Интернет вещей ( IoT ) описывает устройства с датчиками , возможностями обработки, программным обеспечением и другими технологиями, которые подключаются 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 компьютерную науку . «Интернет вещей» считался неправильным названием , поскольку устройства не должны быть подключены к общедоступному Интернету ; их нужно только подключить к сети [6] и иметь индивидуальный адрес. [7] [8]
Область развивалась из-за конвергенции нескольких технологий , включая повсеместные вычисления , потребительские датчики и все более мощные встроенные системы , а также машинное обучение . [9] Более старые области встроенных систем , беспроводных сенсорных сетей , систем управления, автоматизации (включая домашнюю и строительную автоматику ) независимо и коллективно обеспечивают Интернет вещей. [10] На потребительском рынке технология IoT наиболее ассоциируется с продуктами « умного дома », включая устройства и приборы ( светильники , термостаты , системы домашней безопасности , камеры и другие бытовые приборы), которые поддерживают одну или несколько общих экосистем и могут управляться с помощью устройств, связанных с этой экосистемой, таких как смартфоны и интеллектуальные колонки . IoT также используется в системах здравоохранения . [11]
Существует ряд опасений относительно рисков, связанных с ростом технологий и продуктов IoT, особенно в области конфиденциальности и безопасности , и, следовательно, были предприняты шаги со стороны промышленности и правительства для решения этих проблем, включая разработку международных и местных стандартов, руководств и нормативных рамок. [12] Из-за своей взаимосвязанной природы устройства IoT уязвимы для нарушений безопасности и проблем конфиденциальности. В то же время способ, которым эти устройства взаимодействуют по беспроводной связи, создает нормативные двусмысленности, усложняя юрисдикционные границы передачи данных. [13]
Около 1972 года для своего удаленного использования Стэнфордская лаборатория искусственного интеллекта разработала управляемый компьютером торговый автомат, адаптированный из арендованного у Canteen Vending автомата , который продавался за наличные или, через компьютерный терминал ( Teletype Model 33 KSR ), [14] в кредит. [15] Продукты включали, по крайней мере, пиво, йогурт и молоко. [15] [14] Он был назван « Гарцующим пони» по названию комнаты, названной в честь гостиницы во « Властелине колец» Толкиена , [15] [16] поскольку каждая комната в Стэнфордской лаборатории искусственного интеллекта была названа в честь места в Средиземье . [17] Преемник версии все еще работает на кафедре компьютерных наук в Стэнфорде, причем как аппаратное, так и программное обеспечение были обновлены. [15]
В 1982 году [18] была создана ранняя концепция сетевого интеллектуального устройства , которое представляло собой интернет-интерфейс для датчиков, установленных в торговом автомате Coca-Cola факультета компьютерных наук Университета Карнеги-Меллона , предоставленном аспирантами-волонтерами, который обеспечивал температурную модель и состояние запасов, [19] [20] вдохновленный управляемым компьютером торговым автоматом в комнате «Гарцующий пони» в Стэнфордской лаборатории искусственного интеллекта . [21] Сначала он был доступен только в кампусе CMU и стал первым устройством, подключенным к ARPANET , [22] [23]
Работа Марка Вайзера 1991 года о повсеместных вычислениях «Компьютер 21-го века», а также такие академические площадки, как UbiComp и PerCom, создали современное видение IoT. [24] [25] В 1994 году Реза Раджи описал концепцию в IEEE Spectrum как «[перемещение] небольших пакетов данных в большой набор узлов, чтобы интегрировать и автоматизировать все, от бытовой техники до целых заводов». [ 26] В период с 1993 по 1997 год несколько компаний предложили решения, такие как Microsoft at Work или Novell NEST . 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. [ 27]
Концепция «Интернета вещей» и сам термин впервые появились в речи Питера Т. Льюиса на 15-м ежегодном законодательном уикенде Конгресса США в Вашингтоне, округ Колумбия , опубликованной в сентябре 1985 года. По словам Льюиса, «Интернет вещей, или IoT, представляет собой интеграцию людей, процессов и технологий с подключаемыми устройствами и датчиками для обеспечения удаленного мониторинга, состояния, манипулирования и оценки тенденций таких устройств». [28]
Термин «Интернет вещей» был независимо придуман Кевином Эштоном из Procter & Gamble , позже Центра Auto-ID Массачусетского технологического института , в 1999 году, [29] хотя он предпочитает фразу «Интернет для вещей». [30] В тот момент он рассматривал радиочастотную идентификацию (RFID) как неотъемлемую часть Интернета вещей, [31] которая позволит компьютерам управлять всеми отдельными вещами. [32] [33] [34] Основная тема Интернета вещей — встраивание мобильных приемопередатчиков ближнего действия в различные гаджеты и предметы повседневного спроса для обеспечения новых форм связи между людьми и вещами, а также между самими вещами. [35]
В 2004 году Корнелиус «Пит» Петерсон, генеральный директор NetSilicon, предсказал, что «следующая эра информационных технологий будет определяться устройствами [IoT], а сетевые устройства в конечном итоге приобретут популярность и значимость в той степени, в которой они намного превзойдут число сетевых компьютеров и рабочих станций». Петерсон считал, что медицинские устройства и промышленные элементы управления станут доминирующими приложениями этой технологии. [36]
Определяя 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 выросло с 0,08 в 2003 году до 1,84 в 2010 году. [37]
Обширный набор приложений для устройств Интернета вещей [38] часто делится на потребительские, коммерческие, промышленные и инфраструктурные области. [39] [40]
Растущая часть устройств Интернета вещей создается для использования потребителями, включая подключенные транспортные средства, домашнюю автоматизацию , носимые технологии , подключенное здравоохранение и приборы с возможностями удаленного мониторинга. [41]
Устройства IoT являются частью более широкой концепции домашней автоматизации , которая может включать освещение, отопление и кондиционирование воздуха, медиа- и охранные системы, а также системы видеонаблюдения. [42] [43] Долгосрочные преимущества могут включать экономию энергии за счет автоматического отключения света и электроники или информирования жителей дома об их использовании. [44]
Умный дом или автоматизированный дом может быть основан на платформе или концентраторах, которые управляют интеллектуальными устройствами и приборами. [45] 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 . [46] [47] Это может быть выделенное приложение или собственные приложения iOS, такие как Siri . [48] Это можно продемонстрировать на примере Smart Home Essentials от Lenovo, представляющего собой линейку интеллектуальных домашних устройств, которые управляются через приложение Home от Apple или Siri без необходимости в мосте Wi-Fi. [48] Существуют также выделенные интеллектуальные домашние концентраторы, которые предлагаются в качестве автономных платформ для подключения различных интеллектуальных домашних продуктов. К ним относятся Amazon Echo , Google Home , HomePod от Apple и SmartThings Hub от Samsung . [49] Помимо коммерческих систем, существует множество непатентованных экосистем с открытым исходным кодом, включая Home Assistant, OpenHAB и Domoticz. [50]
Одним из ключевых применений умного дома является помощь пожилым людям и инвалидам . Эти домашние системы используют вспомогательные технологии для адаптации к определенным ограничениям владельца. [51] Голосовое управление может помочь пользователям с ограничениями зрения и подвижности, в то время как системы оповещения могут быть подключены напрямую к кохлеарным имплантатам, которые носят пользователи с нарушениями слуха. [52] Они также могут быть оснащены дополнительными функциями безопасности, включая датчики, которые отслеживают неотложные медицинские состояния, такие как падения или судороги . [53] Технология умного дома, применяемая таким образом, может предоставить пользователям больше свободы и более высокое качество жизни. [51]
Термин «Enterprise IoT» относится к устройствам, используемым в бизнесе и корпоративных условиях. К 2019 году, по оценкам, EIoT будет насчитывать 9,1 миллиарда устройств. [39]
Интернет медицинских вещей ( IoMT ) — это приложение IoT для медицинских и связанных со здоровьем целей, сбора и анализа данных для исследований и мониторинга. [54] [55] [56] [57] [58] IoMT называют «умным здравоохранением», [59] как технологию для создания оцифрованной системы здравоохранения, объединяющую доступные медицинские ресурсы и медицинские услуги. [60] [61]
Устройства IoT могут использоваться для включения систем удаленного мониторинга состояния здоровья и оповещения о чрезвычайных ситуациях . Эти устройства мониторинга состояния здоровья могут варьироваться от мониторов артериального давления и частоты сердечных сокращений до современных устройств, способных контролировать специализированные имплантаты, такие как кардиостимуляторы, электронные браслеты Fitbit или усовершенствованные слуховые аппараты. [62] Некоторые больницы начали внедрять «умные кровати», которые могут определять, когда они заняты и когда пациент пытается встать. Они также могут настраиваться самостоятельно, чтобы обеспечить соответствующее давление и поддержку пациенту без ручного взаимодействия медсестер. [54] В отчете Goldman Sachs за 2015 год указано, что устройства IoT в здравоохранении «могут сэкономить Соединенным Штатам более 300 миллиардов долларов ежегодных расходов на здравоохранение за счет увеличения доходов и снижения затрат». [63] Более того, использование мобильных устройств для поддержки медицинского наблюдения привело к созданию «мобильного здравоохранения», использующего проанализированную статистику здравоохранения». [64]
Специализированные датчики также могут быть установлены в жилых помещениях для мониторинга здоровья и общего благополучия пожилых людей, а также для обеспечения надлежащего лечения и помощи людям в восстановлении утраченной подвижности с помощью терапии. [65] Эти датчики создают сеть интеллектуальных датчиков , которые способны собирать, обрабатывать, передавать и анализировать ценную информацию в различных средах, например, подключая домашние устройства мониторинга к больничным системам. [59] Другие потребительские устройства для поощрения здорового образа жизни, такие как подключенные весы или носимые кардиомониторы , также возможны с IoT. [66] Платформы IoT для сквозного мониторинга здоровья также доступны для дородовых и хронических пациентов, помогая контролировать жизненно важные показатели здоровья и повторяющиеся потребности в лекарствах. [67]
Достижения в области методов изготовления пластиковой и тканевой электроники позволили создать сверхнизкозатратные датчики IoMT, которые можно использовать и выбрасывать. Эти датчики, вместе с необходимой электроникой RFID , могут быть изготовлены на бумаге или электронных текстилях для одноразовых сенсорных устройств с беспроводным питанием. [68] Были созданы приложения для медицинской диагностики в местах оказания медицинской помощи , где портативность и низкая сложность системы имеют решающее значение. [69]
По состоянию на 2018 год [обновлять]IoMT применялся не только в клинической лабораторной отрасли [56] , но также в здравоохранении и медицинском страховании. IoMT в здравоохранении теперь позволяет врачам, пациентам и другим лицам, таким как опекуны пациентов, медсестры, семьи и т. д., быть частью системы, где записи пациентов сохраняются в базе данных, что позволяет врачам и остальному медицинскому персоналу иметь доступ к информации о пациентах. [70] IoMT в страховании обеспечивает доступ к лучшим и новым типам динамической информации. Это включает в себя решения на основе датчиков, 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. [71]
Применение IoT в здравоохранении играет основополагающую роль в лечении хронических заболеваний , а также в профилактике и контроле заболеваний. Удаленный мониторинг становится возможным благодаря подключению мощных беспроводных решений. Связь позволяет врачам собирать данные пациентов и применять сложные алгоритмы в анализе данных о состоянии здоровья. [72]
.jpg/1280px-Nov%C3%A1_Povltavsk%C3%A1,_Ho%C5%99%C3%AD_v_tunelu_(01).jpg)
IoT может помочь в интеграции коммуникаций, управления и обработки информации в различных транспортных системах . Применение IoT распространяется на все аспекты транспортных систем (т. е. транспортное средство, [73] инфраструктуру и водителя или пользователя). Динамическое взаимодействие между этими компонентами транспортной системы обеспечивает меж- и внутритранспортную связь, [74] интеллектуальное управление дорожным движением , интеллектуальную парковку, электронные системы взимания платы , логистику и управление автопарком , управление транспортными средствами , безопасность и помощь на дороге. [62] [75]
В системах автомобильной связи связь транспортного средства со всем (V2X) состоит из трех основных компонентов: связь транспортного средства с транспортным средством (V2V), связь транспортного средства с инфраструктурой (V2I) и связь транспортного средства с пешеходом (V2P). V2X — это первый шаг к автономному вождению и подключенной дорожной инфраструктуре. [76]
Устройства IoT могут использоваться для мониторинга и управления механическими, электрическими и электронными системами, используемыми в различных типах зданий (например, государственных и частных, промышленных, учреждений или жилых) [62] в системах домашней автоматизации и автоматизации зданий . В этом контексте в литературе рассматриваются три основные области: [77]
Также известные как IIoT, промышленные устройства IoT собирают и анализируют данные от подключенного оборудования, операционных технологий (OT), местоположений и людей. В сочетании с устройствами мониторинга операционных технологий (OT) IIoT помогает регулировать и контролировать промышленные системы. [78] Кроме того, ту же реализацию можно осуществить для автоматизированных обновлений записей размещения активов в промышленных хранилищах, поскольку размер активов может варьироваться от небольшого винта до целой запасной части двигателя, и неправильное размещение таких активов может привести к потере рабочего времени и денег.
IoT может соединять различные производственные устройства, оснащенные возможностями обнаружения, идентификации, обработки, связи, приведения в действие и работы в сети. [79] Сетевой контроль и управление производственным оборудованием , управление активами и ситуациями или управление производственным процессом позволяют использовать IoT для промышленных приложений и интеллектуального производства. [80] Интеллектуальные системы IoT обеспечивают быстрое производство и оптимизацию новых продуктов, а также быстрое реагирование на требования к продуктам. [62]
Цифровые системы управления для автоматизации управления процессами, инструменты оператора и системы сервисной информации для оптимизации безопасности и защиты предприятия находятся в сфере действия IIoT . [81] IoT также может применяться для управления активами с помощью предиктивного обслуживания , статистической оценки и измерений для максимизации надежности. [82] Системы управления промышленностью могут быть интегрированы с интеллектуальными сетями , что позволяет оптимизировать энергопотребление. Измерения, автоматизированное управление, оптимизация предприятия, управление охраной труда и техникой безопасности и другие функции обеспечиваются сетевыми датчиками. [62]
Помимо общего производства, IoT также используется в процессах индустриализации строительства. [83]
Существует множество приложений IoT в сельском хозяйстве [84], таких как сбор данных о температуре, количестве осадков, влажности, скорости ветра, зараженности вредителями и составе почвы. Эти данные могут использоваться для автоматизации методов ведения сельского хозяйства, принятия обоснованных решений для улучшения качества и количества, минимизации рисков и отходов и сокращения усилий, необходимых для управления посевами. Например, фермеры теперь могут контролировать температуру и влажность почвы на расстоянии и даже применять полученные с помощью IoT данные для программ точного внесения удобрений. [85] Общая цель заключается в том, что данные с датчиков в сочетании со знаниями и интуицией фермера о его или ее ферме могут помочь повысить производительность фермы, а также помочь сократить расходы.
В августе 2018 года Toyota Tsusho начала партнерство с Microsoft для создания инструментов для рыбоводства с использованием пакета приложений Microsoft Azure для технологий IoT, связанных с управлением водными ресурсами. Разработанные частично исследователями из Университета Киндай , механизмы водяных насосов используют искусственный интеллект для подсчета количества рыб на конвейерной ленте , анализа количества рыб и определения эффективности потока воды на основе данных, предоставляемых рыбой. [86] Проект FarmBeats [87] от Microsoft Research, который использует телевизионное пустое пространство для подключения ферм, теперь также является частью Azure Marketplace. [88]
Устройства IoT используются для мониторинга окружающей среды и систем лодок и яхт. [89] Многие прогулочные катера остаются без присмотра на несколько дней летом и на несколько месяцев зимой, поэтому такие устройства предоставляют ценные ранние оповещения о затоплении катера, пожаре и глубоком разряде батарей. Использование глобальных сетей передачи данных через Интернет, таких как Sigfox , в сочетании с долговечными батареями и микроэлектроникой позволяет постоянно контролировать машинные отделения, трюм и батареи и сообщать об этом, например, в подключенные приложения Android и Apple.
Мониторинг и контроль операций устойчивой городской и сельской инфраструктуры, такой как мосты, железнодорожные пути и ветровые электростанции на суше и на море, является ключевым применением IoT. [81] Инфраструктура IoT может использоваться для мониторинга любых событий или изменений в структурных условиях, которые могут поставить под угрозу безопасность и увеличить риск. IoT может принести пользу строительной отрасли за счет экономии затрат, сокращения времени, улучшения качества рабочего дня, безбумажного документооборота и повышения производительности. Он может помочь в принятии более быстрых решений и экономии денег в аналитике данных в реальном времени . Его также можно использовать для эффективного планирования ремонтных и технических работ, координируя задачи между различными поставщиками услуг и пользователями этих объектов. [62] Устройства IoT также могут использоваться для управления критически важной инфраструктурой, такой как мосты, для обеспечения доступа к судам. Использование устройств IoT 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. [90] Даже такие области, как управление отходами, могут выиграть. [91]
Есть несколько запланированных или текущих крупномасштабных развертываний IoT, чтобы обеспечить лучшее управление городами и системами. Например, Сонгдо , Южная Корея, первый в своем роде полностью оборудованный и подключенный умный город , постепенно строится [ когда? ] , примерно 70 процентов делового района завершено по состоянию на июнь 2018 года [обновлять]. Планируется, что большая часть города будет подключена и автоматизирована, с небольшим или нулевым вмешательством человека. [92]
В 2014 году другое приложение проходило проект в Сантандере , Испания. Для этого развертывания были приняты два подхода. Этот город с 180 000 жителей уже увидел 18 000 загрузок своего городского приложения для смартфонов. Приложение подключено к 10 000 датчиков, которые обеспечивают такие услуги, как поиск парковки и мониторинг окружающей среды. Информация о контексте города используется в этом развертывании, чтобы принести пользу торговцам через механизм искровых сделок, основанный на поведении города, который направлен на максимизацию воздействия каждого уведомления. [93]
Другие примеры крупномасштабных развертываний включают китайско-сингапурский город знаний в Гуанчжоу; [94] работу по улучшению качества воздуха и воды, снижению шумового загрязнения и повышению эффективности транспорта в Сан-Хосе, Калифорния; [95] и интеллектуальное управление дорожным движением в западном Сингапуре. [96] Используя свою технологию RPMA (Random Phase Multiple Access), базирующаяся в Сан-Диего компания Ingenu построила общенациональную публичную сеть [97] 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. [98] Французская компания Sigfox начала строительство беспроводной сети передачи данных Ultra Narrowband в районе залива Сан-Франциско в 2014 году, став первой компанией, осуществившей такое развертывание в США [99] [100] Впоследствии она объявила, что установит в общей сложности 4000 базовых станций для покрытия в общей сложности 30 городов в США к концу 2016 года, что сделает ее крупнейшим поставщиком покрытия сети IoT в стране на сегодняшний день. [101] [102] Cisco также участвует в проектах умных городов. Cisco развернула технологии для умного Wi-Fi, умной безопасности, умного освещения , умной парковки, умного транспорта, умных автобусных остановок, умных киосков, удаленного эксперта для государственных служб (REGS) и умного образования в пятикилометровой зоне в городе Виджайвада, Индия. [103] [104]
Другим примером масштабного развертывания является развертывание, завершенное New York Waterways в Нью-Йорке для соединения всех судов города и возможности мониторинга их в режиме реального времени 24/7. Сеть была спроектирована и спроектирована Fluidmesh Networks , чикагской компанией, разрабатывающей беспроводные сети для критически важных приложений. Сеть NYWW в настоящее время обеспечивает покрытие на реке Гудзон, Ист-Ривер и Верхнем заливе Нью-Йорка. С установленной беспроводной сетью NY Waterway может взять под контроль свой флот и пассажиров таким образом, который ранее был невозможен. Новые приложения могут включать безопасность, управление энергией и флотом, цифровые вывески, общественный Wi-Fi, безбумажную продажу билетов и другие. [105]
Значительное количество энергопотребляющих устройств (например, лампы, бытовая техника, двигатели, насосы и т. д.) уже интегрируют подключение к Интернету, что может позволить им взаимодействовать с коммунальными службами не только для балансировки выработки электроэнергии , но и помогает оптимизировать потребление энергии в целом. [62] Эти устройства позволяют пользователям осуществлять удаленное управление или централизованное управление через облачный интерфейс и включают такие функции, как планирование (например, удаленное включение или выключение систем отопления, управление духовками, изменение условий освещения и т. д.). [62] Интеллектуальная сеть — это приложение IoT на стороне коммунального обслуживания; системы собирают и действуют на основе информации, связанной с энергией и мощностью, для повышения эффективности производства и распределения электроэнергии. [106] Используя подключенные к Интернету устройства с расширенной инфраструктурой учета (AMI) , электроэнергетические компании не только собирают данные от конечных пользователей, но и управляют устройствами автоматизации распределения, такими как трансформаторы. [62]
Приложения для мониторинга окружающей среды Интернета вещей обычно используют датчики для оказания помощи в защите окружающей среды [107] путем мониторинга качества воздуха или воды , [108] атмосферных или почвенных условий , [109] и могут даже включать такие области, как мониторинг перемещений диких животных и их среды обитания . [110] Разработка устройств с ограниченными ресурсами, подключенных к Интернету, также означает, что другие приложения, такие как системы раннего оповещения о землетрясениях или цунами , также могут использоваться аварийно-спасательными службами для оказания более эффективной помощи. Устройства Интернета вещей в этом приложении обычно охватывают большую географическую область и также могут быть мобильными. [62] Утверждалось, что стандартизация, которую Интернет вещей привносит в беспроводное зондирование, произведет революцию в этой области. [111]
Другим примером интеграции IoT является Living Lab, которая объединяет и объединяет исследовательские и инновационные процессы, создавая государственно-частное партнерство с людьми. [112] В период с 2006 по январь 2024 года существовало более 440 Living Labs (хотя не все из них в настоящее время активны) [113] , которые используют IoT для сотрудничества и обмена знаниями между заинтересованными сторонами для совместного создания инновационных и технологических продуктов. Чтобы компании могли внедрять и разрабатывать услуги IoT [114] для умных городов, у них должны быть стимулы. Правительства играют ключевую роль в проектах умных городов, поскольку изменения в политике помогут городам внедрить IoT, который обеспечивает эффективность, результативность и точность используемых ресурсов. Например, правительство предоставляет налоговые льготы и дешевую аренду, улучшает общественный транспорт и предлагает среду, в которой стартапы, творческие отрасли и транснациональные корпорации могут совместно творить, совместно использовать общую инфраструктуру и рынки труда, а также использовать преимущества локально внедренных технологий, производственных процессов и транзакционных издержек. [112]
Интернет военных вещей (IoMT) — это применение технологий IoT в военной сфере для целей разведки, наблюдения и других боевых задач. Он в значительной степени зависит от будущих перспектив ведения войны в городской среде и включает использование датчиков, боеприпасов , транспортных средств, роботов, носимых человеком биометрических данных и других интеллектуальных технологий, которые актуальны на поле боя. [115]
Одним из примеров устройств IoT, используемых в армии, является система Xaver 1000. Xaver 1000 была разработана израильской компанией Camero Tech, которая является последней в линейке компании «систем визуализации через стену». Линия Xaver использует радар миллиметрового диапазона (MMW) или радар в диапазоне 30-300 гигагерц. Она оснащена системой отслеживания целей на основе искусственного интеллекта, а также собственной технологией 3D «чувство через стену». [116]
Интернет вещей поля битвы ( IoBT ) — это проект, инициированный и реализуемый Исследовательской лабораторией армии США (ARL) , которая фокусируется на фундаментальной науке, связанной с IoT, которая расширяет возможности солдат армии. [117] В 2017 году ARL запустила Альянс по совместным исследованиям Интернета вещей поля битвы (IoBT-CRA) , установив рабочее сотрудничество между промышленностью, университетом и исследователями армии для продвижения теоретических основ технологий IoT и их применения в армейских операциях. [118] [119]
Проект Ocean of Things — это программа DARPA, разработанная для создания Интернета вещей на больших океанских территориях с целью сбора, мониторинга и анализа данных об окружающей среде и судовой активности. Проект подразумевает размещение около 50 000 поплавков, на которых размещается пассивный сенсорный комплект, который автономно обнаруживает и отслеживает военные и коммерческие суда в рамках облачной сети. [120]
Существует несколько приложений интеллектуальной или активной упаковки , в которых QR-код или NFC-тег прикрепляются к продукту или его упаковке. Сам тег является пассивным, однако он содержит уникальный идентификатор (обычно URL-адрес ), который позволяет пользователю получать доступ к цифровому контенту о продукте через смартфон. [121] Строго говоря, такие пассивные элементы не являются частью Интернета вещей, но их можно рассматривать как средства цифрового взаимодействия. [122] Термин «Интернет упаковки» был придуман для описания приложений, в которых используются уникальные идентификаторы для автоматизации цепочек поставок и сканируются в больших масштабах потребителями для доступа к цифровому контенту. [123] 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, [124] в то время как NFC-теги могут шифровать связь. [125]
Основной значимой тенденцией Интернета вещей в последние годы [ когда? ] является взрывной рост устройств, подключенных и управляемых через Интернет. [126] Широкий спектр приложений для технологии Интернета вещей означает, что специфика может сильно отличаться от одного устройства к другому, но есть основные 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. [127] [128] [129] [130]
Количество устройств Интернета вещей увеличилось на 31% по сравнению с предыдущим годом и достигло 8,4 млрд в 2017 году [131] , а к 2020 году, по оценкам, их будет 30 млрд. [126]
Окружающий интеллект и автономное управление не являются частью первоначальной концепции Интернета вещей. Окружающий интеллект и автономное управление также не обязательно требуют структур Интернета. Однако наблюдается сдвиг в исследованиях (таких компаний, как Intel ) в сторону интеграции концепций Интернета вещей и автономного управления, причем первоначальные результаты в этом направлении рассматривают объекты как движущую силу автономного Интернета вещей. [132] Подход в этом контексте - глубокое обучение с подкреплением, где большинство систем Интернета вещей предоставляют динамическую и интерактивную среду. [133] Обучение агента (т. е. устройства Интернета вещей) разумному поведению в такой среде не может быть выполнено с помощью обычных алгоритмов машинного обучения, таких как контролируемое обучение . При подходе обучения с подкреплением обучающийся агент может определять состояние окружающей среды (например, определять температуру дома), выполнять действия (например, включать или выключать HVAC ) и учиться посредством максимизации накопленных вознаграждений, которые он получает в долгосрочной перспективе.
Интеллект IoT может быть предложен на трех уровнях: устройства IoT, узлы Edge/Fog и облачные вычисления . [134] Необходимость интеллектуального управления и принятия решений на каждом уровне зависит от временной чувствительности приложения IoT. Например, камера автономного транспортного средства должна обнаруживать препятствия в реальном времени , чтобы избежать аварии. Такое быстрое принятие решений было бы невозможно путем передачи данных из транспортного средства в облачные экземпляры и возврата прогнозов обратно в транспортное средство. Вместо этого все операции должны выполняться локально в транспортном средстве. Интеграция передовых алгоритмов машинного обучения, включая глубокое обучение , в устройства IoT является активной областью исследований, позволяющей приблизить интеллектуальные объекты к реальности. Более того, можно получить максимальную выгоду от развертываний IoT путем анализа данных IoT, извлечения скрытой информации и прогнозирования решений по управлению. В области Интернета вещей используется широкий спектр методов машинного обучения: от традиционных методов, таких как регрессия, опорные векторные машины и случайный лес , до продвинутых, таких как сверточные нейронные сети , LSTM и вариационный автокодировщик . [135] [134]
В будущем Интернет вещей может стать недетерминированной и открытой сетью, в которой самоорганизующиеся или интеллектуальные сущности ( веб-сервисы , компоненты SOA ) и виртуальные объекты (аватары) будут взаимодействовать и смогут действовать независимо (преследуя свои собственные цели или общие) в зависимости от контекста, обстоятельств или среды. Автономное поведение посредством сбора и обоснования контекстной информации, а также способность объекта обнаруживать изменения в среде (неисправности, влияющие на датчики) и вводить подходящие меры по смягчению последствий представляют собой основную исследовательскую тенденцию, [136] явно необходимую для обеспечения доверия к технологии IoT. Современные продукты и решения IoT на рынке используют множество различных технологий для поддержки такой контекстно-зависимой автоматизации, но требуются более сложные формы интеллекта, чтобы разрешить развертывание сенсорных блоков и интеллектуальных киберфизических систем в реальных средах. [137]
Архитектура системы IoT в упрощенном виде состоит из трех уровней: Уровень 1: Устройства, Уровень 2: Пограничный шлюз и Уровень 3: Облако. [138] Устройства включают сетевые вещи, такие как датчики и исполнительные механизмы, обнаруженные в оборудовании IoT, особенно те, которые используют такие протоколы, как Modbus , Bluetooth , Zigbee или фирменные протоколы, для подключения к Пограничному шлюзу. [138] Уровень Пограничного шлюза состоит из систем агрегации данных датчиков, называемых Пограничными шлюзами, которые предоставляют такие функциональные возможности, как предварительная обработка данных, обеспечение подключения к облаку, использование таких систем, как WebSockets, концентратор событий и даже в некоторых случаях пограничная аналитика или туманные вычисления . [138] Уровень Пограничного шлюза также требуется для предоставления общего представления устройств верхним уровням для упрощения управления. Последний уровень включает облачное приложение, созданное для IoT с использованием архитектуры микросервисов, которые обычно являются многоязычными и по своей природе безопасными с использованием HTTPS/ OAuth . Он включает различные системы баз данных , которые хранят данные датчиков, такие как базы данных временных рядов или хранилища активов, использующие внутренние системы хранения данных (например, Cassandra, PostgreSQL). [138] Облачный уровень в большинстве облачных систем IoT включает в себя систему очередей событий и обмена сообщениями, которая обрабатывает коммуникацию, происходящую на всех уровнях. [139] Некоторые эксперты классифицировали три уровня в системе IoT как периферийный, платформенный и корпоративный, и они связаны сетью близости, сетью доступа и сетью обслуживания соответственно. [140]
Созданная на основе Интернета вещей, сеть вещей представляет собой архитектуру для прикладного уровня Интернета вещей, которая рассматривает конвергенцию данных с устройств IoT в веб-приложения для создания инновационных вариантов использования. Для программирования и управления потоком информации в Интернете вещей прогнозируемое архитектурное направление называется BPM Everywhere , которое представляет собой смешение традиционного управления процессами с добычей данных процессов и специальными возможностями для автоматизации управления большим количеством скоординированных устройств. [ необходима цитата ]
Интернет вещей требует огромной масштабируемости в сетевом пространстве для обработки всплеска устройств. [141] IETF 6LoWPAN может использоваться для подключения устройств к IP-сетям. С миллиардами устройств [142] , добавляемых в интернет-пространство, IPv6 будет играть важную роль в управлении масштабируемостью сетевого уровня. Ограниченный протокол приложений IETF , ZeroMQ и MQTT могут обеспечить легкую передачу данных. На практике многие группы устройств IoT скрыты за шлюзовыми узлами и могут не иметь уникальных адресов. Кроме того, видение всего взаимосвязанного не требуется для большинства приложений, поскольку в основном это данные, которые нуждаются в соединении на более высоком уровне. [ требуется цитата ]
Туманные вычисления являются жизнеспособной альтернативой для предотвращения такого большого потока данных через Интернет. [143] Вычислительная мощность периферийных устройств для анализа и обработки данных крайне ограничена. Ограниченная вычислительная мощность является ключевым атрибутом устройств IoT, поскольку их цель — предоставлять данные о физических объектах, оставаясь при этом автономными. Высокие требования к обработке потребляют больше энергии батареи, что вредит работоспособности IoT. Масштабируемость проста, поскольку устройства IoT просто предоставляют данные через Интернет на сервер с достаточной вычислительной мощностью. [144]
Децентрализованный Интернет вещей, или децентрализованный IoT, представляет собой модифицированный IoT, который использует туманные вычисления для обработки и балансировки запросов подключенных устройств IoT с целью снижения нагрузки на облачные серверы и повышения скорости реагирования для чувствительных к задержкам приложений IoT, таких как мониторинг основных показателей состояния пациентов, связь между транспортными средствами при автономном вождении и обнаружение критических сбоев промышленных устройств. [145] Производительность повышается, особенно для огромных систем IoT с миллионами узлов. [146]
Обычный IoT подключен через ячеистую сеть и управляется главным головным узлом (централизованным контроллером). [147] Головной узел решает, как данные создаются, хранятся и передаются. [148] Напротив, децентрализованный IoT пытается разделить системы IoT на более мелкие подразделения. [149] Головной узел разрешает частичные полномочия по принятию решений подузлам более низкого уровня в соответствии с взаимно согласованной политикой. [150]
Некоторые обратились к децентрализованным попыткам Интернета вещей решить проблему ограниченной пропускной способности и вычислительной мощности работающих от батареи или беспроводных устройств Интернета вещей с помощью блокчейна . [151] [152] [153]
В полуоткрытых или закрытых циклах (т. е. цепочках создания стоимости, когда может быть установлена глобальная окончательность) IoT часто будет рассматриваться и изучаться как сложная система [154] из-за огромного количества различных связей, взаимодействий между автономными субъектами и ее способности интегрировать новых субъектов. На общем этапе (полный открытый цикл) он, вероятно, будет рассматриваться как хаотическая среда (поскольку системы всегда имеют окончательность). В качестве практического подхода 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 . [155] Управление и контроль высокодинамичной сети вещей/устройств IoT является сложной задачей с традиционной сетевой архитектурой, программно-определяемая сеть (SDN) обеспечивает гибкое динамическое решение, которое может справиться с особыми требованиями разнообразия инновационных приложений IoT. [156] [157]
Точные масштабы Интернета вещей неизвестны, в начале статей об IoT часто цитируются цифры в миллиарды или триллионы. В 2015 году в домах людей было 83 миллиона интеллектуальных устройств. Ожидается, что к 2020 году это число вырастет до 193 миллионов устройств. [43] [158]
Число устройств с возможностью выхода в Интернет выросло на 31% с 2016 по 2017 год и достигло 8,4 млрд. [131]
В Интернете вещей точное географическое местоположение вещи, а также точные географические размеры вещи, могут иметь решающее значение. [159] Поэтому факты о вещи, такие как ее местоположение во времени и пространстве, стали менее критичными для отслеживания, поскольку человек, обрабатывающий информацию, может решить, важна ли эта информация для предпринимаемого действия, и если да, добавить недостающую информацию (или решить не предпринимать действие). (Обратите внимание, что некоторые вещи в Интернете вещей будут датчиками, а местоположение датчика обычно важно. [160] ) GeoWeb и Digital Earth — это приложения, которые становятся возможными, когда вещи могут быть организованы и связаны по местоположению. Однако к остающимся проблемам относятся ограничения переменных пространственных масштабов, необходимость обработки огромных объемов данных и индексация для быстрого поиска и соседских операций. В Интернете вещей, если вещи способны предпринимать действия по собственной инициативе, эта посредническая роль, ориентированная на человека, устраняется. Таким образом, пространственно-временной контекст, который мы, люди, принимаем как должное, должен получить центральную роль в этой информационной экосистеме . Так же, как стандарты играют ключевую роль в Интернете и Сети, геопространственные стандарты будут играть ключевую роль в Интернете вещей. [161] [162]
Многие устройства IoT потенциально могут занять часть этого рынка. Жан-Луи Гассе (первая команда выпускников Apple и соучредитель BeOS) затронул эту тему в статье в Monday Note , [163] где он предсказывает, что наиболее вероятной проблемой будет то, что он называет проблемой «корзины пультов», когда у нас будут сотни приложений для взаимодействия с сотнями устройств, которые не используют общие протоколы для общения друг с другом. [163] Для улучшения взаимодействия с пользователем некоторые лидеры в области технологий объединяют усилия для создания стандартов для связи между устройствами, чтобы решить эту проблему. Другие обращаются к концепции предиктивного взаимодействия устройств, «где собранные данные используются для прогнозирования и запуска действий на определенных устройствах», заставляя их работать вместе. [164]
Социальный Интернет вещей (SIoT) — это новый тип IoT, который фокусируется на важности социального взаимодействия и отношений между устройствами IoT. [165] SIoT — это модель того, как кросс-доменные устройства IoT обеспечивают взаимодействие и совместную работу приложений без вмешательства человека, чтобы обслуживать своих владельцев автономными сервисами, [166] и это может быть реализовано только при получении поддержки архитектуры низкого уровня как со стороны программного обеспечения IoT, так и со стороны аппаратной инженерии. [167]
IoT определяет устройство с идентификацией, например гражданина в сообществе, и подключает его к Интернету для предоставления услуг его пользователям. [168] SIoT определяет социальную сеть для устройств IoT, которые взаимодействуют друг с другом только для различных целей, которые служат человеку. [169]
SIoT отличается от оригинального IoT с точки зрения характеристик сотрудничества. IoT пассивен, он был настроен на обслуживание определенных целей с существующими устройствами IoT в предопределенной системе. SIoT активен, он был запрограммирован и управлялся ИИ для обслуживания незапланированных целей с помощью смешивания и сопоставления потенциальных устройств IoT из разных систем, которые приносят пользу его пользователям. [170]
Устройства IoT со встроенной коммуникабельностью будут транслировать свои возможности или функции и в то же время обнаруживать, делиться информацией, контролировать, осуществлять навигацию и группироваться с другими устройствами IoT в той же или близлежащей сети, реализуя SIoT [171] и облегчая создание полезных сервисных композиций для того, чтобы активно помогать своим пользователям в повседневной жизни, особенно во время чрезвычайных ситуаций. [172]
Существует множество технологий, которые позволяют использовать IoT. Решающее значение для этой области имеет сеть, используемая для связи между устройствами установки IoT, роль, которую могут выполнять несколько беспроводных или проводных технологий: [179] [180] [181]
Первоначальная идея Центра Auto-ID основана на RFID-метках и четкой идентификации через электронный код продукта . Это превратилось в объекты, имеющие IP-адрес или URI . [182] Альтернативный взгляд из мира семантической паутины [183] вместо этого фокусируется на том, чтобы сделать все вещи (не только электронные, интеллектуальные или с поддержкой RFID) адресуемыми с помощью существующих протоколов именования, таких как URI . Сами объекты не взаимодействуют, но теперь на них могут ссылаться другие агенты, такие как мощные централизованные серверы, действующие от имени их владельцев-людей. [184] Интеграция с Интернетом подразумевает, что устройства будут использовать IP-адрес в качестве отдельного идентификатора. Из-за ограниченного адресного пространства IPv4 (которое допускает 4,3 миллиарда различных адресов) объекты в IoT должны будут использовать следующее поколение интернет-протокола ( IPv6 ) для масштабирования до требуемого чрезвычайно большого адресного пространства. [185] [186] [187] Устройства Интернета вещей дополнительно выиграют от автоконфигурации адресов без сохранения состояния, присутствующей в IPv6, [188] , поскольку она снижает накладные расходы на конфигурацию на хостах, [186] и сжатие заголовков IETF 6LoWPAN . В значительной степени будущее Интернета вещей будет невозможно без поддержки IPv6; и, следовательно, глобальное принятие IPv6 в ближайшие годы будет иметь решающее значение для успешного развития IoT в будущем. [187]
Различные технологии играют разные роли в стеке протоколов . Ниже приведено упрощенное [примечание 1] представление ролей нескольких популярных технологий связи в приложениях IoT:
Это список технических стандартов для Интернета вещей, большинство из которых являются открытыми стандартами , а также организаций по стандартизации , которые стремятся успешно их установить. [203] [204]
Некоторые ученые и активисты утверждают, что IoT может быть использован для создания новых моделей гражданского участия , если сети устройств будут открыты для контроля пользователя и совместимых платформ. Филип Н. Ховард , профессор и автор, пишет, что политическая жизнь как в демократиях, так и в авторитарных режимах будет формироваться тем, как IoT будет использоваться для гражданского участия. Для этого он утверждает, что любое подключенное устройство должно иметь возможность раскрывать список «конечных бенефициаров» своих сенсорных данных, и что отдельные граждане должны иметь возможность добавлять новые организации в список бенефициаров. Кроме того, он утверждает, что группы гражданского общества должны начать разрабатывать свою стратегию IoT для использования данных и взаимодействия с общественностью. [210]
Одним из ключевых факторов Интернета вещей являются данные. Успех идеи соединения устройств для повышения их эффективности зависит от доступа к данным, их хранения и обработки. Для этой цели компании, работающие над Интернетом 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 для уязвимости нескольких систем в одной точке. [211] Другие вопросы касаются выбора потребителя и права собственности на данные [212] и того, как они используются. Хотя они все еще находятся в зачаточном состоянии, правила и управление, касающиеся этих вопросов конфиденциальности, безопасности и права собственности на данные, продолжают развиваться. [213] [214] [215] Регулирование Интернета вещей зависит от страны. Вот некоторые примеры законодательства, которое имеет отношение к конфиденциальности и сбору данных: 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. [216]
Текущая нормативно-правовая среда:
В отчете, опубликованном Федеральной торговой комиссией (FTC) в январе 2015 года, даны следующие три рекомендации: [217]
Однако FTC пока остановилась только на рекомендациях. Согласно анализу FTC, существующая структура, состоящая из Закона FTC , Закона о добросовестной кредитной отчетности и Закона о защите конфиденциальности детей в Интернете , а также развитие образования потребителей и бизнес-руководства, участие в многосторонних усилиях и пропаганда в других агентствах на федеральном, государственном и местном уровнях, достаточна для защиты прав потребителей. [219]
Резолюция, принятая Сенатом в марте 2015 года, уже рассматривается Конгрессом. [220] В этой резолюции была признана необходимость разработки Национальной политики в отношении IoT и вопроса конфиденциальности, безопасности и спектра. Кроме того, чтобы дать импульс экосистеме IoT, в марте 2016 года двухпартийная группа из четырех сенаторов предложила законопроект «Развитие инноваций и рост Интернета вещей» (DIGIT), чтобы поручить Федеральной комиссии по связи оценить потребность в большем спектре для подключения устройств IoT.
Одобренный 28 сентября 2018 года законопроект Сената Калифорнии № 327 [221] вступает в силу 1 января 2020 года. Законопроект требует, чтобы « производитель подключенного устройства, как эти термины определены, оснастил устройство разумной функцией или функциями безопасности, которые соответствуют характеру и функции устройства, соответствуют информации, которую оно может собирать, содержать или передавать, и предназначены для защиты устройства и любой содержащейся в нем информации от несанкционированного доступа, уничтожения, использования, изменения или раскрытия » .
Несколько стандартов для отрасли IoT фактически устанавливаются в отношении автомобилей, поскольку большинство проблем, возникающих при использовании подключенных автомобилей, также применимы к устройствам здравоохранения. Фактически, Национальная администрация безопасности дорожного движения (NHTSA) готовит руководящие принципы кибербезопасности и базу данных передового опыта, чтобы сделать автомобильные компьютерные системы более безопасными. [222]
В недавнем отчете Всемирного банка рассматриваются проблемы и возможности внедрения Интернета вещей правительством. [223] К ним относятся:
В начале декабря 2021 года правительство Великобритании представило законопроект о безопасности продуктов и телекоммуникационной инфраструктуре (PST), призванный обязать дистрибьюторов, производителей и импортеров IoT соответствовать определенным стандартам кибербезопасности . Законопроект также направлен на улучшение учетных данных безопасности потребительских устройств IoT. [224]
IoT страдает от фрагментации платформ , отсутствия взаимодействия и общих технических стандартов [225] [226] [227] [228 ] [229] [230] [231] [ чрезмерное цитирование ] ситуация, когда разнообразие устройств IoT, с точки зрения как аппаратных вариаций, так и различий в программном обеспечении, работающем на них, затрудняет задачу разработки приложений, которые работают согласованно между различными несовместимыми технологическими экосистемами . [1] Например, беспроводное подключение для устройств IoT может быть реализовано с использованием Bluetooth , Wi-Fi , Wi-Fi HaLow , Zigbee , Z-Wave , LoRa , NB-IoT , Cat M1 , а также полностью настраиваемых фирменных радиостанций — каждая со своими преимуществами и недостатками; и уникальной экосистемой поддержки. [232]
Аморфная природа вычислений Интернета вещей также является проблемой для безопасности, поскольку исправления ошибок, обнаруженных в основной операционной системе, часто не доходят до пользователей старых и недорогих устройств. [233] [234] [235] Одна группа исследователей утверждает, что неспособность поставщиков поддерживать старые устройства с помощью исправлений и обновлений делает более 87% активных устройств Android уязвимыми. [236] [237]
Филип Н. Ховард , профессор и автор, 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, как и потенциал для социального контроля и политических манипуляций. [238]
Опасения по поводу конфиденциальности заставили многих задуматься о возможности того, что инфраструктуры больших данных , такие как Интернет вещей и интеллектуальный анализ данных , по своей сути несовместимы с конфиденциальностью. [239] Основные проблемы растущей цифровизации в секторе водоснабжения, транспорта или энергетики связаны с конфиденциальностью и кибербезопасностью , что требует адекватного ответа как со стороны исследователей, так и политиков. [240]
Писатель Адам Гринфилд утверждает, что технологии Интернета вещей не только являются вторжением в общественное пространство, но и используются для увековечения нормативного поведения, приводя в пример рекламные щиты со скрытыми камерами, которые отслеживали демографические данные прохожих, остановившихся, чтобы прочитать рекламу.
Совет по Интернету вещей сравнил возросшую распространенность цифрового наблюдения из-за Интернета вещей с концепцией паноптикума, описанной Джереми Бентамом в 18 веке. [241] Утверждение подтверждается работами французских философов Мишеля Фуко и Жиля Делеза . В работе «Надзирать и наказывать: рождение тюрьмы » Фуко утверждает, что паноптикум был центральным элементом общества дисциплины, развившегося в индустриальную эпоху . [242] Фуко также утверждал, что системы дисциплины, установленные на фабриках и в школах, отражают видение Бентамом паноптизма . [242] В своей статье 1992 года «Постскриптумы об обществах контроля» Делёз писал, что общество дисциплины перешло в общество контроля, при этом компьютер заменил паноптикум в качестве инструмента дисциплины и контроля, сохранив при этом качества, схожие с паноптизмом. [243]
Питер-Пол Вербеек , профессор философии технологий в Университете Твенте , Нидерланды, пишет, что технология уже влияет на наше принятие моральных решений, что в свою очередь влияет на человеческое агентство, конфиденциальность и автономию. Он предостерегает от рассмотрения технологии просто как человеческого инструмента и вместо этого выступает за то, чтобы рассматривать ее как активного агента. [244]
Джастин Брукман из Центра демократии и технологий выразил обеспокоенность относительно влияния Интернета вещей на конфиденциальность потребителей , заявив, что «Есть некоторые люди в коммерческом секторе, которые говорят: «О, большие данные — ну, давайте соберем все, будем хранить их вечно, а потом заплатим за то, чтобы кто-то подумал о безопасности». Вопрос в том, хотим ли мы иметь какую-то политическую основу для ограничения этого». [245]
Тим О'Рейли считает, что способы, которыми компании продают потребителям устройства IoT, неуместны, оспаривая идею о том, что IoT заключается в повышении эффективности за счет размещения всех видов устройств в сети, и постулируя, что «IoT на самом деле заключается в расширении возможностей человека. Приложения кардинально отличаются, когда у вас есть датчики и данные, управляющие принятием решений». [246]
Редакционные статьи в WIRED также выразили обеспокоенность, одна из которых заявила: «То, что вы собираетесь потерять, — это ваша конфиденциальность. На самом деле, все еще хуже. Вы не просто потеряете свою конфиденциальность, вам придется наблюдать, как само понятие конфиденциальности будет переписано у вас под носом». [247]
Американский союз защиты гражданских свобод (ACLU) выразил обеспокоенность относительно способности IoT подорвать контроль людей над собственной жизнью. ACLU написал, что «просто невозможно предсказать, как будут использоваться эти огромные полномочия — непропорционально накапливающиеся в руках корпораций, ищущих финансовой выгоды, и правительств, жаждущих все большего контроля. Есть вероятность, что большие данные и Интернет вещей усложнят для нас контроль над собственной жизнью, поскольку мы становимся все более прозрачными для могущественных корпораций и государственных учреждений, которые становятся все более непрозрачными для нас». [248]
В ответ на растущую обеспокоенность по поводу конфиденциальности и интеллектуальных технологий в 2007 году британское правительство заявило, что будет следовать формальным принципам Privacy by Design при внедрении своей программы интеллектуальных счетчиков. Программа приведет к замене традиционных счетчиков электроэнергии интеллектуальными счетчиками электроэнергии, которые смогут отслеживать и управлять потреблением энергии более точно. [249] Однако Британское компьютерное общество сомневается, что эти принципы когда-либо были фактически реализованы. [250] В 2009 году парламент Нидерландов отклонил аналогичную программу интеллектуальных счетчиков, основывая свое решение на проблемах конфиденциальности. Голландская программа позже была пересмотрена и принята в 2011 году. [250]
Задача производителей приложений IoT — очистить , обработать и интерпретировать огромный объем данных, собираемых датчиками. Для аналитики информации предложено решение, называемое беспроводными сенсорными сетями. [251] Эти сети обмениваются данными между сенсорными узлами, которые отправляются в распределенную систему для аналитики сенсорных данных. [252]
Еще одной проблемой является хранение этих больших объемов данных. В зависимости от приложения могут быть высокие требования к сбору данных, что в свою очередь приводит к высоким требованиям к хранению. В 2013 году Интернет, по оценкам, потреблял 5% от общего объема произведенной энергии, [251] и «устрашающая проблема питания» устройств IoT для сбора и даже хранения данных все еще остается. [253]
Хранилища данных, хотя и являются распространенной проблемой устаревших систем, все еще часто встречаются при внедрении устройств IoT, особенно в производстве. Поскольку устройства IoT и IIoT дают много преимуществ, средства, в которых хранятся данные, могут представлять серьезные проблемы без учета принципов автономности, прозрачности и совместимости. [254] Проблемы возникают не из-за самого устройства, а из-за средств, в которых настраиваются базы данных и хранилища данных. Эти проблемы обычно выявляются на производствах и предприятиях, которые начали цифровую трансформацию, и являются частью цифровой основы, что указывает на то, что для получения оптимальных преимуществ от устройств IoT и для принятия решений предприятиям придется сначала пересмотреть свои методы хранения данных. Эти проблемы были выявлены Келлером (2021) при исследовании ландшафта ИТ и приложений внедрения I4.0 на немецких предприятиях M&E. [254]
Безопасность является самой большой проблемой при принятии технологии Интернета вещей, [255] с опасениями, что быстрое развитие происходит без надлежащего рассмотрения глубоких проблем безопасности, связанных с этим [256] и нормативных изменений, которые могут быть необходимы. [257] [258] Быстрое развитие Интернета вещей (IoT) позволило миллиардам устройств подключиться к сети. Из-за слишком большого количества подключенных устройств и ограничений технологии безопасности связи в IoT постепенно появляются различные проблемы безопасности. [259]
Большинство технических проблем безопасности аналогичны проблемам обычных серверов, рабочих станций и смартфонов. [260] К этим проблемам относятся использование слабой аутентификации, забывание изменить учетные данные по умолчанию, незашифрованные сообщения, отправляемые между устройствами, SQL-инъекции , атаки типа «человек посередине» и плохая обработка обновлений безопасности. [261] [262] Однако многие устройства IoT имеют серьезные эксплуатационные ограничения на вычислительную мощность, доступную им. Эти ограничения часто делают их неспособными напрямую использовать основные меры безопасности, такие как внедрение брандмауэров или использование сильных криптосистем для шифрования своих коммуникаций с другими устройствами [263] , а низкая цена и ориентация на потребителя многих устройств делают надежную систему исправления безопасности редкостью. [264]
Вместо обычных уязвимостей безопасности растет число атак с внедрением неисправностей, нацеленных на устройства IoT. Атака с внедрением неисправностей — это физическая атака на устройство с целью преднамеренного внедрения неисправностей в систему для изменения предполагаемого поведения. Неисправности могут возникать непреднамеренно из-за шумов окружающей среды и электромагнитных полей. Существуют идеи, основанные на целостности потока управления (CFI), для предотвращения атак с внедрением неисправностей и восстановления системы до работоспособного состояния до возникновения неисправности. [265]
Устройства Интернета вещей также имеют доступ к новым областям данных и часто могут управлять физическими устройствами, [266] так что даже к 2014 году можно было сказать, что многие подключенные к Интернету приборы уже могли «шпионить за людьми в их собственных домах», включая телевизоры, кухонные приборы, [267] камеры и термостаты. [268] Было показано, что управляемые компьютером устройства в автомобилях, такие как тормоза, двигатель, замки, капот и багажник, гудок, отопление и приборная панель, уязвимы для злоумышленников, имеющих доступ к бортовой сети. В некоторых случаях компьютерные системы транспортных средств подключены к Интернету, что позволяет эксплуатировать их удаленно. [269] К 2008 году исследователи безопасности продемонстрировали возможность удаленного управления кардиостимуляторами без разрешения. Позже хакеры продемонстрировали удаленное управление инсулиновыми помпами [270] и имплантируемыми кардиовертерами-дефибрилляторами. [271]
Плохо защищенные устройства Интернета вещей, доступные через Интернет, также могут быть использованы для атак на других. В 2016 году распределенная атака типа «отказ в обслуживании», осуществляемая с помощью устройств Интернета вещей, на которых работало вредоносное ПО Mirai, вывела из строя поставщика DNS и крупные веб-сайты . [272] Ботнет Mirai заразил примерно 65 000 устройств Интернета вещей в течение первых 20 часов. [273] В конечном итоге количество заражений возросло до 200 000–300 000 заражений. [273] Бразилия, Колумбия и Вьетнам составили 41,5% заражений. [273] Ботнет Mirai выделил определенные устройства Интернета вещей, которые состояли из цифровых видеорегистраторов, IP-камер, маршрутизаторов и принтеров. [273] Основными поставщиками, содержащими наибольшее количество зараженных устройств, были Dahua, Huawei, ZTE, Cisco, ZyXEL и MikroTik . [273] В мае 2017 года Джунад Али, компьютерный ученый из Cloudflare, отметил, что собственные уязвимости DDoS существуют в устройствах IoT из-за плохой реализации шаблона публикации-подписки . [274] [275] Такого рода атаки заставили экспертов по безопасности рассматривать IoT как реальную угрозу для интернет-сервисов. [276]
Национальный разведывательный совет США в несекретном отчете утверждает, что было бы трудно запретить «доступ к сетям датчиков и дистанционно управляемым объектам врагам Соединенных Штатов, преступникам и смутьянам... Открытый рынок агрегированных данных датчиков мог бы служить интересам торговли и безопасности не меньше, чем он помогает преступникам и шпионам выявлять уязвимые цели. Таким образом, массовое параллельное слияние датчиков может подорвать социальную сплоченность, если окажется принципиально несовместимым с гарантиями Четвертой поправки против необоснованного поиска». [277] В целом, разведывательное сообщество рассматривает Интернет вещей как богатый источник данных. [278]
31 января 2019 года Washington Post написала статью о проблемах безопасности и этики, которые могут возникнуть с дверными звонками и камерами IoT: «В прошлом месяце Ring была поймана на том, что позволила своей команде в Украине просматривать и комментировать определенные пользовательские видео; компания заявляет, что просматривает только общедоступные видео и те, которые принадлежат владельцам Ring, давшим согласие. Буквально на прошлой неделе камера Nest в Калифорнии позволила хакеру захватить управление и транслировать поддельные звуковые предупреждения о ракетной атаке, не говоря уже о том, чтобы подглядывать за ними, когда они использовали слабый пароль». [279]
На проблемы безопасности был дан ряд ответов. Фонд безопасности Интернета вещей (IoTSF) был запущен 23 сентября 2015 года с миссией по защите Интернета вещей путем продвижения знаний и передового опыта. Его учредительный совет состоит из поставщиков технологий и телекоммуникационных компаний. Кроме того, крупные ИТ-компании постоянно разрабатывают инновационные решения для обеспечения безопасности устройств Интернета вещей. В 2017 году Mozilla запустила Project Things , который позволяет направлять устройства Интернета вещей через безопасный шлюз Web of Things. [280] По оценкам KBV Research, [281] общий рынок безопасности Интернета вещей [282] будет расти на 27,9% в течение 2016–2022 годов в результате растущих инфраструктурных проблем и диверсифицированного использования Интернета вещей. [283] [284]
Некоторые утверждают, что государственное регулирование необходимо для защиты устройств IoT и более широкого Интернета, поскольку рыночные стимулы для защиты устройств IoT недостаточны. [285] [257] [258] Было обнаружено, что из-за природы большинства плат разработки IoT они генерируют предсказуемые и слабые ключи, которые легко могут быть использованы для атаки типа «человек посередине» . Однако многие исследователи предложили различные подходы к укреплению безопасности для решения проблемы слабой реализации SSH и слабых ключей. [286]
Безопасность IoT в сфере производства представляет различные проблемы и различные перспективы. В ЕС и Германии защита данных постоянно упоминается в политике производства и цифровой политики, особенно в I4.0. Однако отношение к безопасности данных отличается с точки зрения предприятия, поскольку акцент делается на меньшей защите данных в форме GDPR, поскольку данные, собираемые с устройств IoT в производственном секторе, не отображают персональные данные. [254] Тем не менее, исследования показали, что эксперты по производству обеспокоены «безопасностью данных для защиты машинных технологий от международных конкурентов с постоянно растущим стремлением к взаимосвязи». [254]
Системы IoT обычно управляются интеллектуальными приложениями, управляемыми событиями, которые принимают в качестве входных данных либо данные датчиков, либо вводимые пользователем данные или другие внешние триггеры (из Интернета) и управляют одним или несколькими исполнительными механизмами для обеспечения различных форм автоматизации. [287] Примерами датчиков являются детекторы дыма, датчики движения и контактные датчики. Примерами исполнительных механизмов являются интеллектуальные замки, интеллектуальные розетки и дверные элементы управления. Популярные платформы управления, на которых сторонние разработчики могут создавать интеллектуальные приложения, взаимодействующие по беспроводной сети с этими датчиками и исполнительными механизмами, включают в себя SmartThings от Samsung, [288] HomeKit от Apple, [289] и Alexa от Amazon, [290] и другие.
Проблема, характерная для систем IoT, заключается в том, что неисправные приложения, непредвиденные плохие взаимодействия приложений или сбои устройств/связи могут вызывать небезопасные и опасные физические состояния, например, «открыть входную дверь, когда никого нет дома» или «выключить обогреватель, когда температура ниже 0 градусов по Цельсию, и люди спят ночью». [287] Обнаружение недостатков, которые приводят к таким состояниям, требует целостного представления установленных приложений, компонентов устройств, их конфигураций и, что более важно, того, 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 к небезопасным состояниям. [287] Они оценили IotSan на платформе Samsung SmartThings. Из 76 вручную настроенных систем IotSan обнаруживает 147 уязвимостей (т. е. нарушений безопасных физических состояний/свойств).
Учитывая широкое признание эволюционной природы проектирования и управления Интернетом вещей, устойчивое и безопасное развертывание решений IoT должно проектироваться для «анархической масштабируемости». [291] Применение концепции анархической масштабируемости может быть распространено на физические системы (т. е. контролируемые объекты реального мира) в силу того, что эти системы разрабатываются с учетом неопределенного будущего управления. Таким образом, эта жесткая анархическая масштабируемость обеспечивает путь вперед к полной реализации потенциала решений Интернета вещей путем выборочного ограничения физических систем для обеспечения всех режимов управления без риска физического отказа. [291]
Ученый-компьютерщик из Университета Брауна Майкл Литтман утверждал, что успешное выполнение Интернета вещей требует рассмотрения удобства использования интерфейса, а также самой технологии. Эти интерфейсы должны быть не только более удобными для пользователя, но и лучше интегрированными: «Если пользователям нужно изучать различные интерфейсы для своих пылесосов, замков, разбрызгивателей, освещения и кофеварок, трудно сказать, что их жизнь стала легче». [292]
Проблема, связанная с технологиями Интернета вещей, касается воздействия на окружающую среду производства, использования и возможной утилизации всех этих устройств, богатых полупроводниками. [293] Современная электроника изобилует широким спектром тяжелых металлов и редкоземельных металлов, а также высокотоксичных синтетических химикатов. Это делает их чрезвычайно сложными для надлежащей переработки. Электронные компоненты часто сжигаются или помещаются на обычные свалки. Кроме того, человеческие и экологические издержки добычи редкоземельных металлов, которые являются неотъемлемой частью современных электронных компонентов, продолжают расти. Это приводит к общественным вопросам, касающимся воздействия устройств Интернета вещей на окружающую среду в течение их срока службы. [294]
Фонд Electronic Frontier Foundation выразил обеспокоенность тем, что компании могут использовать технологии, необходимые для поддержки подключенных устройств, чтобы намеренно отключать или « выключать » устройства своих клиентов с помощью удаленного обновления программного обеспечения или путем отключения службы, необходимой для работы устройства. В одном из примеров устройства домашней автоматизации , продаваемые с обещанием «пожизненной подписки», стали бесполезными после того, как Nest Labs приобрела Revolv и приняла решение закрыть центральные серверы, которые устройства Revolv использовали для работы. [295] Поскольку Nest является компанией, принадлежащей Alphabet ( материнской компании Google ), EFF утверждает, что это создает «ужасный прецедент для компании с амбициями продавать беспилотные автомобили, медицинские приборы и другие высококлассные гаджеты, которые могут быть необходимы для жизни человека или его физической безопасности». [296]
Владельцы должны иметь возможность свободно направлять свои устройства на другой сервер или сотрудничать в улучшении программного обеспечения. Но такие действия нарушают раздел 1201 DMCA США , который имеет исключение только для «локального использования». Это заставляет мастеров, которые хотят продолжать использовать свое собственное оборудование, оказаться в правовой серой зоне. EFF считает, что покупатели должны отказываться от электроники и программного обеспечения, которые ставят желания производителя выше своих собственных. [296]
Примерами манипуляций после продажи являются Google Nest Revolv, отключенные настройки конфиденциальности на Android , отключение Linux на PlayStation 3 компанией Sony , принудительное применение EULA на Wii U. [ 296]
Кевин Лонерган из Information Age , журнала о бизнес-технологиях, назвал термины, окружающие IoT, «терминологическим зоопарком». [297] Отсутствие четкой терминологии не является «полезным с практической точки зрения» и является «источником путаницы для конечного пользователя». [297] Компания, работающая в сфере IoT, может заниматься чем угодно, связанным с сенсорными технологиями, сетями, встроенными системами или аналитикой. [297] 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 различной степенью совпадения и технологической конвергенции : Интернет вещей, Интернет всего (IoE), Интернет товаров (цепочка поставок), промышленный Интернет, всепроникающие вычисления , всепроникающие датчики, повсеместные вычисления , киберфизические системы (CPS), беспроводные сенсорные сети (WSN), интеллектуальные объекты , цифровой близнец , киберобъекты или аватары, [154] взаимодействующие объекты, межмашинное взаимодействие (M2M), окружающий интеллект (AmI), операционные технологии (OT) и информационные технологии (IT). [297] Что касается IIoT, промышленного подотдела IoT, целевая группа по словарю Консорциума промышленного Интернета создала «общий и повторно используемый словарь терминов» [298] , чтобы обеспечить «единообразную терминологию» [298] [299] во всех публикациях, выпущенных Консорциумом промышленного Интернета. IoT One создала базу данных терминов IoT, включая оповещение о новом термине [300] , чтобы получать уведомления при публикации нового термина. По состоянию на март 2020 года [обновлять]эта база данных объединяет 807 терминов, связанных с IoT, при этом сохраняя материал «прозрачным и всеобъемлющим». [301] [302]
Несмотря на общую веру в потенциал IoT, лидеры отрасли и потребители сталкиваются с препятствиями для более широкого внедрения технологии IoT. Майк Фарли утверждал в Forbes, что, хотя решения IoT привлекают ранних последователей , им либо не хватает совместимости, либо четкого варианта использования для конечных пользователей. [303] Исследование Ericsson относительно внедрения IoT среди датских компаний показывает, что многие испытывают трудности «в определении того, в чем именно заключается ценность IoT для них». [304]
Что касается IoT, особенно в отношении потребительского IoT, информация о повседневной жизни пользователя собирается таким образом, чтобы «вещи» вокруг пользователя могли взаимодействовать для предоставления более качественных услуг, которые соответствуют личным предпочтениям. [305] Когда собранная информация, которая подробно описывает пользователя, проходит через несколько сегментов сети, из-за разнообразной интеграции сервисов, устройств и сети, информация, хранящаяся на устройстве, уязвима для нарушения конфиденциальности путем компрометации узлов, существующих в сети IoT. [306]
Например, 21 октября 2016 года несколько распределенных атак типа «отказ в обслуживании » (DDoS) были направлены на системы, управляемые поставщиком систем 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 устройств IoT, включая IP-камеры, шлюзы и даже радионяни. [307]
По сути, существует 4 цели безопасности, которые требует система IoT: (1) конфиденциальность данных : неавторизованные стороны не могут получить доступ к передаваемым и хранимым данным; (2) целостность данных : преднамеренное и непреднамеренное повреждение передаваемых и хранимых данных должно быть обнаружено; (3) невозможность отказа : 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). [308]
Правила конфиденциальности информации также требуют от организаций практиковать «разумную безопасность». Калифорнийский закон SB-327 «Информационная конфиденциальность: подключенные устройства» «потребует от производителя подключенного устройства, как эти термины определены, оснастить устройство разумной функцией или функциями безопасности, которые соответствуют характеру и функции устройства, соответствуют информации, которую оно может собирать, содержать или передавать, и предназначены для защиты устройства и любой содержащейся в нем информации от несанкционированного доступа, уничтожения, использования, изменения или раскрытия, как указано». [309] Поскольку среда каждой организации уникальна, может оказаться сложным продемонстрировать, что такое «разумная безопасность» и какие потенциальные риски могут быть связаны для бизнеса. Закон HB2395 штата Орегон также «требует от [ лица, которое производит, продает или предлагает продать подключенное устройство ] производителя оснастить подключенное устройство разумными функциями безопасности, которые защищают подключенное устройство и информацию, которую подключенное устройство собирает, содержит, хранит или передает ] хранит от доступа, уничтожения, изменения, использования или раскрытия, которые не разрешены потребителем». [310]
По данным антивирусного поставщика Kaspersky , в 2020 году было зафиксировано 639 миллионов утечек данных устройств Интернета вещей и 1,5 миллиарда утечек за первые шесть месяцев 2021 года. [224]
Исследование, проведенное Ericsson относительно принятия Интернета вещей среди датских компаний, выявило «столкновение между IoT и традиционными структурами управления компаний , поскольку IoT по-прежнему представляет как неопределенность, так и отсутствие исторического прецедента». [304] 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, чтобы воспользоваться возможностями IoT». [304] Это привело к необходимости понимания организационной культуры с целью упрощения процессов организационного проектирования и тестирования новых методов управления инновациями . Отсутствие цифрового лидерства в эпоху цифровой трансформации также подавило инновации и принятие IoT до такой степени, что многие компании, столкнувшись с неопределенностью, «ждали, пока динамика рынка проявится», [304] или дальнейшие действия в отношении IoT «ожидали действий конкурентов, привлечения клиентов или нормативных требований». [304] Некоторые из этих компаний рискуют оказаться «кодакованными» — «Kodak была лидером рынка, пока цифровая революция не затмила пленочную фотографию цифровыми фотографиями» — не сумев «увидеть разрушительные силы, влияющие на их отрасль» [311] и «по-настоящему принять новые бизнес-модели, которые открывают разрушительные изменения». [311] Скотт Энтони написал в Harvard Business Review , что Kodak «создала цифровую камеру, инвестировала в технологию и даже поняла, что фотографии будут распространяться в сети» [311], но в конечном итоге не смогла понять, что «обмен фотографиями в сети — это новый бизнес, а не просто способ расширить печатный бизнес». [311]
Согласно исследованию 2018 года, 70–75% развертываний IoT застряли на стадии пилотных проектов или прототипов, не имея возможности достичь масштаба отчасти из-за отсутствия бизнес-планирования. [312] [ нужна страница ] [313]
Несмотря на то, что ученые, инженеры и менеджеры по всему миру постоянно работают над созданием и использованием преимуществ продуктов IoT, существуют некоторые недостатки в управлении, менеджменте и реализации таких проектов. Несмотря на огромный прогресс в области информации и других базовых технологий, IoT по-прежнему остается сложной областью, и проблема управления проектами IoT по-прежнему требует решения. Проекты IoT должны выполняться иначе, чем простые и традиционные ИТ-, производственные или строительные проекты. Поскольку проекты IoT имеют более длительные сроки реализации, нехватку квалифицированных ресурсов и ряд проблем безопасности/правовых вопросов, необходимы новые и специально разработанные процессы проекта. Следующие методы управления должны повысить уровень успешности проектов IoT: [314]
Первоначально опубликовано в The Analytical Engine, май 1995 г., под глупым названием "HELLO, SAILOR!", выбранным редактором. (The Analytical Engine: Информационный бюллетень Ассоциации компьютерной истории Калифорнии)
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
{{cite book}}: |work=проигнорировано ( помощь ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: |website=проигнорировано ( помощь ){{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на сентябрь 2024 г. ( ссылка )