы при этом загружаются и извлекаются из Интернета без прямого подключения к серверу. Файлы могут храниться в облачных системах хранения, а не на локальных устройствах хранения [40]. 3. Краевые вычисления – это парадигма распределенных вычислений, которая приближает компьютерное хранилище данных к месту, где они необходимы [41]. В отличие от облачных вычислений, краевые (англ. edge computing), или граничные, периферийные, вычисления относятся к децентрализованной обработке данных на границе сети [42]. В IIoT больше востребована архитектура «граница плюс облако», чем архитектура, основанная исключительно на централизованном облаке, для увеличения производительности труда, количества продуктов и услуг в индустриальном мире и улучшения их качества [36]. 4. Аналитика больших данных – это процесс изучения больших и разнообразных наборов данных или больших объемов данных [43]. 5. Искусственный интеллект и машинное обучение. Искусственный интеллект (ИИ) – это область компьютерных наук, в которой создаются интеллектуальные машины, работающие и реагирующие подобно людям [44]. Машинное обучение является основной частью ИИ, оно позволяет программному обеспечению стать более точным в прогнозировании результатов без явного программирования [45]. Проблемы безопасности Интернета вещей Е.А. Верещагина И.О. Капецкий А.С. Ярмонов http://izd-mn.com/ 20 Архитектура IIoT Системы IIoT часто воспринимаются как многоуровневая модульная архитектура цифровых технологий [46]. Уровень устройства определяется физическим компонентом: CPS, датчиком или машиной. Сетевой уровень включает физические сетевые шины, облачные вычисления и протоколы связи, агрегирующие и транспортирующие данные на сервисный уровень. Сервисный уровень состоит из приложений, которые манипулируют данными и объединяют их в информацию, отображаемую на приборной панели драйвера [47, 48]. Платформы IoT помогают поддерживать взаимодействие между вещами и создавать более сложные структуры, такие как распределенные вычисления и распределенные приложения. Развитие цифровых технологий в этом направлении может привести к созданию сред разработки программного обеспечения, предназначенного специально для IoT. Компании разрабатывают технологические платформы, чтобы обеспечить этот тип функциональности для IoT. Разрабатываются новые платформы, более широко использующие искусственный интеллект. Области применения IIoT IIoT успешно применяется как в социальной сфере (транспорт, здравоохранение, ЖКХ), так и в разных отраслях промышленности. С помощью IIoT создаются новые бизнес- модели, повышается производительность труда, преобразуется рабочая сила [35]. На рисунке 1.3 представлены самые перспективные направления применения IIoT [38]. Рисунок 1.3 – Применение IIoT Хотя для IIoT необходимо подключение к сети и сбор данных, производственные данные являются не конечной целью, а скорее средством для безопасного и рационального управления предприятием. Из всех технологий интеллектуальное обслуживание является наиболее простым приложением, поскольку оно применимо к существующим активам и системам управления. Интеллектуальные системы обслуживания могут сократить непредвиденные простои и повысить производительность труда. Аналитика больших объемов данных в промышленности играет жизненно важную роль в прогнозировании и обслуживании производственных активов, хотя это не единственная Проблемы безопасности Интернета вещей Е.А. Верещагина И.О. Капецкий А.С. Ярмонов http://izd-mn.com/ 21 возможность использования данных в промышленности [35, 49]. Киберфизические системы являются основной технологией работы с промышленными большими данными, связывая человека с кибермиром. Энергетика Как уже говорилось выше, интеграция сенсорных и исполнительных систем, подключенных к Интернету, применяется и в энергетической сфере с целью оптимизировать энергопотребление [50]. Все энергопотребляющие устройства (и бытовые, и производственные), как ожидается, в ближайшем будущем будут интегрированы в систему IoT и смогут обмениваться данными с компаниями, поставляющими услуги, для обеспечения эффективного баланса между выработкой электроэнергии и энергопотреблением [51]. IIoT актуален для использования в масштабах как отдельного домохозяйства или двора, так и целого региона, поскольку предоставляет системы для автоматического сбора и обработки информации об энергоснабжении и энергопотреблении, способствуя повышению эффективности, надежности, экономичности и устойчивости производства, распределения электроэнергии [51]. Используя устройства расширенной инфраструктуры измерений, подключенные к Интернету, электрические утилиты могут не только собирать данные из подключений конечных пользователей, но и управлять другими устройствами автоматизации распределения, такими как трансформаторы и т.д. [50]. На локальном уровне ряд приложений IIoT используют данные интеллектуальных светодиодов, чтобы, например, направлять покупателей на пустые парковочные места или выделять движущиеся модели трафика. С помощью датчиков очистители воды оповещают менеджеров через компьютер или смартфон о необходимости замены деталей. Метки RFID, прикрепленные к защитному снаряжению, помогают отслеживать перемещение персонала и обеспечивать его безопасность. Встроенные в электроинструменты датчики используются для регистрации и отслеживания уровня крутящего момента отдельных затяжек, другие датчики применяют для сбора данных из нескольких систем для моделирования новых процессов. Производство Использование IIoT, например, в автомобилестроении подразумевает оцифровку всех элементов производства. Программное обеспечение, машины и люди находятся в единой системе и взаимосвязаны, что позволяет поставщикам и производителям быстрее реагировать на меняющиеся стандарты [2]. IIoT обеспечивает эффективное и рентабельное производство, перемещая данные от клиентов в системы компании, а затем в отдельные разделы производственного процесса. Благодаря IIoT в производственный процесс могут быть включены новые инструменты и функции. Например, 3D-принтеры упрощают способ формирования пресс-инструментов [16]. Эти инструменты открывают новые возможности для проектирования с высокой точностью. С помощью IIoT-технологий настраивают транспортные средства [2]. IIoT позволяет сотрудничать людям и роботам, ранее работавшим отдельно друг от друга [16]. Теперь роботы выполняют тяжелую и повторяющуюся работу, поэтому производственные циклы ускоряются, а новые транспортные средства выходят на рынок быстрее. Заводы могут оперативно выявлять потенциальные проблемы с техническим обслуживанием, чтобы предотвратить простои. Многие производства переходят на 24-часовой режим работы благодаря достижению более высокого уровня безопасности и эффективности [2]. Большинство компаний – производителей автомобилей выпускают разные Проблемы безопасности Интернета вещей Е.А. Верещагина И.О. Капецкий А.С. Ярмонов http://izd-mn.com/ 22 компоненты одного и того же автомобиля на заводах, расположенных в разных странах. IIoT позволяет соединять эти филиалы друг с другом, создавая возможность перемещать производственные данные внутри предприятия. Большие данные можно отслеживать визуально, что позволяет компаниям быстрее реагировать на колебания производства и спроса. Технологии IoT активно используются в нефтяной и газовой промышленности. При поддержке IIoT буровые инструменты и исследовательские станции могут хранить и отправлять большие объемы необработанных данных для облачного хранения и анализа [17]. Благодаря этим технологиям нефтегазовая отрасль имеет возможность соединять машины, устройства, датчики и людей посредством технологии межсетевого взаимодействия для эффективного управления производством и ценообразованием в условиях постоянного колебания спроса и предложения, решения проблем обеспечения безопасности и минимизации воздействия на окружающую среду [18]. Во всей цепочке поставок технологии IIoT могут улучшить процесс обслуживания, общую безопасность и связь [19]. Дроны, например, могут использоваться для обнаружения возможных утечек нефти и газа на ранней стадии и в труднодоступных местах (в частности, в море). С их помощью можно выявлять слабые места в сложных сетях трубопроводов со встроенными тепловизионными системами. Расширенные возможности подключения, интеграции и обмена данными могут помочь компаниям корректировать производство на основе данных о запасах, хранении, темпах распределения и прогнозируемом спросе в реальном времени. Благодаря внедрению решения IIoT, объединяющего данные из нескольких внутренних и внешних источников (таких как оценки рисков, результаты внутренних проверок, плановые оценки и история утечек), тысячи километров труб можно мониторить в режиме реального времени. Это позволяет отслеживать угрозы при эксплуатации трубопроводов, улучшать управление рисками и обеспечивать ситуационную осведомленность [20]. Возможности IIoT могут применяться в конкретных процессах нефтегазовой промышленности [19]. Процесс разведки нефти и газа может быть выполнен более точно при использовании четырехмерных моделей, построенных с помощью сейсмических изображений. Эти модели отображают колебания запасов нефти и уровня газа, указывают точное количество необходимых ресурсов и прогнозируют срок службы скважин. Применение интеллектуальных датчиков и автоматических бурильщиков дает компаниям возможность более эффективно осуществлять мониторинг и производство. Кроме того, благодаря внедрению IIoT компании могут модернизировать процесс хранения, используя сбор и анализ данных в реальном времени для мониторинга уровня запасов и контроля температуры. С помощью технологий IIoT, включая установку интеллектуальных датчиков и тепловых детекторов, можно оптимизировать процессы переработки и транспортировки нефти и газа, обеспечить их безопасность и постоянный мониторинг в реальном времени. IIoT-системы помогают более точно прогнозировать спрос на продукцию и предоставлять эту информацию в автоматическом режиме нефтеперерабатывающим и производственным предприятиям для корректировки уровней производства. |