Интернет вещей ( IoT ) описывает устройства с датчиками , возможностями обработки, программным обеспечением и другими технологиями, которые соединяются и обмениваются данными с другими устройствами и системами через Интернет или другие сети связи. [1] [2] [3] [4] [5] Интернет вещей охватывает электронику , связь и информатику . Термин «Интернет вещей» считается неправильным , поскольку устройствам не требуется подключение к общедоступному Интернету; им нужно только подключиться к сети [6] и иметь индивидуальную адресацию. [7] [8]
Эта область развивалась благодаря конвергенции множества технологий , включая повсеместные вычисления , обычные датчики и все более мощные встроенные системы , а также машинное обучение . [9] Старые области встроенных систем , беспроводных сенсорных сетей , систем управления, автоматизации (включая автоматизацию дома и зданий ) независимо и коллективно обеспечивают Интернет вещей. [10] На потребительском рынке технология Интернета вещей больше всего ассоциируется с продуктами « умного дома », включая устройства и приборы (осветительные приборы, термостаты , системы домашней безопасности , камеры и другая бытовая техника), которые поддерживают одну или несколько общих экосистем [ уточнение] . необходимо ] и может управляться через устройства, связанные с этой экосистемой, такие как смартфоны и интеллектуальные колонки . Интернет вещей также используется в системах здравоохранения . [11]
Существует ряд опасений по поводу рисков, связанных с развитием технологий и продуктов Интернета вещей, особенно в области конфиденциальности и безопасности , и, следовательно, промышленность и правительство предприняли шаги для решения этих проблем, включая разработку международных и местных стандартов. руководящие принципы и нормативно-правовая база. [12]
Основная концепция сети интеллектуальных устройств обсуждалась еще в 1982 году, когда модифицированный торговый автомат Coca-Cola в Университете Карнеги-Меллона стал первым устройством, подключенным к ARPANET [13] , способным сообщать о своем инвентаре и о том, были ли вновь загруженные напитки. холодно или нет. [14] Статья Марка Вайзера 1991 года о повсеместных вычислениях «Компьютер 21-го века», а также такие академические площадки, как UbiComp и PerCom, создали современное видение Интернета вещей. [15] [16] В 1994 году Реза Раджи описал эту концепцию в IEEE Spectrum как «[перенос] небольших пакетов данных в большой набор узлов, чтобы интегрировать и автоматизировать все, от бытовой техники до целых заводов». [17] В период с 1993 по 1997 год несколько компаний предлагали такие решения, как Microsoft at Work или Novell NEST . Эта область получила импульс, когда Билл Джой представил связь между устройствами как часть своей структуры «Шесть сетей», представленной на Всемирном экономическом форуме в Давосе в 1999 году. [18]
Концепция «Интернета вещей» и сам этот термин впервые появились в речи Питера Т. Льюиса на 15-м ежегодном законодательном уикенде Фонда чернокожих Конгресса в Вашингтоне, округ Колумбия , опубликованном в сентябре 1985 года . Льюис, «Интернет вещей, или IoT, — это интеграция людей, процессов и технологий с подключаемыми устройствами и датчиками, позволяющая осуществлять удаленный мониторинг, состояние, манипулирование и оценку тенденций таких устройств». [20]
Термин «Интернет вещей» был независимо придуман Кевином Эштоном из Procter & Gamble , позднее работавшим в Центре автоматической идентификации Массачусетского технологического института , в 1999 году [21] , хотя он предпочитает фразу «Интернет для вещей». [22] В тот момент он считал, что радиочастотная идентификация (RFID) необходима для Интернета вещей, [23] который позволит компьютерам управлять всеми отдельными вещами. [24] [25] [26] Основная тема Интернета вещей — встраивание мобильных трансиверов ближнего действия в различные гаджеты и предметы первой необходимости, чтобы обеспечить новые формы связи между людьми и вещами, а также между самими вещами. [27]
В 2004 году Корнелиус «Пит» Петерсон, генеральный директор NetSilicon, предсказал, что «в следующую эпоху информационных технологий будут доминировать устройства [IoT], а сетевые устройства в конечном итоге приобретут популярность и значимость до такой степени, что они намного превзойдут количество подключенных к сети компьютеров и рабочих станций». Петерсон считал, что медицинские устройства и средства промышленного контроля станут доминирующими приложениями этой технологии. [28]
Определив Интернет вещей как «просто момент времени, когда к Интернету было подключено больше вещей или объектов, чем людей», Cisco Systems подсчитала, что Интернет вещей «родился» между 2008 и 2009 годами, при этом соотношение вещей и людей росло. с 0,08 в 2003 г. до 1,84 в 2010 г. [29]
Обширный набор приложений для устройств Интернета вещей [30] часто делится на потребительские, коммерческие, промышленные и инфраструктурные области. [31] [32]
Растущая часть устройств IoT создается для потребительского использования, включая подключенные транспортные средства, домашнюю автоматизацию , носимые технологии , подключенное здравоохранение и устройства с возможностями удаленного мониторинга. [33]
Устройства Интернета вещей являются частью более широкой концепции домашней автоматизации , которая может включать освещение, отопление и кондиционирование воздуха, медиа-системы и системы безопасности, а также системы камер. [34] [35] Долгосрочные выгоды могут включать экономию энергии за счет автоматического отключения света и электроники или за счет информирования жителей дома об их использовании. [36]
Умный дом или автоматизированный дом может быть основан на платформе или концентраторах, которые управляют интеллектуальными устройствами и бытовой техникой. [37] Например, используя HomeKit от Apple , производители могут управлять своими домашними продуктами и аксессуарами с помощью приложения на устройствах iOS , таких как iPhone и Apple Watch . [38] [39] Это может быть специальное приложение или собственные приложения iOS, такие как Siri . [40] Это можно продемонстрировать на примере Lenovo Smart Home Essentials, представляющей собой линейку устройств для умного дома, которые управляются через приложение Apple Home или Siri без необходимости использования моста Wi-Fi. [40] Существуют также специальные концентраторы для умного дома, которые предлагаются в качестве автономных платформ для подключения различных продуктов для умного дома. К ним относятся Amazon Echo , Google Home , HomePod от Apple и SmartThings Hub от Samsung . [41] Помимо коммерческих систем, существует множество непатентованных экосистем с открытым исходным кодом, включая Home Assistant, OpenHAB и Domoticz. [42]
Одним из ключевых применений умного дома является помощь пожилым людям и инвалидам . Эти домашние системы используют вспомогательные технологии для удовлетворения особых потребностей владельца. [43] Голосовое управление может помочь пользователям с ограничениями по зрению и подвижности, а системы оповещения могут быть подключены непосредственно к кохлеарным имплантатам , которые носят пользователи с нарушениями слуха. [44] Они также могут быть оснащены дополнительными функциями безопасности, включая датчики, которые отслеживают чрезвычайные медицинские ситуации, такие как падения или судороги . [45] Технология умного дома, применяемая таким образом, может предоставить пользователям больше свободы и более высокое качество жизни. [43]
Термин «Корпоративный Интернет вещей» относится к устройствам, используемым в бизнесе и корпоративных условиях. По оценкам, к 2019 году на долю EIoT будет приходиться 9,1 миллиарда устройств. [31]
Интернет медицинских вещей ( IoMT ) — это приложение Интернета вещей для медицинских и связанных со здоровьем целей, сбора и анализа данных для исследований и мониторинга. [46] [47] [48] [49] [50] IoMT называют «умным здравоохранением», [51] как технологией создания цифровой системы здравоохранения, соединяющей доступные медицинские ресурсы и медицинские услуги. [52] [53]
Устройства Интернета вещей можно использовать для удаленного мониторинга состояния здоровья и систем оповещения о чрезвычайных ситуациях . Эти устройства для мониторинга здоровья могут варьироваться от мониторов артериального давления и сердечного ритма до современных устройств, способных контролировать специализированные имплантаты, такие как кардиостимуляторы, электронные браслеты Fitbit или усовершенствованные слуховые аппараты. [54] Некоторые больницы начали внедрять «умные кровати», которые могут определять, когда они заняты и когда пациент пытается встать. Он также может настраиваться так, чтобы обеспечить соответствующее давление и поддержку пациента без ручного вмешательства медсестер. [46] В отчете Goldman Sachs за 2015 год указано, что устройства Интернета вещей в сфере здравоохранения «могут сэкономить Соединенным Штатам более 300 миллиардов долларов ежегодных расходов на здравоохранение за счет увеличения доходов и снижения затрат». [55] Более того, использование мобильных устройств для последующего медицинского наблюдения привело к созданию «мобильного здравоохранения», в котором используется анализируемая статистика здравоохранения». [56]
Специализированные датчики также могут быть установлены в жилых помещениях для мониторинга здоровья и общего самочувствия пожилых людей, а также обеспечения надлежащего лечения и помощи людям в восстановлении утраченной подвижности с помощью терапии. [57] Эти датчики создают сеть интеллектуальных датчиков , которые способны собирать, обрабатывать, передавать и анализировать ценную информацию в различных средах, например, при подключении домашних устройств мониторинга к больничным системам. [51] Благодаря Интернету вещей также возможны другие потребительские устройства, способствующие здоровому образу жизни, такие как подключенные весы или носимые кардиомониторы . [58] Платформы Интернета вещей для комплексного мониторинга состояния здоровья также доступны для дородовых и хронических пациентов, помогая управлять жизненно важными показателями здоровья и повторяющимися потребностями в лекарствах. [59]
Достижения в методах изготовления электроники из пластика и ткани позволили создать сверхдешевые датчики IoMT, которые можно легко использовать и выбрасывать. Эти датчики вместе с необходимой электроникой RFID могут быть изготовлены на бумаге или электронном текстиле для одноразовых сенсорных устройств с беспроводным питанием. [60] Были созданы приложения для медицинской диагностики на месте оказания медицинской помощи , где важны портативность и низкая сложность системы. [61]
По состоянию на 2018 год [обновлять]IoMT применялся не только в клинических лабораториях [48] , но также в сфере здравоохранения и медицинского страхования. IoMT в отрасли здравоохранения теперь позволяет врачам, пациентам и другим лицам, например, опекунам пациентов, медсестрам, семьям и т. д., быть частью системы, где записи пациентов сохраняются в базе данных, что позволяет врачам и остальным сотрудникам медицинский персонал должен иметь доступ к информации о пациентах. [62] IoMT в страховой отрасли обеспечивает доступ к более качественным и новым типам динамической информации. Сюда входят сенсорные решения, такие как биосенсоры, носимые устройства, подключенные медицинские устройства и мобильные приложения для отслеживания поведения клиентов. Это может привести к более точному андеррайтингу и новым моделям ценообразования. [63]
Применение Интернета вещей в здравоохранении играет фундаментальную роль в лечении хронических заболеваний , а также в профилактике и контроле заболеваний. Удаленный мониторинг становится возможным благодаря подключению мощных беспроводных решений. Возможность подключения позволяет практикующим врачам собирать данные пациентов и применять сложные алгоритмы для анализа данных о состоянии здоровья. [64]
.jpg/1280px-Nov%C3%A1_Povltavsk%C3%A1,_Ho%C5%99%C3%AD_v_tunelu_(01).jpg)
Интернет вещей может помочь в интеграции коммуникаций, управления и обработки информации в различных транспортных системах . Применение Интернета вещей распространяется на все аспекты транспортных систем (т. е. на транспортное средство, [65] инфраструктуру, а также на водителя или пользователя). Динамическое взаимодействие между этими компонентами транспортной системы обеспечивает связь между и внутри транспортных средств, [66] интеллектуальное управление дорожным движением , интеллектуальную парковку, электронные системы взимания платы за проезд , логистику и управление автопарком , контроль транспортных средств , безопасность и помощь на дороге. [54] [67]
В автомобильных системах связи связь между транспортными средствами (V2X) состоит из трех основных компонентов: связь между транспортными средствами (V2V), связь между транспортными средствами и инфраструктурой (V2I) и связь между транспортными средствами и пешеходами (V2P) . V2X — это первый шаг к автономному вождению и подключенной дорожной инфраструктуре. [ нужна цитата ]
Устройства Интернета вещей могут использоваться для мониторинга и управления механическими, электрическими и электронными системами, используемыми в различных типах зданий (например, государственных и частных, промышленных, учреждениях или жилых домах) [54] в системах домашней автоматизации и автоматизации зданий . В этом контексте в литературе освещаются три основные области: [68]
Промышленные устройства IoT, также известные как IIoT, собирают и анализируют данные от подключенного оборудования, операционных технологий (OT), мест и людей. В сочетании с устройствами мониторинга операционных технологий (OT) IIoT помогает регулировать и контролировать промышленные системы. [69] Кроме того, такая же реализация может быть реализована для автоматического обновления записей о размещении активов на промышленных складах, поскольку размер активов может варьироваться от небольшого винта до целой запасной части двигателя, и неправильное размещение таких активов может привести к потеря рабочего времени и денег.
Интернет вещей может соединять различные производственные устройства, оснащенные возможностями измерения, идентификации, обработки, связи, активации и сетевых возможностей. [70] Сетевой контроль и управление производственным оборудованием , управление активами и ситуациями или управление производственными процессами позволяют использовать Интернет вещей для промышленных приложений и интеллектуального производства. [71] Интеллектуальные системы Интернета вещей позволяют быстро производить и оптимизировать новые продукты, а также быстро реагировать на потребности в продуктах. [54]
Цифровые системы управления для автоматизации управления технологическими процессами, инструменты оператора и сервисные информационные системы для оптимизации безопасности и защиты предприятия входят в сферу применения IIoT . [72] Интернет вещей также можно применять для управления активами посредством профилактического обслуживания , статистической оценки и измерений для максимизации надежности. [73] Системы промышленного управления могут быть интегрированы с интеллектуальными сетями , что позволит оптимизировать энергопотребление. Измерения, автоматизированное управление, оптимизация предприятия, управление охраной труда и безопасностью и другие функции выполняются подключенными к сети датчиками. [54]
Помимо общего производства, Интернет вещей также используется в процессах индустриализации строительства. [74]
В сельском хозяйстве существует множество приложений Интернета вещей [75] , таких как сбор данных о температуре, осадках, влажности, скорости ветра, зараженности вредителями и составе почвы. Эти данные можно использовать для автоматизации методов ведения сельского хозяйства, принятия обоснованных решений для улучшения качества и количества, минимизации рисков и отходов, а также сокращения усилий, необходимых для управления посевами. Например, фермеры теперь могут контролировать температуру и влажность почвы издалека и даже применять данные, полученные с помощью Интернета вещей, для программ точного внесения удобрений. [76] Общая цель состоит в том, чтобы данные от датчиков в сочетании со знаниями и интуицией фермера о его или ее ферме могли помочь повысить производительность фермы, а также помочь снизить затраты.
В августе 2018 года Toyota Tsusho начала сотрудничество с Microsoft для создания инструментов для рыбоводства с использованием пакета приложений Microsoft Azure для технологий Интернета вещей, связанных с управлением водными ресурсами. Механизмы водяных насосов, частично разработанные исследователями из Университета Киндай , используют искусственный интеллект для подсчета количества рыбы на конвейерной ленте , анализа количества рыбы и определения эффективности потока воды на основе данных, которые предоставляет рыба. [77] Проект FarmBeats [78] от Microsoft Research, который использует пустое пространство телевидения для соединения ферм, теперь также является частью Azure Marketplace. [79]
Устройства Интернета вещей используются для мониторинга окружающей среды и систем лодок и яхт. [80] Многие прогулочные суда остаются без присмотра в течение нескольких дней летом и месяцев зимой, поэтому такие устройства обеспечивают ценные ранние оповещения о затоплении лодки, пожаре и глубоком разряде аккумуляторов. Использование глобальных интернет-сетей передачи данных, таких как Sigfox , в сочетании с долговечными батареями и микроэлектроникой позволяет постоянно контролировать машинные отделения, трюм и батареи и сообщать об этом, например, подключенным приложениям Android и Apple.
Мониторинг и контроль работы устойчивой городской и сельской инфраструктуры, такой как мосты, железнодорожные пути, а также береговые и морские ветряные электростанции, является ключевым применением Интернета вещей. [72] Инфраструктуру Интернета вещей можно использовать для мониторинга любых событий или изменений в структурных условиях, которые могут поставить под угрозу безопасность и увеличить риск. Интернет вещей может принести пользу строительной отрасли за счет экономии затрат, сокращения времени, повышения качества рабочего дня, безбумажного документооборота и повышения производительности. Это может помочь быстрее принимать решения и экономить деньги при анализе данных в реальном времени . Его также можно использовать для эффективного планирования работ по ремонту и техническому обслуживанию путем координации задач между различными поставщиками услуг и пользователями этих объектов. [54] Устройства Интернета вещей также могут использоваться для управления критически важной инфраструктурой, такой как мосты, для обеспечения доступа к судам. Использование устройств Интернета вещей для мониторинга и эксплуатации инфраструктуры, вероятно, улучшит управление инцидентами и координацию реагирования на чрезвычайные ситуации, а также качество обслуживания , время безотказной работы и снизит эксплуатационные расходы во всех областях, связанных с инфраструктурой. [81] Даже такие области, как управление отходами, могут выиграть [82] от автоматизации и оптимизации, которые могут быть реализованы с помощью Интернета вещей. [ нужна цитата ]
Существует несколько запланированных или текущих крупномасштабных развертываний Интернета вещей, которые позволят улучшить управление городами и системами. Например, Сонгдо , Южная Корея, первый в своем роде полностью оборудованный и проводной умный город , постепенно строится [ когда? ] , причем по состоянию на июнь 2018 года завершено строительство примерно 70 процентов делового района [обновлять]. Планируется, что большая часть города будет подключена к сети и автоматизирована с минимальным вмешательством человека или вообще без него. [83]
Другое приложение в настоящее время [ когда? ] реализует проект в Сантандере , Испания. Для этого развертывания были приняты два подхода. В этом городе с населением 180 000 жителей уже было скачано 18 000 городских приложений для смартфонов. Приложение подключено к 10 000 датчиков, которые позволяют использовать такие сервисы, как поиск парковки, мониторинг окружающей среды, повестку дня цифрового города и многое другое. [ уточнить ] В этом развертывании используется контекстная информация о городе, чтобы принести пользу торговцам с помощью механизма искровых сделок, основанного на поведении города и направленного на максимизацию воздействия каждого уведомления. [84]
Другие примеры крупномасштабного внедрения включают в себя китайско-сингапурский «Город знаний» в Гуанчжоу; [85] работают над улучшением качества воздуха и воды, снижением шумового загрязнения и повышением эффективности транспорта в Сан-Хосе, Калифорния; [86] и умное управление дорожным движением в западном Сингапуре. [87] Используя свою технологию RPMA (множественный доступ со случайной фазой), компания Ingenu из Сан-Диего построила общенациональную сеть общего пользования [88] для передачи данных с низкой пропускной способностью , используя тот же нелицензированный спектр 2,4 гигагерца, что и Wi-Fi. «Машинная сеть» Ingenu охватывает более трети населения США в 35 крупных городах, включая Сан-Диего и Даллас. [89] Французская компания Sigfox в 2014 году начала строительство ультраузкополосной беспроводной сети передачи данных в районе залива Сан-Франциско , став первой компанией, добившейся такого развертывания в США. [90] [91] Впоследствии она объявила, что создаст в общей сложности 4000 базовых станций, которые к концу 2016 года покроют в общей сложности 30 городов США, что на данный момент сделает ее крупнейшим поставщиком покрытия сети IoT в стране. [92] [93] Cisco также участвует в проектах умных городов. Cisco начала развертывание [ когда? ] технологии для интеллектуального Wi-Fi, интеллектуальной безопасности, интеллектуального освещения , интеллектуальной парковки, интеллектуального транспорта, интеллектуальных автобусных остановок, интеллектуальных киосков, удаленного эксперта для государственных услуг (REGS) и интеллектуального образования в пятикилометровой зоне города Виджайвада. , Индия. [94]
Еще одним примером крупного развертывания является проект, реализованный компанией New York Waterways в Нью-Йорке для подключения всех судов города и возможности круглосуточного наблюдения за ними в режиме реального времени. Сеть была спроектирована и спроектирована Fluidmesh Networks , чикагской компанией, разрабатывающей беспроводные сети для критически важных приложений. Сеть NYWW в настоящее время обеспечивает покрытие на реках Гудзон, Ист-Ривер и Верхнем заливе Нью-Йорка. Благодаря беспроводной сети компания NY Waterway сможет контролировать свой флот и пассажиров так, как это было невозможно ранее. Новые приложения могут включать в себя безопасность, управление энергопотреблением и автопарком, цифровые вывески, общественный Wi-Fi, безбумажную продажу билетов и другие. [95]
Значительное количество энергопотребляющих устройств (например, ламп, бытовой техники, двигателей, насосов и т. д.) уже интегрировано с подключением к Интернету, что может позволить им взаимодействовать с коммунальными предприятиями не только для балансировки выработки электроэнергии , но и помогает оптимизировать потребление энергии в целом. . [54] Эти устройства обеспечивают удаленное управление пользователями или централизованное управление через облачный интерфейс, а также включают такие функции, как планирование (например, удаленное включение или выключение систем отопления, управление духовками, изменение условий освещения и т. д.). [54] Интеллектуальная сеть — это IoT-приложение на стороне коммунальных предприятий; системы собирают и обрабатывают информацию об энергетике и электроэнергии для повышения эффективности производства и распределения электроэнергии. [96] Используя устройства, подключенные к Интернету , электроэнергетические компании не только собирают данные от конечных пользователей, но и управляют устройствами автоматизации распределения, такими как трансформаторы. [54]
Приложения экологического мониторинга Интернета вещей обычно используют датчики для защиты окружающей среды [97] путем мониторинга качества воздуха или воды , [98] состояния атмосферы или почвы , [99] и могут даже включать в себя такие области, как мониторинг перемещений диких животных и их среды обитания . [100] Развитие устройств с ограниченными ресурсами, подключенных к Интернету, также означает, что другие приложения, такие как системы раннего предупреждения о землетрясениях или цунами , также могут использоваться службами экстренной помощи для оказания более эффективной помощи. Устройства Интернета вещей в этом приложении обычно охватывают большую географическую территорию и также могут быть мобильными. [54] Утверждалось, что стандартизация, которую Интернет вещей привнесет в беспроводное зондирование, произведет революцию в этой области. [101]
Живая лаборатория
Еще одним примером интеграции Интернета вещей является Living Lab, которая интегрирует и объединяет исследовательские и инновационные процессы, создавая партнерство между государством, частным сектором и людьми. [102] В период с 2006 по январь 2024 года существовало более 440 живых лабораторий (хотя не все из них в настоящее время активны) [103] , которые используют Интернет вещей для сотрудничества и обмена знаниями между заинтересованными сторонами для совместного создания инновационных и технологических продуктов. Чтобы компании могли внедрять и развивать услуги Интернета вещей для умных городов, им необходимы стимулы. Правительства играют ключевую роль в проектах «умного города», поскольку изменения в политике помогут городам внедрить Интернет вещей, который обеспечивает эффективность, результативность и точность используемых ресурсов. Например, правительство предоставляет налоговые льготы и дешевую арендную плату, совершенствует общественный транспорт и предлагает среду, в которой начинающие компании, творческие индустрии и транснациональные корпорации могут совместно создавать, использовать общую инфраструктуру и рынки труда, а также использовать преимущества местных внедренных технологий. технологии, производственный процесс и трансакционные издержки. [102] Отношения между разработчиками технологий и правительствами, которые управляют активами города, являются ключом к эффективному обеспечению открытого доступа к ресурсам для пользователей.
Интернет военных вещей (IoMT) — это применение технологий Интернета вещей в военной сфере для целей разведки, наблюдения и других боевых задач. На него сильно влияют будущие перспективы ведения войны в городской среде, и он предполагает использование датчиков, боеприпасов , транспортных средств, роботов, биометрических устройств, носимых человеком, и других интеллектуальных технологий, которые актуальны на поле боя. [104]
Одним из примеров устройств IOT, используемых в армии, является система Xaver 1000. Xaver 1000 был разработан израильской компанией Camero Tech и является новейшей моделью компании в линейке «систем сквозной визуализации». В линейке Xaver используется радар миллиметрового диапазона (MMW) или радар в диапазоне 30–300 гигагерц. Он оснащен системой отслеживания жизненных целей на основе искусственного интеллекта, а также собственной 3D-технологией «чувство сквозь стену». [105]
Интернет вещей поля боя ( IoBT ) — это проект, инициированный и реализуемый Исследовательской лабораторией армии США (ARL) , который фокусируется на фундаментальной науке, связанной с Интернетом вещей, который расширяет возможности солдат армии. [106] В 2017 году ARL создала Альянс совместных исследований Интернета вещей на поле боя (IoBT-CRA) , установив рабочее сотрудничество между отраслевыми, университетскими и армейскими исследователями для продвижения теоретических основ технологий Интернета вещей и их применения в армейских операциях. [107] [108]
Проект « Океан вещей» — это программа под руководством DARPA , предназначенная для создания Интернета вещей на больших территориях океана с целью сбора, мониторинга и анализа данных об окружающей среде и деятельности судов. Проект предполагает развертывание около 50 000 поплавков, на которых размещен комплект пассивных датчиков, который автономно обнаруживает и отслеживает военные и коммерческие суда в рамках облачной сети. [109]
Существует несколько применений интеллектуальной или активной упаковки , в которых QR-код или NFC-метка прикрепляется к товару или его упаковке. Сам тег является пассивным, однако он содержит уникальный идентификатор (обычно URL -адрес ), который позволяет пользователю получить доступ к цифровому контенту о продукте через смартфон. [110] Строго говоря, такие пассивные элементы не являются частью Интернета вещей, но их можно рассматривать как средства обеспечения цифрового взаимодействия. [111] Термин «Интернет упаковки» был придуман для описания приложений, в которых используются уникальные идентификаторы для автоматизации цепочек поставок и которые сканируются потребителями в больших масштабах для доступа к цифровому контенту. [112] Аутентификация уникальных идентификаторов и, следовательно, самого продукта возможна с помощью чувствительного к копированию цифрового водяного знака или шаблона обнаружения копирования для сканирования при сканировании QR-кода, [113] тогда как метки NFC могут шифровать связь. [114]
Основная значительная тенденция Интернета вещей за последние годы [ когда? ] — это взрывной рост количества устройств, подключаемых и управляемых через Интернет. [115] Широкий спектр применений технологии Интернета вещей означает, что специфика каждого устройства может сильно различаться, но есть базовые характеристики, общие для большинства.
Интернет вещей создает возможности для более прямой интеграции физического мира в компьютерные системы, что приводит к повышению эффективности, экономическим выгодам и снижению человеческих усилий. [116] [117] [118] [119]
Количество устройств IoT увеличилось на 31% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года до 8,4 миллиарда в 2017 году [120] , и, по оценкам, к 2020 году их будет 30 миллиардов. [115]
Окружающий интеллект и автономное управление не являются частью первоначальной концепции Интернета вещей. Окружающий интеллект и автономный контроль также не обязательно требуют интернет-структур. Однако в исследованиях (таких компаний, как Intel ) наблюдается сдвиг в сторону интеграции концепций Интернета вещей и автономного управления, причем первоначальные результаты в этом направлении рассматривают объекты как движущую силу автономного Интернета вещей. [121] Подходом в этом контексте является глубокое обучение с подкреплением , при котором большинство систем Интернета вещей обеспечивают динамическую и интерактивную среду. [122] Обучение агента (т. е. устройства Интернета вещей) разумному поведению в такой среде невозможно решить с помощью традиционных алгоритмов машинного обучения, таких как обучение с учителем . Используя подход обучения с подкреплением, обучающийся агент может определять состояние окружающей среды (например, измерять температуру дома), выполнять действия (например, включать или выключать систему отопления, вентиляции и кондиционирования) и учиться за счет максимизации накопленных вознаграждений, которые он получает в долгосрочной перспективе.
Интеллект Интернета вещей может предлагаться на трех уровнях: устройства Интернета вещей, узлы Edge/Fog и облачные вычисления . [123] Потребность в интеллектуальном управлении и принятии решений на каждом уровне зависит от чувствительности ко времени приложения IoT. Например, камера автономного транспортного средства должна обнаруживать препятствия в режиме реального времени , чтобы избежать аварии. Такое быстрое принятие решений было бы невозможно за счет передачи данных из транспортного средства в облачные экземпляры и возврата прогнозов обратно в транспортное средство. Вместо этого все операции следует выполнять локально в автомобиле. Интеграция передовых алгоритмов машинного обучения, включая глубокое обучение, в устройства Интернета вещей — это активная область исследований, направленная на то, чтобы сделать интеллектуальные объекты ближе к реальности. Более того, можно получить максимальную отдачу от развертывания Интернета вещей за счет анализа данных Интернета вещей, извлечения скрытой информации и прогнозирования управляющих решений. В области Интернета вещей используется широкий спектр методов машинного обучения: от традиционных методов, таких как регрессия, машина опорных векторов и случайный лес , до продвинутых, таких как сверточные нейронные сети , LSTM и вариационный автокодировщик . [124] [123]
В будущем Интернет вещей может стать недетерминированной и открытой сетью, в которой автоматически организуемые или интеллектуальные объекты ( веб-сервисы , компоненты SOA ) и виртуальные объекты (аватары) будут совместимы и смогут действовать независимо (преследуя свои собственные цели). цели или общие) в зависимости от контекста, обстоятельств или среды. Автономное поведение посредством сбора и анализа контекстной информации, а также способность объекта обнаруживать изменения в окружающей среде (неисправности, влияющие на датчики) и внедрять подходящие меры по смягчению последствий представляют собой основную исследовательскую тенденцию, [125] явно необходимую для обеспечения доверия к технологии IoT. . Современные продукты и решения Интернета вещей, представленные на рынке, используют множество различных технологий для поддержки такой контекстно-зависимой автоматизации, но требуются более сложные формы интеллекта, позволяющие развертывать сенсорные блоки и интеллектуальные киберфизические системы в реальных средах. [126]
Архитектура системы Интернета вещей в упрощенном виде состоит из трех уровней: уровень 1: устройства, уровень 2: пограничный шлюз и уровень 3: облако. [127] Устройства включают в себя сетевые элементы, такие как датчики и исполнительные механизмы, присутствующие в оборудовании Интернета вещей, особенно те, которые используют такие протоколы, как Modbus , Bluetooth , Zigbee или собственные протоколы, для подключения к Edge Gateway. [127] Уровень Edge Gateway состоит из систем агрегирования сенсорных данных, называемых Edge Gateways, которые обеспечивают такие функциональные возможности, как предварительная обработка данных, защита подключения к облаку, использование таких систем, как WebSockets, концентратор событий и, даже в некоторых случаях, , периферийная аналитика или туманные вычисления . [127] Уровень Edge Gateway также необходим для предоставления общего представления об устройствах верхним уровням для облегчения управления. Последний уровень включает облачное приложение, созданное для Интернета вещей с использованием архитектуры микросервисов, которые обычно многоязычны и по своей природе безопасны с использованием HTTPS/ OAuth . Он включает в себя различные системы баз данных , в которых хранятся данные датчиков, такие как базы данных временных рядов или хранилища активов с использованием серверных систем хранения данных (например, Cassandra, PostgreSQL). [127] Облачный уровень в большинстве облачных систем Интернета вещей включает в себя систему очередей событий и обмена сообщениями, которая обрабатывает связь, происходящую на всех уровнях. [128] Некоторые эксперты классифицировали три уровня системы Интернета вещей как периферийные, платформенные и корпоративные, и они связаны между собой сетью близости, сетью доступа и сетью обслуживания соответственно. [129]
Сеть вещей , основанная на Интернете вещей, представляет собой архитектуру прикладного уровня Интернета вещей, направленную на объединение данных с устройств IoT в веб-приложения для создания инновационных вариантов использования. Для программирования и управления потоками информации в Интернете вещей прогнозируется архитектурное направление под названием BPM Everywhere , которое представляет собой сочетание традиционного управления процессами с интеллектуальным анализом процессов и специальными возможностями для автоматизации управления большим количеством скоординированных устройств. [ нужна цитата ]
Интернет вещей требует огромной масштабируемости в сетевом пространстве, чтобы справиться с резким увеличением числа устройств. [130] IETF 6LoWPAN можно использовать для подключения устройств к IP-сетям. С появлением миллиардов устройств [131] в интернет-пространстве IPv6 будет играть важную роль в обеспечении масштабируемости сетевого уровня. Протокол ограниченного приложения IETF , ZeroMQ и MQTT могут обеспечить облегченную транспортировку данных. На практике многие группы устройств Интернета вещей скрыты за узлами шлюзов и могут не иметь уникальных адресов. Кроме того, представление о том, что все взаимосвязано, не требуется для большинства приложений, поскольку в основном данные нуждаются во взаимосвязи на более высоком уровне.
Туманные вычисления — жизнеспособная альтернатива предотвращению такого большого всплеска потока данных через Интернет. [132] Вычислительная мощность периферийных устройств для анализа и обработки данных крайне ограничена. Ограниченная вычислительная мощность является ключевым атрибутом устройств Интернета вещей, поскольку их цель — предоставлять данные о физических объектах, оставаясь при этом автономными. При тяжелых требованиях к обработке требуется больше энергии аккумулятора, что вредит работе Интернета вещей. Масштабируемость проста, поскольку устройства Интернета вещей просто передают данные через Интернет на сервер с достаточной вычислительной мощностью. [133]
Децентрализованный Интернет вещей или децентрализованный Интернет вещей — это модифицированный Интернет вещей, который использует туманные вычисления для обработки и балансировки запросов подключенных устройств Интернета вещей, чтобы уменьшить нагрузку на облачные серверы и улучшить реагирование на чувствительные к задержке приложения Интернета вещей, такие как мониторинг жизненно важных показателей пациентов. , связь между транспортными средствами для автономного вождения и обнаружение критических неисправностей промышленных устройств. [134] Производительность повышена, особенно для огромных систем Интернета вещей с миллионами узлов. [135]
Обычный Интернет вещей подключается через ячеистую сеть и управляется основным головным узлом (централизованным контроллером). [136] Головной узел решает, как данные создаются, сохраняются и передаются. [137] Напротив, децентрализованный Интернет вещей пытается разделить системы Интернета вещей на более мелкие подразделения. [138] Головной узел предоставляет частичные полномочия по принятию решений подузлам более низкого уровня в соответствии с взаимно согласованной политикой. [139]
Некоторые предпринимали попытки децентрализованного Интернета вещей решить проблему ограниченной пропускной способности и хеш-мощности аккумуляторных или беспроводных устройств Интернета вещей через блокчейн . [140] [141] [142]
В полуоткрытых или закрытых циклах (т. е. цепочках создания стоимости, когда можно установить глобальную окончательность) Интернет вещей часто рассматривается и изучается как сложная система [143] из-за огромного количества различных связей, взаимодействий между автономными субъектами, и его способность интегрировать новых участников. На общем этапе (полный разомкнутый цикл) среда, скорее всего, будет выглядеть хаотичной (поскольку системы всегда обладают окончательностью). С практической точки зрения не все элементы Интернета вещей работают в глобальном публичном пространстве. Подсистемы часто внедряются для снижения рисков конфиденциальности, контроля и надежности. Например, домашняя робототехника (домотика), работающая внутри умного дома, может обмениваться данными только внутри и быть доступной через локальную сеть . [144] Управление и контроль высокодинамической специальной сети вещей/устройств Интернета вещей является сложной задачей с традиционной сетевой архитектурой. Программно-конфигурируемая сеть (SDN) обеспечивает гибкое динамическое решение, которое может удовлетворить особые требования разнообразия инновационного Интернета вещей. Приложения. [145] [146]
Точный масштаб Интернета вещей неизвестен, в начале статей, посвященных Интернету вещей, часто приводятся цифры в миллиарды или триллионы. В 2015 году в домах людей было 83 миллиона умных устройств. Ожидается, что к 2020 году это число вырастет до 193 миллионов устройств. [35] [147]
Число устройств с возможностью онлайн-подключения выросло на 31% с 2016 по 2017 год и достигло 8,4 миллиарда. [120]
В Интернете вещей точное географическое положение вещи, а также точные географические размеры вещи могут иметь решающее значение. [148] Таким образом, факты о предмете, такие как его местоположение во времени и пространстве, менее важны для отслеживания, поскольку человек, обрабатывающий информацию, может решить, важна ли эта информация для предпринимаемого действия, и если да, то добавьте недостающую информацию (или решите не предпринимать никаких действий). (Обратите внимание, что некоторые вещи в Интернете вещей будут датчиками, и расположение датчиков обычно важно. [149] ) GeoWeb и Digital Earth — это приложения, которые становятся возможными, когда вещи могут быть организованы и связаны по местоположению. Однако оставшиеся проблемы включают ограничения переменных пространственных масштабов, необходимость обработки огромных объемов данных и индексацию для быстрого поиска и операций с соседями. В Интернете вещей, если вещи способны предпринимать действия по собственной инициативе, роль посредника, ориентированного на человека, устраняется. Таким образом, пространственно-временной контекст, который мы, люди, считаем само собой разумеющимся, должен получить центральную роль в этой информационной экосистеме . Точно так же, как стандарты играют ключевую роль в Интернете и Всемирной паутине, геопространственные стандарты будут играть ключевую роль в Интернете вещей. [150] [151]
Многие устройства IoT имеют потенциал занять часть этого рынка. Жан-Луи Гассе (первоначальная команда выпускников Apple и соучредитель BeOS) затронул эту тему в статье в Monday Note , [152] где он предсказывает, что наиболее вероятной проблемой будет то, что он называет проблемой «корзины пультов». , где у нас будут сотни приложений для взаимодействия с сотнями устройств, которые не используют общие протоколы для общения друг с другом. [152] Для улучшения взаимодействия с пользователем некоторые технологические лидеры объединяют усилия для создания стандартов связи между устройствами и решения этой проблемы. Другие обращаются к концепции прогнозирующего взаимодействия устройств, «где собранные данные используются для прогнозирования и запуска действий на конкретных устройствах», заставляя их работать вместе. [153]
Социальный Интернет вещей (SIoT) — это новый вид Интернета вещей, в котором подчеркивается важность социального взаимодействия и взаимоотношений между устройствами Интернета вещей. [154] SIoT — это образец того, как междоменные устройства IoT позволяют приложениям обмениваться данными и сотрудничать без вмешательства человека, чтобы обслуживать своих владельцев автономными сервисами, [155] и это может быть реализовано только при наличии поддержки низкоуровневой архитектуры. как от программного обеспечения, так и от разработки аппаратного обеспечения Интернета вещей. [156]
Интернет вещей определяет устройство с идентичностью гражданина сообщества и подключает его к Интернету для предоставления услуг своим пользователям. [157] SIoT определяет социальную сеть для устройств IoT только для взаимодействия друг с другом для различных целей, которые служат человеку. [158]
SIoT отличается от оригинального IoT с точки зрения характеристик совместной работы. Интернет вещей является пассивным, он был настроен для использования в определенных целях с существующими устройствами Интернета вещей в заранее определенной системе. SIoT активен, он был запрограммирован и управлялся ИИ для использования в незапланированных целях путем смешивания и сопоставления потенциальных устройств IoT из разных систем, которые приносят пользу его пользователям. [159]
Устройства Интернета вещей со встроенными возможностями общения будут транслировать свои способности или функции и в то же время обнаруживать, перемещаться и группироваться с другими устройствами Интернета вещей в той же или близлежащей сети для создания полезных составов услуг, чтобы активно помогать своим пользователям в повседневной жизни, особенно во время чрезвычайной ситуации. [160]
Существует множество технологий, которые позволяют использовать Интернет вещей. Решающее значение для этой области имеет сеть, используемая для связи между устройствами установки IoT, и эту роль могут выполнять несколько беспроводных или проводных технологий: [167] [168] [169]
Оригинальная идея Центра автоидентификации основана на RFID-метках и однозначной идентификации посредством электронного кода продукта . Это превратилось в объекты, имеющие IP-адрес или URI . [170] Альтернативный взгляд из мира семантической сети [171] вместо этого фокусируется на том, чтобы сделать все объекты (не только электронные, умные или с поддержкой RFID) адресуемыми с помощью существующих протоколов именования, таких как URI . Сами объекты не взаимодействуют друг с другом, но теперь к ним могут обращаться другие агенты, например мощные централизованные серверы, действующие от имени своих владельцев-людей. [172] Интеграция с Интернетом подразумевает, что устройства будут использовать IP-адрес в качестве отдельного идентификатора. Из-за ограниченного адресного пространства IPv4 ( который допускает 4,3 миллиарда различных адресов) объектам Интернета вещей придется использовать интернет-протокол следующего поколения ( IPv6 ) для масштабирования до требуемого чрезвычайно большого адресного пространства. [173] [174] [175] Устройства Интернета вещей дополнительно выиграют от автоматической настройки адреса без сохранения состояния, присутствующей в IPv6, [176] поскольку это снижает накладные расходы на настройку на хостах, [174] и заголовок IETF 6LoWPAN. сжатие. В значительной степени будущее Интернета вещей будет невозможно без поддержки IPv6; и, следовательно, глобальное внедрение IPv6 в ближайшие годы будет иметь решающее значение для успешного развития Интернета вещей в будущем. [175]
Разные технологии играют разные роли в стеке протоколов . Ниже приводится упрощенное [примечания 1] представление ролей нескольких популярных коммуникационных технологий в приложениях Интернета вещей:
Это список технических стандартов Интернета вещей, большинство из которых являются открытыми стандартами , а также список организаций по стандартизации , которые стремятся их успешно устанавливать. [191] [192]
Некоторые ученые и активисты утверждают, что Интернет вещей можно использовать для создания новых моделей гражданского участия , если сети устройств будут открыты для пользовательского контроля и будут совместимыми платформами. Филип Н. Ховард , профессор и автор, пишет, что политическая жизнь как в демократических, так и в авторитарных режимах будет определяться тем, как Интернет вещей будет использоваться для гражданской активности. Чтобы это произошло, утверждает он, любое подключенное устройство должно иметь возможность раскрывать список «конечных бенефициаров» данных своих датчиков и что отдельные граждане должны иметь возможность добавлять новые организации в список бенефициаров. Кроме того, он утверждает, что группам гражданского общества необходимо начать разрабатывать свою стратегию Интернета вещей для использования данных и взаимодействия с общественностью. [198]
Одним из ключевых драйверов Интернета вещей являются данные. Успех идеи объединения устройств для повышения их эффективности зависит от доступа к данным, их хранения и обработки. Для этого компании, работающие в сфере Интернета вещей, собирают данные из нескольких источников и хранят их в своей облачной сети для дальнейшей обработки. Это оставляет дверь широко открытой для угроз конфиденциальности и безопасности, а также уязвимости нескольких систем в одной точке. [199] Другие вопросы касаются выбора потребителя и владения данными [200], а также того, как они используются. Хотя правила и управление в отношении вопросов конфиденциальности, безопасности и владения данными все еще находятся в зачаточном состоянии, они продолжают развиваться. [201] [202] [203] Регулирование Интернета вещей зависит от страны. Некоторыми примерами законодательства, имеющего отношение к конфиденциальности и сбору данных, являются: Закон США о конфиденциальности 1974 года, Руководящие принципы ОЭСР по защите конфиденциальности и трансграничных потоков персональных данных 1980 года и Директива ЕС 95/46/EC 1995 года . 204]
Текущая нормативно-правовая база:
В отчете, опубликованном Федеральной торговой комиссией (FTC) в январе 2015 года, содержатся следующие три рекомендации: [205]
Однако Федеральная торговая комиссия пока ограничилась лишь вынесением рекомендаций. Согласно анализу FTC, существующая структура, состоящая из Закона FTC , Закона о справедливой кредитной отчетности и Закона о защите конфиденциальности детей в Интернете , а также развития образования потребителей и бизнес-руководств, участия в многосторонних усилиях и пропаганды среди других агентств на федеральном, региональном и местном уровне достаточно для защиты прав потребителей. [207]
Резолюция, принятая Сенатом в марте 2015 года, уже рассматривается Конгрессом. [208] Эта резолюция признала необходимость разработки национальной политики в области Интернета вещей, а также вопросов конфиденциальности, безопасности и спектра. Кроме того, чтобы придать импульс экосистеме Интернета вещей, в марте 2016 года двухпартийная группа из четырех сенаторов предложила законопроект «Закон о развитии инноваций и развитии Интернета вещей» (DIGIT), который поручил Федеральной комиссии по связи оценить необходимость больше спектра для подключения устройств IoT.
Утвержденный 28 сентября 2018 года законопроект Сената Калифорнии № 327 [209] вступает в силу 1 января 2020 года. Законопроект требует, чтобы « производитель подключенного устройства, как определены эти термины, оснастил устройство разумной функцией безопасности или функции, которые соответствуют характеру и функциям устройства, соответствуют информации, которую оно может собирать, содержать или передавать, и предназначены для защиты устройства и любой информации, содержащейся в нем, от несанкционированного доступа, уничтожения, использования, модификации или раскрытия, "
Несколько стандартов для индустрии IoT фактически устанавливаются в отношении автомобилей, поскольку большинство проблем, возникающих в связи с использованием подключенных автомобилей, применимо и к устройствам здравоохранения. Фактически, Национальное управление безопасности дорожного движения (NHTSA) готовит рекомендации по кибербезопасности и базу данных лучших практик, чтобы сделать автомобильные компьютерные системы более безопасными. [210]
В недавнем отчете Всемирного банка рассматриваются проблемы и возможности внедрения IoT правительствами. [211] К ним относятся:
В начале декабря 2021 года правительство Великобритании представило законопроект о безопасности продуктов и телекоммуникационной инфраструктуры (PST), призванный обязать дистрибьюторов, производителей и импортеров Интернета вещей соблюдать определенные стандарты кибербезопасности . Законопроект также направлен на улучшение безопасности потребительских устройств IoT. [212]
Интернет вещей страдает от фрагментации платформ , отсутствия функциональной совместимости и общих технических стандартов [213] [214] [215] [216] [217] [218] [219] [ чрезмерное цитирование ] ситуация, когда разнообразие устройств Интернета вещей, с точки зрения Наличие как вариаций аппаратного обеспечения, так и различий в программном обеспечении, работающем на них, усложняет задачу разработки приложений, которые согласованно работают в различных непоследовательных технологических экосистемах . [1] Например, беспроводное соединение для устройств Интернета вещей может осуществляться с использованием Bluetooth , Wi-Fi , Wi-Fi HaLow , Zigbee , Z-Wave , LoRa , NB-IoT , Cat M1 , а также полностью настраиваемых фирменных радиомодулей — каждый с свои преимущества и недостатки; и уникальная экосистема поддержки. [220]
Аморфная природа вычислений IoT также представляет собой проблему с точки зрения безопасности, поскольку исправления ошибок, обнаруженных в основной операционной системе, часто не доходят до пользователей старых и недорогих устройств. [221] [222] [223] Одна группа исследователей утверждает, что неспособность поставщиков поддерживать старые устройства с помощью исправлений и обновлений делает уязвимыми более 87% активных устройств Android. [224] [225]
Филип Н. Ховард , профессор и писатель, пишет, что Интернет вещей предлагает огромный потенциал для расширения прав и возможностей граждан, обеспечения прозрачности правительства и расширения доступа к информации . Однако Ховард предупреждает, что угрозы конфиденциальности огромны, равно как и потенциал социального контроля и политических манипуляций. [226]
Обеспокоенность по поводу конфиденциальности заставила многих задуматься о возможности того, что инфраструктуры больших данных , такие как Интернет вещей и интеллектуальный анализ данных , по своей сути несовместимы с конфиденциальностью. [227] Ключевые проблемы растущей цифровизации в водном, транспортном и энергетическом секторах связаны с конфиденциальностью и кибербезопасностью , что требует адекватного реагирования как со стороны исследователей, так и со стороны политиков. [228]
Писатель Адам Гринфилд утверждает, что технологии Интернета вещей — это не только вторжение в общественное пространство, но также используются для закрепления нормативного поведения, ссылаясь на пример рекламных щитов со скрытыми камерами, которые отслеживали демографические данные прохожих, остановившихся, чтобы прочитать рекламу.
Совет Интернета вещей сравнил растущую распространенность цифрового наблюдения благодаря Интернету вещей с концептуальным паноптикумом , описанным Джереми Бентамом в 18 веке. [229] Это утверждение защищали работы французских философов Мишеля Фуко и Жиля Делёза . В книге «Дисциплина и наказание: рождение тюрьмы» Фуко утверждает, что паноптикум был центральным элементом дисциплинарного общества, развитого в индустриальную эпоху . [230] Фуко также утверждал, что системы дисциплины, установленные на фабриках и в школах, отражают видение паноптикизма Бентама . [230] В своей статье 1992 года «Постскриптум об обществах контроля» Делез писал, что общество дисциплины превратилось в общество контроля, при этом компьютер заменил паноптикум как инструмент дисциплины и контроля, сохраняя при этом качества, аналогичные этому. паноптикизма. [231]
Питер-Пол Вербек , профессор философии технологий в Университете Твенте , Нидерланды, пишет, что технологии уже влияют на наше принятие моральных решений, что, в свою очередь, влияет на человеческую свободу действий, конфиденциальность и автономию. Он предостерегает от рассмотрения технологий просто как человеческого инструмента и призывает вместо этого рассматривать их как активный агент. [232]
Джастин Брукман из Центра демократии и технологий выразил обеспокоенность по поводу влияния Интернета вещей на конфиденциальность потребителей , заявив, что «в коммерческом пространстве есть люди, которые говорят: «О, большие данные – что ж, давайте соберем все, сохраним». это навсегда, мы заплатим за то, чтобы кто-то позже подумал о безопасности». Вопрос в том, хотим ли мы иметь какую-то политическую основу для ограничения этого». [233]
Тим О'Рейли считает, что способы, которыми компании продают потребителям устройства Интернета вещей, неуместны, оспаривая представление о том, что Интернет вещей направлен на повышение эффективности за счет подключения всех видов устройств к сети, и постулируя, что «Интернет вещей на самом деле заключается в дополнении человека. совершенно другое, когда у вас есть датчики и данные, определяющие принятие решений». [234]
Редакционные статьи WIRED также выразили обеспокоенность: одна из них заявила: «То, что вы собираетесь потерять, — это ваша конфиденциальность. На самом деле, все еще хуже. Вы не просто потеряете свою конфиденциальность, вам придется смотреть саму концепция конфиденциальности будет переписана у вас под носом». [235]
Американский союз гражданских свобод (ACLU) выразил обеспокоенность по поводу способности Интернета вещей подрывать контроль людей над собственной жизнью. ACLU написал: «Просто невозможно предсказать, как будут использоваться эти огромные полномочия, непропорционально накапливающиеся в руках корпораций, стремящихся к финансовым преимуществам, и правительств, жаждущих еще большего контроля. Скорее всего, большие данные и Интернет вещей усложнят задачу». чтобы мы могли контролировать свою жизнь, поскольку мы становимся все более прозрачными для могущественных корпораций и государственных учреждений, которые становятся все более непрозрачными для нас». [236]
В ответ на растущую обеспокоенность по поводу конфиденциальности и интеллектуальных технологий в 2007 году британское правительство заявило, что будет следовать формальным принципам конфиденциальности при проектировании при реализации своей программы интеллектуальных измерений. Программа приведет к замене традиционных счетчиков электроэнергии интеллектуальными счетчиками электроэнергии, которые смогут более точно отслеживать и управлять потреблением энергии. [237] Однако Британское компьютерное общество сомневается, что эти принципы когда-либо были реализованы. [238] В 2009 году парламент Нидерландов отклонил аналогичную программу интеллектуальных счетчиков, мотивируя свое решение соображениями конфиденциальности. Голландская программа позже была пересмотрена и принята в 2011 году. [238]
Задача производителей IoT-приложений состоит в очистке , обработке и интерпретации огромного количества данных, собираемых датчиками. Предлагается решение для анализа информации, называемое беспроводными сенсорными сетями. [239] Эти сети обмениваются данными между сенсорными узлами, которые отправляются в распределенную систему для анализа сенсорных данных. [240]
Еще одной проблемой является хранение таких больших объемов данных. В зависимости от приложения могут предъявляться высокие требования к сбору данных, что, в свою очередь, приводит к высоким требованиям к хранению. По оценкам, в 2013 году Интернет потреблял 5% всей производимой энергии [239] , и «сложная задача по обеспечению питанием» устройств IoT для сбора и даже хранения данных все еще остается. [241]
Хранилища данных, хотя и являются распространенной проблемой устаревших систем, по-прежнему часто возникают при внедрении устройств Интернета вещей, особенно на производстве. Поскольку устройства IoT и IIoT дают множество преимуществ, средства хранения данных могут представлять серьезные проблемы без учета принципов автономности, прозрачности и совместимости. [242] Проблемы возникают не из-за самого устройства, а из-за средств настройки баз данных и хранилищ данных. Эти проблемы обычно выявлялись на производствах и предприятиях, которые начали цифровую трансформацию и являются частью цифровой основы, указывая на то, что для получения оптимальных преимуществ от устройств Интернета вещей и принятия решений предприятиям придется сначала перестроить свои методы хранения данных. Эти проблемы были выявлены Келлером (2021) при исследовании ИТ и среды применения внедрения I4.0 в немецких производителях M&E. [242]
Безопасность является самой большой проблемой при внедрении технологии Интернета вещей, [243] поскольку существует опасение, что быстрое развитие происходит без надлежащего учета связанных с этим глубоких проблем безопасности [244] и регуляторных изменений, которые могут быть необходимы. [245] [246] Быстрое развитие Интернета вещей (IoT) позволило миллиардам устройств подключиться к сети. Из-за слишком большого количества подключенных устройств и ограничений технологий обеспечения безопасности связи в IoT постепенно возникают различные проблемы безопасности. [247]
Большинство технических проблем безопасности аналогичны проблемам обычных серверов, рабочих станций и смартфонов. [248] Эти проблемы включают использование слабой аутентификации, забывание изменить учетные данные по умолчанию, незашифрованные сообщения, передаваемые между устройствами, SQL-инъекции , атаки «человек посередине» и плохую обработку обновлений безопасности. [249] [250] Однако многие устройства Интернета вещей имеют серьезные эксплуатационные ограничения на доступную им вычислительную мощность. Эти ограничения часто лишают их возможности напрямую использовать базовые меры безопасности, такие как внедрение межсетевых экранов или использование надежных криптосистем для шифрования связи с другими устройствами [251] - а низкая цена и ориентированность на потребителя многих устройств делают надежную систему исправлений безопасности редкостью. [252]
Вместо обычных уязвимостей безопасности растет число атак с внедрением сбоев, нацеленных на устройства IoT. Атака с внедрением сбоев — это физическая атака на устройство с целью целенаправленного внесения ошибок в систему с целью изменения предполагаемого поведения. Неисправности могут произойти непреднамеренно из-за шума окружающей среды и электромагнитных полей. Существуют идеи, основанные на целостности потока управления (CFI), позволяющие предотвратить атаки с внедрением ошибок и восстановить систему до работоспособного состояния до возникновения ошибки. [253]
Устройства Интернета вещей также имеют доступ к новым областям данных и часто могут управлять физическими устройствами, [254] так что даже к 2014 году можно было сказать, что многие подключенные к Интернету устройства уже могут «шпионить за людьми в их собственных домах». включая телевизоры, кухонную технику, [255] камеры и термостаты. [256] Устройства с компьютерным управлением в автомобилях, такие как тормоза, двигатель, замки, замки капота и багажника, звуковой сигнал, обогрев и приборная панель, оказались уязвимыми для злоумышленников, имеющих доступ к бортовой сети. В некоторых случаях компьютерные системы транспортных средств подключены к Интернету, что позволяет использовать их удаленно. [257] К 2008 году исследователи безопасности продемонстрировали возможность удаленного управления кардиостимуляторами без каких-либо полномочий. Позже хакеры продемонстрировали дистанционное управление инсулиновыми помпами [258] и имплантируемыми кардиовертерами-дефибрилляторами. [259]
Плохо защищенные устройства IoT с доступом в Интернет также могут быть использованы для атаки на других. В 2016 году в результате распределенной атаки типа «отказ в обслуживании» с использованием устройств Интернета вещей, на которых было установлено вредоносное ПО Mirai , были уничтожены DNS-провайдер и основные веб-сайты . [260] За первые 20 часов ботнет Mirai заразил около 65 000 IoT-устройств. [261] В конечном итоге число инфекций увеличилось примерно до 200 000–300 000 случаев. [261] На долю Бразилии, Колумбии и Вьетнама пришлось 41,5% случаев заражения. [261] Ботнет Mirai выделил конкретные устройства Интернета вещей, которые состояли из видеорегистраторов, IP-камер, маршрутизаторов и принтеров. [261] Основными поставщиками, у которых было больше всего зараженных устройств, были Dahua, Huawei, ZTE, Cisco, ZyXEL и MikroTik . [261] В мае 2017 года Джунаде Али , компьютерный учёный из Cloudflare, отметил, что в устройствах IoT существуют собственные DDoS-уязвимости из-за плохой реализации шаблона публикации-подписки . [262] [263] Подобные атаки заставили экспертов по безопасности рассматривать Интернет вещей как реальную угрозу интернет-сервисам. [264]
Национальный совет разведки США в своем несекретном отчете утверждает, что было бы трудно отказать в «доступе к сетям датчиков и объектам с дистанционным управлением врагам Соединенных Штатов, преступникам и хулиганам... Открытый рынок агрегированных данных датчиков». Таким образом, массовое параллельное объединение датчиков может подорвать социальную сплоченность, если окажется, что оно принципиально несовместимо с гарантиями Четвертой поправки против необоснованного обыска». [265] В целом разведывательное сообщество рассматривает Интернет вещей как богатый источник данных. [266]
31 января 2019 года газета Washington Post написала статью о проблемах безопасности и этики, которые могут возникнуть при использовании дверных звонков и камер Интернета вещей: «В прошлом месяце Ring был пойман на том, что позволял своей команде в Украине просматривать и комментировать определенные пользовательские видео; компания заявляет об этом Просматривает только общедоступные видео и видео от владельцев Ring, которые дали согласие. слабый пароль». [267]
На обеспокоенность по поводу безопасности был получен ряд ответов. Фонд безопасности Интернета вещей (IoTSF) был запущен 23 сентября 2015 года с целью обеспечить безопасность Интернета вещей путем распространения знаний и передового опыта. В его учредительный совет входят поставщики технологий и телекоммуникационные компании. Кроме того, крупные ИТ-компании постоянно разрабатывают инновационные решения для обеспечения безопасности IoT-устройств. В 2017 году Mozilla запустила Project Things , который позволяет маршрутизировать устройства IoT через безопасный шлюз Web of Things. [268] По оценкам KBV Research, [269] общий рынок безопасности Интернета вещей [270] вырастет на 27,9% в течение 2016–2022 годов в результате растущих инфраструктурных проблем и диверсифицированного использования Интернета вещей. [271] [272]
Некоторые утверждают, что государственное регулирование необходимо для защиты устройств IoT и Интернета в целом, поскольку рыночные стимулы для защиты устройств IoT недостаточны. [273] [245] [246] Было обнаружено, что из-за особенностей большинства плат разработки Интернета вещей они генерируют предсказуемые и слабые ключи, которые облегчают их использование при атаке «человек посередине» . Однако многие исследователи предлагали различные подходы к усилению защиты для решения проблемы слабой реализации SSH и слабых ключей. [274]
Безопасность IoT в сфере производства представляет собой различные проблемы и разные перспективы. В ЕС и Германии защита данных постоянно упоминается в производственной и цифровой политике, особенно в I4.0. Однако отношение к безопасности данных отличается от точки зрения предприятия, поскольку упор делается на меньшую защиту данных в форме GDPR, поскольку данные, собираемые с устройств IoT в производственном секторе, не содержат личных данных. [242] Тем не менее, исследования показали, что эксперты-производители обеспокоены «безопасностью данных для защиты машинных технологий от международных конкурентов с все большим стремлением к взаимосвязи». [242]
Системы IoT обычно управляются интеллектуальными приложениями, управляемыми событиями, которые принимают в качестве входных данных сенсорные данные, пользовательские данные или другие внешние триггеры (из Интернета) и управляют одним или несколькими исполнительными механизмами для обеспечения различных форм автоматизации. [275] Примеры датчиков включают детекторы дыма, датчики движения и контактные датчики. Примеры исполнительных механизмов включают интеллектуальные замки, интеллектуальные розетки и дверные средства управления. Популярные платформы управления, на которых сторонние разработчики могут создавать интеллектуальные приложения, взаимодействующие по беспроводной сети с этими датчиками и исполнительными механизмами, включают SmartThings от Samsung, [276] HomeKit от Apple, [277] и Alexa от Amazon, [278] среди других.
Проблема, специфичная для систем Интернета вещей, заключается в том, что приложения с ошибками, непредвиденное плохое взаимодействие приложений или сбои устройства/связи могут привести к небезопасным и опасным физическим состояниям, например, «открыть входную дверь, когда никого нет дома» или «выключить обогреватель». когда температура ниже 0 градусов по Цельсию и люди спят по ночам». [275] Для обнаружения дефектов, которые приводят к таким состояниям, требуется целостное представление об установленных приложениях, компонентах устройств, их конфигурациях и, что более важно, о том, как они взаимодействуют. Недавно исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде предложили IotSan, новую практическую систему, которая использует проверку моделей в качестве строительного блока для выявления недостатков «уровня взаимодействия» путем выявления событий, которые могут привести систему в небезопасное состояние. [275] Они протестировали IotSan на платформе Samsung SmartThings. Из 76 настроенных вручную систем IotSan обнаруживает 147 уязвимостей (т.е. нарушений безопасных физических состояний/свойств).
Учитывая широкое признание меняющегося характера проектирования и управления Интернетом вещей, устойчивое и безопасное развертывание решений Интернета вещей должно предусматривать «анархическую масштабируемость». [279] Применение концепции анархической масштабируемости может быть распространено на физические системы (т.е. управляемые объекты реального мира), поскольку эти системы спроектированы так, чтобы учитывать неопределенное будущее управления. Таким образом, эта жесткая анархическая масштабируемость обеспечивает путь к полной реализации потенциала решений Интернета вещей путем выборочного ограничения физических систем, чтобы обеспечить возможность использования всех режимов управления без риска физического сбоя. [279]
Ученый-компьютерщик из Университета Брауна Майкл Литтман утверждает, что для успешного внедрения Интернета вещей необходимо учитывать удобство использования интерфейса, а также саму технологию. Эти интерфейсы должны быть не только более удобными для пользователя, но и лучше интегрированными: «Если пользователям нужно изучить различные интерфейсы для своих пылесосов, замков, разбрызгивателей, лампочек и кофеварок, трудно сказать, что их жизнь сложилась стало легче». [280]
Обеспокоенность в отношении технологий Интернета вещей связана с воздействием на окружающую среду производства, использования и возможной утилизации всех этих устройств, богатых полупроводниками. [281] Современная электроника изобилует самыми разнообразными тяжелыми и редкоземельными металлами, а также высокотоксичными синтетическими химическими веществами. Это делает их чрезвычайно трудными для правильной переработки. Электронные компоненты часто сжигают или выбрасывают на обычные свалки. Кроме того, продолжают расти затраты на человека и окружающую среду, связанные с добычей редкоземельных металлов, которые являются неотъемлемой частью современных электронных компонентов. Это приводит к возникновению социальных вопросов, касающихся воздействия устройств Интернета вещей на окружающую среду в течение их срока службы. [282]
Фонд Electronic Frontier Foundation выразил обеспокоенность тем, что компании могут использовать технологии, необходимые для поддержки подключенных устройств, для намеренного отключения или « блокирования » устройств своих клиентов посредством удаленного обновления программного обеспечения или путем отключения службы, необходимой для работы устройства. В одном примере устройства домашней автоматизации , продаваемые с обещанием «пожизненной подписки», оказались бесполезными после того, как Nest Labs приобрела Revolv и приняла решение отключить центральные серверы, на которых работали устройства Revolv. [283] Поскольку Nest является компанией, принадлежащей Alphabet ( материнской компании Google ), EFF утверждает, что это создает «ужасный прецедент для компании, стремящейся продавать беспилотные автомобили, медицинское оборудование и другие высококачественные гаджеты, которые могут быть имеет важное значение для средств к существованию или физической безопасности человека». [284]
Владельцы должны иметь возможность перенаправить свои устройства на другой сервер или совместно работать над улучшением программного обеспечения. Но такое действие нарушает раздел 1201 DMCA США , в котором есть исключение только для «местного использования». Это вынуждает мастеров, которые хотят продолжать использовать свое собственное оборудование, оказаться в «серой» юридической зоне. EFF считает, что покупатели должны отказаться от электроники и программного обеспечения, в которых пожелания производителя ставятся выше собственных. [284]
Примеры послепродажных манипуляций включают Google Nest Revolv, отключение настроек конфиденциальности на Android , отключение Sony Linux на PlayStation 3 , принудительное соблюдение лицензионного соглашения на Wii U. [284]
Кевин Лонерган из журнала о бизнес-технологиях Information Age назвал термины, связанные с Интернетом вещей, «терминологическим зоопарком». [285] Отсутствие четкой терминологии не является «полезным с практической точки зрения» и является «источником путаницы для конечного пользователя». [285] Компания, работающая в сфере Интернета вещей, может заниматься всем, что связано с сенсорными технологиями, сетями, встроенными системами или аналитикой. [285] По словам Лонергана, термин «Интернет вещей» был придуман до того, как появились смартфоны, планшеты и устройства, какими мы их знаем сегодня, и существует длинный список терминов с разной степенью совпадения и технологической конвергенции : Интернет вещей, Интернет вещей. все (IoE), Интернет товаров (цепочка поставок), промышленный Интернет, повсеместные вычисления , повсеместное зондирование, повсеместные вычисления , киберфизические системы (CPS), беспроводные сенсорные сети (WSN), интеллектуальные объекты , цифровые двойники , киберобъекты или аватары, [143] взаимодействующие объекты, машина-машина (M2M), окружающий интеллект (AmI), операционные технологии (OT) и информационные технологии (IT). [285] Что касается IIoT, промышленной подобласти Интернета вещей, рабочая группа по словарю Консорциума промышленного Интернета создала «общий и многократно используемый словарь терминов» [286] для обеспечения «согласованной терминологии» [286] [287] во всех странах . публикации, выпущенные Консорциумом промышленного Интернета. IoT One создал базу данных терминов IoT, включающую оповещение о новых терминах [288] , которое будет уведомляться при публикации нового термина. По состоянию на март 2020 года [обновлять]эта база данных объединяет 807 терминов, связанных с Интернетом вещей, сохраняя при этом материал «прозрачным и всеобъемлющим». [289] [290]
Несмотря на общую веру в потенциал Интернета вещей, лидеры отрасли и потребители сталкиваются с препятствиями на пути более широкого внедрения технологии Интернета вещей. Майк Фарли утверждал в Forbes , что, хотя решения IoT привлекательны для первых пользователей , им либо не хватает совместимости, либо четкого сценария использования для конечных пользователей. [291] Исследование Ericsson, посвященное внедрению Интернета вещей среди датских компаний, показывает, что многим из них сложно «точно определить, в чем для них заключается ценность Интернета вещей». [292]
Что касается Интернета вещей, особенно в отношении потребительского Интернета вещей, информация о повседневной жизни пользователя собирается таким образом, чтобы «вещи» вокруг пользователя могли сотрудничать для предоставления более качественных услуг, отвечающих личным предпочтениям. [293] Когда собранная информация, которая подробно описывает пользователя, проходит через несколько прыжков в сети, из-за разнообразной интеграции служб, устройств и сети информация, хранящаяся на устройстве, уязвима для нарушения конфиденциальности из-за компрометации узлов, существующих в сети. Сеть Интернета вещей. [294]
Например, 21 октября 2016 года множественные распределенные атаки типа «отказ в обслуживании » (DDoS) атаковали системы, управляемые поставщиком системы доменных имен Dyn, что привело к недоступности нескольких веб-сайтов, таких как GitHub , Twitter и других. Эта атака осуществляется через ботнет , состоящий из большого количества IoT-устройств, включая IP-камеры, шлюзы и даже радионяни. [295]
По сути, система IoT требует четырех целей безопасности: (1) конфиденциальность данных : посторонние лица не могут иметь доступ к передаваемым и хранимым данным; (2) целостность данных : должно быть обнаружено преднамеренное и непреднамеренное повреждение передаваемых и хранимых данных; (3) неотказуемость : отправитель не может отрицать отправку данного сообщения; (4) доступность данных: передаваемые и хранимые данные должны быть доступны авторизованным сторонам даже при атаках типа «отказ в обслуживании» (DOS). [296]
Правила конфиденциальности информации также требуют от организаций соблюдения «разумной безопасности». Калифорнийский закон SB-327 «Конфиденциальность информации: подключенные устройства» потребует от производителя подключенного устройства, как это определено в этих терминах, оснастить устройство разумной функцией безопасности или функциями, которые соответствуют характеру и функциям устройства, подходящим для информацию, которую оно может собирать, содержать или передавать, и предназначенную для защиты устройства и любой информации, содержащейся в нем, от несанкционированного доступа, уничтожения, использования, модификации или раскрытия, как указано». [297] Поскольку среда каждой организации уникальна, может оказаться непросто продемонстрировать, что такое «разумная безопасность» и какие потенциальные риски могут быть связаны с бизнесом. HB 2395 штата Орегон, архивировано 30 сентября 2020 года на Wayback Machine, также «требует, чтобы [ лицо, которое производит, продает или предлагает продать подключенное устройство ] производитель оснастило подключенное устройство разумными функциями безопасности, которые защищают подключенное устройство, и информация, которую собирает подключенное устройство , содержит , хранит или передает ] защищает от доступа, уничтожения, модификации, использования или раскрытия, которое потребитель не санкционирует». [298]
По данным поставщика антивирусов Kaspersky , в 2020 году произошло 639 миллионов утечек данных IoT-устройств и 1,5 миллиарда утечек за первые шесть месяцев 2021 года. [212]
Исследование, проведенное Ericsson относительно внедрения Интернета вещей среди датских компаний, выявило «конфликт между Интернетом вещей и традиционными структурами управления компаний , поскольку Интернет вещей по-прежнему представляет собой как неопределенность, так и отсутствие исторического прецедента». [292] Среди опрошенных респондентов 60 процентов заявили, что они «не верят, что у них есть организационные возможности, а трое из четырех не верят, что у них есть необходимые процессы для реализации возможностей Интернета вещей». [292] Это привело к необходимости понять организационную культуру , чтобы облегчить процессы организационного проектирования и протестировать новые методы управления инновациями . Отсутствие цифрового лидерства в эпоху цифровой трансформации также сдерживает инновации и внедрение Интернета вещей до такой степени, что многие компании в условиях неопределенности «ожидают развития динамики рынка» [292] или дальнейших действий в этом направлении. что касается Интернета вещей, «ожидало действий конкурентов, привлечения клиентов или нормативных требований». [292] Некоторые из этих компаний рискуют стать «кодаками» – «Kodak была лидером рынка до тех пор, пока цифровая революция не затмила пленочную фотографию с цифровыми фотографиями» – будучи неспособными «увидеть разрушительные силы, влияющие на их отрасль» [299] и «по-настоящему принять новые бизнес-модели открывают разрушительные изменения». [299] Скотт Энтони написал в Harvard Business Review , что компания Kodak «создала цифровую камеру, инвестировала в эту технологию и даже поняла, что фотографиями можно будет делиться в Интернете» [299] , но в конечном итоге не осознала, что «обмен фотографиями в Интернете был новой бизнес, а не просто способ расширить полиграфический бизнес». [299]
Согласно исследованию 2018 года, 70–75% развертываний Интернета вещей застряли на стадии пилотного проекта или прототипа и не смогли достичь масштаба, отчасти из-за отсутствия бизнес-планирования. [300] [ нужна страница ] [301]
Несмотря на то, что ученые, инженеры и менеджеры по всему миру постоянно работают над созданием и использованием преимуществ продуктов Интернета вещей, существуют некоторые недостатки в управлении, управлении и реализации таких проектов. Несмотря на огромный прогресс в области информационных и других базовых технологий, Интернет вещей по-прежнему остается сложной областью, и проблема управления проектами Интернета вещей все еще требует решения. Проекты Интернета вещей должны реализовываться иначе, чем простые и традиционные проекты в сфере ИТ, производства или строительства. Поскольку проекты Интернета вещей имеют более длительные сроки реализации, нехватку квалифицированных ресурсов и ряд проблем безопасности/юридических вопросов, существует необходимость в новых и специально разработанных проектных процессах. Следующие методы управления должны повысить уровень успеха проектов Интернета вещей: [302]
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь ){{cite book}}: |work=игнорируется ( помощь ){{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь ){{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: |website=игнорируется ( помощь ){{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )