Dr. Simon János A tárgyak internete Internet of Things (IoT) Bevezetés A tárgyak internetét nem csupán a most alkalmazott internet kibővítéseként kell értelmeznünk, hanem új infrastruktúrával rendelkező rendszerek összességeként, amely valóságos paradigmaváltást fog eredményezni. A tárgyak, érzékelők segítségével tájékozódnak környezetükről, illetve kölcsönhatásba lépnek vele. Az élelmiszer képes lesz rögzíteni a hőmérsékletet a gyártás folyamán, a gyógyszerek szedésüknél figyelmeztetethetnek összeférhetetlenségükre, a fák összekapcsolása segíthet az erdőirtás visszaszorításában, a gépkocsik összekapcsolása pedig enyhítheti a forgalmi dugókat. A hűtőszekrények képesek lesznek felismeri a lejárt szavatosságú élelmiszereket és ezekről a felhasználót tájékoztatni. 1. ábra IoT alkalmazási területe Dr. Simon János, Szabadkai Műszaki Szakfőiskola, Informatikai Tanszékcsoport - főiskolai tanársegéd 1
A tárgyak között általában úgy létesül kapcsolat, hogy ellátják őket olyan azonosítókkal, melyek segítségével más tárgyakat képesek felismerni, majd kapcsolódni hozzájuk. A tárgy általában korlátozott mennyiségű információt tartalmaz, a többi információ a hálózat más részeiben található, így alkotva egy egészet. Felmérések szerint a világ 6,5 milliárd lakosa körülbelül 2 milliárd számítógépet használ, s ezek képesek kommunikálni egymással [10]. E mellet rengeteg olyan tárgy létezik, amelynek adataira valakinek valahol szüksége van. Ha ezeket ellátjuk egy speciális azonosítóval, máris megteremtettük a gyors adatcsere lehetőségét azok között, akiknek az adott információra szükségük van. Ahhoz azonban, hogy a rendszer tökéletesen tudjon működni, át kell állni az IPv6 os hálózati protokollra. Erre azért van szükség, mert a csatlakoztatni kívánt tárgyakat is el kell látni olyan IP címmel, mellyel a webhelyek is rendelkeznek, és ehhez elegendő internetcímnek kell rendelkezésre állnia. Fontos szerepet játszik majd a szabványosítás is, hiszen csökkenteni fogja a piacra belépni vágyók előtt álló akadályokat. Mi kell ahhoz, hogy ez megvalósuljon? Természetesen nem véletlen, hogy jelenleg még mindig csak gyerekcipőben jár az egész koncepció. Vannak olyan feltételek, melyek teljesítése nélkül egyszerűen nem lehet, vagy nem éri meg a hétköznapi élet több területére kiterjeszteni a dolgok internetét. Szenzorok - Mivel hogy eseményvezérelt architektúráról van szó, fontos, hogy a különböző eszközök felfogják valahogy a környezetükből azokat az ingereket, melyeket mérniük, és továbbítaniuk kell. Kapcsolat - Közvetlenül, vagy közvetetten egy csomóponton keresztül, de elengedhetetlen, hogy az eszközök elérjék az internetet. Processzorok - Az előző két feltétel teljesítéséhez elengedhetetlen, hogy ezek az eszközök rendelkezzenek - legalább minimális - számítási kapacitással. Energiahatékonyság - A jövőben rengeteg olyan eszközt fogunk használni, amelyben vagy költséges, vagy veszélyes, vagy nehéz lesz akkumulátort cserélni, ezért fontos, hogy a lehető leghatékonyabban használják fel a rendelkezésükre álló energiát. Költséghatékonyság - Mivel nagyon nagy számban alkalmazott eszközökről beszélünk, olcsón előállíthatónak kell lenniük, hogy elterjedhessenek. 2
Biztonság - Mivel ezen okos eszközök jelentős része szenzitív információkat dolgoz fel, és továbbít, fontos, hogy a lehető legbiztonságosabban tegyék ezt. Beágyazott rendszerek kutatás-fejlesztése A számítástechnikai eszközök jelentős része nem tisztán adatfeldolgozási feladatot lát el, hanem a fizikai világhoz kapcsolódva a környezeti jelek feldolgozását és az azokra való reakciót szolgáló ún. beágyazott rendszer központi eleme. A potenciális alkalmazások lehetőségei a szórakoztató elektronikától az ipari folyamatirányításon, agrártudományi feladatokon, a közlekedésirányítási és a környezetvédelmi alkalmazásokon, az autóelektronikán át a méréstechnikán és termelésautomatizáláson túl sem merülnek ki [2]. A beágyazott rendszerek az ilyen megoldások által nyújtott szolgáltatások alapvető hordozói, azaz ma már ezek határozzák meg a valós folyamatokat érzékelő és szabályozó alkalmazások által nyújtott szolgáltatások biztonságát, minőségét és terjedelmét. Gazdasági jelentőségük jelentős növekedést mutat akár az egyes tudományterületek, akár a végfelhasználók szempontjából is [11]. Napjainkban a beágyazott rendszerekkel foglalkozó ipar a gazdaság teljes keresztmetszetében jelen van, sok esetben szinte láthatatlan módon: egyrészt ez az iparág nagy hozzáadott értékű beszállító, másrészt önálló termékekkel is kiszolgálja a hazai gazdaságot az egészségipartól a környezetvédelemig; a szervezetileg jellegzetesen elaprózott ipar számára a versenyképesség megőrzéséhez kulcskérdés az új technológiai lehetőségekhez és kihívásokhoz való felzárkózás. A gazdaság legkülönfélébb ágai számára az informatika, a beágyazott intelligencia a szolgáltatások hatékonyságának és minőségének meghatározó eleme, ezért az informatika és a többi iparág tudatos összekapcsolása a gazdasági fejlődés alapvető kulcskérdése. IoT biztonság Sajnos van hova fejlődniük biztonság terén az "okoseszközöknek" az jelenlegi kutatások szerint. A szakértők több ezer készülékszoftver (firmware) átvizsgálása után számos biztonsági rést és nyitva hagyott hátsó kaput találtak, de a szoftverekben használt titkosítási megoldások is hagynak kívánnivalót maguk után [12]. A vizsgálat során 38 sebezhetőséget találtak, amelyek közül legalább egy több mint 123 termékben volt megtalálható. A felfedezett bizton- 3
sági hibák a gyenge titkosítási mechanizmusoktól egészen az egyes eszközökhöz illetéktelen hozzáférést biztosító hátsó bejáratokig terjedtek [3]. A kérdéses készülékszoftverek elsöprő többsége a fogyasztó termékekhez tartozik, ahol az egyes gyártóknak létfontosságú, hogy azokat minél gyorsabban és olcsóbban dobhassák piacra. Ennek fényében nem igazán meglepő, hogy a sietséget gyakran a biztonság is megsínyli: a készülékszoftverek jócskán el vannak maradva hasonló felszereltség terén például a PC-s szoftverekhez képest, utóbbiakhoz ráadásul rendszeresen érkeznek biztonsági frissítések és patchek, amit a készülékszoftverek túlnyomó része nem mondhat el magáról. 2. ábra IoT biztonság Az ilyen programok ráadásul sokszor harmadik felektől származó szoftverekre támaszkodnak - egy alkalommal például a kutatók olyan frissen kiadott készülékszoftvert is találtak, amely egy csaknem 10 éves Linux kernelt használt. A hasonló hibákat ráadásul egyáltalán nem könnyű kiszűrni, hiszen egy-egy népszerű fejlesztőkészletet adott esetben több gyártó is használhat, így az egyes biztonsági rések számos különböző vállalat termékeibe is utat találhatnak, sőt még a frissítést követően is sebezhetők maradhatnak [4]. A szakértők emellett a titkosításhoz használt digitális tanúsítványok terén is találtak problémákat: a vizsgált szoftverek közül 41 saját aláírással rendelkezett, és privát RSA titkosítási kulcs tartozott hozzájuk, ami jóval kevésbé biztonságos mint a publikus kulcsot használó megoldások. Az IoT-ben rejlő lehetőségek kihasználása A Symantec számos fejlesztői projektjében nagy hangsúlyt fektet az IoT eszközök adatainak és kódfuttatásának biztonságára. A vállalat ugyancsak vizsgálja azokat a területeket is, ahol felmerülhet az IoT keretében használt eszközök távoli konfigurálására és menedzselése [14]. A hálózatba kapcsolt 4
eszközök terjedése új problémákat vihet a felhasználók otthonaiba, akik azt várják el, hogy ezek az eszközök figyeljenek egymásra és zökkenőmentesen működjenek anélkül, hogy a kezelésükkel vagy a biztonságossá tételükkel kelljen bajlódniuk. Ennek megfelelően a Symantec az otthonokban alkalmazható csillagpontos biztonsági modelleket is vizsgálja [5]. Jövőbeli fejlemények Mint korábban már említettük, a tárgyak internete nem megbonthatatlan egész, hanem állandó fejlesztés alatt álló technológiák, rendszerek és alkalmazások széles körét felölelő halmaz [6]. A Bizottság, miközben a tárgyak internetének alakulását állandóan nyomon követi, az alábbi területeken is tovább folytatja tevékenységét: a megfelelő frekvencia-erőforrások rendelkezésre állása kellő időben. A kapcsolódó eszközök számának megnövekedése új szintű igényeket teremt az infrastruktúrakiépítésben, akár vezetékes, akár vezeték nélküli összeköttetésről van szó. A vezeték nélküli kommunikációban fontos, hogy a frekvencia-erőforrások kellő időben rendelkezésre álljanak, a Bizottság tehát továbbra is nyomon követi és értékeli, hogy a tárgyak internetének céljaira további harmonizált spektrumot szükséges-e kijelölni; elektromágneses mezők. A tárgyak internetével kapcsolatos, jelenleg előrelátható eszközök nagy része várhatóan a rádiófrekvenciás (vagyis a 100 khz fölötti) tartományban fog működni, nagyon kis teljesítménynyel, így aligha kell jelentős elektromágneses expozícióval számolni. Az elektromágneses mezőkkel kapcsolatos meglévő szabályozási keret rendszeres felülvizsgálat tárgya, és biztosítani fogja, hogy a jövőben is minden eszköz és rendszer összhangban legyen a lakosság biztonságának és egészségének védelmével. A Machine-to-Machine (M2M) és az Internet of Things esetében is a lényeg, hogy adatok áramolnak oda-vissza: a készülékektől az emberekhez, gépekhez, illetve fordítva [1]. Az okos, összekapcsolt rendszerek hatalmas technológiai és gazdasági potenciált rejtenek, és milliárdnyi, billiónyi csomópontot, illetve végtelen számú kapcsolatot jelenthetnek a jövőben [7]. A gépek közötti kommunikáció világában pedig sorra születnek az új típusú okos alkalmazások és szolgáltatások, amelyek közül a legnépszerűbbek máris széles körben elterjedtek a piacon. Idetartoznak például: az okos termosztátok, a connected car, vagyis az internettel összekapcsolt autók, 5
a tevékenységeket nyomon követő készülékek, amelyek képesek regisztrálni a hőmérsékletet, a szívritmust vagy akár a kalóriafelhasználást is, az okos konnektorok és kapcsolók, amelyek távolról is képesek az eszközök vezérlésére. a parkoló szenzorok, amelyek például a szabad parkolóhelyek keresésében vagy az autóhasználat valós idejű nyomon követésében segítenek. 3. ábra IoT intelligens otthon Napjainkban a cloud és big data kifejezések mellett valószínűleg a tárgyak internete (eredeti nevén Internet of Things, vagy röviden csak IoT) szókapcsolattal találkozhattunk a legtöbbet, ha bármilyen technológiai, vagy IT témájú portált böngésztünk. Habár a fogalom nem újdonság, csupán az elmúlt egynéhány év során került be a köztudatba [9]. Összegzés A közeljövőben rengetegszer fogjuk hallani az elsőre kicsit furának ható IoT kifejezést. Az internetképes eszközök mindössze 1%-a van rákapcsolva a világhálóra jelenleg, a maradék 99% pedig lépésről lépésre, de egyre nagyobb számban fog csatlakozni az online világba a hűtőszekrénytől a garázsajtóig. Szintén viszonylag új keletű fogalom a Hybrid IT. A felhőalapú számítástechnika elterjedésével az internetszolgáltatók világa alapjaiban megváltozik: 2014- ben már nem lesz elég csupán tökéletes szolgáltatónak lenni, sokkal nagyobb szükség lesz megbízható internetbrókerekre, akik a szolgáltatók közül válogatva, cserélgetve tudnak kedvezőbb árakon és nagyobb megbízhatóság mellett internetet, adatforgalmat kínálni [8]. A fogyasztókat, ügyfeleket közvetlenül is 6
érintik a változások. Egészen mostanáig a cégek kapcsolódási pontokra bontva elemezték az ügyfélélményt, tehát minden tranzakciót külön-külön analizáltak. Az elemeire bontott elemzés viszont nem ad teljes képet, akár rossz következtetésekre is vezethet. Ehelyett kezdett el teret hódítani az úgynevezett Unified Customer Experience, ennek szellemében már a teljes ügyfélélményt, ügyfélelégedettséget egyben vizsgálják, és ez alapján javítanak a szolgáltatások színvonalán a vállalkozások. Jelentős változás, hogy a digitalizálás eléri most már a front office részeket is, ami viszont nem feltétlenül hat a színvonaljavulás irányába. A szervezetek versenyképességét eddig az növelte egymáshoz képest, hogy milyen mértékben és mennyire hatékonyan voltak képesek digitalizálni a back-office működését. A látható, ügyfél által érzékelhető front office elemeket a digitalizálás sokkal kevésbé érintette, most azonban ezek jönnek sorra. Óriási a veszély ugyanakkor, hogy itt pont ellentétes lehet a hatás: míg a back officenál versenyelőnyt jelentett a digitalizálás, a front office IT könnyen elvesztheti egyediségét, megkülönböztető jegyeit az ügyfelek szemében. 4. ábra IoT mobilitás A mobil eszközök folyamatos térhódítása a munkaadókat és a munkavállalókat egyaránt érintik. A mobilization, vagyis a mobil eszközök és az ezekre fejlesztett applikációk elterjedése nagy kihívás elé állítja a szervezetek IT részlegét. Az IT-szakemberek szerepe megváltozik, új dimenziót kap a szervezeti IT biztonság, illetve a harmadik fél számára átadott hozzáférések, adatbázisok rendszere. Szorosan ide tartozik a Bring your own Device (BYOD) új informatikai megközelítés is [13]. Mind az IT költségvetést, mind a biztonságot érinti, hogy egyre szívesebben használják a munkavállalók saját, jól megszo- 7
kott, kedvelt és jól ismert eszközparkjukat, okostelefonokat, saját laptopokat, netbook-okat. Ez a folyamat magával hozza, hogy meg kell oldani a szervezeti rendszerek futtatását a külső eszközökön, illetve meg kell teremteni a kellő adatbiztonságot is. A fenti trendek hatására a vezető vállalatok architektúra tervezői számára is jelentős kihívást tartogat a 2015-ös év: az üzleti stratégia, mint kiindulási alap mellett az üzlet által elvárt eredmények csak akkor érhetők el, ha nem csak az üzleti környezet, de a technológia felforgató változásait (pl. felhő-alapú informatika, mobil eszközök, vásárlói élmény, stb.) is sikerrel kezelni képes, kellően rugalmas keretrendszert tudnak kialakítani. Felhasznált irodalom [1] C. Jie, "RSSI-based Indoor Mobile Localization in Wireless Sensor Network", International Journal of Digital Content Technology and it`s Applications Vol 5. no. 7, pp.408-416, 2011. [2] C. Vecchiola, R.N. Calheiros, D. Karunamoorthy, R. Buyya, Deadline-driven provisioning of resources for scientific applications in hybrid clouds with Aneka, Future Generation Computer Systems, Vol. 28, No. 1, pp. 58-65, 2012. [3] G. Martinović, J. Simon, Greenhouse Microclimatic Environment Controlled by a Mobile Measuring Station, Journal of the Royal Netherlands Society for Agricultural Sciences, Vol. 69, No. 1, pp. 1-13, 2014. [4] Gy. Terdik, Z. Gal, Advances and practice in Internet of Things: A case study, Proceedings of IEEE 4th International Conference on Cognitive Infocommunications (CogInfoCom 2013), Budapest, Hungary, December 2-5, pp. 435-440, 2013. [5] H. Sundmaeker, P. Guillemin, P. Friess, S. Woelfflé, Vision and challenges for realizing the Internet of Things, Cluster of European Research Projects on the Internet of Things - CER- PIoT, 2010. [6] J. Simon, Comparison of Different Mobile WSN Node Localization Techniques within the Controlled Microclimatic Environment, Proceedings of the Conference SISY 2014, Subotica, Serbia, September 11-13, pp. 1-4, 2014. [7] J. Simon, Optimal Microclimatic Control Strategy Using Wireless Sensor Network and Mobile Robot, Acta Agriculturae Serbica Vol. XVIII, No. 36, pp. 3-12, 2013. [8] J. Simon, G. Martinović, Navigation of Mobile Robots Using WSN s RSSI Parameter and Potential Field Method, Acta Polytechnica Hungarica, Journal of Applied Sciences Vol.10, No.4, pp. 107-118, 2013. [9] L. Boon-Giin, C. Wan-Young, Multitarget Three-Dimensional Indoor Navigation on a PDA in a Wireless Sensor Network, IEEE Sensors Journal, Vol. 11, No.3, pp. 799-807, 2011. [10] N. Sabri, S. A. Aljunid, R. B. Ahmad, M. F. Malek, A. Yahya, R. Kamaruddin, M. S. Salim, Smart Prolong Fuzzy Wireless Sensor-Actor Network for Agricultural Application, Journal of Information Science and Engineering vol. 28, pp. 295-316, 2012. [11] R. Pahuja, H. K. Verma, U. Moin, "Design and Implementation of Fuzzy Temperature Control System for WSN Applications", IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security, Vol.12, No.11, pp. 109-115, 2012. [12] S. J. E. Mohd, A. H. Adom, A. Y. Shakaff, M. A. Shuib, "Real Time Wireless Agricultural Ecosystem Monitoring for Cucumus Melo L. Culitivation on Natural Ventilated Greenhouse", International Journal of Scientific and Research Publications, Volume 3, no. 11, pp. 1-6, 2013. [13] X. Li, R.X. Lu, X.H. Liang, X.M. Shen, J.M. Chen, X.D. Lin, Smart community: an Internet of Things application, IEEE Communications Magazine, Vol. 49, No. 11, pp. 68-75, 2011. [14] Y. Meiqian, C. Tianding, Y. Changhong, ZigBee-based Positioning and Navigation System for Robot, Journal of Convergence Information Technology, Volume 6, Number 1, pp. 135-146, 2011. 8