Internet of Things for Architects / Архитектура интернета вещей
Год издания: 2019
Автор: Perry Lea / Перри Ли
Переводчик: Райтман М. А.
Издательство: ДМК Пресс
ISBN: 978-5-97060-672-8
Язык: Русский
Формат: PDF
Качество: Издательский макет или текст (eBook)
Интерактивное оглавление: Да
Количество страниц: 455
Описание: Книга посвящена всем аспектам использования интернета вещей с примерами его применения в различных сферах, включая промышленность, умные города, транспортную систему и здравоохранение. Это наиболее подробное руководство в данной области на русском языке, которое рекомендуется всем отраслевым специалистам Ассоциацией интернета вещей в России. Вы получите полное представление об экосфере интернета вещей, различных технологиях и альтернативах, а также сможете рассмотреть IoT-архитектуру со всех ракурсов.
Издание будет полезно для архитекторов и проектировщиков информационных систем, технических специалистов и менеджеров по технологиям.
Рассматриваемые тематики:
∙ Архитектура и ключевые модули интернета вещей
∙ Анализ данных и машинное обучение в облачных и туманных платформах
∙ Роль и масштаб архитектуры для успешного развертывания системы интернета вещей, от датчиков до облака
∙ Широкий спектр технологий интернета вещей, охватывающих все: от датчиков до облачных вычислений
∙ Компромиссы в выборе протоколов и коммуникаций в развертываемых системах интернета вещей
∙ Необходимые навыки и специфические термины, необходимые для работы в пространстве интернета вещей
∙ Инженерные знания, необходимые для успешного построения систем интернета вещей. Безопасность интернета вещей
Об авторе:
Перри Ли 21 год проработал главным ИТ-архитектором в компании Hewlett Packard, где проявил себя как замечательный технический специалист. Затем он перешел в Micron Technologies, где стал важным членом технического персонала и занял должность директора по стратегическому развитию, возглавив команду, занимающуюся продвинутыми вычислительными устройствами. В настоящий момент он является техническим директором в компании Cradlepoint, где в сферу его задач входит разработка и исследование в сфере интернета вещей и облачных вычислений.
Перри окончил Колумбийский университет по специальностям «Информатика», «Компьютерная инженерия» и «Электроинженерия». Он старший член Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) и главный спикер Ассоциации вычислительной техники (ACM).
Оглавление:
Об авторе ...........................................................................................................13
О рецензенте ....................................................................................................14
Предисловие ....................................................................................................15
Глава 1. История интернета вещей .........................................................21
История развития интернета вещей ...................................................................25
Перспективы развития интернета вещей ...........................................................26
Индустрия и производство ..............................................................................30
Потребитель ......................................................................................................31
Розничная торговля, финансы и маркетинг ...................................................31
Медицина ..........................................................................................................32
Транспортировка и логистика .........................................................................33
Сельское хозяйство и окружающая среда .......................................................34
Энергетика ........................................................................................................35
Умный город .....................................................................................................36
Правительство и армия ....................................................................................37
Заключение ...........................................................................................................38
Глава 2. Архитектура и ключевые модули интернета вещей ......39
Экосистема интернета вещей ..............................................................................40
Интернет вещей против межмашинного взаимодействия ...........................41
Полезность сети и законы Меткалфа и Бекстрома.........................................42
Архитектура интернета вещей ........................................................................44
Роль архитектора ..............................................................................................46
Часть 1. Датчики и питание .................................................................................46
Часть 2. Передача данных ....................................................................................47
Часть 3. Интернет-маршрутизация и протоколы ...............................................48
Часть 4. Туманные и граничные вычисления, аналитика и машинное
обучение ................................................................................................................49
Часть 5. Угроза и безопасность в интернете вещей............................................50
Заключение ...........................................................................................................50
Глава 3. Датчики, оконечные точки и системы питания ................51
Сенсорные устройства ..........................................................................................52
Термопары и температурные датчики ...........................................................52
Эффект Холла и датчики тока ..........................................................................55
Фотоэлектрические датчики ...........................................................................56
Датчики PIR .......................................................................................................57
LiDAR и активные датчики ..............................................................................58
Датчики MEMS ..................................................................................................60
Интеллектуальные оконечные точки IoT ...........................................................64
Видеосистема ....................................................................................................65
Слияние датчиков .................................................................................................67
Устройства ввода ..................................................................................................68
Устройства вывода ............................................................................................68
Функциональные примеры (все вместе).............................................................69
Функциональный пример – TI SensorTag CC2650 ..........................................69
Между датчиком и контроллером ...................................................................71
Источники энергии и управление питанием .....................................................73
Управление питанием ......................................................................................73
Воспроизводство электроэнергии ...................................................................74
Хранилище энергии .........................................................................................80
Заключение ...........................................................................................................85
Глава 4. Теория коммуникации и информации ..................................86
Теория коммуникации .........................................................................................87
Радиочастотная энергия и теоретический диапазон .....................................87
Радиочастотная интерференция .....................................................................91
Теория информации .............................................................................................93
Пределы битрейта и теорема Шеннона-Хартли .............................................93
Частота битовых ошибок .................................................................................97
Узкополосная и широкополосная связь ........................................................100
Радиоспектр ........................................................................................................102
Управляющая структура .................................................................................103
Заключение .........................................................................................................106
Глава 5. Беспроводная персональная сеть (WPAN)
не на основе IP ..............................................................................................107
Стандарты беспроводной персональной локальной сети ...............................108
Стандарты 802.15 ............................................................................................108
Bluetooth ..........................................................................................................109
IEEE 802.15.4 ....................................................................................................143
Zigbee ...............................................................................................................151
Z-Wave ..............................................................................................................160
Заключение .........................................................................................................166
Глава 6. WPAN и WLAN на базе IP ..........................................................167
Протокол интернета и протокол управления передачей ................................167
Роль протокола IP в интернете вещей ..........................................................168
WPAN с IP – 6LoWPAN .........................................................................................170
Топология 6LoWPAN .......................................................................................171
Стек протокола 6LoWPAN ..............................................................................173
Адресация и маршрутизация в mesh-сети ...................................................174
Сжатие и фрагментация заголовка ...............................................................176
Обнаружение соседей .....................................................................................178
Безопасность 6LoWPAN ..................................................................................179
WPAN с IP – Thread .............................................................................................180
Архитектура и топология Thread ...................................................................180
Стек протокола Thread ...................................................................................182
Маршрутизация Thread ..................................................................................182
Адресация Thread ...........................................................................................183
Обнаружение соседа .......................................................................................184
Протоколы IEEE 802.11 и WLAN .........................................................................184
Обзор и сравнение протоколов IEEE 802.11 .................................................185
Архитектура IEEE 802.11 ................................................................................188
Распределение спектра IEEE 802.11 ..............................................................189
Методы модуляции и кодирования IEEE 802.11 ...........................................191
IEEE 802.11 MIMO............................................................................................195
Структура пакета IEEE 802.11 ........................................................................199
Работа IEEE 802.11 ..........................................................................................201
Безопасность IEEE 802.11 ...............................................................................203
Протокол IEEE 802.11ac ..................................................................................204
Транспорт-к-транспорту IEEE 802.11p ..........................................................205
Протокол IEEE 802.11ah ..................................................................................208
Заключение .........................................................................................................213
Глава 7. Системы и протоколы дальней связи (ГВС) ......................215
Функциональная совместимость устройств сотовой связи .............................215
Стандарты и модель управления ...................................................................217
Технологии доступа сотовой связи ...............................................................220
Категории абонентского оборудования 3GPP ..............................................222
Распределение спектра и полос частот в 4G LTE ..........................................223
Топология и архитектура сети 4G LTE ...........................................................227
Стек протоколов сети E-UTRAN 4G LTE .........................................................232
Географические области 4G LTE, потоки данных и процедуры
передачи обслуживания .................................................................................233
Структура пакета 4G LTE ................................................................................236
Категории 0, 1, M1 и NB-IoT ...........................................................................237
5G .....................................................................................................................243
LoRa и LoRaWAN .................................................................................................247
Физический уровень LoRa..............................................................................248
Уровень MAC LoRaWAN ..................................................................................250
Топология LoRaWAN .......................................................................................252
Краткое описание LoRaWAN ..........................................................................252
Sigfox ....................................................................................................................254
Физический уровень Sigfox ............................................................................254
Уровень MAC Sigfox ........................................................................................256
Стек протокола Sigfox .....................................................................................257
Топология Sigfox .............................................................................................258
Заключение .........................................................................................................259
Глава 8. Маршрутизаторы и шлюзы .....................................................262
Функции маршрутизации ..................................................................................262
Функции шлюза ..............................................................................................263
Маршрутизация ..............................................................................................263
Отказоустойчивость и внеполосное управление .........................................267
VLAN ................................................................................................................268
VPN ..................................................................................................................269
Управление скоростью трафика и QoS ..........................................................271
Функции безопасности ..................................................................................273
Метрики и аналитика .....................................................................................275
Обработка на краю .........................................................................................275
Программное сетевое взаимодействие ............................................................276
Архитектура SDN ............................................................................................277
Традиционное межсетевое взаимодействие ................................................279
Преимущества SDN .........................................................................................280
Заключение .........................................................................................................281
Глава 9. IoT-протоколы передачи данных от граничного
устройства в облако ....................................................................................282
Протоколы ...........................................................................................................282
MQTT ...............................................................................................................284
Издание-подписка MQTT ...............................................................................285
Детали архитектуры MQTT ............................................................................287
Рекламирование и обнаружение шлюза .......................................................290
Структура пакета MQTT .................................................................................290
Форматы соединений MQTT ..........................................................................290
Рабочий пример MQTT ...................................................................................293
MQTT-SN ..............................................................................................................296
Архитектура и топология MQTT-SN ..............................................................296
Прозрачные и собирающие шлюзы ..............................................................297
Различия между MQTT и MQTT-SN ...............................................................297
Ограниченный прикладной протокол ..............................................................298
Детали архитектуры CoAP .............................................................................299
Форматы сообщений CoAP ............................................................................302
Пример использования CoAP ........................................................................306
Другие протоколы ...............................................................................................307
STOMP..............................................................................................................307
AMQP ...............................................................................................................308
Сводка и сравнение протоколов ....................................................................310
Заключение .........................................................................................................311
Глава 10. Топология облачных и туманных вычислений .............312
Модель облачных сервисов ................................................................................313
NaaS .................................................................................................................314
SaaS ..................................................................................................................314
PaaS ..................................................................................................................315
IaaS ...................................................................................................................315
Публичное, частное и гибридное облако ..........................................................315
Частное облако ................................................................................................316
Публичное облако ...........................................................................................316
Гибридное облако ...........................................................................................316
Облачная архитектура OpenStack ......................................................................317
Keystone – управление идентификацией и обслуживанием ...........................318
Glance – сервис изображений ........................................................................318
Вычисления Nova ............................................................................................319
Swift – хранение объектов ..............................................................................321
Neutron – сетевые сервисы ............................................................................321
Cinder – блочное хранилище .........................................................................321
Horizon .............................................................................................................322
Heat – оркестрация (опция) ...........................................................................322
Ceilometer – телеметрия (опция) ...................................................................322
Ограничения облачных архитектур для IoT .....................................................323
Эффект задержки ............................................................................................324
Туманные вычисления .......................................................................................326
Философия Hadoop для туманных вычислений ...........................................326
Сравнение туманных, граничных и облачных вычислений .......................327
Архитектура OpenFog RA ...............................................................................327
Amazon Greengrass и лямбда-функции .........................................................333
Туманные топологии ......................................................................................335
Заключение .........................................................................................................340
Глава 11. Анализ данных и машинное обучение
в облачных и туманных платформах ..................................................341
Простой анализ данных в интернете вещей ....................................................342
Верхний уровень облачной архитектуры .....................................................345
Система правил ..............................................................................................346
Потребление информации: потоки, обработка и озера данных .................349
Обработка сложных событий .........................................................................352
Lambda-архитектура .......................................................................................353
Промышленное применение .........................................................................354
Машинное обучение в интернете вещей ..........................................................354
Модели машинного обучения .......................................................................360
Классификация ...............................................................................................361
Регрессия .........................................................................................................362
Случайный лес ................................................................................................363
Байесовские модели .......................................................................................364
Сверточные нейронные сети .........................................................................367
Рекуррентные нейронные сети .....................................................................375
Обучение и получение логических выводов в интернете вещей ...............381
Анализ данных в IoT и сравнение/оценка методов машинного
обучения ..........................................................................................................382
Заключение .........................................................................................................384
Глава 12. Безопасность интернета вещей ..........................................385
Общеупотребительные понятия кибербезопасности ......................................386
Термины, связанные с атакой .......................................................................386
Термины, связанные с защитой ....................................................................388
Анатомия кибератак на IoT-устройства ............................................................390
Mirai .................................................................................................................391
Stuxnet .............................................................................................................393
Цепная реакция ..............................................................................................394
Физическая и аппаратная безопасность ...........................................................396
Корень доверия ...............................................................................................396
Управление ключами и модули TPM .............................................................397
Адресное пространство в процессоре и памяти ..........................................398
Безопасность хранения данных ....................................................................398
Физическая безопасность ..............................................................................399
Криптография .....................................................................................................401
Симметричная криптография .......................................................................402
Ассиметричная криптография ......................................................................404
Криптографический хеш (аутентификация и цифровая подпись) .............409
Инфраструктура открытого ключа ................................................................410
Сетевой стек: протокол защиты транспортного уровня..............................411
Программно-определяемый периметр ............................................................412
Архитектура программно-определяемого периметра ................................412
Блокчейн и криптовалюта в интернете вещей .................................................415
Bitcoin (блокчейн) ...........................................................................................416
IOTA (направленный ациклический граф) ...................................................420
Правовое регулирование ....................................................................................422
Законопроект об улучшении безопасности интернета вещей
(август, 2017) ...................................................................................................422
Другие правительственные учреждения ......................................................423
Рекомендации по защите IoT-устройств ..........................................................424
Комплексная безопасность ............................................................................425
Краткий перечень мер безопасности ............................................................426
Заключение .........................................................................................................427
Глава 13. Консорциумы и сообщества .................................................428
Консорциумы по персональным сетям .............................................................428
Bluetooth SIG ...................................................................................................429
Thread Group ...................................................................................................429
Альянс Zigbee ..................................................................................................430
Другое ..............................................................................................................430
Консорциумы по протоколам ............................................................................430
Open Connectivity Foundation и Allseen Alliance ...........................................430
OASIS ...............................................................................................................431
Object Management Group ..............................................................................432
IPSO Alliance ....................................................................................................432
Другое ..............................................................................................................433
Консорциумы по глобальным вычислительным сетям ...................................433
Weightless SIG ..................................................................................................433
LoRa Alliance ....................................................................................................433
Инженерный совет интернета .......................................................................434
Wi-Fi Alliance ...................................................................................................434
Консорциумы по туманным и граничным вычислениям ...............................435
OpenFog ...........................................................................................................435
EdgeX Foundry .................................................................................................436
Специализированные организации ..................................................................436
Консорциум промышленного интернета .....................................................436
Институт инженеров по электротехнике и электронике IoT (IEEE IoT) .....437
Другое ..............................................................................................................437
Американские правительственные организации по вопросам IoT
и безопасности ................................................................................................438
Заключение .........................................................................................................438
Предметный указатель ..............................................................................439
Мои остальные раздачи - https://rutr.life/forum/tracker.php?rid=43141996