Потребительский Интернет вещей. Практическая работа «Модель системы безопасности в Умном доме»
«Потреби́тельский Интерне́т веще́й» (CIoT или Consumer IoT) — подключаемые к сети устройства и связанные с ними сервисы, которые потребитель обычно может приобрести в розничной продаже и которые используются дома или в качестве электронных носимых устройств.и
Потребительские устройства IoT должны управляться через приложение, веб-сайт или экран на устройстве. Кроме того, они должны предоставлять конкретную бытовую услугу, а не просто удалённый доступ к системе управления умным домом[1].
Одним из людей, предвидевших появление Интернета вещей, считают Николу Тесла. В 1926 году он высказал идею о том, что радио станет «огромным мозгом», а другие устройства будут не только подключаться к нему, но и стать настолько маленькими, что их можно будет носить в кармане.
В 1999 году Кевин Эштон занимался оптимизацией цепочек поставок в Procter & Gamble и использовал термин «интернет вещей» в качестве названия презентации нового проекта, связанного с применением датчиков. Впоследствии этот термин прижился. Однако сам интернет вещей появился задолго до введения этого термина.
В 1970-х годах идея использования сетевых технологий была известна как «полная компьютеризация».
В начале 1980-х годов в Университете Карнеги-Меллона создали первое в мире интернет-устройство. Чтобы не ходить к автомату по продаже Кока-Кола в корпусе, если там заканчивались напитки, студенты настроили его так, чтобы он сообщал через сеть о своём содержимом. Они внедрили в автомат микродатчики, которые позволяли определить, сколько бутылок колы осталось и были ли они холодными.
В 1990 году Джон Ромки впервые подключил тостер к интернету.
В 1991 году студенты Кембриджского университета использовали первую веб-камеру для наблюдения за кофеваркой в своей компьютерной лаборатории. Камера делала фотографии кофеварки каждые несколько минут и отправляла их на локальные компьютеры. Это позволяло пользователям проверять, есть ли кофе в кофеварке.
В 2000 году компания LG представила первый в мире подключённый к интернету холодильник. Он позволял покупать продукты онлайн и проводить видеоконференции.
В 2008 году в Швейцарии прошла первая международная конференция, посвящённая интернету вещей.
К 2010 году термин «интернет вещей» стал использоваться более широко. Тогда же стало известно, что Google Street View собирал данные не только о панорамных снимках, но и о Wi-Fi сетях. Это вызвало споры о возможном намерении Google начать индексирование физического мира. В том же году китайское правительство объявило о стратегической важности Интернета вещей на ближайшие пять лет. В середине и конце 2010-х технологии развивались, и устройства с Wi-Fi и поддержкой 3G/4G стали дешевле, компактнее и мощнее. Это способствовало росту популярности Интернета вещей.
В 2011 году интернет вещей был включён в список «новых явлений», составленный компанией Gartner, которая специализируется на исследовании рынка и ввела понятие «цикл хайпа» для новых технологий.
В 2012 году состоялась крупнейшая на тот момент европейская интернет-конференция Le Web, посвящённая Интернету вещей, а такие журналы, как Forbes и Wired, стали всё чаще использовать этот термин.
В 2014 году Google объявил о покупке компании Nest за 3,2 миллиардов долларов, что привлекло внимание рынка к Интернету вещей. В том же году состоялась выставка Consumer Electronics Show в Лас-Вегасе, где Интернет вещей стал главной темой.
К 2021 году к Интернету вещей было подключено более 46 миллиардов устройств[2].
Архитектура IoT состоит из уровней:
Конечные устройства, то есть объекты, объединённые в общую сеть. Приборы оснащены датчиками, предназначенными для сбора информации.
Программное обеспечение, которое отвечает за сбор данных, связь между устройствами и умных датчиков друг с другом и с облаком, интеграцию устройств, анализ получаемых данных. Это автоматическое ПО, индустриальные платформы, обеспечение безопасности и прочие.
Коммуникации — сотовая, спутниковая связь, а также специальные протоколы передачи данных (ZigBee, Thread, Z-Wave, MQTT, LwM2M, NB-IoT). Выбранная технология определяет способы получения данных и связи с устройствами, входящими в сеть.
Платформа, собирающая, анализирующая данные и передающая их. Платформа может быть установлена как локально, так и в облаке.
Пользовательский интерфейс, который позволяет пользователю войти в систему, вводить данные при необходимости или контролировать работоспособность сети. Действия пользователя через системы коммуникаций передаются в облако, затем к датчикам устройств.
В систему входит также различное оборудование — серверы, модули, устройства для безопасности и прочее. Основной принцип, на котором строится работа IoT, называют ABCDE:
Analytics (аналитика) — основное звено, объединяющее сами устройства, и данные, полученные с них.
BigData (большие данные) — информация с устройств, хранящаяся в облаке.
Connection (соединение) — каналы, по которым система сообщает информацию.
Devices (устройства) — подключённые к системе устройства.
Experience (опыт) — улучшение работы IoT на базе имеющегося опыта.
Одним из наиболее заметных для обычного человека видов устройств Интернета вещей являются носимые устройства. К ним можно отнести фитнес-трекеры, смарт-часы, умные-очки, гарнитуры виртуальной реальности и другое.
Устройства Интернета вещей в системе «умного дома» включают бытовую технику, такую как беспроводные кухонные приборы, музыкальные системы с функцией определения настроения, интеллектуальное освещение, жалюзи с электроприводом, автоматические окна и двери, умные счётчики коммунальных услуг и другие устройства. Эти системы используются для автоматизации различных задач и обычно управляются дистанционно[3][4].
Устройства IoT также могут использоваться для обеспечения здоровья и безопасности домашних животных. Некоторые примеры устройств IoT для домашних животных включают в себя трекеры здоровья и активности, умные кормушки, невидимые заборы и GPS-трекеры в режиме реального времени. Это гарантирует, что домашние животные никогда не теряются, и позволяет их владельцам всегда знать, насколько они в форме и здоровы.
Используя эти устройства, владельцы могут планировать игровое время своих питомцев, еду и лекарства. Когда домашние животные нуждаются в лечении, приложения IoT для домашних животных могут даже предоставить владельцам необходимые ресурсы и рекомендации[5].
В «умных городах» используются устройства Интернета вещей, такие как датчики и счётчики для сбора и анализа данных, которые затем используются для улучшения инфраструктуры, коммунальных служб и других сервисов. С помощью Интернета вещей можно удалённо контролировать движение транспорта и обеспечивать безопасность на улицах с помощью камер видеонаблюдения, «умных» светофоров, детекторов движения и электронных табло на дорогах. Всё это помогает людям соблюдать правила дорожного движения, уменьшать количество пробок и аварий. В большинстве городов общественный транспорт также подключён к интернету. Табло с информацией о времени прибытия ближайшего автобуса является примером IoT-решениям[6].
В беспилотных автомобилях обычно используется технологическая система на основе Интернета вещей, передающая данные как о самом автомобиле, так и о дороге, по которой он движется. Самостоятельное движение автомобиля достигается благодаря тому, что данные о дорожном движении, навигации, внешней среде и многом другом собираются и анализируются компьютерными системами автомобиля.
Интернет вещей также используется в розничной торговле. Он позволяет обеспечить персонализированные скидки, а также реализовать автоматизированные кассы и умные полки (предупреждающие продавца о том, что заканчиваются запасы), роботизацию рабочих мест и оптимизированное управление цепочками поставок. Магазины работают за безналичный расчёт, а деньги списываются с кошельков покупателей. Товары добавляются в корзины покупателей в режиме реального времени, когда они берут их с полок[7].
Телемедицина подразумевает использование компьютерных и коммуникационных технологий для предоставления медицинских услуг, и Интернет вещей является важной частью этой области (иногда используется аббревиатура IoMT для обозначения Интернета вещей в медицине). Примеры его использования включают удалённую медицинскую диагностику, передачу цифровых медицинских изображений, видеоконсультации с врачами и многое другое[8].
Умное сельское хозяйство предполагает использование цифровых технологий для оптимизации сельскохозяйственных работ. Фермеры могут использовать подключённые датчики, камеры и другие устройства для получения общих данных о ферме и корректировки действий для повышения урожайности.
Кроме контроля за состоянием оборудования и машин, Интернет вещей также может помочь в эффективном распределении ресурсов. В энергетическом секторе с помощью решений IoT осуществляется удалённый мониторинг работы подстанций и линий электропередачи (с использованием дронов и датчиков провеса кабелей). Обнаружив, например, что кабель замёрз или ветки деревьев находятся в непосредственной близости от него, можно предотвратить перебои в электроснабжении[9].
Цель этой практической работы - создать модель системы безопасности в Умном доме с использованием потребительского Интернета вещей.
1. Определение уровней безопасности:
- Физический уровень: включает в себя физическую защиту дома, такую как камеры видеонаблюдения, датчики движения и доступа, дверные замки и прочее.
- Сетевой уровень: включает в себя защиту Wi-Fi сети и других сетевых устройств от несанкционированного доступа, включая использование паролей, сетевых брандмауэров и других методов защиты.
- Приложение и облачный уровень: включает в себя защиту мобильного приложения или веб-интерфейса, которые используются для управления Умным домом, а также защиту облачной инфраструктуры, где хранятся данные о доме и его устройствах.
2. Идентификация и аутентификация:
разработка методов и механизмов идентификации и аутентификации, которые позволят установить легитимность и права доступа к системе Умного дома. Например, использование паролей, биометрических данных или специальных ключей доступа.
3. Управление правами доступа:
определение уровней доступа для каждого устройства и пользователя в системе. Это позволит ограничить доступ к чувствительным данным и функциям только для авторизованных пользователей.
4. Обнаружение и предотвращение вторжений:
использование датчиков и системы мониторинга для обнаружения несанкционированного доступа или вторжений в систему.
Например, использование датчиков движения или датчиков открытия дверей и окон.
5. Шифрование данных:
защита передаваемых данных между устройствами и облачной инфраструктурой с использованием шифрования. Это позволит предотвратить перехват и несанкционированный доступ к данным.
6. Регулярное обновление и обслуживание:
поддержка безопасности системы Умного дома путем регулярного обновления программного обеспечения и устройств до последних версий, а также проведение периодических проверок на наличие уязвимостей и исправление их.
7. Обучение пользователей:
обучение пользователей системы Умного дома о необходимости соблюдения безопасности и принятии мер предосторожности, таких как использование сложных паролей, несовместимость с подозрительными запросами или ссылками, и т.д.
8. Мониторинг и реагирование на инциденты:
установка системы мониторинга и реагирования на инциденты, которая будет отслеживать активность в системе Умного дома и предпринимать меры в случае обнаружения подозрительной активности или нарушения безопасности.
Это лишь некоторые аспекты модели системы безопасности в Умном доме. Реализация и настройка системы безопасности будет зависеть от конкретных потребностей и характеристик вашего Умного дома.