Аль Бахри Махмуд Саид Нассер Разработка моделей и методов идентификации устройств и приложений интернета вещей на базе архитектуры цифровых объектов

Краткое описание

Аль Бахри Махмуд Саид Нассер Разработка моделей и методов идентификации устройств и приложений интернета вещей на базе архитектуры цифровых объектов

ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

кандидат наук Аль Бахри Махмуд Саид Нассер

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ УСТРОЙСТВ И ПРИЛОЖЕНИЙ ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ

1.1. Идентификация в эпоху Интернете вещей: новые вызовы и возможности

1.2. Классификация идентификаторов для Интернета вещей

1.2.1 Идентификатор объекта

1.2.2. Идентификатор приложений и услуги

1.2.3. Коммуникационные идентификаторы

1.2.4. Идентификатор пользователя

1.2.5. Идентификатор данных

1.2.6. Идентификатор местоположения

1.2.7. Идентификатор протокола

1.3. Категории требований для идентификаторов в Интернете вещей

1.3.1. Уникальность

1.3.2. Конфиденциальность и защита личных данных

1.3.3. Безопасность

1.3.4. Идентифицированные объекты

1.3.5. Прослеживаемость, подлинность и происхождение

1.3.6. Масштабируемость

1.3.7. Совместимость и стандарты

1.3.8. Постоянство и повторное использование

1.3.9. Распределение, регистрация и разрешение

1.4. Стандарты идентификаторов

1.4.1. Стандарты идентификации вещей

1.4.2. Стандарты идентификаторов приложений и услуг

1.4.3. Стандарты идентификаторов в сетях передачи данных

1.4.4. Стандарты идентификации пользователей

1.4.5. Стандарты идентификаторов данных

1.4.6. Стандарты идентификации местоположения

1.4.7. Стандарты идентификации протоколов

1.5. Аналитический обзор по исследованиям, проводимым в мире, по идентификации интернета вещей

1.6. Общая концепция архитектуры цифровых объектов

Выводы по главе

Глава 2. МЕТОД ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕВОЙ АРХИТЕКТУРЫ ЦИФРОВЫХ ОБЪЕКТОВ ЗА СЧЕТ ВВЕДЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО УРОВНЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

2.1. Анализ системы идентификации архитектура цифровых объектов

2.1.1. Система резолюция

2.1.2. Модель данных

2.1.3. Идентификатор цифровых объектов

2.2. Протоколы сигнализации в архитектуре DOA

2.3. Представление системы идентификации на базе архитектуры цифровых объектов

2.3.1. Метод построения сетевой архитектуры цифровых объектов за счет введения

промежуточного уровня взаимодействия

2.3.2. Математическая модель построения сетевой архитектуры цифровых объектов с промежуточным уровнем взаимодействия

2.4. Результаты экспериментов с моделью сетевой архитектуры цифровых

объектов с промежуточным уровнем взаимодействия

2.5 Анализ результатов математического моделирования

Выводы по главе

Глава 3. МОДЕЛЬ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ АРХИТЕКТУРЫ ЦИФРОВЫХ ОБЪЕКТОВ

3.1. Имитационное моделирование как научный подход к исследованиям концепции Интернета вещей

3.2. Определение состава факторов, влияющих на идентификацию интернета вещей

3.3. Описание структуры имитационной модели DOA в пакете AnyLogic

3.4. Эксперименты с имитационной моделью

3.5. Анализ результатов имитационного моделирования

3.6. Математическая модель системы резолюции

3.7. Апробация методов идентификации устройств интернета вещей на базе

архитектуры цифровых объектов

Выводы по главе

Глава 4. МЕТОД ИДЕНТИФИКАЦИИ УСТРОЙСТВ И ПРИЛОЖЕНИЙ ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ В ГЕТЕРОГЕННЫХ СЕТЯХ СВЯЗИ НА БАЗЕ АРХИТЕКТУРЫ ЦИФРОВЫХ ОБЪЕКТОВ

4.1. Взаимодействие устройств интернета вещей с архитектурой цифровых объектов

4.2. Описание лабораторного стенда для проведения натурного эксперимента

4.3. Аспекты сетевого взаимодействия при реализации метода идентификации устройств интернета вещей в гетерогенных сетях связи на базе архитектуры цифровых объектов

4.4. Аспекты совместимости при реализации метода идентификации устройств интернета вещей в гетерогенных сетях связи на базе архитектуры цифровых объектов

4.4.1. Описание структуры типового устройства ИВ и процесса резолюции на базе архитектуры цифровых объектов

4.4.2. Доступ к устройствам интернета вещей с поддержкой идентификации на базе архитектуры цифровых объектов

4.5. Метод модификации архитектуры цифровых объектов для повышения сетевой безопасности

4.6. Перспективы внедрения идентификации устройств и приложений интернета вещей в гетерогенных сетях связи на базе архитектуры цифровых объектов

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. ИСХОДНЫЙ КОД ПРОЦЕССА ПРОВЕРКИ ОБЪЕКТА В АРХИТЕКТУРЕ ЦИФРОВЫХ ОБЪЕКТОВ

Приложение Б. АКТ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На текущий момент активное развитие получила система сквозного глобального цифрового идентификатора, реализованного на базе архитектуры цифровых объектов. Как отмечается в диссертации, использование идентификатора на базе DOA позволит учитывать все существующие уникальные идентификаторы и адреса (например, MAC, IMEI, ID, IPv4/IPv6 и др.), обеспечив сквозную идентификацию устройств и приложений Интернета вещей без привязки к конкретному идентификатору. Это позволит реализовать глобальную и подлинно международную систему идентификации, так как она реализовывается при поддержке МСЭ.
Реализация DOA в системе DOI (Digital Object Identification) определена стандартом ГОСТ Р ИСО 26324-2015, поэтому ее внедрение может осуществляться быстрыми темпами.
В ходе выполнения настоящей диссертационной работы автором получены следующие основные результаты:
1. Проанализированы различные системы идентификации, их архитектура, структура идентификаторов и примеры их использования в повседневной жизни.
2. Проведенный обзор международной деятельности по исследованиям идентификации в концепции Интернета вещей показал, что в настоящее время отсутствуют прикладные исследования, посвященные идентификации устройств и приложений Интернета вещей на базе архитектуры цифровых объектов.
3. В аналитическом обзоре показано, что до настоящего времени отсутствовали работы, в которых была бы подробно проанализирована и исследована архитектура цифровых объектов как метод идентификации устройств и приложений Интернета вещей.
4. Технология DOA позволяет осуществлять однозначную персистентную идентификацию объектов, в которой заинтересованы правообладатели этих объектов. Это делают целесообразным развитие применения технологии DOA как транснациональную систему идентификации с равными правами для всех членов.
5. Проведен анализ построения сетевой архитектуры цифровых объектов. Рассмотрены основные компоненты архитектуры DOA и принципы их взаимодействия.
6. Проанализированы служебные протоколы DOA и особенности их функционирования. Показаны отличия текущих версий протоколов IRP и DOIP как по структуре, так и по функциональному назначению.
7. Предложена модель системы идентификации на базе архитектуры цифровых объектов, отличающаяся от известных тем, что для обеспечения приемлемого качества обслуживания в общей архитектуре сетей связи общего пользования, существующей сегодня, была разработана новая архитектура взаимодействия путем введения регистра промежуточного уровня (Middle Handle Register - MHR) между глобальным регистром (Global Handle Register - GHR) и локальным регистром (Local Handle Register - LHR).
8. На базе предложенной математической модели был проведен численный анализ, который показал, что предлагаемая система обеспечивает более высокую производительность с точки зрения сетевой задержки, ввиду уменьшения расстояния между серверами LHR, что достигается путем развертывания регистров промежуточного уровня обработки (MHR).
9. Результаты моделирования показали, что введение промежуточного уровня регистров MHR позволит снизить задержку на 60% по сравнению с существующей архитектурой.
10. Проанализирован состав факторов, влияющих на идентификацию интернета вещей. Определены обобщены основные особенности идентификации для интернета вещей.
11. Предложена модель системы резолюции идентификаторов цифровых объектов как системы массового обслуживания, на базе которой выполнен оптимизационный эксперимент и получена конфигурация системы резолюции, позволяющая сократить время на разрешение идентификатора устройства. Система резолюций идентификаторов DOA была представлена в виде СМО.
12. Разработана имитационная модель, которая с заданным уровнем абстракции воспроизводит обмен данными между компонентами DOA. Проведенные эксперименты с имитационной моделью показали, что разрешение идентификатора в системе происходит гораздо быстрее на базе предлагаемого метода обращений к MPA. Прирост скорости в 15 раз достигается на максимальной интенсивности нагрузки сервера.
13. Разработана математическая модель системы резолюций. На базе полученной формулы Эрланга можно произвести численный расчет средней нагрузки Lj на реестрах GHR.
14. Проведен натурный эксперимент по исследованию задержки при передачи данных в системе архитектура цифровых объектов. Лабораторный стенд был разработан с введением нового компонента (в отличии от традиционного подхода) - уровня верификации объектов в системе DOA, что позволяет подключать множество различных устройств, как путем непосредственного физического взаимодействия (технологии NFC), так и при помощи сетевого взаимодействия (BLE, WiFi) [121]. Анализ результатов натурного эксперимента показал, что наилучшее значение задержки наблюдается при обмене данными с сервером, расположенным в Германии, а худшее значение - с сервером, расположенным в США.
15. Представлен метод идентификации устройств и приложений интернета вещей в гетерогенных сетях связи на базе архитектуры цифровых объектов, который позволяет идентифицировать устройства и приложения ИВ в глобальном масштабе.
16. Рассмотрены методы интеграции идентификатора DOA в устройства интернета вещей, поддерживающих различные технологии беспроводной передачи данных и представлена структура метаданных, которые могут использоваться в архитектуре цифровых объектов для устройств интернета вещей для подтверждения оригинальности в совокупности с традиционными идентификаторами.
17. Представлены аспекты сетевого взаимодействия и совместимости устройств и приложений Интернета вещей с интегрированными идентификаторами DOA в гетерогенных сетях связи.
18. Представлено описание структуры типового устройства ИВ и процесса резолюции на базе архитектуры цифровых объектов. Рассмотрены типовые примеры реализации описанных методов и взаимодействие устройства Интернета вещей с компонентами архитектуры цифровых объектов.
19. С целью повышения безопасности и конфиденциальности передаваемых данных предложен при обмене служебными сообщениями в рамках структуры цифровых объектов предложена математическая модель. Модель позволяет использовать минимальное число сообщений (за счет оптимизации процессов обмена данными) для обеспечения процесса аутентификации. Предложенная схема эффективна для применения в устройствах ИВ, т.к. она позволяет сократить общий объем передаваемых данных и одновременно уменьшить сетевые задержки в процессе обеспечения безопасности.
20. Рассмотрены перспективы внедрения идентификации устройств и приложений интернета вещей в гетерогенных сетях связи на базе архитектуры цифровых объектов. Показано, что предлагаемая интеграция должна способствовать более открытому обмену данными между разными устройствами и приложениями ИВ.
Стоит отметить, что на момент написания диссертационной работы разработка Рекомендации МСЭ-Т Y.4459 «Архитектура для взаимодействия IoT» была закончена, однако её принятие откладывается в связи с отсутствием консенсуса между представителями различных государств и организаций - членов МСЭ. Несомненно, представленный подход должен удовлетворять требованиям всех заинтересованных участников рынка Интернета вещей, что позволит обеспечить совместимость устройств и приложений Интернета вещей на глобальном уровне.
В заключении хотелось бы отметить, что в Санкт-Петербургском Г осударственном университете телекоммуникаций им. проф. МА. Бонч-Бруевича на кафедре Сетей связи и передачи данных, в Лаборатории Интернета вещей ведется разработка моделей и методов применения архитектуры цифровых объектов для задач идентификации устройств и приложений Интернета вещей, разработаны лабораторные стенды и собран научный коллектив, который глубоко понимает процессы взаимодействия всех компонентов DOA. Предлагаемые в диссертации методы, модели и подходы позволят модернизировать существующую инфраструктуру DOA и обеспечить лучшие параметры ее функционирования