ПНСТ 650-2022 Информационные технологии. Сети сенсорные. Типовая архитектура сенсорных сетей. Часть 6. Области применения

Сегменты рынка

Приложения SN

Логистика и управление цепочками поставок

Мониторинг холодовой цепи;

мониторинг опасных грузов и химикатов;

предотвращение краж в распределительных системах дорогостоящих товаров;

мониторинг контейнеров в глобальных цепочках поставок;

мониторинг грузовых контейнеров с электронной пломбой;

децентрализованное управление системами движения материалов

Энергетика и коммунальное хозяйство

Системы интеллектуальных сетей;

автоматическое считывание показаний счетчиков

Автоматизация, мониторинг и контроль промышленных производственных процессов

Автоматизация производственных процессов;

контроль качества производственных процессов;

мониторинг состояния машин;

инвентаризация и наблюдение;

отслеживание персонала на производственных объектах;

управление производственными роботами

Здравоохранение и медицинские приложения дома и в больницах

Мониторинг жизненно важных физиологических параметров;

контроль положения и осанки;

отслеживание медицинского персонала и пациентов

Уход за пожилыми людьми и/или людьми с ограниченными возможностями

Мониторинг шаблонов движений для раннего обнаружения и предотвращения опасных условий;

предупреждение и обнаружение падений;

контроль положения тела и осанки;

удаленный мониторинг и адаптация условий окружающей среды (температуры, влажности и т.д.);

удаленный мониторинг расхода воды;

Уход за пожилыми людьми и/или людьми с ограниченными возможностями

Удаленный мониторинг эмоционального состояния;

автоматизация управления медикаментами;

мониторинг питания;

системы раннего предупреждения для предотвращения и обнаружения возникающих хронических состояний, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона

Защита критически важной инфраструктуры и общественная безопасность

Мониторинг структурной целостности мостов, туннелей и спортзалов;

системы раннего предупреждения для обнаружения возникающих лесных пожаров;

системы мониторинга и раннего предупреждения оползней;

видеонаблюдение, например в аэропортах;

мониторинг персонала и состояния окружающей среды в шахтах;

локализация и мониторинг пожарных и других аварийно-спасательных служб

Автоматизация и управление коммерческими зданиями и умными домами

Строительные системы энергосбережения;

удаленный мониторинг окружающей среды для повышенной безопасности;

мониторинг и контроль температуры, влажности, отопления, освещения и т.д.

Автоматизация и контроль сельскохозяйственных процессов

Точное сельское хозяйство;

борьба с болезнями сельскохозяйственных культур;

управление питательными веществами

Интеллектуальный транспорт и движение

Системы управления парковкой;

интеллектуальные системы управления грузовыми перевозками в портах;

расширенная система информации о путешественниках;

расширенные системы общественного транспорта;

системы эксплуатации коммерческого транспорта;

расширенные системы информации и управления транспортными средствами и магистралями

Экологический мониторинг, прогноз и охрана

Мониторинг вечной мерзлоты для раннего обнаружения проблем;

обнаружение загрязнения воды в заповедных зонах;

мониторинг температуры коралловых рифов;

мониторинг и картографирование морского дна;

обнаружение утечки газа в химической промышленности;

наблюдение за погодой и отчетность;

мониторинг параметров окружающей среды в лесных почвах;

удаленные экологические сенсорные сети для исчезающих видов;

мониторинг загрязнения окружающей среды, сейсмическое зондирование и мониторинг наводнений

Управление зданиями

Мониторинг и контроль офисов и больших зданий;

мониторинг и контроль промышленных объектов;

обнаружение дыма, газа и огня;

системы безопасности для произведений искусства, окон и дверей

Управление активами

Управление мобильными средствами в медицинских учреждениях;

мониторинг и отслеживание статуса пакетов с кровью

Оборона и военные приложения

Мониторинг поля боя;

эксплуатация и техническое обслуживание военной техники;

мониторинг передвижения войск;

поиск снайперов

Государственная безопасность

Безопасность контейнеров в глобальных цепочках поставок;

мониторинг инфраструктуры, такой как транспортная и энергетическая системы;

обнаружение химических, биологических, радиологических и ядерных угроз;

пограничный контроль и виртуальные заграждения, используемые в качестве систем защиты от вторжений

Требование

Описание

Возможность подключения к другим сетям

Сенсорная сеть должна быть интегрирована в уже существующий ИТ-ландшафт. В зависимости от сложности контролируемой области необходимы один или несколько шлюзов

Развертывание и покрытие

Сенсорная сеть используется для определения местоположения активов в типичных медицинских учреждениях. В зону охвата сенсорной сети должны входить койки, складские помещения, коридоры, холлы, операционные и комнаты подготовки пациентов. Развертывание сенсорной сети должно выполняться ИТ-отделами

Поддержка гетерогенных сенсорных сетей

Проектируемая сенсорная сеть является гомогенной. Проектируемая сенсорная сеть не должна создавать помехи другим беспроводным сетям, используемым в медицинском учреждении. Должна быть обеспечена совместимость с указанными сетями

Поддержка мобильности сенсорного узла

Активы мобильны и могут перемещаться между комнатами и разными этажами. Сенсорная сеть должна поддерживать мобильность сенсорных узлов, прикрепленных к активам

Электропитание и управление энергопотреблением

Срок службы батареи должен быть максимальным. Срок службы имеет прямое влияние на экономическое обоснование системы

Качество сервисной поддержки

Должны быть обеспечены своевременный ответ на запрос о местоположении и оценка местоположения с приемлемой точностью

Динамическая адаптация

Сенсорная сеть должна поддерживать динамическую топологию ввиду мобильности сенсорных узлов, прикрепленных к активам

Осведомленность о контексте

Функция системы ограничивается идентификацией и обнаружением мобильных средств в среде медицинского учреждения. Требования относительно осведомленности контекста не выдвигаются

Масштабируемость

Необходима ограниченная масштабируемость из-за мобильности узлов и возможного большого числа активов

Приватность

Если информация о местоположении актива может быть связана с пациентом, то информация о местоположении является частной. Следовательно, при разработке решения на основе сенсорной сети должны быть приняты во внимание требования к конфиденциальности

Защищенность

При проектировании решения на основе сенсорной сети следует проводить анализ рисков. Результаты анализа могут предоставить дополнительную информацию о необходимых механизмах защищенности

Управление сенсорной сетью

Требования к управлению сенсорной сетью не выдвигаются

Возможности обнаружения

Топология сети является динамической. Следовательно, сенсорные узлы должны иметь возможность обнаруживать другие узлы. Узлы внедряются ИТ-отделом больницы

Маршрутизация

Для минимизации затрат на систему необходим алгоритм многозвенной маршрутизации

Характеристика

Описание

Предоставление услуг по индивидуальным требованиям

В медицинских учреждениях медицинские приборы перемещаются внутри здания. Такие передвижения, особенно в чрезвычайных ситуациях, не контролируются и не документируются. Для повышения эффективности использования необходимо определение положения приборов. Проектируемое приложение сенсорной сети автоматизирует процесс определения местоположения медицинских активов

Сбор и предварительная обработка данных

Местоположение устройства определяется узлом, прикрепленным к устройству. Информация о местоположении устройства отправляется на центральный компьютер с помощью сенсорной сети

Совместная обработка информации

В процессе определения местоположения требуется совместная обработка информации. Узлы, прикрепленные к активам, и фиксированные узлы привязки должны работать совместно для определения местоположения

Эксплуатация без технического обслуживания

Все узлы доступны обслуживающему персоналу. Следовательно, необслуживаемая эксплуатация не требуется

Динамическая топология сети

В случае выпадения якорного узла сеть должна автоматически перенастроить себя, чтобы функции системы не были отключены

Энергоэффективность и срок службы

Энергоэффективность и срок службы не имеют критического значения, поскольку нет необходимости в эксплуатации без технического обслуживания. Тем не менее для повышения экономической целесообразности необходим длительный срок службы между циклами обслуживания

Самоадаптация

Самоадаптация не требуется. Различные узлы не меняют свою роль в контексте приложения

Этап процесса

Описание

Отслеживание

Для определения местоположения мобильный узел должен отслеживать беспроводное соединение с набором узлов активов. В решении, использующем множественную задержку, должны быть доступны по крайней мере четыре узла актива

Обнаружение

Для определения местоположения актива должны быть охарактеризованы различные соединения в соответствии с требованиями используемого алгоритма определения местоположения (измерения времени полета, измерение уровня принимаемого сигнала и т.д.). Результаты хранятся на узле

Доступ

Алгоритм определения местоположения, установленный на узле, использует сгенерированную информацию для вычисления местоположения узла. Дополнительная информация о расположении узлов привязки должна предоставляться узлами привязки

Решение

На узле актива должна быть проведена проверка качества обслуживания для информации о местоположении (например, по крайней мере для 95% всех процессов определения местоположения точность информации о местоположении должна быть в пределах 3 м от истинного местоположения)

Отправка

Информация о местоположении и идентификационном номере актива отправляется обратно на сервер приложений через якорный узел и шлюз. Идентификационный номер должен храниться на узле актива во время настройки системы

Подтверждение

В конце процесса серверная система отправляет подтверждающую информацию для завершения процесса на сенсорный узел через шлюз и якорный узел

Функция

Описание

Получение данных

Программный модуль на узле актива отслеживает беспроводные соединения между узлами и измеряет уровень принимаемого сигнала. Информация сохраняется на узле актива для дальнейшего использования. Измерение запускается пользователем. При этом запрашивается информация о местоположении у находящихся в досягаемости якорных узлов. Другим вариантом является предварительная загрузка местоположения узлов привязки на узлах ресурсов для исключения такого запроса при каждом запросе локализации

Обработка данных

Необходимый модуль прикладного программного обеспечения находится на каждом узле актива. Модуль получает запросы о местоположении узла от шлюза, запускает функцию определения местоположения узла и отправляет обратно результаты процесса определения местоположения вместе с идентификационным номером актива. Модуль также должен гарантировать выполнение требований качества обслуживания (точность определения местоположения, время задержки)

Передача данных

Все физические сущности должны иметь модуль связи на короткие расстояния. Необходимо использовать энергоэффективные протоколы связи. Протокол должен поддерживать динамические сетевые структуры. Единственным проводным соединением в системе приложения является соединение между шлюзом и информационной магистралью больницы, в данном случае могут быть использованы стандарты Ethernet

Хранение данных

Данные, которые должны храниться на узлах, ограничены. Узлы активов должны хранить историю местоположений узла и электронный номерной знак для актива. Узлы привязки должны хранить контекстную информацию, такую как номер комнаты и их собственное точное местоположение, которое необходимо для запуска службы самоопределения на узлах активов

Идентификация

Каждый узел должен иметь идентификационный номер. Может быть использована любая система нумерации, присущая пользователю, группе пользователей или отрасли. Уникальный идентификатор сенсорного узла должен быть включен в запись, отправляемую на узел привязки, и обеспечивает аутентификацию актива. Серверное приложение или модуль приложения на узле актива должны убедиться, что существует логическая связь между идентификационным номером узла и идентификационным номером актива

Самолокализация

Узлы ресурсов должны иметь возможность определять свое местоположение на основе информации, предоставляемой якорной сетью. Могут быть использованы различные механизмы определения местоположения. Служба самообслуживания должна обеспечивать соблюдение требуемого уровня качества информации о местоположении

Функция

Физические сущности

Узлы активов

Якорные узлы

Шлюзы

Получение данных

Х

-

-

Обработка данных

Х

-

-

Передача данных

Х

Х

Х

Хранение данных

Х

Х

-

Идентификация

Х

Х

Х

Самолокализация

Х

-

-

Требование

Описание

Возможность подключения к другим сетям

Контейнеры, оборудованные сенсорными узлами, соединяются с помощью многоскачковой сети. Один или несколько шлюзов используются для подключения сети контейнеров к магистральной сети через сеть доступа. Информация о статусе контейнера может иметь несколько предполагаемых пунктов назначения, таких как судоходные организации, грузовладельцы, экспедиторы и клиенты (см. рисунок 3)

Развертывание и покрытие

Сетевые и коммуникационные возможности должны быть обеспечены по всей территории нахождения транспортных контейнеров, например, на морском/автомобильном транспорте, в портах и терминалах

Поддержка гетерогенных сенсорных сетей

Транспортные контейнеры могут использовать разные сетевые протоколы связи. Следовательно, шлюзы должны поддерживать разные протоколы, используемые контейнерами. Необходимо убедиться, что нет проблем с радиочастотными помехами

Поддержка мобильности сенсорного узла

Контейнеры могут быть в движении. Следовательно, используемый протокол сенсорной сети должен поддерживать мобильность

Электропитание и управление энергопотреблением

Должны быть использованы энергоэффективные протоколы связи, так как контейнеры могут перемещаться на корабле в течение длительных периодов времени

Качество сервисного обслуживания

Изменения в статусе контейнера, такие как фальсификация, должны быть доставлены предполагаемым получателям надежным и своевременным образом

Динамическая адаптация

Сетевой протокол должен поддерживать самоорганизацию, динамическую топологию сети и самовосстановление в связи с изменением физической структуры сенсорной сети

Контекстная осведомленность

В зависимости от местоположения и содержимого транспортного контейнера предупреждения о состоянии контейнера, выдаваемые сенсорным узлом, могут быть разными. Следовательно, система должна поддерживать различные контекстно-зависимые коммуникационные и информационные стратегии

Масштабируемость

Из-за большого количества транспортных контейнеров в портах и на судах протокол сенсорной сети должен обрабатывать десятки тысяч контейнеров, а также добавлять и удалять транспортные контейнеры

Приватность

В проектируемом приложении требования к приватности не выдвигаются

Защищенность

Информация о грузе внутри транспортного контейнера должна предоставляться по служебной необходимости только уполномоченному персоналу

Управление сенсорной сетью

Требования к управлению сенсорной сетью не выдвигаются

Возможности обнаружения

Контейнеры, шлюзы в портах, на судах, на грузовиках и т.д. должны предлагать различные типы услуг для конкретных приложений, такие как мониторинг температуры или предоставление контекстной информации для конкретного местоположения. В случае, если транспортный контейнер распознается шлюзом или другим контейнером, должен происходить обмен информацией о предлагаемых услугах

Маршрутизация

В условиях морских контейнеров всегда следует ожидать затенения. Протоколы с несколькими узлами необходимы для обеспечения связи между транспортными контейнерами и шлюзами

Характеристика

Описание

Предоставление услуг по индивидуальным требованиям

Требования, касающиеся прозрачности и защищенности глобальных цепочек поставок, становятся все более сложными. Основной целью участников цепочки поставок является снижение рисков и усиление информационной базы для планирования логистических процессов. Транспортный контейнер должен предоставлять программные службы, которые удовлетворяют эту основную потребность. Чтобы система оставалась гибкой и адаптируемой, необходимо добавлять новые и/или настраивать существующие службы даже во время транспортирования. Управление службами может осуществляться внешним агентом, подключенным ко всем участникам цепочки поставок. Детали изображены на рисунке 3

Сбор и предварительная обработка данных

Ввиду возможного большого числа контейнеров централизованная информационная система является нецелесообразной. Объемы данных о статусе, полученные контейнером, должны быть предварительно обработаны и преобразованы в бизнес-события самим контейнером

Совместная обработка информации

Совместная обработка информации не является необходимой, нет набора распределенных датчиков внутри контейнера

Эксплуатация без технического обслуживания

Сенсорные узлы должны быть надежными и обслуживаться удаленно, так как физический доступ к контейнерам в глобальных цепочках поставок затруднен

Динамическая топология сети

Сеть должна обрабатывать динамические топологии, поскольку транспортные контейнеры добавляются или удаляются на регулярной основе

Энергоэффективность и срок службы

Датчики в транспортном контейнере должны работать длительное время. Следовательно, необходимо низкое энергопотребление

Самоадаптация

Самоадаптация не требуется. Различные сенсорные узлы не меняют свою роль в контексте приложения

Этап процесса

Описание

Отслеживание

Датчики температуры и влажности периодически проводят измерения внутри транспортного контейнера. Датчики удара и датчики дверного замка контролируют контейнер постоянно. Модуль локализации проводит оценку местоположения контейнера

Обнаружение

При отклонении измерений температуры, влажности или трехмерного акселерометра от соответствующих целевых диапазонов контейнер выдает предупреждение и сообщает об измерениях. Также выдается предупреждение при обнаружении взлома датчиками дверного замка

Доступ

При получении оповещения от контейнера серверная информационная система или агент-человек оценивают критичность ситуации

Решение

Система или агент-человек принимают решение, означает ли предупреждение ненормальные условия или, например, вызвано перемещением контейнера краном

Отправка

В зависимости от типа предупреждения к контейнеру может быть направлен инспектор-человек или приняты другие меры по исправлению ситуации

Подтверждение

Система или агент-человек подтверждают, что принятые корректирующие меры были эффективны для устранения проблемы

Функция

Описание

Получение данных

Собираются данные о температуре, влажности, состоянии дверного замка, трехмерном ускорении и местоположении

Исполнительное воздействие

Например, в случае рефрижераторного контейнера функцией охлаждения можно управлять дистанционно

Производство электроэнергии/сбор энергии

Батарея дополнена некоторыми формами сбора энергии, такими как солнечные панели или генераторы вибрации для обеспечения работы контейнера должным образом в течение длительных периодов времени

Обработка данных

Механизмы бизнес-правил и сложные механизмы обработки событий используются на устройстве-контейнере для создания бизнес-событий, которые могут обрабатываться с помощью прикладного программного обеспечения, такого как ПО для планирования ресурсов предприятия

Передача данных

Сотовая телефония, Wi-Fi, спутниковая связь и проводные соединения используются для связи между шлюзами и внутренней информационной системой. Для связи между контейнерами и шлюзами используется энергоэффективный многоэлементный протокол

Хранение данных

Данные, собранные датчиками в контейнере, копируются локально в архивных целях. После завершения процесса транспортирования данные могут быть удалены с устройства контейнера и сохранены в центральной базе данных

Идентификация

Каждому контейнерному устройству нужен идентификационный номер. Внутреннее приложение или модуль приложения в контейнере должны убедиться, что существует логическая связь между идентификационным номером устройства контейнера и идентификационным номером контейнера. Присвоение идентификационного номера контейнера проводится в соответствии с ГОСТ Р 52524

Самолокализация

Так как морские контейнеры сделаны из металла, связь и локализация являются сложной задачей. Должна быть развернута надежная форма локализации

Функция

Физические сущности

Устройства контейнеров

Шлюзы

Получение данных

Х

-

Исполнительное воздействие

Х

-

Производство электроэнергии/сбор энергии

Х

-

Обработка данных

Х

-

Передача данных

Х

Х

Хранение данных

Х

-

Идентификация

Х

-

Самолокализация

Х

-

Обозначение ссылочного национального стандарта

Степень соответствия

Обозначение и наименование ссылочного международного стандарта

ГОСТ Р ИСО/МЭК 29182-1-2018

IDT

ISO/IEC 29182-1:2013 "Информационные технологии. Эталонная архитектура для сенсорных сетей (SNRA). Часть 1. Общий обзор и требования"

ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 10000-1-99

IDT

ISO/IEC TR 10000-1:1998 "Информационная технология. Основы и таксономия международных функциональных стандартов. Часть 1. Общие положения и основы документирования"

ПНСТ 421-2020

(ИСО/МЭК 29182-4:2013)

MOD

ISO/IEC 29182-4:2013 "Информационные технологии. Сенсорные сети. Типовая архитектура сенсорных сетей (SNRA). Часть 4. Модели сущностей"

ПНСТ 519-2021

(ИСО/МЭК 29182-2:2013)

MOD

ISO/IEC 29182-2:2013 "Информационные технологии. Сенсорные сети. Типовая архитектура сенсорных сетей (SNRA). Часть 2. Словарь и терминология"

ПНСТ 520-2021

(ИСО/МЭК 29182-3:2014)

MOD

ISO/IEC 29182-3:2014 "Информационные технологии. Сенсорные сети. Типовая архитектура сенсорных сетей (SNRA). Часть 3. Представления типовых архитектур"

ПНСТ 649-2022

(ИСО/МЭК 29182-5:2013)

MOD

ISO/IEC 29182-5:2013 "Информационные технологии. Сенсорные сети. Типовая архитектура сенсорных сетей (SNRA). Часть 5. Определения интерфейсов"

Примечание - В настоящей таблице использованы следующие условные обозначения степени соответствия стандартов:

- IDT - идентичные стандарты;

- MOD - модифицированные стандарты.

Структура настоящего стандарта

Структура международного стандарта ИСО/МЭК 29182-6:2014

Приложения

ДА

-

ДБ

-

Библиография

Библиография

Примечание - Сопоставление структуры стандартов приведено начиная с приложения ДА, т.к. предыдущие разделы стандарта идентичны.

[1]

ISO/IEC JTC1 SGSN N 149, SGSN Technical Document Version 3 (Узлы поддержки обслуживания GPRS. Технический документ, издание 3)

УДК 004.738:006.354

ОКС 35.110

Ключевые слова: информационные технологии, сенсорная сеть, приложения сенсорной сети