Прошлое, настоящее и будущее стандартизации Интернета вещей

Авторы: В.К. Сарьян, директор НОЦ ИПТР, д.т.н., sarian@niir.ru

Н.А. Сущенко, инженер по ИКТ ФГУП НИИР, аспирант МФТИ, sckol@yandex.ru

И.А. Дубнов, инженер по ИКТ ФГУП НИИР, аспирант МФТИ, dubnov@phystech.edu

Ю.А. Дубнов, инженер по ИКТ ФГУП НИИР, аспирант МФТИ, dubnov90@gmail.com С.В. Сахно, инженер по ИКТ ФГУП НИИР, аспирант МФТИ, s2001@list.ru А.С. Лутохин, инженер по ИКТ ФГУП НИИР, аспирант МФТИ, lutokhin.alexander@yandex.com


Аннотация: данная статья посвящена стандартизации Интернета вещей: рассмотрены сложившиеся тенденции и предложен новый подход к процессу стандартизации, основанный на принципах единой инфокоммуникационной среды, формируемой в результате целенаправленной эволюции процесса предоставления массовых инфокоммуникационных услуг. Предложенный подход подразумевает разработку единых социотехнических стандартов, объединяющих требования на технические характеристики и социально-экономические нормы процесса предоставления услуги. Описанный подход проиллюстрирован на примере критически важной услуги — индивидуального управления процессом эвакуации при чрезвычайных ситуациях.

Статья опубликована в №1 журнала «Труды НИИР» за 2014 г.

Введение. Интернет вещей (Internet of Things, IoT) — концепция вычислительной сети физических объектов («вещей»), оснащенных встроенными техническими приемо-передающими средствами связи для взаимодействия друг с другом или внешней средой.

Концепция и термин для нее были впервые сформулированы в 1999 году как результат развития технологии радиочастотной идентификации и всеобъемлющего внедрения радиочастотных меток (Radio Frequency IDentification, RFID) для взаимодействия физических объектов между собой и с внешним окружением [1]. В начале нового тысячелетия концепция интернета вещей развивалась и достаточно быстро обрела широкую популярность. Популяризации интернета вещей способствовал упор в концепции на объединение устройств и «вещей» в единую вычислительную сеть, обслуживаемую интернет-протоколами, в которой становится возможным полная автоматизация выполнения различных процессов непосредственно самими «вещами», например, бытовыми приборами.

Предсказывают, что к 2020 году к IoT будет подключено от 50 до 100 миллиардов «вещей», способных взаимодействовать непосредственно между собой множеством различных способов. Несомненно, интернет вещей — это будущее, в котором люди и устройства взаимодействуют беспрецедентным способом, однако из-за такого огромного количества «вещей», подключенных к единой сети по всему миру, успех внедрения IoT будет напрямую зависеть от наличия глобальных стандартов, обеспечивающих взаимодействие, совместимость, надежность и эффективность действий в глобальном масштабе [2].

На сегодняшний день отсутствие единой всеобъемлющей стандартизации IoT является одной из основных проблем, сдерживающих повсеместное его внедрение. Данная проблема обширно обсуждается в мировом научном сообществе, в частности, на регулярных конференциях и форумах, посвященных разработке и внедрению интернета вещей, таких как форум «Internet of Things World Forum», проводимый в октябре 2013 года.

Обзор современного процесса стандартизации. Стандартизацией технологий, связанных с организацией инфраструктуры интернета вещей, занимаются несколько международных исследовательских групп, основными из которых являются группа Internet of Things ассоциации специалистов в области разработки стандартов по радиоэлектронике и электротехнике (IEEESA) и группа сектора стандартизации Международного союза электросвязи (ITU-T) — Internet of Things Global Standards Initiative Focus Group.

Как характерно для любой новой концепции, процесс стандартизации интернета вещей пошел по пути от осмысления архитектуры сети, требований и возможностей «вещей» и способов их применения до конкретных технологий, позволяющих организовать в интернете вещей непосредственное взаимодействие «вещей» друг с другом и с устройствами и людьми из внешнего окружения. На сегодняшний день в МСЭТ уже разработаны базовые стандарты по интернету вещей, а в рассмотрении находятся многие вопросы по применению существующих технологий со спецификой интернета вещей. Процесс стандартизации интернета вещей вышел на этап адаптации различных технологий к новой концепции, когда для обеспечения некоторого важного свойства новой сети видоизменяют существующую ранее технологию. Абсолютно аналогично появлялись стандарты для сетей связи следующего поколения (Next Generation Network, NGN), относящиеся к конкретным способам передачи информации, идентификации объектов или безопасности взаимодействия. Как и в NGN, в интернете вещей большинство технологий пришло из подвижной (мобильной) связи и интернета [3, 4].

В настоящее время в сфере инфокоммуникаций стандартизуются различные технологии, однако ключевой единицей взаимодействия в современном информационном обществе становится услуга, а не технологии, позволяющие ее обеспечить. Так, например, электронная медицина (e-health) — услуга, значимая сама по себе, независимо от того будет она предоставляться посредством сети связи следующего поколения [4] или за счет взаимодействия объектов в интернете вещей [5].

Пример с электронной медициной наглядно показывает установившуюся тенденцию: в современном мире технологии развиваются быстрее, чем услуги. Это подтверждает пример с электронной медициной, стандарты новых технологий для которой принимаются каждый год.

Новый подход к разработке стандартов авторы видят в создании единых стандартов для инфокоммуникационных услуг, отражающих потребности в этой услуге с точки зрения потребителя и соответствующие требования к качеству предоставления услуги. При таком подходе в стандарте для конкретной услуги будут описаны все ее свойства, некоторые из которых могут быть реализованы посредством существующих технологий, а для некоторых потребуется разработка новых.

Таким образом, развитие новых технологий будет основываться на потребностях потребителей и требованиях услуг. По мнению авторов, это позволит избежать той избыточности новых технологий, которая так ярко в иллюстрируется последние годы, когда стремительно развивающиеся новые технологии в большинстве случаев незначительно улучшают качество предоставления услуг [6]. Новый подход к разработке стандартов — основной способ повысить эффективность внедрения новых технологий в части социоэкономического эффекта.

2. Переход к единой инфокоммуникационной среде. Расширение информационного взаимодействия между людьми, оснащенными интеллектуальными абонентскими устройствами (компьютерами, мобильными телефонами и др.), на взаимодействие вещей и природной среды, оснащенных соответствующими аппаратно-программными средствами (IoT), создает ясную долголетнюю перспективу дальнейшего развития всех направлений ИКТ. Развитие и внедрение конвергентных решений NGN, USN и IoT, а также «втягивание» в этот процесс впечатляющих, революционных результатов разработок когнитивных и нанотехнологий в части сближения и взаимопроникновения «неорганики» и биоорганического мира живой природы (то есть соединение возможностей современных технологий с конструкциями, созданными живой природой) знаменует новый качественный этап построения единой инфокоммуникационной среды (ИКС, ICE) и на ее основе глобального информационного общества (ИО, Information society).

Гигантское количественное увеличение числа взаимодействующих объектов и субъектов, имеющих доступ к глобальной ИКС, приведет к заметной, даже возможно полной, деструктуризации существующего представления о мире и потребует разработки новых представлений о нем, что естественно скажется на контенте услуг при их формировании и предоставлении, а также на эффективности их администрирования. Системы встроенных в окружающую среду датчиков IoT (например, мультисенсорные системы) обеспечат новые возможности и поставят новые проблемы.

На этом этапе формирования ИКС формируется новое представление сферы услуг: обоснование институционального характера сферы сервиса и его анализ как социального института. Рассмотрение основных характеристик сервиса как социального института, его взаимосвязь с другими институтами, а также его функции и роль в современном обществе позволит оценивать роль каждой новой ИК услуги и значение ИКТ для каждого члена ИО.

На рис. 1 схематически показана структура формируемой единой ИКС, а на рис. 2 — инфраструктура предоставления массовых ИК-услуг. В первую очередь, формированию ИКС способствовало развитие массовых ИК-услуг операторами мобильной связи, которые первыми в широких масштабах стали использовать при предоставлении абоненту одной ИК-услуги сети разных операторов связи, включая и сети фиксированной связи. Таким образом, ИКС формируется в результате целенаправленной эволюции предоставления массовых инфокоммуникационных услуг.

(Рис.1. Структура единой ИКС)

(Рис. 2. Инфраструктура предоставления ИК-услуг)

В настоящее время глобальное общество стоит на начальной стадии рождения нового шестого технологического уклада (ТУ). Любой ТУ формируется кластером базисных инноваций, входящих в него. Кластер шестого ТУ формируется в настоящее время в индустриально развитых странах на базе нанотехнологий, биотехнологий, технологий генной инженерии, когнитивных технологий, инфокоммуникационных технологий, которые будут обеспечивать взаимодействие громадного количества объектов, к которым помимо человеко-машинных и машинных систем скоро присоединятся миллиарды новых объектов — объекты Интернет вещей (IoT). Новый шестой ТУ преобразует не только предметный мир, но и человеческие отношения, изменив, как было отмечено выше, структуры институциональных матриц современного глобального общества.

Необходимо отметить одну ожидаемую важнейшую особенность нового ТУ — развитие производства, распределения и учета человеческой деятельности приведет к тому, что сфера предоставления услуг станет основным трансформирующим фактором общества. Данная тенденция ярко была обозначена на прошедшей в марте 2013 года Ганноверской выставке информационных технологий CeBIT-2013.

Таким образом, важной характеристикой шестого ТУ станет переход к персонализации массовых ИК-услуг. А это требование повлечет за собой не только коренное изменение контента ИК-услуг, но и предполагает включение в инфраструктуру предоставления услуг нового элемента — системы поддержки персональных управленческих решений. Данное положение послужило основой создания нового класса сенсорных сетей (нового класса WSN) — сенсорных управленческих сетей (Sensor Control Networks — Recommendation Y.2222), а также индивидуализированной системы обеспечения безопасности в случае чрезвычайных ситуаций, как пример их использования.

Перспектива развития стандартизации IoT. Проведенный анализ показывает, что прошлая и текущая работа по стандартизации в области IoT во многом основана, по крайней мере, на начальном этапе, на переносе существующих стандартов из других технических областей (например, NGN, WSN). Такая конвергенция технологий возможна лишь на этапе формирования новой технологической области до выявления ее специфических особенностей. Дальнейшая работа по стандартизации основывается преимущественно на выделении этих уникальных особенностей данной технологической области, что приводит к формированию огромного банка технологических стандартов, посвященных рассмотрению схожих аспектов (например, вопросы надежности и безопасности сетей WSN, NGN, IoT). В тоже время, всепроникающее развитие современных технологий приема и передачи информации, а также развитие качественно новых принципов взаимодействия объектов IoT друг с другом и с окружающей средой, ведет к формированию единой инфокоммуникационной среды (ИКС). Формирование ИКС не предполагает какой-либо ярко выраженной универсальной технологии, преимущественно использующейся для информационного взаимодействия объектов в ИКС. Вместо этого, при переходе к ИКС в современном информационном обществе делается акцент на формирование, предоставление и администрирование различных инфокоммуникационных услуг.

Огромное разнообразие различных стандартов и технологий не играет никакой роли непосредственно для абонента ИК-услуг, заинтересованного лишь в надежном предоставлении услуги из любого места в любое время. Обеспечение растущих потребностей потребителей ИК-услуг при таком разнообразии иногда даже несовместимых технологий возможно лишь при взаимном согласии провайдеров услуг и производителей оборудования о стандартизации самих услуг, а не способов их предоставления.

Стандартизация различных технологий и средств взаимодействия играет ключевую роль в развитии всего ИО в целом, однако, для систематизации всего накопленного за долгое время банка стандартов и анализа возможности их применения для предоставления какой-либо ИК-услуги необходимы единые стандарты самого процесса предоставления услуги.

Такой подход имеет множество преимуществ для потребителей ИК-услуг, а также позволяет разграничить ответственность за нарушения процесса предоставления услуги между провайдером услуги и производителем оборудования, что упрощает администрирование услуг.

Важно отметить, что подобный подход не предполагает остановку дальнейшей стандартизации различных технологий (например, IoT), но подразумевает разработку единых социо-технических стандартов, объединяющих требования на технические характеристики или параметры и социально-экономические нормы процесса предоставления услуги. Разработка таких стандартов на ИК-услуги необходима для формирования единой инфокоммуникационной среды.

Примерная структура стандарта на услугу. С развитием инфокоммуникационных технологий, в том числе с появлением беспроводных сенсорных сетей и мобильных устройств, появилась возможность оказания услуг нового типа — услуги индивидуального управления при ЧС (ИУЧС) [7,8]. Она подразумевает не только оповещение людей о возникновении ЧС, но также выработку индивидуализированных рекомендаций по самостоятельной эвакуации из зоны ЧС. Формирование рекомендаций происходит с учетом категории пользователя (рабочий персонал, обычный человек и человек с ограниченными способностями), его местоположения на объекте, а также места возникновения чрезвычайной ситуации.

Проиллюстрируем, какие требования могли бы войти в стандарт на подобную услугу. Для простоты будем рассматривать лишь один вариант оказания данной услуги, а именно индивидуализированное управление эвакуацией во время пожара в жилом или офисном помещении. Численные значения различных параметров в приведенных ниже требованиях должны быть уточнены на основании всестороннего анализа с привлечением специалистов в области чрезвычайных ситуаций.

Общие требования к услуге.

Услуга должна: • обеспечивать эвакуацию людей из зоны ЧС в течение 15 минут после возникновения возгорания; • динамически определять местоположение пользователя на объекте и иметь информацию о возможных путях эвакуации, учитывая актуальную загруженность этих путей и их безопасность; • учитывать индивидуальные особенности пользователя. Для этого выделяется как минимум 3 категории пользователей: рабочий персонал, обычный человек и человек с ограниченными способностями. Каждой категории пользователей должен передаваться свой набор инструкций; • обеспечивать временное разделение оповещения для различных категорий пользователей, чтобы избежать всеобщей паники и давки: непосредственно после обнаружения ЧС услуга производит информирование рабочего персонала и людей с ограниченными возможностями; при подтверждении факта возникновения ЧС не менее чем через 3 минуты начинается информирование обычных людей.

Порядок оказания услуги:

Шаг 1. Обнаружение ЧС и локализация места ее возникновения. Требования: время обнаружения не должно превышать 5 минут, место возникновения ЧС должно определяться с точностью до комнаты.

Шаг 2. Оповещение рабочего персонала, а также лиц с ограниченными возможностями, о возникновении внештатной ситуации, подтверждение или опровержение ответственным сотрудником факта ЧС. Требования: в течение 3 минут о факте возникновения ЧС должны быть оповещены все ответственные сотрудники и лица с ограниченными возможностями.

Шаг 3. При подтверждении ЧС — информирование обычных людей. Требования: начало информирования всех людей, находящихся в здании не позднее чем через 5 минут после подтверждения ЧС; поддержка как визуального (текстовые сообщения, план помещения, фотографии), так и звукового (речевые команды) способа передачи инструкций.

Шаг 4. На основании получаемой от датчиков информации о ходе развития ЧС инструкции для пользователей должны корректироваться, чтобы обеспечить наиболее безопасный способ выхода из ЧС.

Традиционные услуги оповещения могут обеспечить лишь частичное соответствие описанному стандарту, так как обычно они осуществляют лишь оповещение людей о факте возникновения ЧС. Они не обладают возможностью сообщать дополнительную информацию о наиболее безопасных путях эвакуации и учитывать индивидуальные особенности пользователя. Все это приводит к панике и потере времени при эвакуации, что, в конечном итоге, может стать причиной человеческих жертв.

Так как объекты IoT имеют сенсоры, посредством которых они осуществляют сбор информации об окружающей среде, то их использование для данной услуги позволит достичь выполнения требований данного стандарта. Это может послужить обоснованием целесообразности внедрения IoT при принятии такого решения.

Таким образом, с большой степенью уверенности можно заявить, что создание новых услуг по обеспечению индивидуальной безопасности с применением концепции IoT позволит им лучше соответствовать описанному стандарту и тем самым повысить их эффективность.

Заключение. Формирование единой инфокоммуникационной среды и институализация массовых услуг диктуют необходимость разработки единых стандартов предоставления инфокоммуникационных услуг. Такие стандарты необходимы, как для потребителей, так и провайдеров услуг, чтобы при огромном разнообразии технологических стандартов, появившихся за последние несколько лет, помочь им добиться технологической нейтральности.

В первую очередь должны быть разработаны стандарты для предоставления социально значимых услуг, таких как электронное правительство, электронное образование, электронная медицина и электронная торговля, а также для таких критически важных услуг, от которых зависят жизни людей, как, например, индивидуальная помощь в случае возникновения чрезвычайных ситуаций и службы спасения. Приведенный выше обзор некоторых ключевых аспектов стандарта по предоставлению услуги индивидуального спасения при ЧС положит основу предстоящей в 2014 году работы по созданию стандарта в рамках 13-ой Исследовательской комиссии МСЭ-Т.

ЛИТЕРАТУРА

1. Kevin Ashton. That ‘Internet of Things’ Thing. In the real world, things matter more than ideas // RFID Journal, 22 June 2009.

2. ITU Internet Report 2005. Internet of Things, Geneva, 11/2005.

3. ITU-T Recommendation Y.2213: NGN service requirements and capabilities for network aspects of applications and services using tag-based identification. 09/2008.

4. ITU-T Recommendation Y.2221: Requirements for support of ubiquitous sensor network (USN) applications and services in the

NGN environment, 01/2010.

5. ITU-T Recommendation Y.EHM-Reqts, Requirements and network capabilities for E-health monitoring services (IoT GSI), 11/2013.

6. I.K. Rohman, E. Bohlin, “Towards the alternative measurement: Discovering the relationships between technology adoption and quality of life in Indonesia”, 22nd European Regional Conference of the International Telecommunications Society (ITS2011), Budapest, 09/2011.

7. L. Yang, S.H. Yang, L. Plotnick, How the internet of things technology enhances emergency response operations // Technological

Forecasting and Social Change,80(9), pp.1854–1867, 2013.

8. Butenko V.V., Nazarenko A.P., Saryan V.К., Sushchenko N.А., Lutokhin А.С. Personal safety in emergencies. Innovative application for mobile phones // ITU News, №3, pp. 47–49, 2012.


Originally published at niir.ru.

One clap, two clap, three clap, forty?

By clapping more or less, you can signal to us which stories really stand out.