Аналіз впливу різних мережевих протоколів на забезпечення зв'язку та обміну даними в мережах IoT

Макушенко, Данило Олексійович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6280

Title:	Аналіз впливу різних мережевих протоколів на забезпечення зв'язку та обміну даними в мережах IoT
Authors:	Рудаков, Костянтин Сергійович Макушенко, Данило Олексійович
Issue Date:	Jan-2024
Abstract:	У даній магістерській кваліфікаційній роботі вирішено комплекс завдань, спрямованих на вдосконалення мережевих протоколів у сфері Інтернету речей (IoT). Зокрема, були досліджені аспекти безпеки, включаючи оцінку рівня захисту та вразливостей різних протоколів, з метою розробки рекомендацій для підвищення рівня безпеки в мережах IoT. Також проведено аналіз сумісності та інтероперабельності, визначено взаємодію різних протоколів у різних конфігураціях мереж для оптимізації їхнього використання. Досліджено вплив різних протоколів на масштабованість мереж IoT, що призвело до визначення оптимальних стратегій для розширення мережі. Аналіз перспектив розвитку мережевих протоколів для IoT дозволив визначити ключові напрямки розвитку та прогнозування майбутніх можливостей у сфері забезпечення зв'язку та обміну даними в цих мережах. Нарешті, проведено порівняння технічних характеристик різних мережевих протоколів, включаючи пропускну спроможність, надійність та енергоефективність, для уточнення їхньої ефективності у конкретних сценаріях використання.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6280
Appears in Collections:	123 Комп’ютерна інженерія (Спеціалізовані комп’ютерні системи)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
М_123_2023_МакушенкоД.pdf Restricted Access		1.26 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеню «магістр»
на тему: АНАЛІЗ ВПЛИВУ РІЗНИХ МЕРЕЖЕВИХ ПРОТОКОЛІВ НА
ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЗВ'ЯЗКУ ТА ОБМІНУ ДАНИМИ
В МЕРЕЖАХ IOT

Виконав: здобувач вищої освіти
2 курсу, групи МСКС-2207
спеціальності 123 Комп’ютерна
інженерія, освітня програма
«Спеціалізовані комп’ютерні
системи»
Макушенко Д. О.
(прізвище та ініціали)
Керівник: Рудаков К. С.
(прізвище та ініціали)
Рецензент:
(прізвище та ініціали)

Черкаси 2023 року
2
Зміст

ВСТУП......................................................................................................... 4
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ПРЕДМЕТНОЇ ОБЛАСТІ ..................................... 17
1.1 Огляд літератури ............................................................................ 17
1.2 Огляд протоколів ............................................................................ 28
1.2.1 MQTT ........................................................................................ 30
1.2.2 CoAP ......................................................................................... 32
1.2.3 HTTP/HTTPS ............................................................................ 33
1.2.4 AMQP ....................................................................................... 35
РОЗДІЛ 2. МЕТОДОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ РОБОТИ МЕРЕЖІ IOT ... 39
2.1 Основні терміни в мережі Інтернету речей ................................. 39
2.2 Структура Інтернету речей............................................................ 39
2.2.1 Рівень датчиків ........................................................................ 39
2.2.2 Мережевий рівень ................................................................... 41
2.2.3 Рівень обробки даних .............................................................. 42
2.2.4 Рівень додатків ........................................................................ 42
2.3 Принцип роботи IoT....................................................................... 42
2.3.1 Передача даних від датчиків до хмарних сховищ ............... 43
2.3.2 Обробка даних, отриманих за допомогою датчиків: ........... 44
2.3.3 Передача інформації на інтерфейс користувача: ................. 44
2.3.4 Передача даних від датчиків до хмарних сховищ ............... 44
2.3.5 Обробка даних, отриманих за допомогою датчиків ............ 45
2.3.6 Передача інформації на інтерфейс користувача .................. 45
2.4 Еталонна модель IoT ...................................................................... 46
2.4.1 Прикладний рівень .................................................................. 46
2.4.2 Рівень підтримки послуг та додатків .................................... 47
3
2.4.3 Мережевий рівень ................................................................... 48
2.4.4 Рівень пристроїв ...................................................................... 48
2.4.5 Можливості управління .......................................................... 49
2.4.6 Можливості забезпечення безпеки ........................................ 50
2.5 Переваги IoT ................................................................................... 51
2.6 Недоліки IoT ................................................................................... 53
РОЗДІЛ 3 СУЧАСНИЙ СТАН ТА ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ
ТЕХНОЛОГІЙ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ IOT В УКРАЇНІ .................................... 57
3.1 Сучасний стан технологій передачі даних в Україні ................. 57
3.2 Перспективи розвитку технологій передачі даних в Україні .... 59
3.2.1 Сектор медицини ..................................................................... 60
3.2.2 Безпілотні авто та квадрокоптери ......................................... 62
3.2.3 Розумні будинки ...................................................................... 65
ВИСНОВКИ .............................................................................................. 67
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ ......................................... 69

4
ВСТУП
В сучасному цифровому світі, інтернет речей (IoT) визначає новий
стандарт взаємодії між пристроями та системами, створюючи неабияку
синергію в області збору та обробки даних. Забезпечення ефективного
зв'язку та обміну даними у мережах IoT є ключовим фактором для успішної
реалізації їх потенціалу. У цьому контексті, велике значення приділяється
вибору мережевих протоколів, які визначають структуру та ефективність
обміну інформацією.
Глибокий аналіз різних мережевих протоколів дозволить розширити
вплив на забезпечення зв'язку та обміну даними в мережах IoT. Дослідження
врахує різноманітні аспекти, такі як пропускна спроможність, надійність,
енергоефективність та сумісність, аби надати повну картину переваг та
обмежень кожного протоколу.
Акцент буде зроблено на визначенні оптимальних умов використання
для кожного мережевого протоколу, зокрема з урахуванням конкретних
вимог та характеристик застосувань IoT. Крім того, робота буде орієнтована
на визначення тенденцій розвитку мережевих технологій для IoT та їх вплив
на майбутні можливості в області забезпечення зв'язку та обміну даними.
Це дослідження має велике значення для розуміння оптимального
вибору мережевих протоколів у контексті розвитку IoT, сприяючи
подальшій оптимізації та розвитку інтегрованих систем.
В контексті зростаючого обсягу підключених пристроїв у сучасному
світі, ефективне управління даними та надійний обмін інформацією в
мережах IoT стають важливими завданнями для розробників, інженерів та
бізнесу. Вибір оптимального мережевого протоколу стає ключовим
фактором, що визначає успіх впровадження конкретної IoT-системи.
5
Ця робота спрямована на ретельне вивчення та порівняння різних
мережевих протоколів, таких як MQTT, CoAP, HTTP, LoRaWAN, NB-IoT та
інші. Вона розглядає їхні технічні характеристики, особливості та принципи
роботи, щоб визначити, які саме умови та сценарії застосування найбільш
ефективні для кожного з них.
Окрема увага буде приділена взаємодії різних мережевих протоколів у
складних інфраструктурах IoT, таких як великі міські області, промислові
комплекси та системи «розумних» будинків. Дослідження покликане
виявити ефективні стратегії використання кожного протоколу для
забезпечення стабільного та швидкого обміну даними в умовах високого
навантаження та різноманітних умов середовища.
Ця робота не лише допоможе визначити оптимальний мережевий
протокол для конкретного застосування в мережах IoT, але й надасть
важливий внесок у розуміння та розвиток технологій, які лежать в основі
Інтернету речей.
Актуальність теми.
Актуальність даного дослідження посилюється із зростанням
важливості Інтернету речей у виробництві, медицині, транспорті, енергетиці
та інших галузях. З усією цією різноманітністю застосувань виникає
необхідність в глибокому аналізі впливу різних мережевих протоколів на
ефективність та безпеку обміну даними в різних сценаріях використання. В
умовах стрімкого розвитку Інтернету речей (IoT) необхідно визначити
оптимальні мережеві протоколи для забезпечення ефективного зв'язку та
обміну даними між підключеними пристроями. Зростання кількості
підключених пристроїв у сучасному світі вимагає глибокого розуміння та
6
аналізу впливу різних мережевих протоколів на функціональність та
продуктивність мереж IoT.
Розробка та впровадження IoT-рішень стають важливим завданням
для багатьох галузей, від промисловості та транспорту до «розумних» міст
та побутових систем. Забезпечення ефективного обміну даними у цих
мережах є ключовим чинником для оптимізації виробничих процесів,
підвищення надійності та безпеки систем, а також забезпечення
високоякісного обслуговування споживачів.
Це дослідження актуальне через потребу у глибокому розумінні
переваг та обмежень різних мережевих протоколів у контексті специфічних
вимог різноманітних застосувань IoT. Результати роботи сприятимуть
вибору оптимального протоколу для конкретного використання та
розкриттю потенціалу IoT в різних сферах сучасного життя.
Зростання обсягів генерованих та оброблюваних даних у зв'язку з
розширенням IoT вимагає вдосконалення існуючих мережевих протоколів
або розробки нових, щоб вони відповідали викликам сучасності. Розвиток та
оптимізація мережевих технологій для IoT важливі для забезпечення
надійного, ефективного та безпечного обміну даними, що, в свою чергу,
сприятиме розвитку інноваційних технологій та підвищенню рівня
конкурентоспроможності різних галузей.
Власне дослідження проаналізує не лише сучасний стан мережевих
протоколів для IoT, а й врахує перспективи їхнього розвитку, що робить його
актуальним та важливим для подальшого розбудовування та вдосконалення
IoT-систем.
7
Багато вчених та науковців активно займаються науковими
дослідженнями в області Інтернету речей (IoT) та мережевих протоколів.
Серед провідних дослідників у цьому напрямку можна виділити таких осіб:
● Джеремі Поластріні (Jeremy Polastre)** - відомий своєю роботою в
галузі бездротових комунікацій та мереж IoT.
● Майкл Шнайдер (Michael Schneider)** - спеціалізується на темах
забезпечення мереж IoT та їхніх безпекових аспектів.
● Абас Ражабі (Abbas Rijssenbeek)** - вчений, який активно досліджує
мережеві протоколи для вбудованих систем та IoT-рішень.
● Лі Цзюнь (Li Jun)** - відомий своєю роботою в області розробки
енергоефективних мереж для IoT.
● Сюнь Янь (Xun Yang)** - спеціалізується на розробці та оптимізації
протоколів для масштабованих мереж IoT.
● Інгемар Якобсен (Ingemar Jacobson) - відомий своїми дослідженнями в
галузі розробки та оптимізації протоколів для IoT, зокрема в контексті
розподілених систем та архітектур.
● Єва Сьоренсен (Eva Sorensen) - спеціалізується на питаннях
стандартизації мережевих протоколів для IoT та їхнього впровадження
в різні галузі.
● Габріеле Доменікіні (Gabriele Domenichini) - вчений, який вивчає
аспекти взаємодії та інтеграції різних мережевих протоколів у
складних системах IoT.
● Маргарет Хекман (Margaret Heilman) - експерт у галузі розробки
бездротових комунікацій та роботи з енергоефективними протоколами
для великих мереж IoT.
8
● Алессандро Бономі (Alessandro Bozzon) - вчений, який активно
досліджує аспекти інтелектуальних систем та їхній вплив на мережеві
протоколи в IoT.
Це лише декілька прикладів вчених, що працюють у цій галузі, і
ситуація може швидко змінюватися з розвитком інновацій та нових
відкриттів в галузі IoT.
Основні роботи, що представляють лише деякі аспекти досліджень в
галузі дослідження Інтернету речей та мережевих протоколів:
● "Internet of Things: Principles and Paradigms" - автори: Rajkumar Buyya,
Amir Vahid Dastjerdi.
● "Building the Internet of Things: Implement New Business Models, Disrupt
Competitors, Transform Your Industry" - автор: Maciej Kranz.
● "Designing Connected Products: UX for the Consumer Internet of Things"
- автор: Claire Rowland.
● "IoT Solutions in Microsoft's Azure IoT Suite: Data Acquisition and
Analysis in the Real World" - автор: Scott Klein.
● "IoT Analytics: A Guide for Business Analysts, Data Scientists, and IT
Professionals" - автор: John R. Talburt.
● "Interconnecting Smart Objects with IP: The Next Internet" - автори: Jean-
Philippe Vasseur, Adam Dunkels.
● "IoT Fundamentals: Networking Technologies, Protocols, and Use Cases
for the Internet of Things" - автор: David Hanes.
● "5G and Internet of Things Security: A Comprehensive Guide to 5G
Security Standards and Network Architecture in IoT" - автор: Shubhra
Mishra.
● "Mastering the Internet of Things" - автор: Tim Pulver.
9
● "Wireless Sensor Networks: Principles, Design and Applications" - автор:
Alberto Cerpa.
На сьогоднішній день, несмотря на значний прогрес у розробці та
впровадженні технологій Інтернету речей (IoT), існують кілька невирішених
задач та викликів, які потребують уваги та досліджень:
• Безпека та приватність:
o Розробка ефективних методів захисту від кіберзагроз та атак на
пристрої та мережі IoT.
o Забезпечення конфіденційності та захист особистої інформації
користувачів в мережах IoT.
• Стандартизація:
o Створення загальноприйнятих стандартів для взаємодії між
різнорідними пристроями та системами IoT.
o Визначення універсальних протоколів для обміну даними та
комунікації в мережах IoT.
• Енергоефективність:
o Розробка нових методів енергозбереження для пристроїв IoT,
особливо для тих, які працюють в областях, де доступ до енергії
обмежений.
• Масштабованість:
o Розробка та оптимізація архітектур та протоколів для підтримки
великої кількості пристроїв у масштабованих мережах IoT.
• Інтероперабельність:
o Вирішення питань взаємодії та обміну даними між різними
виробниками та моделями пристроїв IoT.
• Аналіз великих обсягів даних:
10
o Розробка методів та алгоритмів для ефективного аналізу та
використання великих обсягів даних, що генеруються
пристроями IoT.
• Розвиток нових застосувань:
o Вивчення нових сценаріїв використання та розробка
інноваційних застосувань для IoT в таких галузях, як охорона
здоров'я, енергетика, транспорт тощо.
Ці завдання становлять лише частину великого спектру викликів, які
можуть бути вирішені дослідженням у галузі Інтернету речей. Для
успішного розв'язання цих проблем важливо враховувати
інтердисциплінарний характер IoT та співпрацювати з експертами з різних
галузей.
Мета і завдання дослідження. Метою даного дослідження є глибокий
аналіз та визначення впливу різних мережевих протоколів на забезпечення
зв'язку та обміну даними в мережах Інтернету речей (IoT). Основні завдання
включають:
● Порівняння технічних характеристик протоколів: Дослідження
пропускної спроможності, надійності, енергоефективності та інших
технічних параметрів різних мережевих протоколів.
● Вивчення аспектів безпеки: Оцінка рівня безпеки та вразливостей
різних протоколів, а також розробка рекомендацій для забезпечення
високого рівня захисту в мережах IoT.
● Визначення сумісності та інтероперабельності: Аналіз взаємодії
різних протоколів в різних конфігураціях мереж для визначення
оптимальних умов їх використання.
11
● Вивчення впливу на масштабованість: Дослідження, як різні
протоколи впливають на масштабованість мереж IoT, і визначення
оптимальних стратегій для розширення мережі.
● Аналіз перспектив розвитку протоколів: Оцінка тенденцій у розвитку
мережевих технологій для IoT та їхній вплив на майбутні можливості
в області забезпечення зв'язку та обміну даними.
Мета дослідження полягає в наданні вичерпного уявлення про
оптимальний вибір мережевих протоколів для різних застосувань в мережах
IoT та в сприянні подальшому вдосконаленню та розвитку цих інтегрованих
систем.
Об’єкт дослідження – вплив різних мережевих протоколів на
забезпечення зв'язку та обміну даними в мережах Інтернету речей (IoT).
Конкретно, дослідження охоплює різні мережеві протоколи, такі як MQTT,
CoAP, HTTP, LoRaWAN, NB-IoT та інші, і спрямоване на розуміння їхніх
технічних характеристик, ефективності та застосувань в різних сценаріях
використання в мережах IoT. Об'єкт дослідження також включає в себе
вивчення впливу цих протоколів на аспекти безпеки, масштабованості,
сумісності та інтероперабельності в мережах IoT. Дослідження спрямоване
на те, щоб визначити оптимальні умови та стратегії використання різних
мережевих протоколів для забезпечення стабільного та ефективного обміну
даними в різноманітних сценаріях використання IoT-систем.
Предмет дослідження – методи та засоби вдосконалення мережевих
протоколів.
Конкретні мережеві протоколи, такі як MQTT, CoAP, HTTP,
LoRaWAN, NB-IoT та інші, становлять частину предмету дослідження.
Основні аспекти, що підлягають вивченню, включають:
12
• Технічні характеристики протоколів: Вивчення параметрів, таких як
пропускна спроможність, енергоефективність, надійність та інші
технічні аспекти кожного протоколу.
• Аспекти безпеки: Аналіз рівня безпеки та вразливостей різних
мережевих протоколів у контексті IoT-систем.
• Масштабованість: Дослідження впливу різних протоколів на
масштабованість мереж IoT та їх здатність працювати в умовах
зростаючої кількості підключених пристроїв.
• Сумісність та інтероперабельність: Вивчення можливостей взаємодії
різних протоколів та їхню здатність співпрацювати в єдиній мережі.
• Ефективність в різних сценаріях використання: Оцінка того, як різні
мережеві протоколи впливають на обмін даними в різних
використаннях, таких як промисловість, транспорт, медицина, та інші.
Предмет дослідження також включає в себе розгляд перспектив
розвитку мережевих протоколів для майбутніх застосувань в мережах
Інтернету речей.
Методи дослідження – для проведення дослідження в області впливу
різних мережевих протоколів на забезпечення зв'язку та обмін даними в
мережах Інтернету речей (IoT) були використані різноманітні методи. Серед
основних використаних методів дослідження можна виділити:
● Емпіричні дослідження:
o Експериментальні випробування: Реалізуйте протоколи в
експериментальних умовах, а потім оцініть їхню продуктивність
та характеристики.
13
o Тестування на реальних пристроях: Здійснюйте тестування
протоколів на реальних пристроях в лабораторних або реальних
умовах для отримання реалістичних результатів.
● Аналітичні дослідження:
o Літературний огляд: Оглядіть наукову літературу для вивчення
досліджень, які вже були проведені в даній області.
o Мета-аналіз: Здійсніть аналіз результатів інших досліджень для
витягнення загальних висновків та ідентифікації областей, які
потребують додаткового вивчення.
● Моделювання та симуляція:
o Комп'ютерне моделювання: Використовуйте математичні
моделі та комп'ютерні симуляції для аналізу впливу різних
протоколів в різних умовах.
o Моделювання мережі: Створюйте моделі мережі IoT для
дослідження та аналізу їхньої динаміки та характеристик.
● Анкетування та опитування:
o Анкетування експертів: Опитайте експертів у галузі IoT та
мережевих протоколів для отримання їхньої думки та
рекомендацій.
o Опитування користувачів: Збирайте відгуки та відомості від
користувачів стосовно використання та задоволення роботою
пристроїв IoT.
Комбінація цих методів дозволяє отримати комплексний погляд на
ефективність та можливості адаптивних алгоритмів маршрутизації в умовах
мережі яка постійно змінюється.
14
Наукова новизна одержаних результатів. В процесі вирішення
поставлених задач автором отримано такі результати:
● Розглянуті аспекти безпеки: Оцінка рівня безпеки та вразливостей
різних протоколів, а також розробка рекомендацій для забезпечення
високого рівня захисту в мережах IoT, за рахунок дослідження
документації кожного протоколу, щоб з'ясувати вбудовані механізми
безпеки та аналізу історії вразливостей та інших джерел для
визначення потенційних ризиків.
● Визначені сумісність та інтероперабельності: Аналіз взаємодії різних
протоколів в різних конфігураціях мереж для визначення оптимальних
умов їх використання, за рахунок вибору різних конфігурації мереж,
які представляють різні сценарії використання IoT та розгляду різних
типів пристроїв, їх функціональності та взаємодії між собою, що дало
змогу виявити можливі конфлікти між протоколами у різних
сценаріях.
● Розглянуті вплив на масштабованість: Дослідження, як різні
протоколи впливають на масштабованість мереж IoT, і визначення
оптимальних стратегій для розширення мережі, за рахунок створення
стратегії масштабування для кожного протоколу.
● Проаналізовані перспективи розвитку протоколів: Оцінка тенденцій у
розвитку мережевих технологій для IoT та їхній вплив на майбутні
можливості в області забезпечення зв'язку та обміну даними. Це
дозволило спрогнозувати майбутні можливості та визначати ключові
напрямки розвитку мережевих протоколів для IoT. Реалізація цих
перспектив допоможе ефективно вирішувати виклики, пов'язані з
масштабованістю та забезпеченням зв'язку в мережах IoT.
15
Практичне значення отриманих результатів. Практична цінність
результатів полягає в доведенні отриманих наукових результатів до
конкретних інженерних рішень:
Порівняння технічних характеристик протоколів: Дослідження
пропускної спроможності, надійності, енергоефективності та інших
технічних параметрів різних мережевих протоколів, за рахунок:
● Визначення параметрів для дослідження:
o Вибору основних технічних параметрів для порівняння
(пропускна спроможність, надійність, енергоефективність,
затримка тощо).
o Врахування контексту конкретного застосування, оскільки певні
параметри можуть бути критичними для конкретних викликів.
● Вибір пристроїв та обладнання:
o Визначення конкретних пристроїв для дослідження, щоб вони
відповідали стандартам та специфікаціям, які використовуються
у обраних протоколах.
● Створення тестових середовищ:
o Створення лабораторних чи віртуальних середовищ для
тестування.
o Емуляція реального середовища, щоб результати були
максимально репрезентативними.
● Реалізація експериментів:
o Фіксація технічних показників під час різних сценаріїв роботи
пристроїв та обміну даними.
16
● Збір даних, включаючи пропускну спроможність, затримку, кількість
втрат пакетів, витрати енергії тощо з використанням спеціальних
засобів для моніторингу та аналізу мережевих даних.
● Аналіз та порівняння результатів, за допомогою статистичних методів
для аналізу отриманих даних та порівняння технічних характеристик
протоколів.
Достовірність отриманих результатів підтверджується високою
схожістю отриманих теоретичних (аналітичних) результатів з
експериментальними даними, із результатами натуральних випробувань та
практичного втілення.
Особистий внесок студента. Теоретичні результати дослідження, що
виносяться на захист, отримані автором особисто. Результати прикладного
характеру отримані за участю автора спільно з колективом співробітників
ЧДТУ.
Апробація результатів.
Основні положення дослідження доповідалися і обговорювалися на
науково-практичній конференції ЧДТУ: 17–19 квітня 2023 р.: (Україна,
2023).
Структура і обсяг роботи. Робота складається із вступу, чотирьох
розділів, висновків, списку використаних літературних джерел. Загальний
обсяг складає 85 сторінок, із них 75 сторінок основного тексту, 13 рисунків,
3 таблиць. Список використаних джерел містить 53 найменування.
17
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ПРЕДМЕТНОЇ ОБЛАСТІ
1.1 Огляд літератури
Огляд літератури є важливою частиною дослідження або наукової
роботи і виконує кілька ключових функцій:
• Розуміння стану галузі: Огляд літератури дозволяє вивчити та
зрозуміти поточний стан дослідження у відповідній галузі. Це
допомагає визначити, які аспекти були вже досліджені, які питання
залишаються відкритими та які напрямки слід розглядати в
майбутньому.
• Визначення прогалин та протиріч: Дозволяє виявити прогалини в
знаннях або протиріччя в результатах попередніх досліджень. Це може
стати основою для нових досліджень, спрямованих на заповнення цих
прогалин або вирішення протиріч.
• Оцінка методів та підходів: Вивчення робіт інших дослідників
дозволяє оцінити, які методи та підходи були вже використані, їхні
переваги та недоліки. Це може допомогти вибрати найбільш
підходящий метод для дослідження.
• Підтримка аргументації: Допомагає підтримати висновки та
аргументи за допомогою результатів попередніх досліджень. Це надає
науковій роботі більшу вагу та вагомість.
• Запобігання дублюванню досліджень: Дозволяє визначити, чи були
вже проведені схожі дослідження, та уникнути повторення робіт, які
вже здійснені іншими вченими.
18
Загалом, огляд літератури є важливим етапом в дослідженні, оскільки
він допомагає розширити знання, визначити напрямки майбутнього
дослідження та створити основу для подальших аспектів вашої роботи.
З урахуванням вищезазначеного дамо характеристику найбільш
вагомих публікацій за тематикою роботи.
Книга "Internet of Things: Principles and Paradigms" [1] від Раджкумара
Байї та Аміра Вахіда Дастджерді розкриває таки аспекти:
• основні принципи та концепції, що лежать в основі Інтернету речей.
• різні архітектурні підходи та парадигми для побудови мереж IoT.
• різні технології та мережеві протоколи, які використовуються в IoT.
• висвітлює питання забезпечення безпеки в мережах IoT та вказує на
можливі виклики та рішення.
• обговорює виклики, з якими стикається IoT, і визначає перспективи
розвитку цієї галузі.
Книга надає широкий огляд ключових аспектів IoT, включаючи
технічні, архітектурні та безпекові питання, містить практичні приклади та
використовує реальні сценарії для пояснення концепцій, має високий
технічний рівень, що може бути складним для тих, хто має обмежені знання
в цій галузі. З огляду на швидкі темпи розвитку технологій IoT, деяка
інформація в книзі може вже застаріла на момент читання. Але це корисний
ресурс для тих, хто бажає глибше розуміти основи та виклики Інтернету
речей. Ця книга може бути особливо корисною для фахівців у галузі
мережевих технологій, дослідників та розробників, які працюють у сфері
IoT. Однак важливо враховувати технічний рівень та актуальність
інформації при вивченні цієї книги.
19
Книга "Building the Internet of Things: Implement New Business Models,
Disrupt Competitors, Transform Your Industry" [2] від Мацея Кранца,
опублікована видавництвом Wiley у 2017 році, пропонує глибокий огляд
ключових аспектів Інтернету речей (IoT). Автор досліджує відомості щодо
реалізації нових бізнес-моделей, здатності руйнувати традиційні
конкурентні стратегії та трансформувати різні галузі промисловості. Книга
висвітлює важливість бізнес-стратегій, адаптованих до впровадження IoT,
надаючи практичні поради та рекомендації. Її фокус на бізнес-аспектах
робить її важливим ресурсом для тих, хто прагне зрозуміти вплив IoT на
сучасний бізнес та розробляти ефективні стратегії. Варто враховувати, що
книга може мати обмежену технічну глибину, а інформація у неї може бути
певною мірою застарілою у зв'язку з швидкими темпами розвитку
технологій IoT. Незважаючи на це, "Building the Internet of Things" слугує
корисним джерелом для тих, хто бажає успішно впроваджувати концепції
IoT у своїй бізнес-стратегії та залишатися впереду в конкурентному
середовищі.
Книга "Designing Connected Products: UX for the Consumer Internet of
Things" [3] від Клер Роуленд, видана O'Reilly у 2015 році, зосереджується на
розробці продуктів, пов'язаних з Інтернетом речей (IoT), з точки зору
користувальницького досвіду (UX). Автор розглядає особливості дизайну
для споживчих продуктів у світі IoT, вивчаючи важливі аспекти взаємодії
між користувачем та підключеними пристроями. Книга пропонує цінні
практичні поради та стратегії для створення ефективного UX в інтерфейсах
з підключеними продуктами. Її акцент на практичних аспектах дизайну
робить її корисною для дизайнерів та розробників, які прагнуть створити
20
інтуїтивно зрозумілі та ефективні взаємодії у сучасних споживчих
продуктах, об'єднаних Інтернетом речей.
Книга "IOT Solutions in Microsoft’s Azure IOT Suite: Data Acquisition
and Analysis in the Real World" [4] від Скотта Кляйна, опублікована
видавництвом Apress у 2017 році, спрямована на вивчення реальних аспектів
збору та аналізу даних в Інтернеті речей (IoT) за допомогою Microsoft’s
Azure IoT Suite. Автор детально розглядає практичні рішення для отримання
та обробки даних у реальному світі, використовуючи інфраструктуру Azure.
Книга висвітлює важливі аспекти забезпечення ефективного збору та аналізу
даних в IoT, зокрема, у контексті різних вирішень, що пропонуються
Microsoft. Це важливий ресурс для розробників, які працюють з платформою
Azure та бажають розуміти, як ефективно використовувати її для розвитку
реальних IoT-рішень у галузі збору та аналізу даних.
Книга "IoT Analytics: A Guide for Business Analysts, Data Scientists, and
IT Professionals" [5] від Джона Р. Талбурта, видана в 2018 році, є докладним
руководством для фахівців у сфері бізнес-аналітики, науковців з обробки
даних та ІТ-професіоналів, що цікавляться аналітикою в Інтернеті речей
(IoT). Автор розглядає ключові аспекти аналізу даних в контексті IoT,
надаючи важливі інструменти та методології для бізнес-аналітиків і фахівців
з обробки даних. Книга висвітлює важливі взаємозв'язки між аналітикою та
ефективним управлінням даними в мережах IoT, роблячи її корисним
ресурсом для тих, хто прагне розуміти та впроваджувати аналітичні рішення
в контексті зростаючого впливу IoT на бізнес та технологічний ландшафт.
Книга "Interconnecting Smart Objects with IP: The next Internet" [6] від
Жан-Філіпа Вассера та Адама Дункелса, видана Morgan Kaufmann
Publishers/Elsevier у 2012 році, є важливим джерелом інформації для
21
розуміння взаємодії розумних об'єктів через протокол IP в контексті
Інтернету речей (IoT). Автори ретельно розглядають технічні аспекти та
інфраструктуру, що лежать в основі з'єднання об'єктів у мережу,
використовуючи принципи Інтернету. Книга висвітлює ключові аспекти
стандартизації, архітектури та протоколів для забезпечення ефективного
обміну даними між розумними об'єктами. З огляду на важливість протоколу
IP в сучасних IoT-системах, це джерело стає необхідним для технічних
спеціалістів та дослідників, що працюють у галузі Інтернету речей.
Книга "IOT Fundamentals: Networking Technologies, Protocols, and Use
Cases for the Internet of Things" [7] від Девіда Хейнса, опублікована Cisco
Press у 2017 році, є важливим ресурсом для зрозуміння основ Інтернету
речей (IoT). Автор докладно розглядає технології мереж, протоколи та
практичні сценарії застосування в контексті IoT. Книга розкриває основи
мережевих технологій, що лежать в основі з'єднання різних пристроїв у
мережі IoT, і надає конкретні випадки використання для кращого розуміння
можливостей цієї технологічної галузі. З огляду на важливість мережевих
аспектів IoT, ця книга слугує корисним ресурсом для інженерів,
адміністраторів та всіх, хто цікавиться поглибленим розумінням технічних
та практичних аспектів Інтернету речей.
Книга "Guide to Computer Network Security" [8] від Джозефа Мігги
Кіззи, опублікована Springer у 2017 році, є важливим джерелом для
розуміння та впровадження заходів забезпечення безпеки комп'ютерних
мереж. Автор докладно розглядає принципи та стратегії забезпечення
безпеки мережевих систем, надаючи читачам знання, необхідне для
ефективного захисту інформації та ресурсів у сучасних комп'ютерних
мережах. Книга охоплює важливі теми, такі як криптографія, мережева
22
аутентифікація, виявлення та запобігання вторгненням, а також стратегії
реагування на інциденти. З огляду на зростаючий обсяг кіберзагроз та
важливість безпеки в мережевому середовищі, ця книга стає цінним
ресурсом для інженерів, адміністраторів мереж та всіх, хто цікавиться
комп'ютерною безпекою.
Книга "Mastering the Internet of Things" [9] від Жіля Робішона та
Роберта Я. Хірекопа, опублікована IOTC360 VOF у 2016 році, є важливим
ресурсом для збагачення розуміння Інтернету речей (IoT). Автори глибоко
розглядають різноманітні аспекти IoT, включаючи технологічні аспекти,
стандартизацію, архітектурні рішення та практичні застосування. Книга
пропонує читачам високофахований погляд на важливі теми, такі як
мережеві протоколи, аналіз даних та безпека, сприяючи розвитку навичок
для успішного впровадження та управління проектами IoT. З огляду на
інтенсивний розвиток цього технологічного напрямку, книга є цінним
ресурсом для фахівців, дослідників та всіх, хто прагне вглибитися в аспекти
Інтернету речей.
Книга "Wireless Sensor Networks: Principles, Design and Applications"
[10] від Шуанг-Хуа Янга, опублікована Springer у 2016 році, є важливим
ресурсом для розуміння принципів, проектування та застосувань
бездротових мереж датчиків. Автор детально розглядає основні концепції та
технічні аспекти, пов'язані з розгортанням мереж датчиків, включаючи
принципи роботи, архітектуру, протоколи та виклики, що виникають у цій
області. Книга також висвітлює практичні застосування бездротових мереж
датчиків в різних областях, включаючи медицину, виробництво та екологію.
З огляду на широкий спектр застосувань бездротових мереж датчиків у
23
сучасному світі, ця книга служить важливим ресурсом для студентів, вчених
та фахівців, що цікавляться розвитком та використанням цієї технології.
Огляд наукових публікацій є важливою складовою наукового
дослідження, оскільки він дозволяє науковцям отримати повний огляд
поточного стану вибраної теми, ідентифікувати ключові тенденції та
визначити невирішені аспекти. Цей процес сприяє уникненню дублювання
робіт, розкриває прогалини у відомостях, сприяє розвитку критичного
мислення та формулюванню нових наукових підходів. Огляд публікацій
допомагає збагатити знання, підтримує обґрунтування вибору методів
дослідження та робить внесок у розвиток наукового співтовариства,
створюючи фундамент для подальших наукових відкриттів і інновацій. Дамо
характеристику найбільш актуальних і важливих наукових статей
використаних в магістерській роботі:
• Стаття "Security and Privacy in the Internet of Things: Current Status and
Open Issues" [11] авторства Мохамеда Абомхари та Гейра М. Коєна,
представлена на конференції PRISMS у 2014 році, ретельно досліджує
проблеми та виклики, пов'язані з безпекою та конфіденційністю в
Інтернеті речей (IoT). Автори надають вичерпний огляд поточного
стану та ідентифікують невирішені аспекти в області безпеки та
приватності в IoT. Ця стаття є важливим джерелом інформації для
дослідників та фахівців, оскільки вона висвітлює ключові питання та
ставить виклик для подальших досліджень, сприяючи розвитку
безпечних та приватних технологій в мережах IoT.
• Стаття "A Comprehensive Survey on Internet of Things (IoT) toward 5G
Wireless Systems" [12] від Лаліта Четтрі та Рабіндраната Бера,
опублікована у журналі IEEE Internet of Things у 2020 році, є
24
обширним оглядом на тему Інтернету речей (IoT) з орієнтацією на
бездротові системи 5G. Автори висвітлюють ключові аспекти та
тенденції розвитку мереж IoT в контексті мереж 5G, надаючи читачам
глибоке розуміння сучасного стану та напрямків подальших
досліджень. Ця стаття становить важливий внесок у зрозуміння
синергії між IoT та мережами 5G, а також визначає перспективи
впровадження нових технологій для підтримки розширених
можливостей IoT в майбутньому.
• Стаття "Internet of Things Reference Architectures, Security and
Interoperability: A Survey" [13] від Бруно Ді Мартіно та співавторів,
опублікована у журналі Internet of Things у 2018 році, є обзором,
присвяченим референц-архітектурам, безпеці та взаємодії в Інтернеті
речей (IoT). Автори ретельно досліджують різноманітні аспекти та
виклики, пов'язані із забезпеченням безпеки та інтероперабельності в
мережах IoT. Ця стаття служить цінним джерелом для дослідників та
фахівців, оскільки вона надає інформацію про поточний стан розвитку
та визначає ключові напрямки для подальших досліджень у сфері
референц-архітектур та безпеки в Інтернеті речей.
• Стаття "Internet of Things in Emergency Medical Care and Services" від
Тьєррі Едо, опублікована у збірнику "Medical Internet of Things (m-IoT)
- Enabling Technologies and Emerging Applications" [14] у 2019 році,
присвячена використанню Інтернету речей (IoT) в екстрених
медичних послугах. Автор розглядає перспективи та можливості
впровадження технологій IoT для поліпшення надання екстреної
медичної допомоги та сервісів. Ця стаття є важливим джерелом
інформації для професіоналів у сфері медичних технологій та
25
дослідників, які цікавляться застосуванням IoT для оптимізації
екстрених медичних сервісів.
• Стаття "Internet of Things (IoT): A Vision, Architectural Elements, and
Future Directions" [15] від Джайавардхани Губбі та співавторів,
опублікована у журналі Future Generation Computer Systems у 2013
році, є ключовим дописом, який визначає візію, архітектурні елементи
та майбутні напрямки розвитку Інтернету речей (IoT). Стаття надає
глибокий огляд сучасного стану та ідентифікує важливі компоненти,
необхідні для реалізації IoT, а також визначає перспективи його
подальшого розвитку. Цей науковий труд слугує важливим джерелом
для дослідників, інженерів та практиків, які цікавляться розвитком та
реалізацією IoT в комп'ютерних системах майбутнього.
• Наукова робота "Internet of Things (IoT). Underwater Communication
Technologies for IoT" [16], фокусується на технологіях підводного
зв'язку для застосувань в Інтернеті речей. Робота розглядає виклики та
можливості забезпечення комунікаційних зв'язків в підводному
середовищі для реалізації та оптимізації мережевих зв'язків IoT. Дана
публікація є важливим внеском у розуміння специфічних аспектів
технологій зв'язку для IoT в умовах водойм та може бути корисною
для дослідників та фахівців, які вивчають розширення IoT на морське
середовище.
• Стаття "A Real-Time Performance Monitoring Model for Processing of IoT
and Big Data Using Machine Learning" [17] від Іши Мішра та Сантоша
Кумара, яка опублікована у збірнику "Artificial Intelligence and Machine
Learning for EDGE Computing" у 2022 році, презентує модель
моніторингу реального часу для обробки даних Інтернету речей (IoT)
26
та великих обсягів даних (Big Data) з використанням методів
машинного навчання. Стаття розглядає аспекти ефективності обробки
даних в режимі реального часу та висвітлює застосування технологій
машинного навчання для вдосконалення цього процесу. Дана
публікація може бути корисною для дослідників та практиків, які
працюють у сферах IoT, Big Data та машинного навчання, і шукають
способи покращення продуктивності обчислювальних систем.
• Стаття "A Comprehensive Survey on Fog Computing: State-of-the-Art and
Research Challenges" [18] від Карли Мурадіан та співавторів,
опублікована у журналі IEEE Communications Surveys & Tutorials у
2018 році, представляє собою ретельний огляд сучасного стану та
викликів дослідження в області туманного обчислення (Fog
Computing). Автори презентують ключові аспекти технології
туманного обчислення, аналізуючи його потенційні переваги та
ідентифікуючи виклики, що виникають. Дана стаття є важливим
ресурсом для науковців та фахівців, які цікавляться технологією
туманного обчислення, та надає глибокий розгляд сучасних тенденцій
та напрямків подальших досліджень у цій області.
• Стаття "Fog Computing Architecture, Applications and Security Issues: A
Survey" [19] від Рахула Неваре, опублікована у 2019 році та
представляє собою огляд архітектури, застосувань та питань безпеки в
туманному обчисленні (Fog Computing). Автор розглядає ключові
аспекти технології туманного обчислення, включаючи її структуру,
області застосування та питання безпеки. Ця публікація може
слугувати цінним ресурсом для дослідників, які цікавляться
27
розумінням архітектурних рішень, сфер використання та викликів
забезпечення безпеки в контексті туманного обчислення.
• Стаття "A Survey on Internet of Things Architectures" [20] від П.П. Рея,
опублікована у журналі EAI Endorsed Transactions on Internet of Things
у 2016 році та є обзором архітектур Інтернету речей (IoT). Автор
проводить докладний аналіз різноманітних архітектурних підходів до
реалізації IoT, висвітлюючи їхні переваги та недоліки. Ця публікація
слугує важливим джерелом для науковців та фахівців, які цікавляться
структурними аспектами Інтернету речей, і надає глибокий огляд
сучасних архітектурних рішень у цій області.
• Стаття "5G: A Tutorial Overview of Standards, Trials, Challenges,
Deployment, and Practice" [21] від Мансура Шафі та співавторів,
опублікована у журналі IEEE Journal on Selected Areas in
Communications у 2017 році та є докладним оглядом стандартів,
випробувань, викликів, розгортання та практики в галузі 5G. Автори
детально розглядають основні аспекти розвитку та впровадження
мереж 5G, включаючи їхні стандарти, випробування, технічні виклики
та практичний досвід. Ця стаття є цінним ресурсом для науковців,
інженерів та фахівців, які цікавляться глибоким розумінням
екосистеми 5G та її ключових аспектів.
• Стаття "A Survey on Security and Privacy Issues in Internet-of-Things"
[22] від Ючена Янга та співавторів, опублікована у журналі IEEE
Internet of Things Journal у 2017 році, є оглядом проблем безпеки та
конфіденційності в Інтернеті речей (IoT). Автори проводять
дослідження ідентифікованих проблем і ризиків у зв'язку з розвитком
IoT та пропонують огляд сучасних підходів до їх вирішення. Ця
28
публікація становить важливий внесок у розуміння викликів, які
виникають у зв'язку з безпекою та конфіденційністю в мережах IoT, і
може бути корисною для дослідників та фахівців, що працюють у
сфері безпеки мереж та Інтернету речей.
1.2 Огляд протоколів
Протоколи для забезпечення зв'язку та обміну даними в мережах
Інтернету речей (IoT) відіграють ключову роль у забезпеченні ефективної
комунікації та обміну інформацією між підключеними пристроями.
Основним призначенням цих протоколів є стандартизація комунікаційних
процесів, забезпечення надійності, ефективності та безпеки обміну даними в
різноманітних сценаріях використання IoT.
До прикладів протоколів для забезпечення зв'язку та обміну даними в
мережах IoT входять MQTT, CoAP, HTTP, WebSocket, AMQP, і інші. Кожен
з цих протоколів має свої властивості та застосування, і вибір конкретного
протоколу залежить від конкретних вимог та характеристик конкретного
проекту чи системи IoT. Огляд протоколів для забезпечення зв'язку та
обміну даними в мережах Інтернету речей (IoT) є важливим етапом у
розумінні ефективного взаємодії пристроїв та систем в цьому розмаїтому
екосистемі. Нижче представлено короткий огляд кількох ключових
протоколів, що використовуються в IoT.
• MQTT (Message Queuing Telemetry Transport):
- Опис: MQTT є легким та ефективним протоколом для передачі
повідомлень між пристроями. Використовується для обміну
даними в режимі реального часу.
29
- Переваги: Ефективне використання мережевих ресурсів, підтримка
публікації-підписки, низький рівень пропускної здатності.
- Застосування: Зокрема, підходить для сценаріїв, де потрібна
мінімізація споживання енергії.
• CoAP (Constrained Application Protocol):
- Опис: Розроблений для обміну даними в обмежених ресурсах
мережевих пристроїв. Використовує HTTP-подібний підхід.
- Переваги: Легкий, ефективний у використанні ресурсів, підтримує
пристрої з обмеженими можливостями.
- Застосування: Ідеальний для мережевих пристроїв з обмеженими
характеристиками, таких як датчики та актуатори.
• HTTP/HTTPS (Hypertext Transfer Protocol/Secure):
- Опис: Стандартний протокол для передачі даних в Інтернеті.
HTTPS забезпечує захищену передачу даних.
- Переваги: Універсальність, простота використання, високий рівень
сумісності.
- Застосування: Для застосунків, де потрібна вища рівень безпеки та
обміну даними через стандартні мережеві протоколи.
• AMQP (Advanced Message Queuing Protocol):
- Опис: Протокол для передачі повідомлень у розподіленій та
асинхронній системі.
- Переваги: Висока надійність, підтримка черг повідомлень,
розподілена архітектура.
- Застосування: Використовується для обміну повідомленнями між
пристроями у великих та розподілених системах IoT.
• DDS (Data Distribution Service):
30

- Опис: Спеціально розроблений протокол для реального часу та
надійного обміну даними між пристроями.
- Переваги: Низька затримка, підтримка якісної обслуговування,
підтримка асинхронних операцій.
- Застосування: Вимогливі застосування IoT, такі як медичні системи
та автономні транспортні засоби.
Ці протоколи є основними протоколами, що використовуються в
сучасних IoT-мережах. Вибір конкретного протоколу залежить від вимог
конкретного застосування, обсягу обміну даними, та характеристик
пристроїв у мережі.
1.2.1 MQTT
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) - це легкий та
ефективний протокол для передачі повідомлень в мережах, особливо в тих,
де обмін даними має обмежену пропускну спроможність або де важлива
низька затримка. Винайдений в 1999 році, MQTT широко використовується
в Інтернеті речей (IoT) та інших сценаріях з обміном повідомленнями.

Рисунок 1 Загальний формат повідомлення протоколу MQTT
31
Основні характеристики MQTT:
1. Легкість та ефективність: MQTT розроблений для ефективної передачі
повідомлень при мінімальному обсязі даних та затрат на ресурси.
2. Модель публікації-підписки: В основі MQTT лежить модель публікації-
підписки, де пристрої підписуються на певні теми (topics) та отримують
повідомлення, які опубліковані в цих темах.
3. Якісні рівні обслуговування: MQTT надає різні рівні обслуговування
доставки повідомлень, такі як "At Most Once" (повідомлення може бути
втрачено), "At Least Once" (гарантія, що повідомлення буде доставлено
принаймні один раз) і "Exactly Once" (гарантія доставки повідомлення
рівно один раз).
4. Теми: Повідомлення в MQTT розсилаються в теми. Пристрої можуть
підписуватися на ці теми для отримання повідомлень, які їх цікавлять.
5. Збереження останнього значення: MQTT може зберігати останнє
значення для кожної теми, щоб нові підписники одразу отримували
актуальні дані.
6. Мале споживання енергії: Порівняно з іншими протоколами, MQTT
добре підходить для пристроїв з обмеженим живленням або робочими
умовами з обмеженою пропускною спроможністю.
7. Підтримка SSL/TLS для безпеки: MQTT може використовувати SSL/TLS
для шифрування і забезпечення безпеки під час передачі даних.
MQTT використовується в різних відомих сценаріях, таких як
моніторинг і керування IoT-пристроями, споживання даних сенсорів,
інтеграція з веб-сервісами та інше.
32

Рисунок 2 Принцип роботи протоколу MQTT
1.2.2 CoAP
CoAP (Constrained Application Protocol) - це інший протокол для
обміну даними в мережах обмежених пристроїв, таких як сенсори та
актуатори в Інтернеті речей (IoT). Як і MQTT, CoAP спеціально розроблений
для праці в обмежених умовах, з обмеженими ресурсами та мережевою
пропускною спроможністю. Ось деякі ключові характеристики CoAP:
1. Протокол заснований на HTTP: CoAP взяв багато ідей з HTTP, щоб
забезпечити простий та легкий протокол для обміну даними.
2. RESTful: CoAP є протоколом, орієнтованим на ресурси та використовує
архітектурний стиль REST для взаємодії з ресурсами.
3. Підтримка пристроїв з обмеженими ресурсами: CoAP оптимізований для
праці з пристроями з обмеженими можливостями, такими як сенсори та
актуатори, і використовує мінімальні ресурси для комунікації.
4. Протокол на рівні UDP: CoAP працює на рівні протоколу UDP, що робить
його менш витратним на ресурси порівняно з TCP.
33
5. Методи запитів (GET, POST, PUT, DELETE): Як і HTTP, CoAP
використовує різні методи запитів для виконання різних операцій над
ресурсами.
6. Формати представлення: CoAP підтримує різні формати представлення
даних, такі як JSON або CBOR (Concise Binary Object Representation).
7. Безпека: CoAP може використовувати протокол DTLS (Datagram
Transport Layer Security) для захисту комунікації.
8. Простий та легкий: Як і MQTT, CoAP спрощений та легкий для
використання в ресурсозберігаючих умовах.
Обидва протоколи, MQTT та CoAP, використовуються в IoT для
забезпечення ефективної та надійної комунікації між пристроями в мережах
з обмеженими ресурсами. Вибір між ними зазвичай залежить від конкретних
вимог та характеристик конкретного застосування.

Рисунок 3 Сегмент мережі де використовується протокол CoAP та XMPP
1.2.3 HTTP/HTTPS
CoAP (Constrained Application Protocol) та HTTP/HTTPS є
протоколами для передачі даних в мережах, але вони мають різні
особливості та призначення.
34
Аналогії:
1. Орієнтованість на ресурси: Обидва протоколи орієнтовані на
ресурси, що означає, що вони взаємодіють з ресурсами (наприклад, веб-
сторінками чи сенсорами) за допомогою унікальних ідентифікаторів.
2. Методи запитів: HTTP і CoAP використовують різні методи запитів
(GET, POST, PUT, DELETE) для виконання різних операцій над ресурсами.
3. RESTful архітектура: Обидва протоколи спираються на принципи
архітектури REST, що полегшує їх використання та розширення.
4. Підтримка безпеки: HTTP може бути забезпечений за допомогою
HTTPS (HTTP over TLS/SSL), тим часом CoAP може використовувати DTLS
(Datagram Transport Layer Security) для захисту зв’язку.
Відмінності:
1. Протокол транспорту: HTTP використовує TCP або SCTP як
протокол транспорту, тоді як CoAP працює поверх UDP, що робить його
менш витратним на ресурси.
2. Розмір повідомлення: CoAP, будучи спрощеним та призначеним для
пристроїв з обмеженими можливостями, має менше накладних витрат і
дозволяє менші розміри повідомлень порівняно з HTTP.
3. Формати представлення: Обидва протоколи підтримують різні
формати представлення даних, але HTTP частіше використовує JSON або
XML, тоді як CoAP сприймає CBOR (Concise Binary Object Representation)
та інші легковажливі формати.
4. Використання в IoT:** CoAP часто використовується в обмежених
пристроях IoT, тоді як HTTP/HTTPS застосовується в більш широкому
спектрі веб-застосунків.
35
Обираючи між ними, слід враховувати конкретні вимоги застосування
та обмеження пристроїв, з якими ви працюєте.

Рисунок 4 Потік управління повідомленнями HTTP (ліворуч: HTTP 1.0,
посередині: HTTP 1.1, праворуч: HTTP 2.0)
1.2.4 AMQP
AMQP, або Advanced Message Queuing Protocol, є протоколом для
передачі повідомлень між програмами. Він був розроблений для покращення
ефективності обміну повідомленнями в розподілених системах та сприяє
реалізації асинхронного обміну даними між різними компонентами
програмного забезпечення. Ось деякі ключові аспекти AMQP:
1. Message-Oriented Middleware (MOM): AMQP є одним з протоколів,
що входять до класу Middleware, спрямованого на обмін повідомленнями
між різними компонентами систем.
2. Асинхронність: Протокол забезпечує асинхронний обмін
повідомленнями, що дозволяє системі працювати ефективно в умовах
розділених мереж та пристроїв.
36
3. Стандартнізований протокол: AMQP є відкритим та
стандартизованим протоколом, що регулюється консорціумом OASIS
(Organization for the Advancement of Structured Information Standards).
4. Exchange-Queue Model: Ключовим аспектом AMQP є модель обміну
повідомленнями через об'єкти, такі як обмінники (exchanges) та черги
(queues), що дозволяє гнучко керувати обробкою повідомлень.
5. Різні типи повідомлень: AMQP підтримує різні типи повідомлень,
включаючи "direct" (прямий обмін), "fanout" (широкомовний обмін), "topic"
(тематичний обмін) та "headers" (обмін на основі заголовків).
6. Керування підтвердженнями та підтвердженнями доставки: AMQP
має механізми для підтвердження доставки та підтвердження отримання
повідомлень, що робить його надійним у вимогливих до доставки сценаріях.
7. Підтримка розширень: Протокол розроблений з урахуванням
розширення, що дозволяє вдосконалювати його функціональність та
адаптувати до різних вимог.
8. Мовонезалежний: AMQP не залежить від конкретної мови
програмування, що дозволяє використовувати його в різних середовищах.
AMQP знаходить застосування в багатьох галузях, включаючи
фінансові послуги, телекомунікації, медичні системи та, зокрема, в сучасних
розподілених системах, де ефективний обмін повідомленнями є критичним.

Рисунок 5 Структура повідомлень AMQP
37
1.2.5 DDS
DDS, або Data Distribution Service, і AMQP (Advanced Message Queuing
Protocol) є двома різними протоколами для передачі даних в розподілених
системах. Вони мають свої унікальні особливості та застосування, хоча
обидва спрямовані на обмін даними в реальному часі. Ось деякі ключові
аспекти DDS:
1. Real-Time Communication: DDS спроектований для роботи в
реальному часі, забезпечуючи низьку затримку та високу пропускну
спроможність, що робить його ефективним для вимогливих до часу додатків.
2. Publish-Subscribe Model: DDS використовує модель публікації-
підписки, де виробник (публікатор) повідомлень поширює дані, а споживачі
(підписники) отримують лише ті дані, які їх цікавлять.
3. Quality of Service (QoS): DDS дозволяє налаштовувати різні аспекти
якості обслуговування, такі як надійність, затримка, пропускна
спроможність та інші.
4. Data-Centric Middleware: DDS спрямований на обробку даних як
об'єктів, а не просто як повідомлень, що робить його більш підходящим для
додатків, де важливі самі дані.
5. Dynamic Discovery: DDS надає можливість динамічного виявлення
та конфігурації пристроїв у мережі, що полегшує їхню інтеграцію та
управління.
6. Специфікація OMG: DDS визначений і підтримується
специфікацією OMG (Object Management Group), що забезпечує
стандартизацію та переносимість.
38
7. Масштабованість: DDS призначений для використання в
масштабованих системах з великою кількістю пристроїв та великим обсягом
даних.
8. Використання в багатьох галузях: DDS часто використовується в
критичних застосунках, таких як авіація, оборона, телекомунікації та інші,
де важливий надійний обмін даними в реальному часі.
Хоча DDS і AMQP служать для обміну даними, DDS, зокрема,
спеціалізується на вимогливих до часу та масштабованих застосунках, тоді
як AMQP може бути більш універсальним для загального обміну
повідомленнями в розподілених системах. Обираючи між ними, важливо
враховувати конкретні вимоги вашого застосунку.

Рисунок 6 Принцип з’єднання пристроїв за допомогою
протоколу DDS в IoT
39
РОЗДІЛ 2. МЕТОДОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ РОБОТИ
МЕРЕЖІ IOT
2.1 Основні терміни в мережі Інтернету
речей
Мережа наступного покоління (NGN)) – це пакетна комутаційна
мережа, придатна для надання послуг електрозв'язку та використання
декількох широкосмугових технологій транспортування з включеною
функцією якості обслуговування (QoS), де функції, пов'язані з
обслуговуванням, не залежать від конкретних технологій транспортування .
Пристрій – це обладнання, яке має обов'язкові здатності до зв'язку та
додаткові можливості, такі як вимірювання, обробка, а також введення,
зберігання та обробка даних.
Інтернет речей (ІоТ) – це глобальна інфраструктура для
інформаційного суспільства, яка надає можливість надання складніших
послуг шляхом з'єднання між собою (фізичних та віртуальних) об'єктів на
основі наявних функціонально сумісних інформаційно-комунікаційних
технологій.
2.2 Структура Інтернету речей
Архітектура пристроїв Інтернету речей включає чотири рівні: рівень
датчиків, мережевий рівень, рівень обробки даних та прикладний рівень.
Докладний опис кожного рівня наведено нижче.
2.2.1 Рівень датчиків
Основна мета рівня датчиків полягає в ідентифікації різних явищ
навколишнього середовища за допомогою периферійних пристроїв та
40
отримання даних з реального світу . Цей рівень включає різновиди датчиків,
і використання великої кількості датчиків є однією з ключових функцій
пристроїв Інтернету речей (IoT). Датчики в ІоТ пристроях зазвичай
інтегруються через концентратор датчиків, який виступає головною точкою
з’єднання для кількох датчиків. Цей концентратор акумулює та передає дані
з датчиків до блоку обробки даних в пристрої. Концентратор датчиків
використовує різні транспортні механізми, такі як Inter-Integrated Circuit
(I2C) або Serial Peripheral Interface (SPI), для передачі даних між датчиками
та блоком обробки даних. Ці транспортні механізми визначаються
конкретними ІоТ пристроями і створюють канал зв’язку між датчиками та
додатками для збору інформації від датчиків.
Датчики в ІоТ пристроях можуть бути розділені на три широкі
категорії:
Датчики руху, які вимірюють зміни в русі та орієнтації пристроїв.
Існують два типи руху, які можна визначити за допомогою цих датчиків:
лінійний та кутовий рух. Лінійний рух відноситься до прямолінійного
переміщення пристрою ІоТ, тоді як кутовий рух відноситься до
обертального переміщення пристрою. Датчики навколишнього середовища
включають пристрої, такі як датчики світла та тиску, які вбудовані в IoT
пристрої та реагують на зміни параметрів навколишнього середовища через
периферійні пристрої. Основною метою використання цих датчиків в IoT
пристроях є допомога пристроям у прийнятті автономних рішень відповідно
до змін у периферійних параметрах. Наприклад, датчики навколишнього
середовища широко використовуються в різноманітних застосунках, таких
як розумні замки, системи домашньої автоматизації, розумне освітлення
тощо.
41

Рисунок 7 Структура мережі IoT

Датчики місцеперебування взаємодіють з фізичним
місцеперебуванням та розташуванням пристрою IoT. Серед
найпоширеніших датчиків місцеперебування в IoT є магнітні датчики та
датчики глобального позиціонування (GPS). Магнітні датчики служать як
цифрові компаси та допомагають визначити орієнтацію екрану пристрою.
Датчики GPS використовуються для навігаційних цілей в IoT пристроях.
2.2.2 Мережевий рівень
Мережевий рівень використовується як комунікаційний канал для
передачі даних, зібраних на рівні датчиків, до інших підключених пристроїв.
42
У пристроях Інтернету речей (IoT) мережевий рівень реалізований за
допомогою різноманітних комунікаційних технологій, таких як Z-Wave,
LoRa, Wi-Fi, Bluetooth та інші, що дозволяють передавати дані між різними
пристроями всередині мережі.
2.2.3 Рівень обробки даних
Рівень обробки даних складається з головного блоку обробки даних
пристрою IoT. Цей рівень отримує зібрані дані на рівні датчиків та аналізує
їх, приймає рішення на основі результатів аналізу. У деяких пристроях IoT,
таких як смарт-годинники та розумні домашні концентратори, цей рівень
також зберігає результати попередньо оброблених даних для подальшого
використання. Крім того, цей рівень може передавати результати обробки
даних з одного підключеного пристрою на інший через мережевий рівень.
2.2.4 Рівень додатків
Рівень додатків представляє результати роботи рівня обробки даних за
допомогою різноманітних додатків пристроїв IoT. Цей рівень орієнтований
на користувачів і виконує різні завдання для задоволення потреб
користувачів. Існують різноманітні додатки для IoT, такі як розумний
будинок, розумний транспорт і т.д.
2.3 Принцип роботи IoT
Принцип роботи IoT включає чотири різні етапи:
Зчитування інформації за допомогою датчиків:
Спочатку датчики або пристрої збирають дані з оточуючого
середовища. Це може бути як простий процес, наприклад, вимірювання
температури, так і складний, наприклад, запис відео на камеру
43
відеоспостереження. На даному етапі можуть використовуватися не лише
датчики, але й пристрої, оскільки кілька датчиків можуть бути об'єднані
разом, або датчики можуть бути частиною пристрою, який виконує більше,
ніж просто аналіз даних. Наприклад, сучасний телефон є пристроєм з
кількома вбудованими датчиками (камера, акселерометр, GPS і інші),
використовується для збору різноманітної інформації.

Рисунок 8 Принцип роботи IoT

2.3.1 Передача даних від датчиків до хмарних
сховищ
Зібрані дані передаються до хмарних сховищ, де вони можуть бути
збережені, оброблені та використані для подальших аналітичних операцій.
Хмарні сховища забезпечують централізовану точку доступу до даних, що
полегшує їх обробку та управління.
44
2.3.2 Обробка даних, отриманих за допомогою
датчиків:
На цьому етапі зібрані дані обробляються для отримання корисної
інформації. Аналізується та інтерпретується отримана інформація, і
приймаються рішення на основі результатів аналізу. У деяких випадках
обробка даних може відбуватися безпосередньо на пристрої, а в інших - у
хмарному середовищі.
2.3.3 Передача інформації на інтерфейс
користувача:
Результати обробки даних передаються на інтерфейс користувача для
відображення та сприйняття інформації. Цей етап забезпечує взаємодію
користувача з системою IoT, дозволяючи відстежувати стан і отримувати
повідомлення або рекомендації на основі аналізу зібраних даних.
2.3.4 Передача даних від датчиків до хмарних
сховищ
Датчики можуть бути підключені до хмарового середовища за
допомогою різних методів, включаючи стільникову мережу, супутникову
мережу, Wi-Fi, Bluetooth, малопотужні широкосмугові мережі (LPWAN) або
з’єднатися безпосередньо до Інтернету через Ethernet технологію. Кожен
вибір має свої компроміси між споживанням енергії, діапазоном та
пропускною здатністю. Вибір конкретного методу підключення залежить
від області застосування Інтернету речей, проте всі вони служать одній меті
- передачі даних до хмарового середовища.
45
2.3.5 Обробка даних, отриманих за допомогою
датчиків
Після того, як дані потрапляють до хмарового середовища, програмне
забезпечення виконує обробку цих даних. Цей процес може включати в себе,
наприклад, перевірку того, що зчитувана температура знаходиться в межах
допустимого діапазону. Це також може включати процес обробки
інформації, такий як використання програмного забезпечення для
ідентифікації об'єктів на відеозаписі, наприклад, виявлення зловмисників у
вашому домі. Обробка даних в хмаровому середовищі дозволяє
використовувати потужність хмарних ресурсів для високоефективного
аналізу та інтерпретації інформації, зібраної з датчиків.
2.3.6 Передача інформації на інтерфейс
користувача
На даному етапі відбувається передача корисної інформації кінцевому
користувачу. Це може бути здійснено через сповіщення користувача, такі як
електронна пошта, текстові повідомлення або інші форми сповіщень.
Наприклад, користувач може отримати текстове повідомлення, що
температура в холодильнику компанії занадто висока.
Крім того, користувач може мати інтерфейс, який дозволяє йому
активно контролювати систему. Наприклад, користувач може перевірити
відеозаписи камер відеоспостереження в своєму будинку через телефонну
програму або веб-сторінку.
Однак інтерфейс користувача не обмежується лише отриманням
інформації. Залежно від програми IoT, користувач може виконувати дії на
відстані та взаємодіяти з системою. Наприклад, користувач може
46
дистанційно регулювати температуру в приміщенні за допомогою програми
на своєму телефоні.
Деякі дії можуть бути автоматизованими, призначеними для
виконання без втручання користувача. Замість очікування, щоб користувач
встановив температуру, система може автоматично регулювати її за
заданими правилами. Також, замість простого повідомлення користувача
про зловмисника, система IoT може автоматично повідомляти відповідні
органи без додаткових дій користувача.
Система IoT включає датчики, які взаємодіють з хмаровим
середовищем через певний тип зв'язку. Після того, як дані потрапляють у
хмару, програмне забезпечення обробляє їх, і може прийняти рішення
виконати певну дію, таку як надіслання попередження або автоматичне
регулювання роботи датчика без втручання користувача.
2.4 Еталонна модель IoT
Типова модель Інтернету речей (IoT), викладена в рекомендації
Y.2060, охоплює чотири основних рівні та додаткові два рівні для
управління та забезпечення безпеки. Основні рівні цієї моделі включають:
- прикладний рівень;
- рівень підтримки послуг та додатків;
- мережевий рівень;
- рівень пристроїв.
2.4.1 Прикладний рівень
У Рекомендації Y.2060 не враховується прикладний рівень.
47
2.4.2 Рівень підтримки послуг та додатків
Рівень підтримки послуг та додатків включає дві основні групи
можливостей: загальні можливості підтримки та спеціалізовані можливості
підтримки.

Рисунок 9 Еталонна модель IoT

Загальні можливості підтримки:
Ці можливості призначені для використання різними додатками,
включаючи обробку та зберігання даних. Їх можна активувати за допомогою
спеціалізованих можливостей підтримки, щоб створювати інші
спеціалізовані можливості підтримки.
Спеціалізовані можливості підтримки:
Це конкретні можливості, спрямовані на задоволення потреб
різноманітних додатків. Вони можуть включати різні групи чітко
48
визначених можливостей для надання різноманітних функцій підтримки
різних програм IoT.
2.4.3 Мережевий рівень
Можливості організації мереж надають відповідні функції управління
мережевим з'єднанням, такі як функції управління доступом та ресурсами
транспортування, управління мобільністю або автентифікація, авторизація
та облік (AAA).
Можливості транспортування призначені для надання з'єднання для
транспортування інформації, що відноситься до послуг і додатків IoT, а
також транспортування інформації контролю та управління, що відносяться
до IoT.
Необхідність, коли для зв'язку потрібні і рівень пристроїв, і мережевий
рівень, і використовуються різні технології, наприклад, протокол технології
Z-Wave на рівні пристроїв і протокол технології 3G на мережевому рівні.
Можливості шлюзу забезпечують перетворення протоколів для
забезпечення ефективного зв'язку між різними рівнями та пристроями з
використанням різних технологій.
2.4.4 Рівень пристроїв
Можливості рівня пристроїв в мережах Інтернет речей (IoT)
визначаються різноманітними функціями та характеристиками. Ці
можливості можна розділити на два основних види: Можливості пристрою
та Можливості шлюзу.
Можливості пристрою:
Пряма взаємодія з мережею зв'язку:
49
Пряме збирання та передача інформації в мережі зв'язку без
використання можливостей шлюзу.
Непряма взаємодія з мережею зв'язку:
Отримання та передача інформації в мережі зв'язку через можливості
шлюзу.
Сплячий режим та пробудження:
Підтримка режимів ''сну'' і ''пробудження'' для зекономлення енергії.
Можливості шлюзу:
Підтримка декількох інтерфейсів:
Підтримка пристроїв, що працюють через різні дротові та бездротові
технології, такі як CAN, Bluetooth, Wi-Fi тощо.
Перетворення протоколу:
Забезпечення можливостей для перетворення протоколів. Наприклад,
коли пристрої використовують різні протоколи рівня пристроїв або різні
технології на рівні пристроїв та мережевому рівні.
Ці можливості грають ключову роль у розвитку та функціонуванні
IoT-систем. Пряма та непряма взаємодія, сплячий режим та пробудження
дозволяють оптимізувати споживання енергії, а підтримка різних
інтерфейсів та перетворення протоколів роблять можливим з'єднання
пристроїв різних типів та виробників в єдину мережу.
2.4.5 Можливості управління
За аналогією з традиційними засобами зв'язку, можливості управління
IoT охоплюють традиційні класи несправності, конфігурації обліку,
показників роботи та безпеки (FCAPS), тобто управління несправностями,
50
управління конфігурацією, управління обліком, управління показниками
роботи та управління безпекою.
Можливості управління IoT можуть бути поділені на категорії
загальних можливостей управління і спеціалізованих можливостей
управління.
Найважливіші загальні можливості управління в IoT включають:
Управління пристроями: Дистанційне ввімкнення або вимкнення
пристроїв, діагностика, оновлення прошивки та/або програмного
забезпечення, управління робочим станом пристроїв.
Управління топологією локальної мережі: Керування структурою та
конфігурацією мережі.
Управління трафіком і перевантаженнями: Виявлення умов
перевантаження мережі та резервування ресурсів для термінових та/або
життєво важливих потоків трафіку.
2.4.6 Можливості забезпечення безпеки
Існує два види можливостей забезпечення безпеки: загальні
можливості забезпечення безпеки та спеціалізовані можливості
забезпечення безпеки.
Загальні можливості забезпечення безпеки, які не залежать від
додатків, включають:
а) На прикладному рівні: Авторизація, автентифікація, захист
конфіденційності та цілісності даних додатків, захист недоторканності
приватного життя, аудит безпеки та антивірусні заходи.
51
б) На мережевому рівні: Авторизація, автентифікація,
конфіденційність даних про використання та даних сигналізації, а також
захист цілісності даних сигналізації.
в) На рівні пристроїв: Автентифікація, авторизація, перевірка
цілісності пристрою, управління доступом, захист конфіденційності і
цілісності даних.
Спеціалізовані можливості забезпечення безпеки тісно пов'язані з
вимогами додатків, наприклад, вимогами безпеки мобільних платежів.
2.5 Переваги IoT
До переваг Internet of Things (IoT) відносять:
Взаємозв'язок між приладами (M2M): IoT сприяє зв'язку між різними
фізичними пристроями, також відомим як зв'язок між машинами (M2M). Це
сприяє залишанню пристроїв на зв'язку, що призводить до загальної
прозорості з більшою якістю.
Автоматизація та управління:
Цифрове управління та автоматизація фізичних об'єктів, які
підключені до мережі IoT, дозволяють централізоване керування та
контроль. Це призводить до швидшого та ефективного обміну інформацією
без прямого втручання людини.
Інформація:
Збільшений обсяг інформації дозволяє приймати кращі рішення. Від
знань про продукти в магазині до управління запасами в компанії, доступ до
більшеї кількості інформації дозволяє зробити більш обдумані рішення.
Моніторинг:
IoT дозволяє ефективно моніторити різні параметри, такі як запаси,
якість повітря, стан обладнання тощо. Це надає додаткову інформацію, яку
52
раніше було важко отримати. Наприклад, моніторинг кількості молока або
рівня чорнила у принтері може оптимізувати покупки та вибухати до
виникнення проблем.
Ефективність та енергозбереження:
Інтеграція IoT дозволяє оптимізувати процеси та забезпечує
ефективне використання ресурсів, що призводить до енергозбереження та
зменшення витрат.
Ці переваги вказують на важливість та широкий спектр застосувань
Internet of Things в різних галузях.
Економія часу:
IoT дозволяє автоматизувати багато процесів, що призводить до
значної економії часу. Наприклад, смарт-прилади вдома можуть
автоматично виконувати рутинні завдання, такі як управління освітленням,
температурою або безпекою, звільняючи час для інших справ.
Економія грошей:
Використання IoT може призвести до оптимального використання
енергії та ресурсів, а також забезпечити моніторинг систем та устаткування.
Шляхом передбачення можливих проблем та реагування на них заздалегідь,
можна уникнути дорогих поломок і зберегти кошти на ремонті та
обслуговуванні.
Економія коштів:
Найбільш важливою перевагою IoT є економія коштів. Якщо вартість
обладнання для підключення та моніторингу менша, ніж економія, отримана
за допомогою цієї технології, то IoT стає вигідним рішенням. Це особливо
актуально для побутових систем та бізнесових пристроїв, які можуть
53
ефективно обмінюватися даними, підвищуючи ефективність та зменшуючи
витрати.
IoT інтегрується в повсякденне життя, роблячи комунікацію між
пристроями більш ефективною, забезпечуючи зручність та раціональне
використання ресурсів.
Автоматизація:
IoT дозволяє автоматизувати рутинні завдання та управляти
процесами без необхідності активного втручання людини. Системи зв'язку
машина-машина допомагають зберігати прозорість та рівномірно
розподіляти завдання. Це може також підтримувати якість обслуговування
та реагування на надзвичайні ситуації.
Ефективність роботи:
Взаємодія між машинами сприяє підвищенню ефективності, що
дозволяє отримувати точні результати швидше. Це звільняє людей від
повторюваних завдань та дозволяє їм зосередитися на творчій роботі та
прийнятті стратегічних рішень.
Краща якість життя: Застосування IoT призводить до підвищення
комфорту та зручності в повсякденному житті. Управління різними
аспектами, такими як освітлення, температура та безпека, дозволяє
покращити якість життя, забезпечуючи більше зручності та безпеки.
2.6 Недоліки IoT
Сумісність пристроїв:
Проблеми сумісності виникають через різноманітність виробників та
різні стандарти, які вони використовують. Навіть при спробах впровадження
загальних стандартів можуть залишатися технічні проблеми, що обмежують
ефективність і взаємодію між пристроями.
54
Складність мережі:
IoT включає різноманітні пристрої, що може призвести до складнощів
у керуванні та підтримці мережі. Помилки в програмному чи апаратному
забезпеченні, а також відмова живлення можуть мати серйозні наслідки,
оскільки вони можуть впливати на велику кількість пристроїв, пов'язаних в
мережі. Такі проблеми можуть стати значними викликами для забезпечення
стабільності та безпеки IoT мереж.
Ці недоліки потребують уважного управління та подальшого розвитку
технології, щоб забезпечити ефективне та безпечне впровадження Internet of
Things.
Надмірне витрачання ресурсів:
У випадку автоматичного замовлення товарів може виникнути
ситуація, коли люди непроцільно витрачають гроші через невірне або
непередбачене автоматичне замовлення. Це може призвести до непотрібного
витрати ресурсів і зростання витрат для користувачів.
Менша зайнятість людського персоналу: Інтеграція IoT може вести до
автоматизації і, як наслідок, до меншої залежності від людської робочої
сили. Це може призвести до безробіття для некваліфікованих працівників та
помічників, що може створити соціальні проблеми та потребу у
перепідготовці робітників.
Контроль над життям:
Розширення використання технологій IoT може привести до
збільшення контролю над повсякденними аспектами життя людей.
Залежність від технології може підняти питання щодо приватності,
важливості збереження особистих даних та можливості небажаних втручань
в особисте життя.
55
Хоча IoT вносить численні переваги, важливо ураховувати ці можливі
недоліки та розробляти стратегії для їх вирішення та мінімізації впливу на
суспільство.
Конфіденційність:
З інтенсивним збільшенням обсягу передачі даних в IoT з'являється
загроза втрати конфіденційності. Якщо система IoT вразлива до атак або
виникає збій, може статися непередбачувана витік конфіденційної
інформації. Наприклад, якщо пристрій вимикається та втрачає з'єднання,
дані можуть опинитися на відкритому доступі.
Безпека:
З підключеними до мережі пристроями збільшується потенційна
точка входу для хакерів та кібератак. Якщо пристрої не мають належних
заходів безпеки, це може призвести до несанкціонованого доступу, втрати
даних або навіть віддаленого керування ними. Забезпечення адекватної
захисту великої кількості підключених пристроїв може бути викликом.
Для успішного впровадження IoT важливо розробляти та
вдосконалювати системи безпеки та конфіденційності для захисту
інформації та пристроїв від можливих загроз.
Висновки до розділу 2 вказують на те, що IoT є перспективною
технологією, але вона супроводжується важливими викликами, зокрема у
сферах безпеки та конфіденційності. Хоча переваги IoT, такі як
автоматизація, ефективність роботи, економія часу і грошей, взаємозв'язок
між пристроями та покращення якості життя, є значущими, важливо
враховувати ризики.
Автор роботи визначає проблему безпеки та конфіденційності як
основний фактор, який гальмує повноцінне впровадження IoT. Це розумна
56
позиція, оскільки забезпечення захищеності основних інфраструктур і
захист конфіденційності даних є вирішальними завданнями для
забезпечення успішного розвитку та використання Інтернету речей.
57
РОЗДІЛ 3 СУЧАСНИЙ СТАН ТА ПЕРСПЕКТИВИ
РОЗВИТКУ ТЕХНОЛОГІЙ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ IOT В
УКРАЇНІ
3.1 Сучасний стан технологій передачі
даних в Україні
Найбільші телекомунікаційні компанії України вже впроваджують
технології передачі даних в Інтернеті речей (IoT). На даний момент існують
дві основні технології для передачі даних на великі відстані, які є
актуальними на території України: LoRaWAN та NB-IoT.
Головною відмінністю між цими технологіями є те, що LoRaWAN
працює в неліцензованій частині спектру, тоді як мережа NB-IoT
використовує ліцензійну частину спектру на тих самих частотах, що й
мережі 4G. Для операторів зв'язку перевагою є можливість використовувати
вже наявну архітектуру мережі при виборі NB-IoT.
У свою чергу, компанія Lifecell вирішила вибрати більш прогресивний
шлях, обираючи технологію LoRaWAN для розвитку мережі IoT. Причиною
цього вибору було те, що протокол LoRa, який використовує технологія
LoRaWAN, працює на нижчих частотах і забезпечує покриття більших
територій, ніж NB-IoT, який працює на частотах 1800 МГц. Компанія
вирішила використовувати частоту 868 МГц, щоб забезпечити зв'язок між
пристроями на відстані до 15 км при мінімальному використанні енергії.
Наразі Lifecell, спільно з IoT Ukraine, вже встановила понад 80 базових
станцій. Три обласні центри України - Київ, Львів та Кропивницький - вже
мають доступ до Інтернету речей. Цих базових станцій вистачає для
58
покриття 90% територій цих міст, і вже проведено підключення перших
клієнтів.
Під час впровадження даного проекту були тестовані онлайн-рішення
для "розумного" міста, моніторингу навколишнього середовища,
логістичних сервісів, "розумного" будинку та інших. Найбільший попит
серед компаній викликали такі послуги, як облік витрат на водопостачання,
газ та електроенергію, системи "розумного" освітлення, відеостеження,
моніторинг відкриття дверей, а також контроль вологості та температури в
приміщеннях. На сьогодні більше 10 бізнес-компаній різних сфер
використовують послуги технологій Інтернету речей.
В лютому 2019 року Vodafone Україна оголосила про завершення
тестування технології NB-IoT в найбільших містах України. Пристрої NB-
IoT можуть обмінюватися даними на частоті 1800 МГц, що дозволяє
стабільний доступ до мережі навіть у важкодоступних місцях, таких як
шахти ліфту та підвали.
Оскільки впровадження технології NB-IoT базується на мережі LTE,
користувачі та партнери мають високий рівень безпеки, забезпечений
шифруванням та автентифікацією на основі SIM-карти, що недоступно для
інших технологій, наприклад, LoRa. Також технологія NB-IoT сприяє
оптимізації енергозбереження, підвищуючи термін служби батарей
пристроїв до 10 років, і має значно вищу ємність мережі порівняно з
голосовою мережею, з можливістю легкого масштабування за необхідності.
59
3.2 Перспективи розвитку технологій
передачі даних в Україні
У наш час найбільш очікуваною та перспективною технологією, яка
внесе значний внесок у розвиток Інтернету речей в Україні та світі, є
технологія 5G. Експерти прогнозують, що повноцінне впровадження мережі
5G у всьому світі відбудеться лише наприкінці 2020 року, а масштабне
розгортання планується до 2025 року. З урахуванням того, що в Україні
тільки минулого року стартувало впровадження мережі 4G, очікувати
наявність мережі 5G в найближчі роки може бути нерозумним.
Основною перевагою технології 5G є підтримка широкого діапазону
частот, що призводить до значного збільшення швидкості передачі даних.
5G опережає 4G вдесятеро за швидкістю передачі даних. На сьогоднішній
день максимальна швидкість передачі даних у мережі 4G становить 100
Мб/с, тоді як у 5G ця швидкість сягає 10 Гбіт/с. Ще однією особливістю 5G
є нульова затримка та неперервність. Затримка зменшилася вдесятеро; якщо
в 4G вона становила 10 мілісекунд, то в 5G цей показник скоротився до 1
мілісекунди. Це дозволяє передавати дані майже в реальному часі.
Стандарт 5G розрахований на забезпечення таких характеристик:
• Пікова швидкість завантаження даних на одну базову станцію до 20
Гб/с.
• Швидкість завантаження даних до 100 Мб/с і вивантаження до 50 Мб/с
для одного абонента.
• Можливість абонентського пристрою рухатися зі швидкістю до 500
км/г між базовими станціями.
• Здатність пристроїв переходити між режимом заощадження енергії і
повністю робочим за 10 мс.
60
• Затримки до 4 мс при сприятливих умовах і до 1 мс для
спеціалізованих з'єднань.
• Поліпшена ефективність використання радіочастотного спектру.
• Передача даних зі швидкістю 1 Гб/с для багатьох користувачів на
одному поверсі будівлі.
• Можливість підключення до 1 млн пристроїв на 1 км.

Рисунок 10 Розвиток мереж стільникового зв’язку

Розвиток технології 5G відкриє шлях до впровадження нових та
вдосконалення старих технологій у різних сферах нашого життя. Зокрема, ці
сфери включають медицину, технології, розумний будинок, розумне місто
та розваги. Далі розглянемо ці сфери більш детально.
3.2.1 Сектор медицини
Впровадження технології 5G відкриє нові можливості для проведення
операцій на великій відстані від фактичного місцезнаходження пацієнта. У
61
майбутньому хірург, завдяки 5G, матиме можливість відчувати все, що
відбувається в операційні, включаючи тактильні відчуття. Це може відкрити
нові горизонти для телемедицини та забезпечити можливість здійснення
хірургічних втручань без присутності лікаря фізично на місці операції.
Такі технологічні рішення можуть бути особливо корисними у
випадках екстрених ситуацій, коли велика відстань або обмежений доступ
можуть ускладнити доставку медичної допомоги. Використання технології
5G може покращити точність та ефективність виконання операцій та
забезпечити вчасну медичну допомогу в умовах, коли кожна секунда має
значення.

Рисунок 11 Лікар віддалено управляє апаратом УЗД

Це дійсно захоплюючі перспективи в медицині, які може відкрити
технологія 5G. Можливість віддаленого управління необхідними
інструментами під час операцій та онлайн-присутність лікаря в операційній
за допомогою спеціального обладнання може допомогти поліпшити медичні
62
втручання та надати допомогу в екстрених ситуаціях, коли кожна секунда
має вагу золота.
Крім того, використання 5G разом із спеціальними датчиками або
смарт-годинниками може дозволити оперативно реагувати на зміни у стані
здоров'я хворих. Передача даних в реальному часі, включаючи інформацію
від датчиків, може допомогти лікарям оперативно втручатися та надавати
необхідну допомогу.
Щодо швидкої розшифровки ДНК, використання 5G дійсно може
сприяти збільшенню ефективності цього процесу. Отримання і передача
великих обсягів геномної інформації в реальному часі може бути корисним
для діагностики та прийняття рішень у найшвидший спосіб у випадках
надзвичайних ситуацій.
Ці нові можливості демонструють потенціал 5G для революції у сфері
медицини та надання швидкої та ефективної медичної допомоги.
3.2.2 Безпілотні авто та квадрокоптери
Впровадження технології 5G має потенціал змінити автомобільну
індустрію та рух на дорогах. Однією з головних переваг є можливість
зниження ймовірності дорожньо-транспортних пригод (ДТП) та просування
безпілотних автомобілів.
Безпілотні автомобілі, які взаємодіють з мережею 5G, матимуть
можливість отримувати миттєву інформацію про стан доріг, розташування і
рух інших транспортних засобів, а також зміни в дорожній ситуації. Це
дозволить машинам швидше та ефективніше реагувати на ризиковані
ситуації та уникати ДТП.
Безпілотні авто будуть взаємодіяти з інфраструктурою міста, такою як
камери, світлофори та шлагбауми, через 5G. Це забезпечить їм доступ до
63
актуальної інформації про стан доріг, а також дозволить ефективно
співпрацювати з іншими транспортними системами.
Усе це може призвести до покращення безпеки на дорогах, зменшення
кількості ДТП і оптимізації руху транспорту, знижуючи кількість заторів.
Таким чином, технологія 5G має потенціал перетворити та вдосконалити
транспортну систему майбутнього.

Рисунок 12 Принцип роботи безпілотних транспортних засобів

Впровадження технології 5G обіцяє значні покращення в галузі
безпілотних літальних апаратів (дронів). Однією з ключових переваг буде
збільшення максимальної дальності польоту квадрокоптерів. На відміну від
традиційних засобів зв'язку, технологія 5G забезпечить більш швидке та
стабільне з'єднання, що дозволить дронам працювати на більш великих
відстанях від оператора.
Також, завдяки 5G, буде можливе віддалене управління дронами в
режимі реального часу. Висока швидкість передачі даних та малі затримки
дозволять операторам безпілотників здійснювати точне та миттєве
64
керування апаратами, що особливо важливо в сферах як дослідження,
рятувальні операції, аерофотозйомка та інші.
Здатність дронів обмінюватися інформацією один з одним через
мережу 5G відкриває можливості для автономного взаємодії та координації
між апаратами. Це може викликати розвиток масового використання дронів
у різних сферах безпеки, транспорту, агрокультури та багатьох інших
галузях, що може бути реалізовано без прямого втручання людини.

Рисунок 13 Квадракоптери в розумних містах

Так, використання квадрокоптерів у рятувальних операціях може
стати дуже ефективним завдяки технології 5G. Особливо важливою може
бути їхність в пошуку та допомозі людям, що заблукали в важкодоступних
місцях. Дрони, обладнані камерами та іншими сенсорами, можуть
65
забезпечити високоякісну зйомку з повітря та пересилати цю інформацію в
режимі реального часу за допомогою 5G.
Оператори можуть використовувати цю інформацію для швидкого
визначення місцезнаходження людей, надання координат рятувальникам та
навіть оперативної доставки необхідних медикаментів чи речей, доки
рятувальники не досягнуть місця події. Це може допомогти зекономити час
у наданні допомоги та покращити шанси на успішну рятувальну операцію,
особливо в ситуаціях, коли швидкість та точність грають критичну роль.
3.2.3 Розумні будинки
Ви абсолютно праві. Розгортання технології 5G дійсно відкриє нові
можливості для розумних побутових систем і підвищить рівень
автоматизації та зручності для користувачів. Однією з ключових переваг є
здатність забезпечити доступ до мобільного інтернету для набагато більшої
кількості пристроїв одночасно порівняно з попередніми поколіннями
зв'язку.
Завдяки 5G, всі пристрої в вашому будинку можуть бути підключені
до одного великого "Інтернету речей" (IoT) мережі. Це означає, що ви
зможете віддалено керувати та моніторити роботу всіх підключених
пристроїв, таких як мультиварки, кондиціонери, освітлення, системи
безпеки тощо.
Більше того, вбудовані чіпи в пристроях можуть не лише виконувати
команди користувачів, але й надсилати дані про свій технічний стан, що
дозволяє проводити дистанційний моніторинг та попереджати про можливі
поломки. Це сприяє підвищенню ефективності, енергоефективності та
тривалості служби розумних пристроїв.
У третьому розділі було розглянуто та вирішено ряд ключових питань:
66
• Досліджено стан технологій передачі даних на довгі відстані в IoT
мережі: У цьому розділі було проведено аналіз технологій передачі
даних на великі відстані в контексті IoT мережі. Зокрема,
розглядалися технології, такі як LoRaWAN та NB-IoT,
використовуючи дані від відомих українських операторів зв'язку.
• Проаналізовано перспективи розвитку IoT на основі технології
передачі даних 5G: В розділі проведено аналіз перспектив розвитку
Інтернету речей (IoT) на основі передової технології передачі даних
5G. Розглянуті можливості та переваги використання 5G у різних
сферах, таких як медицина, безпілотні автомобілі та розумні будинки.
• Загальною метою було детально вивчити та розібрати технологічні
аспекти та перспективи використання різних технологій передачі
даних в контексті IoT, зокрема зосереджуючись на перспективах
розвитку технології 5G в майбутньому.
67
ВИСНОВКИ
У кваліфікаційній роботі магістра вирішені наступні задачі:
• Розглянуті аспекти безпеки, включаючи оцінку рівня захисту та
вразливостей різних мережевих протоколів. Додатково розроблялися
рекомендації для забезпечення високого ступеня безпеки в мережах IoT,
шляхом аналізу документації кожного протоколу для визначення
вбудованих механізмів безпеки та ретельного аналізу історії
вразливостей та інших джерел для ідентифікації потенційних ризиків.
• Визначено сумісність та інтероперабельність, проведено аналіз взаємодії
різних протоколів у різних конфігураціях мереж для визначення
оптимальних умов їх використання. Це включало вибір різних
конфігурацій мереж, які репрезентували різні сценарії використання IoT,
а також розгляд різних типів пристроїв, їх функціональності та взаємодії,
що дозволило виявити можливі конфлікти між протоколами в різних
сценаріях.
• Проведено дослідження впливу різних протоколів на масштабованість
мереж IoT, і визначено оптимальні стратегії для розширення мережі.
Шляхом створення стратегій масштабування для кожного протоколу
робилося акцент на ефективному розвитку системи.
• Проведено аналіз перспектив розвитку протоколів дозволив визначити
тенденції у розвитку мережевих технологій для IoT та їх вплив на
майбутні можливості в області забезпечення зв'язку та обміну даними.
Це дає можливість спрогнозувати майбутні можливості та визначити
ключові напрямки розвитку мережевих протоколів для IoT.
Узагальнення цих перспектив сприятиме ефективному вирішенню
68
викликів, пов'язаних з масштабованістю та забезпеченням зв'язку в
мережах IoT.
• Проведено порівняння технічних характеристик різних мережевих
протоколів, включаючи дослідження пропускної спроможності,
надійності, енергоефективності та інших параметрів.
69
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Buyya, Rajkumar, and Amir Vahid Dastjerdi. Internet of Things: Principles and
Paradigms. Morgan Kaufmann Publisher, 2016.
2. Kranz, Maciej. Building the Internet of Things: Implement New Business
Models, Disrupt Competitors, Transform Your Industry. Wiley, 2017.
3. Rowland, Claire. Designing Connected Products: UX for the Consumer
Internet of Things. O’Reilly, 2015.
4. Klein, Scott. IOT Solutions in Microsoft’s Azure IOT Suite: Data Acquisition
and Analysis in the Real World. Apress, 2017.
5. John R. Talburt. IoT Analytics: A Guide for Business Analysts, Data Scientists,
and IT Professionals, 2018.
6. Vasseur, Jean-Philippe, and Adam Dunkels. Interconnecting Smart Objects
with IP: The next Internet. Morgan Kaufmann Publishers/Elsevier, 2012.
7. Hanes, David. IOT Fundamentals: Networking Technologies, Protocols, and
Use Cases for the Internet of Things. Cisco Press, 2017.
8. Kizza, Joseph Migga. Guide to Computer Network Security. Springer, 2017.
9. Robichon, Gilles, and Robert J. Heerekop. Mastering the Internet of Things.
IOTC360 VOF, 2016.
10. Yang, Shuang-Hua. Wireless Sensor Networks: Principles, Design and
Applications. Springer, 2016.
11. Abomhara, Mohamed, and Geir M. Koien. “Security and Privacy in the Internet
of Things: Current Status and Open Issues.” 2014 International Conference on
Privacy and Security in Mobile Systems (PRISMS), 2014,
doi:10.1109/prisms.2014.6970594.
70
12. Chettri, Lalit, and Rabindranath Bera. “A Comprehensive Survey on Internet
of Things (IOT) toward 5G Wireless Systems.” IEEE Internet of Things
Journal, vol. 7, no. 1, 2020, pp. 16–32, doi:10.1109/jiot.2019.2948888.
13. Di Martino, B., et al. “Internet of Things Reference Architectures, Security and
Interoperability: A Survey.” Internet of Things, vol. 1–2, 2018, pp. 99–112,
doi:10.1016/j.iot.2018.08.008.
14. Edoh, Thierry. “Internet of Things in Emergency Medical Care and Services.”
Medical Internet of Things (m-IoT) - Enabling Technologies and Emerging
Applications, 2019, doi:10.5772/intechopen.76974.
15. Gubbi, Jayavardhana, et al. “Internet of Things (IOT): A Vision, Architectural
Elements, and Future Directions.” Future Generation Computer Systems, vol.
29, no. 7, 2013, pp. 1645–1660, doi:10.1016/j.future.2013.01.010.
16. Internet of Things (IOT). Underwater Communication Technologies for IOT,
doi:10.3403/30423759.
17. Mishra, Eesha, and Santosh Kumar. “A Real-Time Performance Monitoring
Model for Processing of IOT and Big Data Using Machine Learning.” Artificial
Intelligence and Machine Learning for EDGE Computing, 2022, pp. 305–314,
doi:10.1016/b978-0-12-824054-0.00023-x.
18. Mouradian, Carla, et al. “A Comprehensive Survey on Fog Computing: State-
of-the-Art and Research Challenges.” IEEE Communications Surveys &amp;
Tutorials, vol. 20, no. 1, 2018, pp. 416–464, doi:10.1109/comst.2017.2771153.
19. Neware, Rahul. Fog Computing Architecture, Applications and Security
Issues: A Survey, 2019, doi:10.20944/preprints201903.0145.v1.
20. Ray, P.P. “A Survey on Internet of Things Architectures.” EAI Endorsed
Transactions on Internet of Things, vol. 2, no. 5, 2016, p. 151714,
doi:10.4108/eai.1-12-2016.151714.
71
21. Shafi, Mansoor, et al. “5G: A Tutorial Overview of Standards, Trials,
Challenges, Deployment, and Practice.” IEEE Journal on Selected Areas in
Communications, vol. 35, no. 6, 2017, pp. 1201–1221,
doi:10.1109/jsac.2017.2692307.
22. Yang, Yuchen, et al. “A Survey on Security and Privacy Issues in Internet-of-
Things.” IEEE Internet of Things Journal, vol. 4, no. 5, 2017, pp. 1250–1258,
doi:10.1109/jiot.2017.2694844.
23. M. Anusha, E. Suresh Babu, L. Sai Mahesh Reddy, A. Vamsi Krishnam, and
B. Bhagyasree, “Performance analysis of data protocols of internet of things:
a qualitative review,” Int. J. Pure Appl. Math., vol. 115, no. 6, pp. 37–47, 2017.
24. S. P. Jaikar and K. R. Iyer, “A Survey of Messaging Protocols for IoT
Systems,” Int. J. Adv. Manag. Technol. Eng. Sci., vol. 8, no. II, pp. 510–514,
2018.
25. N. Naik, “Choice of effective messaging protocols for IoT systems: MQTT,
CoAP, AMQP and HTTPNaik, N. (2017). Choice of effective messaging
protocols for IoT systems: MQTT, CoAP, AMQP and HTTP. In 2017 IEEE
International Symposium on Systems Engineering, ISSE 2017 -,” 2017 IEEE
Int. Symp. Syst. Eng. ISSE 2017 - Proc., pp. 1–7, 2017.DOI:
10.1109/SysEng.2017.8088251.
26. R. Cohn, “A Comparison of AMQP and MQTT,” 02-2012, no. 4q, p. 6, 2012.
DOI:10.1109/NICS48868.2019.9023812.
27. S. Bandyopadhyay, “Lightweight Internet Protocols for Web Enablement
of Sensors using Constrained Gateway Devices,” pp. 334–340,
2013.DOI:10.1109/ICCNC.2013.6504105.
72
28. B. H. Çorak, F. Y. Okay, M. Güzel, Ş. Murt, and S. Ozdemir, “Comparative
Analysis of IoT Communication Protocols,” 2018 Int. Symp. Networks,
Comput. Commun. ISNCC 2018, 2018. DOI: 10.1109/ISNCC.2018.8530963.
29. A. (PrismTech) Foster, “Messaging Technologies for the Industrial Internet
and the Internet of Things Whitepaper,” Prismtech, no. March, pp. 1–22,
2014.
30. J. Dizdarevic, F. Carpio, A. Jukan, and X. Masip-Bruin, “Survey of
Communication Protocols for Internet-of-Things and Related Challenges of
Fog and Cloud Computing Integration,” vol. 1, no. 1, pp. 1–30, 2018.DOI:
10.1145/3292674.
31. J. Cynthia, H. P. Sultana, M. N. Saroja, and J. Senthil, Security Protocols for
IoT, vol. 47, no. January. Springer International Publishing,
2019.DOI:10.1007/978-3-030-01566-4_1
32. T. Yokotani and Y. Sasaki, “Comparison with HTTP and MQTT on required
network resources for IoT,” ICCEREC 2016 - Int. Conf. Control. Electron.
Renew. Energy, Commun. 2016, Conf. Proc., pp. 1–6, 2017. DOI:
10.1109/ICCEREC.2016.7814989
33. P. Thota, “Implementation and Analysis of Communication Protocols in
Internet of Things,” no. May, 2017
34. Y. Chen and T. Kunz, “Performance evaluation of IoT protocols under a
constrained wireless access network,” 2016 Int. Conf. Sel. Top. Mob.
Wirel. Networking, MoWNeT 2016, 2016. DOI:
10.1109/MoWNet.2016.7496622
35. M. I. Al Khalil, “Selecting the appropriate project delivery method using
AHP,” Int. J. Proj. Manag., vol. 20, no. 6, p. 464, 2002. DOI: 10.1016/S0263-
7863(01)00032-1
73
36. I. Hedi, I. Špeh, and A. Šarabok, “IoT network protocols comparison for the
purpose of IoT constrained networks,” 2017 40th Int. Conv. Inf. Commun.
Technol. Electron. Microelectron. MIPRO 2017 - Proc., pp. 501–505,
2017.DOI : 10.23919/MIPRO.2017.7973477
37. B. Almadani, M. N. Bajwa, S. H. Yang, and A. W. A. Saif, “Performance
evaluation of DDS-based middleware over wireless channel for
reconfigurable manufacturing systems,” Int. J. Distrib. Sens. Networks, vol.
2015, 2015. DOI:10.1155/2015/863123
38. B. Al-Madani and H. Ali, “Data Distribution Service (DDS) based
implementation of Smart grid devices using ANSI C12.19 standard,” Procedia
Comput. Sci., vol. 110, pp. 394–401, 2017. DOI :10.1016/j.procs.2017.06.082
39. J. Kaur and K. Kaur, “Internet of Things: A Review on Technologies,
Architecture, Challenges, Applications, Future Trends,” Int. J. Comput. Netw.
Inf. Secur., vol. 9, no. 4, pp. 57–70, 2017. DOI: 10.5815/ijcnis.2017.04.07
40. A. Al-fuqaha, M. Guizani, M. Mohammadi, M. Aledhari, and M. Ayyash,
“Internet of Things: A Survey on Enabling Technologies,” Commun. Surv.
Tutorials, IEEE, vol. 17, no. 4, pp. 2347–2376, 2015. DOI:
10.1109/COMST.2015.2444095.
41. Dr. Ovidiu Vermesan SINTEF, Norway Dr. Peter Friess EU, Belgium. Internet
of Things: Converging Technologies for Smart Environments and Integrated
Ecosystems. 2013
42. G. Montenegro, N. Kushalnagar, J. Hui, D. Culler. RFC 4944: Transmission of
IPv6 Packets over IEEE 802.15.4 Networks. 2007
43. J. Yick, B. Mukherjee, and D. Ghosal. Wireless sensor network survey.Journal
of Computer Networks, Volume 52(Number 12):22922330, 2008
44. RAFAEL BASSO. Wireless Sensor Networks in a Vehicle Environment. 2009
74
45. T. Le Dinh, W. Hu, P. Sikka, P. Corke, L. Overs, and S. Brosnan. Design and
deployment of a remote robust sensor network: Experiences from an outdoor
water quality monitoring network. In Local Computer Networks, 2007. LCN
2007. 32nd IEEE Conference on, pages 799806. IEEE, 2007
46. Bengi Aygün, Vehbi Cagri Gungor. Wireless sensor networks for structure
health monitoring: recent advances and future research directions. Journal:
Sensor Review Volume: 3 Number: 3 Year: 2011
47. Sadeghi-Niaraki, A. Internet of Thing (IoT) review of review: Bibliometric
overview since its foundation. Future Gener. Comput. Syst. 2023, 143, 361–
377.
48. Miorandi, D.; Sicari, S.; De Pellegrini, F.; Chlamtac, I. Internet of things:
Vision, applications and research challenges. Ad Hoc Networks 2012, 10,
1497–1516.
49. Said, O.; Masud, M. Towards internet of things: Survey and future vision. Int.
J. Comput. Networks 2013, 5, 1–17.
50. Guth, J.; Breitenbücher, U.; Falkenthal, M.; Fremantle, P.; Kopp, O.; Leymann,
F.; Reinfurt, L. A Detailed Analysis of IoT Platform Architectures: Concepts,
Similarities, and Differences. In Internet of Everything: Algorithms,
Methodologies, Technologies and Perspectives; Di Martino, B., Li, K.C.,
Yang, L.T., Esposito, A., Eds.; Springer: Singapore, 2018; pp. 81–101.
51. Čolaković, A.; Hadžialić, M. Internet of Things (IoT): A review of enabling
technologies, challenges, and open research issues. Comput.
Networks 2018, 144, 17–39.
52. Gerodimos, A.; Maglaras, L.; Ferrag, M.A.; Ayres, N.; Kantzavelou, I. IoT:
Communication protocols and security threats. Internet Things Cyber-Phys.
Syst. 2023, 3, 1–13.
75
53. Domínguez-Bolaño, T.; Campos, O.; Barral, V.; Escudero, C.J.; García-Naya,
J.A. An overview of IoT architectures, technologies, and existing open-source
projects. Internet Things 2022, 20, 100626
54. Elkhodr, M.; Shahrestani, S.; Cheung, H. Emerging Wireless Technologies in
the Internet of Things: A Comparative Study. Int. J. Wirel. Mob.
Networks 2016, 8, 67–82.
55. Al-Sarawi, S.; Anbar, M.; Alieyan, K.; Alzubaidi, M. Internet of Things (IoT)
communication protocols. In Proceedings of the 2017 8th International
Conference on Information Technology (ICIT), Amman, Jordan, 17–18 May
2017; pp. 685–690.
56. Burhan, M.; Rehman, R.A.; Khan, B.; Kim, B.S. IoT Elements, Layered
Architectures and Security Issues: A Comprehensive
Survey. Sensors 2018, 18, 2796.
57. Salman, T.; Jain, R. A Survey of Protocols and Standards for Internet of
Things. arXiv 2017, arXiv:1903.11549.
58. Bayılmış, C.; Ebleme, M.A.; Çavuşoğlu, Ü.; Küçük, K.; Sevin, A. A survey on
communication protocols and performance evaluations for Internet of
Things. Digit. Commun. Networks 2022, 8, 1094–1104.
59. Florea, I.; Rughinis, R.; Ruse, L.; Dragomir, D. Survey of Standardized
Protocols for the Internet of Things. In Proceedings of the 2017 21st
International Conference on Control Systems and Computer Science (CSCS),
Bucharest, Romania, 19–31 May 2017; pp. 190–196.
60. Mehta, R.; Sahni, J.; Khanna, K. Internet of things: Vision, applications and
challenges. Procedia Comput. Sci. 2018, 132, 1263–1269.
61. Bonetto, R.; Bui, N.; Lakkundi, V.; Olivereau, A.; Serbanati, A.; Rossi, M.
Secure communication for smart IoT objects: Protocol stacks, use cases and
76
practical examples. In Proceedings of the 2012 IEEE International Symposium
on a World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks (WoWMoM), San
Francisco, CA, USA, 25–28 June 2012; pp. 1–7.
62. Gifford, C. (2016). Computer Networks. Wayland.
63. TXOne networks: 2021 cyber security report. (2022). Computer Fraud
Security, 2022(2). https://doi.org/10.12968/s1361-3723(22)70014-0
64. United States Government Accountability Office. (2014). Information security:
65. Whitman, M. E., Mattord, H. J. (2022). Principles of Information Security.
Cengage.
66. Winkler, I. (2007). Information security is information security. Zen and the
Art of Information Security, 111–114. https://doi.org/10.1016/b978-
159749168-6/50012
67. D. Gollmann, Computer Security, 3rd ed. Wiley, 2011.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets