ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
пнет
650—
2022
(ИСО/МЭК 29182-6:
2014)
Информационные технологии
СЕТИ СЕНСОРНЫЕ
Типовая архитектура сенсорных сетей
Часть 6
Области применения
[ISO/IEC 29182-6:2014, Information technology — Sensor networks: Sensor Network
Reference Architecture (SNRA) — Part 6: Applications, MOD]
Издание официальное
Москва Российский институт стандартизации 2022
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Автономной некоммерческой образовательной организацией высшего образования «Сколковский институт науки и технологий» и Федеральным государственным бюджетным учреждением «Российский институт стандартизации» (ФГБУ «РСТ») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 194 «Кибер-физические системы»
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 октября 2022 г. № 74-пнст
4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО/МЭК 29182-6:2014 «Информационные технологии. Сенсорные сети. Типовая архитектура сенсорных сетей (SNRA). Часть 6. Приложения» [ISO/IEC 29182-6:2014 «Information technology — Sensor networks: Sensor Network Reference Architecture (SNRA) — Part 6: Applications», MOD] путем изменения отдельных фраз (слов, значений показателей, ссылок), которые выделены в тексте курсивом. Внесение указанных технических отклонений направлено на учет потребностей национальной экономики Российской Федерации.
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5—2012 (пункт 3.5).
Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте, приведены в дополнительном приложении ДА.
Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой указанного международного стандарта приведено в дополнительном приложении ДБ
Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТР 1.16—2011 (разделы 5 и 6).
Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 121205 Москва, Инновационный центр Сколково, улица Нобеля, д. 1, e-mail: info@tc194.ru и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии: 123112 Москва, Пресненская набережная, д. 10, стр. 2.
В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты» и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)
© ISO, 2014
© IEC,2014
© Оформление. ФГБУ «РСТ», 2022
Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии
Содержание
1 Область применения
2 Нормативные ссылки
3 Термины и определения
4 Сокращения
5 Обзор приложений сенсорной сети
6 Рекомендации по описанию приложений сенсорной сети
6.1 Общие положения
6.2 Архитектура
7 Пример приложения SN: управление мобильными активами в медицинских учреждениях
7.1 Введение
7.2 Общая информация
7.3 Архитектура
8 Пример: мониторинг контейнеров в глобальной цепочке поставок
8.1 Введение
8.2 Общая информация
8.3 Архитектура
Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном
международном стандарте
Приложение ДБ (справочное) Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой примененного в нем международного стандарта
Библиография
Введение
Сенсорные сети имеют широкий диапазон областей применения. Однако на практике созданы и развернуты сенсорные сети для относительно небольшого числа областей применений. Частично это вызвано нерентабельностью для определенных областей применения, частично — техническими трудностями создания нетривиальной сенсорной сети необходимой сложности. В настоящее время сложность процесса проектирования не позволяет использовать архитектуру одной сенсорной сети для другой сенсорной сети. Как правило, при проектировании сенсорной сети разработку необходимо начинать с нуля. Однако сенсорные сети в различных областях применения имеют общие особенности, которые проявляются при выборе архитектуры сети и сущностей/функциональных блоков для использования в архитектуре.
Целями серии стандартов «Информационные технологии. Сети сенсорные. Типовая архитектура сенсорных сетей» являются:
- предоставление рекомендаций для проектирования и развертывания сенсорных сетей;
- оптимизация функциональной совместимости сенсорных сетей;
- создание автоматически конфигурируемых (plug-and-play) компонентов сенсорных сетей для упрощения добавления/удаления сенсорных узлов в существующую сенсорную сеть или из нее.
Серия стандартов «Информационные технологии. Сети сенсорные. Типовая архитектура сенсорных сетей» предназначена для использования проектировщиками сенсорных сетей, разработчиками программного обеспечения, системными интеграторами и поставщиками услуг для удовлетворения требований клиентов, в том числе любых надлежащих требований к функциональной совместимости.
Серия стандартов «Информационные технологии. Сети сенсорные. Типовая архитектура сенсорных сетей» состоит из семи частей:
- первая часть содержит общий обзор и требования к типовой архитектуре сенсорных сетей;
- вторая часть устанавливает термины и определения, используемые в типовой архитектуре;
- третья часть определяет типовую архитектуру с различных точек зрения, таких как бизнес, операционная, системная, техническая, функциональная и логическая;
- четвертая часть определяет модели двух классов сущностей типовой архитектуры (физических и функциональных сущностей);
- пятая часть определяет интерфейсы различных сущностей типовой архитектуры;
- шестая часть предоставляет подробную информацию по разработке международных стандартизированных профилей;
- седьмая часть определяет принципы проектирования типовой архитектуры с учетом требований к интероперабельности.
Стандарты серии «Информационные технологии. Сети сенсорные. Типовая архитектура сенсорных сетей» не определяют требования к соответствию стандартам. Сенсорные узлы и соответствующая сенсорная сеть должны соответствовать требованиям приложения или руководства разработки.
ПНСТ 650—2022 (ИСО/МЭК 29182-6:2014)
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Информационные технологии
СЕТИ СЕНСОРНЫЕ
Типовая архитектура сенсорных сетей
Часть 6
Области применения
Information technology. Sensor networks. Sensor network reference architecture. Part 6. Applications
Срок действия — с 2023—01—01 до 2026—01—01
1 Область применения
Настоящий стандарт определяет:
- приложения сенсорной сети, для которых необходимы международные стандартизованные профили (МСП);
- рекомендации по структурированному описанию приложений сенсорной сети;
- примеры приложений сенсорной сети.
Настоящий стандарт не определяет МСП, правила составления которых определены в ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 10000-1. В настоящем стандарте не определены детально разработанные МСП ввиду общего характера настоящего стандарта.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты.
ГОСТ Р 52524 (ИСО 6346:1995) Контейнеры грузовые. Кодирование, идентификация и маркировка
ГОСТ Р ИСО/МЭК 29182-1 Информационные технологии. Эталонная архитектура для сенсорных сетей (SNRA). Часть 1. Общий обзор и требования
ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 10000-1—99 Информационная технология. Основы и таксономия международных функциональных стандартов. Часть 1. Общие положения и основы документирования
ПНСТ 421—2020 (ИСО/МЭК 29182-4:2013) Информационные технологии. Сети сенсорные. Типовая архитектура сенсорных сетей. Часть 4. Модели сущностей
ПНСТ 519—2021 (ИСО/МЭК 29182-2:2013) Информационные технологии. Сети сенсорные. Часть 2. Термины и определения
ПНСТ 520—2021 (ИСО/МЭК 29182-3:2014) Информационные технологии. Сети сенсорные. Часть 3. Типовая архитектура
ПНСТ 649—2022 (ИСО/МЭК 29182-5:2013) Информационные технологии. Сети сенсорные. Часть 5. Определения интерфейсов
Примечание —При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства
Издание официальное
по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ПНСТ 519—2021.
4 Сокращения
В настоящем стандарте применено следующее сокращение:
МСП — международный стандартизованный профиль.
5 Обзор приложений сенсорной сети
Сегменты рынка и приложения сенсорных сетей многочисленны и разнообразны и охватывают как горизонтальные, так и вертикальные рынки. В таблице 1 перечислены сегменты рынка сенсорных сетей, а также существующие и потенциальные приложения, в которых используются проводные/бес-проводные сенсорные сети.
Таблица 1 — Примеры сегментов рынка и приложений сенсорных сетей
Сегменты рынка | Приложения SN |
Логистика и управление цепочками поставок | Мониторинг холодовой цепи; мониторинг опасных грузов и химикатов; предотвращение краж в распределительных системах дорогостоящих товаров; мониторинг контейнеров в глобальных цепочках поставок; мониторинг грузовых контейнеров с электронной пломбой; децентрализованное управление системами движения материалов |
Энергетика и коммунальное хозяйство | Системы интеллектуальных сетей; автоматическое считывание показаний счетчиков |
Автоматизация, мониторинг и контроль промышленных производственных процессов | Автоматизация производственных процессов; контроль качества производственных процессов; мониторинг состояния машин; инвентаризация и наблюдение; отслеживание персонала на производственных объектах; управление производственными роботами |
Здравоохранение и медицинские приложения дома и в больницах | Мониторинг жизненно важных физиологических параметров; контроль положения и осанки; отслеживание медицинского персонала и пациентов |
Уход за пожилыми людьми и/или людьми с ограниченными возможностями | Мониторингшаблоновдвижений для раннего обнаружения и предотвращения опасных условий; предупреждение и обнаружение падений; контроль положения тела и осанки; удаленный мониторинг и адаптация условий окружающей среды (температуры, влажности и т. д.); удаленный мониторинг расхода воды; |
Окончание таблицы 1
Сегменты рынка | Приложения SN |
Уход за пожилыми людьми и/или людьми с ограниченными возможностями | удаленный мониторинг эмоционального состояния; автоматизация управления медикаментами; мониторинг питания; системы раннего предупреждения для предотвращения и обнаружения возникающих хронических состояний, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона |
Защита критически важной инфраструктуры и общественная безопасность | Мониторинг структурной целостности мостов, туннелей и спортзалов; системы раннего предупреждения для обнаружения возникающих лесных пожаров; системы мониторинга и раннего предупреждения оползней; видеонаблюдение, например в аэропортах; мониторинг персонала и состояния окружающей среды в шахтах; локализация и мониторинг пожарных и других аварийно-спасательных служб |
Автоматизация и управление коммерческими зданиями и умными домами | Строительные системы энергосбережения; удаленный мониторинг окружающей среды для повышенной безопасности; мониторинг и контроль температуры, влажности, отопления, освещения и т. д. |
Автоматизация и контроль сельскохозяйственных процессов | Точное сельское хозяйство; борьба с болезнями сельскохозяйственных культур; управление питательными веществами |
Интеллектуальный транспорт и движение | Системы управления парковкой; интеллектуальные системы управления грузовыми перевозками в портах; расширенная система информации о путешественниках; расширенные системы общественного транспорта; системы эксплуатации коммерческого транспорта; расширенные системы информации и управления транспортными средствами и магистралями |
Экологический мониторинг, прогноз и охрана | Мониторинг вечной мерзлоты для раннего обнаружения проблем; обнаружение загрязнения воды в заповедных зонах; мониторинг температуры коралловых рифов; мониторинг и картографирование морского дна; обнаружение утечки газа в химической промышленности; наблюдение за погодой и отчетность; мониторинг параметров окружающей среды в лесных почвах; удаленные экологические сенсорные сети для исчезающих видов; мониторинг загрязнения окружающей среды, сейсмическое зондирование и мониторинг наводнений |
Управление зданиями | Мониторинг и контроль офисов и больших зданий; мониторинг и контроль промышленных объектов; обнаружение дыма, газа и огня; системы безопасности для произведений искусства, окон и дверей |
Управление активами | Управление мобильными средствами в медицинских учреждениях; мониторинг и отслеживание статуса пакетов с кровью |
Оборона и военные приложения | Мониторинг поля боя; эксплуатация и техническое обслуживание военной техники; мониторинг передвижения войск; поиск снайперов |
Государственная безопасность | Безопасность контейнеров в глобальных цепочках поставок; мониторинг инфраструктуры, такой как транспортная и энергетическая системы; обнаружение химических, биологических, радиологических и ядерных угроз; пограничный контроль и виртуальные заграждения, используемые в качестве систем защиты от вторжений |
Некоторые из указанных приложений определены в [1].
6 Рекомендации по описанию приложений сенсорной сети
6.1 Общие положения
Стандарты ГОСТ Р ИСО/МЭК 29182-1, ПНСТ 519—2021, ПНСТ 421—2020, ПНСТ 520—2021, ПНСТ 649—2022 определяют общую типовую архитектуру сенсорных сетей. На основе типовой архитектуры определена информация, которая должна быть указана для структурированного описания приложений сенсорной сети:
- цель приложения, которая должна быть описана на первом уровне детализации с точки зрения пользователя;
- основные требования к приложению. Основные требования определены в ГОСТ Р ИСО/МЭК 29182-1;
- основные характеристики приложения. Основные характеристики сенсорной сети определены в ГОСТ Р ИСО/МЭК 29182-1;
- информация, обмениваемая между сенсорной сетью и сервером приложений.
6.2 Архитектура
Для структурированного описания приложений сенсорной сети должна быть указана следующая информация:
- общее высокоуровневое описание, включая схему приложения сенсорной сети;
- физические сущности сенсорной сети и их краткое описание (см. ПНСТ421—2020);
- процесс функционирования сенсорной сети, который должен быть описан в соответствии с ПНСТ 520—2021 (рисунок 8). Каждый этап процесса должен иметь комментарий;
- функции сенсорной сети, т. е. программные модули, необходимые для приложения. Каждая функция должна иметь название и краткое описание. Функциональные сущности определены в ПНСТ421—2020. Функции должны быть назначены различным физическим сущностям, определенным ранее;
- архитектура сети связи, т. е. топология сенсорной сети. Основные топологии сенсорных сетей определены в ГОСТ Р ИСО/МЭК 29182-1;
- интерфейсы (см. ПНСТ 649—2022).
1 Пример приложения SN: управление мобильными активами в медицинских учреждениях
7.1 Введение
В проектировании управления мобильными активами в медицинских учреждениях существует ряд технических решений. В настоящем разделе представлено решение на основе простой сенсорной сети, в которой местоположение актива определяется на основе измерений уровня сигнала и множественной задержки. Существуют другие способы обнаружения мобильных активов, которые не рассматриваются в настоящем стандарте.
7.2 Общая информация
7.2.1 ЦельМедицинские учреждения используют большое количество дорогостоящих мобильных активов. Для эффективного управления мобильными активами требуется информация об их местоположении. Приложение SN предназначено для определения местоположения определенного мобильного актива в медицинском учреждении.
7.2.2 Общие требования
В таблице 2 приведены основные требования к проектируемой сенсорной сети.
Таблица 2 — Основные требования к проектируемой сенсорной сети
Требование | Описание |
Возможность подключения к другим сетям | Сенсорная сеть должна быть интегрирована в уже существующий ИТ-ландшафт. В зависимости от сложности контролируемой области необходимы один или несколько шлюзов |
Развертывание и покрытие | Сенсорная сеть используется для определения местоположения активов в типичных медицинских учреждениях. В зону охвата сенсорной сети должны входить койки, складские помещения, коридоры, холлы, операционные и комнаты подготовки пациентов. Развертывание сенсорной сети должно выполняться ИТ-отделами |
Поддержка гетерогенных сенсорных сетей | Проектируемая сенсорная сеть является гомогенной. Проектируемая сенсорная сеть не должна создавать помехи другим беспроводным сетям, используемым в медицинском учреждении. Должна быть обеспечена совместимость с указанными сетями |
Поддержка мобильности сенсорного узла | Активы мобильны и могут перемещаться между комнатами и разными этажами. Сенсорная сеть должна поддерживать мобильность сенсорных узлов, прикрепленных к активам |
Электропитание и управление энергопотреблением | Срок службы батареи должен быть максимальным. Срок службы имеет прямое влияние на экономическое обоснование системы |
Качество сервисной поддержки | Должны быть обеспечены своевременный ответ на запрос о местоположении и оценка местоположения с приемлемой точностью |
Динамическая адаптация | Сенсорная сеть должна поддерживать динамическую топологию ввиду мобильности сенсорных узлов, прикрепленных к активам |
Осведомленность о контексте | Функция системы ограничивается идентификацией и обнаружением мобильных средств в среде медицинского учреждения. Требования относительно осведомленности контекста не выдвигаются |
Масштабируемость | Необходима ограниченная масштабируемость из-за мобильности узлов и возможного большого числа активов |
Приватность | Если информация о местоположении актива может быть связана с пациентом, то информация о местоположении является частной. Следовательно, при разработке решения на основе сенсорной сети должны быть приняты во внимание требования к конфиденциальности |
Защищенность | При проектировании решения на основе сенсорной сети следует проводить анализ рисков. Результаты анализа могут предоставить дополнительную информацию о необходимых механизмах защищенности |
Управление сенсорной сетью | Требования к управлению сенсорной сетью не выдвигаются |
Возможности обнаружения | Топология сети является динамической. Следовательно, сенсорные узлы должны иметь возможность обнаруживать другие узлы. Узлы внедряются ИТ-отделом больницы |
Маршрутизация | Для минимизации затрат на систему необходим алгоритм многозвенной маршрутизации |
7.2.3 Основные характеристики
В таблице 3 приведены основные характеристики проектируемой сенсорной сети.
Таблица 3 — Основные характеристики проектируемой сенсорной сети
Характеристика | Описание |
Предоставление услуг по индивидуальным требованиям | В медицинских учреждениях медицинские приборы перемещаются внутри здания. Такие передвижения, особенно в чрезвычайных ситуациях, не контролируются и не документируются. Для повышения эффективности использования необходимо определение положения приборов. Проектируемое приложение сенсорной сети автоматизирует процесс определения местоположения медицинских активов |
Сбор и предварительная обработка данных | Местоположение устройства определяется узлом, прикрепленным к устройству. Информация о местоположении устройства отправляется на центральный компьютер с помощью сенсорной сети |
Совместная обработка информации | В процессе определения местоположения требуется совместная обработка информации. Узлы, прикрепленные к активам, и фиксированные узлы привязки должны работать совместно для определения местоположения |
Эксплуатация без технического обслуживания | Все узлы доступны обслуживающему персоналу. Следовательно, необслуживаемая эксплуатация не требуется |
Динамическая топология сети | В случае выпадения якорного узла сеть должна автоматически перенастроить себя, чтобы функции системы не были отключены |
Энергоэффективность и срок службы | Энергоэффективность и срок службы не имеют критического значения, поскольку нет необходимости в эксплуатации без технического обслуживания. Тем не менее для повышения экономической целесообразности необходим длительный срок службы между циклами обслуживания |
Самоадаптация | Самоадаптация не требуется. Различные узлы не меняют свою роль в контексте приложения |
7.2.4 Обмен информацией между сенсорной сетью и сервером приложений
Между сенсорной сетью и сервером приложений происходит обмен следующей информацией:
- идентификационный номер актива;
- идентификационный номер узла, прикрепленного к активу;
- запрос местоположения;
- информация о местоположении.
7.3 Архитектура
7.3.1 Общее описаниеНа рисунке 1 показана типичная структура системы на основе сенсорной сети для управления мобильными активами в медицинском учреждении (один этаж).
Узлы активов прикреплены к мобильным активам; якорные узлы распределены по комнатам, коридорам и т. д. Связь между сенсорной сетью и сервером приложений управления активами осуществляется через один шлюз. В случае более сложных установок может быть использовано более одного шлюза для повышения надежности системы. Каждый узел актива непрерывно определяет уровень сигнала узлов привязки в зоне досягаемости, вычисляет свое положение и подключается к самому сильному узлу привязки для отправки информации о местоположении в серверное приложение. Узлы привязки используют протокол многозвенной связи для пересылки информации от узлов активов через цепочку узлов привязки к ближайшему шлюзу и наоборот. Топология сети может динамически меняться в зависимости от уровня сигнала соседних узлов. Если приложение управления активами запрашивает местоположение узла, интересующим узлом определяется местоположение, и информация направляется на сервер приложений. Аналогичная структура существует на каждом этаже здания медицинского учреждения. Все шлюзы подключены к серверу приложений по проводам. 6
Рисунок 1 — Управление активами на основе сенсорной сети
7.3.2 Физические сущности
Для проектирования системы необходимы следующие физические сущности:
- узлы активов, прикрепленные к мобильным активам. Каждый узел состоит из процессора, источника питания, модуля беспроводной связи, антенны и памяти. Дополнительные датчики или исполнительные устройства не требуются. Антенна действует как датчик, измеряющий мощность сигналов, поступающих от узлов активов. Батареи используются в качестве источников питания. В процессе обслуживания батареи необходимо заменять или перезаряжать;
- якорные узлы, прикрепленные к стенам или потолку. Каждый узел состоит из процессора, источника питания, модуля беспроводной связи, антенны и памяти. Дополнительные датчики или исполнительные устройства не нужны. Батареи используются в качестве источников питания. В процессе обслуживания батареи необходимо заменять или перезаряжать;
- шлюз: точка доступа, прикрепленная к стене или потолку. Устройство состоит из процессора, блока питания, модуля беспроводной связи, интерфейса Ethernet и памяти. Дополнительные датчики или исполнительные устройства не нужны. Устройство подключено к электросети.
7.3.3 Процесс функционирования
В таблице 4 представлен процесс функционирования после запроса местоположения.
Таблица 4 — Процесс функционирования после запроса местоположения
Этап процесса | Описание |
Отслеживание | Для определения местоположения мобильный узел должен отслеживать беспроводное соединение с набором узлов активов. В решении, использующем множественную задержку, должны быть доступны по крайней мере четыре узла актива |
Обнаружение | Для определения местоположения актива должны быть охарактеризованы различные соединения в соответствии с требованиями используемого алгоритма определения местоположения (измерения времени полета, измерение уровня принимаемого сигнала и т. д.). Результаты хранятся на узле |
Доступ | Алгоритм определения местоположения, установленный на узле, использует сгенерированную информацию для вычисления местоположения узла. Дополнительная информация о расположении узлов привязки должна предоставляться узлами привязки |
Окончание таблицы 4
Этап процесса | Описание |
Решение | На узле актива должна быть проведена проверка качества обслуживания для информации о местоположении (например, по крайней мере для 95 % всех процессов определения местоположения точность информации о местоположении должна быть в пределах 3 м от истинного местоположения) |
Отправка | Информация о местоположении и идентификационном номере актива отправляется обратно на сервер приложений через якорный узел и шлюз. Идентификационный номер должен храниться на узле актива во время настройки системы |
Подтверждение | В конце процесса серверная система отправляет подтверждающую информацию для завершения процесса на сенсорный узел через шлюз и якорный узел |
7.3.4 Функции
Общие функции определены в ПНСТ 421—2020. В таблице 5 представлены наиболее важные функции сенсорной сети с точки зрения приложения.
Таблица 5 — Функции проектируемой сенсорной сети
Функция | Описание |
Получение данных | Программный модуль на узле актива отслеживает беспроводные соединения между узлами и измеряет уровень принимаемого сигнала. Информация сохраняется на узле актива для дальнейшего использования. Измерение запускается пользователем. При этом запрашивается информация о местоположении у находящихся в досягаемости якорных узлов. Другим вариантом является предварительная загрузка местоположения узлов привязки на узлах ресурсов для исключения такого запроса при каждом запросе локализации |
Обработка данных | Необходимый модуль прикладного программного обеспечения находится на каждом узле актива. Модуль получает запросы о местоположении узла от шлюза, запускает функцию определения местоположения узла и отправляет обратно результаты процесса определения местоположения вместе с идентификационным номером актива. Модуль также должен гарантировать выполнение требований качества обслуживания (точность определения местоположения, время задержки) |
Передача данных | Все физические сущности должны иметь модуль связи на короткие расстояния. Необходимо использовать энергоэффективные протоколы связи. Протокол должен поддерживать динамические сетевые структуры. Единственным проводным соединением в системе приложения является соединение между шлюзом и информационной магистралью больницы, в данном случае могут быть использованы стандарты Ethernet |
Хранение данных | Данные, которые должны храниться на узлах, ограничены. Узлы активов должны хранить историю местоположений узла и электронный номерной знак для актива. Узлы привязки должны хранить контекстную информацию, такую как номер комнаты и их собственное точное местоположение, которое необходимо для запуска службы самоопределения на узлах активов |
Идентификация | Каждый узел должен иметь идентификационный номер. Может быть использована любая система нумерации, присущая пользователю, группе пользователей или отрасли. Уникальный идентификатор сенсорного узла должен быть включен в запись, отправляемую на узел привязки, и обеспечивает аутентификацию актива. Серверное приложение или модуль приложения на узле актива должны убедиться, что существует логическая связь между идентификационным номером узла и идентификационным номером актива |
Окончание таблицы 5
Функция | Описание |
Самолокализация | Узлы ресурсов должны иметь возможность определять свое местоположение на основе информации, предоставляемой якорной сетью. Могут быть использованы различные механизмы определения местоположения. Служба самообслуживания должна обеспечивать соблюдение требуемого уровня качества информации о местоположении |
В таблице 6 представлены функции физических сущностей проектируемой сенсорной сети.
Таблица 6 — Назначение функций физическим сущностям
Функция | Физические сущности | ||
Узлы активов | Якорные узлы | Шлюзы | |
Получение данных | X | — | — |
Обработка данных | X | — | — |
Передача данных | X | X | X |
Хранение данных | X | X | — |
Идентификация | X | X | X |
Самолокализация | X | — | — |
7.3.5 Архитектура связи сенсорной сети
Архитектура связи сенсорной сети может быть охарактеризована следующим образом:
- сеть представляет собой автономную сеть;
- узлы привязки и шлюз закреплены и связаны беспроводным соединением. Они строят многоскачковую сеть, выступающую в качестве опорной сети в проектируемом приложении;
- узлы активов перемещаются по фиксированной сети и соединяются с якорными узлами в пределах досягаемости;
- запросы информации о местоположении выдаются приложением в серверной части и транслируются в сеть через шлюз(ы);
- информация о местоположении отправляется в магистральную сеть через наиболее надежный канал связи;
- все узлы привязки в досягаемости используются для определения местоположения узла мобильного актива.
7.3.6 Интерфейсы
Должны быть стандартизированы следующие интерфейсы:
- интерфейс между поставщиком услуг и пользователем (интерфейс 1 согласно ПНСТ 649— 2022);
- интерфейс между шлюзами и поставщиком услуг (интерфейс 3 согласно ПНСТ 649—2022);
- шлюз между якорными узлами и шлюзом (интерфейс 4 согласно ПНСТ 649—2022);
- интерфейс между узлами ресурсов и якорными узлами, а также между якорными узлами (интерфейс 5 согласно ПНСТ 649—2022).
8 Пример: мониторинг контейнеров в глобальной цепочке поставок
8.1 Введение
В настоящем разделе приведен пример использования сенсорной сети для мониторинга контейнеров в глобальной цепочке поставок. Существует ряд технических решений указанной задачи. Представленное решение использует сенсорные узлы, прикрепленные к транспортным контейнерам, где информация о статусе транспортных контейнеров в цепочке поставок передается соответствующим заинтересованным сторонам.
8.2 Общая информация
8.2.1 ЦельЦелью приложения является отслеживание состояния транспортных контейнеров с точки зрения температуры, влажности, ударов, давления и взлома и определение местоположения транспортного контейнера с приемлемой точностью.
8.2.2 Общие требования
В таблице 7 приведены основные требования к проектируемой сенсорной сети.
Таблица 7 — Основные требования к проектируемой сенсорной сети
Требование | Описание |
Возможность подключения к другим сетям | Контейнеры, оборудованные сенсорными узлами, соединяются с помощью многоскачковой сети. Один или несколько шлюзов используются для подключения сети контейнеров к магистральной сети через сеть доступа. Информация о статусе контейнера может иметь несколько предполагаемых пунктов назначения, таких как судоходные организации, грузовладельцы, экспедиторы и клиенты (см. рисунок 3) |
Развертывание и покрытие | Сетевые и коммуникационные возможности должны быть обеспечены по всей территории нахождения транспортных контейнеров, например, на морском/авто-мобильном транспорте, в портах и терминалах |
Поддержка гетерогенных сенсорных сетей | Транспортные контейнеры могут использовать разные сетевые протоколы связи. Следовательно, шлюзы должны поддерживать разные протоколы, используемые контейнерами. Необходимо убедиться, что нет проблем с радиочастотными помехами |
Поддержка мобильности сенсорного узла | Контейнеры могут быть в движении. Следовательно, используемый протокол сенсорной сети должен поддерживать мобильность |
Электропитание и управление энергопотреблением | Должны быть использованы энергоэффективные протоколы связи, так как контейнеры могут перемещаться на корабле в течение длительных периодов времени |
Качество сервисного обслуживания | Изменения в статусе контейнера, такие как фальсификация, должны быть доставлены предполагаемым получателям надежным и своевременным образом |
Динамическая адаптация | Сетевой протокол должен поддерживать самоорганизацию, динамическую топологию сети и самовосстановление в связи с изменением физической структуры сенсорной сети |
Контекстная осведомленность | В зависимости от местоположения и содержимого транспортного контейнера предупреждения о состоянии контейнера, выдаваемые сенсорным узлом, могут быть разными. Следовательно, система должна поддерживать различные контекстно-зависимые коммуникационные и информационные стратегии |
Масштабируемость | Из-за большого количества транспортных контейнеров в портах и на судах протокол сенсорной сети должен обрабатывать десятки тысяч контейнеров, а также добавлять и удалять транспортные контейнеры |
Приватность | В проектируемом приложении требования к приватности не выдвигаются |
Защищенность | Информация о грузе внутри транспортного контейнера должна предоставляться по служебной необходимости только уполномоченному персоналу |
Управление сенсорной сетью | Требования к управлению сенсорной сетью не выдвигаются |
Окончание таблицы 7
Требование | Описание |
Возможности обнаружения | Контейнеры, шлюзы в портах, на судах, на грузовиках и т. д. должны предлагать различные типы услуг для конкретных приложений, такие как мониторинг температуры или предоставление контекстной информации для конкретного местоположения. В случае, если транспортный контейнер распознается шлюзом или другим контейнером, должен происходить обмен информацией о предлагаемых услугах |
Маршрутизация | В условиях морских контейнеров всегда следует ожидать затенения. Протоколы с несколькими узлами необходимы для обеспечения связи между транспортными контейнерами и шлюзами |
На рисунке 2 показано, как различные участники цепочки поставок подключаются к транспортным контейнерам, оснащенным сенсорными узлами. Контейнеры, которые являются частью одной сенсорной сети, работают в разных цепочках поставок и должны быть подключены к разным приемникам или получателям информации. Для поддержки такого рода серверной информационной системы все сенсорные узлы должны быть интегрированы в Интернет через несколько шлюзов с использованием интернет-протокола.
Рисунок 2 — Пункт назначения контейнерного сообщения
8.2.3 Основные характеристики
В таблице 8 приведены основные характеристики проектируемой сенсорной сети.
Таблица 8 — Основные характеристики проектируемой сенсорной сети
Характеристика | Описание |
Предоставление услуг по индивидуальным требованиям | Требования, касающиеся прозрачности и защищенности глобальных цепочек поставок, становятся все более сложными. Основной целью участников цепочки поставок является снижение рисков и усиление информационной базы для планирования логистических процессов. Транспортный контейнер должен предоставлять программные службы, которые удовлетворяют эту основную потребность. Чтобы система оставалась гибкой и адаптируемой, необходимо добавлять новые и/или настраивать существующие службы даже во время транспортирования. Управление службами может осуществляться внешним агентом, подключенным ко всем участникам цепочки поставок. Детали изображены на рисунке 3 |
Сбор и предварительная обработка данных | Ввиду возможного большого числа контейнеров централизованная информационная система является нецелесообразной. Объемы данных о статусе, полученные контейнером, должны быть предварительно обработаны и преобразованы в бизнес-события самим контейнером |
Совместная обработка информации | Совместная обработка информации не является необходимой, нет набора распределенных датчиков внутри контейнера |
Эксплуатация без технического обслуживания | Сенсорные узлы должны быть надежными и обслуживаться удаленно, так как физический доступ к контейнерам в глобальных цепочках поставок затруднен |
Динамическая топология сети | Сеть должна обрабатывать динамические топологии, поскольку транспортные контейнеры добавляются или удаляются на регулярной основе |
Энергоэффективность и срок службы | Датчики в транспортном контейнере должны работать длительное время. Следовательно, необходимо низкое энергопотребление |
Самоадаптация | Самоадаптация не требуется. Различные сенсорные узлы не меняют свою роль в контексте приложения |
Рисунок 3 — Внешнее управление службами для предоставления услуг
8.2.4 Обмен информацией между сенсорной сетью и сервером приложений
Между сенсорной сетью и сервером приложений осуществляется обмен следующей информацией:
- номер контейнера;
- местоположение контейнера;
- статус двери (открыто или закрыто);
- температура (или статус в пределах диапазона);
- влажность;
- статус нагрузки.
8.3 Архитектура
8.3.1 Общее описаниеДля обеспечения глобальной видимости транспортных контейнеров используются различные способы связи в зависимости от того, где контейнер находится в цепочке поставок. Конечные пользователи, такие как судоходные организации, экспедиторы и транспортные компании, могут получать информацию о контейнере в режиме реального времени независимо от того, где контейнер находится.
На рисунке 4 показаны варианты нахождения транспортных контейнеров в окружающей среде, а также сетевая архитектура и архитектура связи в каждой среде. Использование радиосвязи является сложной задачей в условиях, когда грузовые контейнеры могут находиться в различных условиях, поэтому между шлюзом и транспортными контейнерами используется многозвенная сеть. Это показано на рисунке 4 синими стрелками.
Рисунок 4 — Архитектура системы
8.3.2 Физические сущности
Для проектирования системы необходимы следующие физические сущности:
- устройства контейнеров, размещаемые внутри транспортных контейнеров и обеспечивающие обнаружение и передачу данных для информирования о статусе транспортных контейнеров. Каждое устройство содержит датчики, модуль связи со шлюзом и модуль локализации. Как минимум, устройства измеряют температуру, влажность и статус закрытости двери контейнера;
- шлюзы, действующие как мост связи между транспортными контейнерами и внутренней информационной системой. Как показано на рисунке 4, они используют различные способы связи в зависимости от среды.
Устройство контейнера и шлюз могут быть объединены в одну физическую сущность.
8.3.3 Процесс функционирования
В таблице 9 представлен процесс функционирования сенсорной сети для мониторинга контейнеров.
Таблица 9 — Процесс функционирования проектируемой сенсорной сети
Этап процесса | Описание |
Отслеживание | Датчики температуры и влажности периодически проводят измерения внутри транспортного контейнера. Датчики удара и датчики дверного замка контролируют контейнер постоянно. Модуль локализации проводит оценку местоположения контейнера |
Обнаружение | При отклонении измерений температуры, влажности или трехмерного акселерометра от соответствующих целевых диапазонов контейнер выдает предупреждение и сообщает об измерениях. Также выдается предупреждение при обнаружении взлома датчиками дверного замка |
Доступ | При получении оповещения от контейнера серверная информационная система или агент-человек оценивают критичность ситуации |
Решение | Система или агент-человек принимают решение, означает ли предупреждение ненормальные условия или, например, вызвано перемещением контейнера краном |
Отправка | В зависимости от типа предупреждения к контейнеру может быть направлен инспектор-человек или приняты другие меры по исправлению ситуации |
Подтверждение | Система или агент-человек подтверждают, что принятые корректирующие меры были эффективны для устранения проблемы |
8.3.4 Функции
Общие функции определены в ПНСТ 421—2020. В таблице 10 представлены наиболее важные функции с точки зрения приложения.
Таблица 10 — Функции приложения мониторинга контейнеров в глобальной цепочке поставок
Функция | Описание |
Получение данных | Собираются данные о температуре, влажности, состоянии дверного замка, трехмерном ускорении и местоположении |
Исполнительное воздействие | Например, в случае рефрижераторного контейнера функцией охлаждения можно управлять дистанционно |
Производство электроэнер-гии/сбор энергии | Батарея дополнена некоторыми формами сбора энергии, такими как солнечные панели или генераторы вибрации для обеспечения работы контейнера должным образом в течение длительных периодов времени |
Обработка данных | Механизмы бизнес-правил и сложные механизмы обработки событий используются на устройстве-контейнере для создания бизнес-событий, которые могут обрабатываться с помощью прикладного программного обеспечения, такого как ПО для планирования ресурсов предприятия |
Передача данных | Сотовая телефония, Wi-Fi, спутниковая связь и проводные соединения используются для связи между шлюзами и внутренней информационной системой. Для связи между контейнерами и шлюзами используется энергоэффективный многоэлементный протокол |
Хранение данных | Данные, собранные датчиками в контейнере, копируются локально в архивных целях. После завершения процесса транспортирования данные могут быть удалены с устройства контейнера и сохранены в центральной базе данных |
Окончание таблицы 10
Функция | Описание |
Идентификация | Каждому контейнерному устройству нужен идентификационный номер. Внутреннее приложение или модуль приложения в контейнере должны убедиться, что существует логическая связь между идентификационным номером устройства контейнера и идентификационным номером контейнера. Присвоение идентификационного номера контейнера проводится в соответствии с ГОСТ Р 52524 |
Самолокализация | Так как морские контейнеры сделаны из металла, связь и локализация являются сложной задачей. Должна быть развернута надежная форма локализации |
В таблице 11 представлена взаимосвязь функций с физическими сущностями.
Таблица 11 — Взаимосвязь между физическими и функциональными сущностями в приложении мониторинга морских контейнеров
Функция | Физические сущности | |
Устройства контейнеров | Шлюзы | |
Получение данных | X | — |
Исполнительное воздействие | X | — |
Производство электро-энергии/сбор энергии | X | — |
Обработка данных | X | — |
Передача данных | X | X |
Хранение данных | X | — |
Идентификация | X | — |
Самолокализация | X | — |
8.3.5 Архитектура связи сенсорной сети
Сеть устройств контейнеров может быть рассмотрена как многопозиционная сенсорная сеть, подключенная к магистральной сети через шлюзы и соответствующие сети доступа.
8.3.6 Интерфейсы
Должны быть стандартизированы следующие интерфейсы:
- интерфейс между пользователями и поставщиками услуг (интерфейс 1 согласно ПНСТ 649—2022);
- интерфейс между устройствами контейнеров и пользователями / поставщиками услуг (интерфейс 2 согласно ПНСТ 649—2022);
- интерфейс между шлюзами и поставщиками услуг (интерфейс 3 согласно ПНСТ 649—2022);
- интерфейс между шлюзами и устройствами контейнеров (интерфейс 4 согласно ПНСТ 649—2022);
- интерфейс между устройствами контейнеров (интерфейс 5 согласно ПНСТ 649—2022).
Приложение ДА (справочное)
Сведения о соответствии ссылочных национальных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте
Таблица ДА.1
Обозначение ссылочного национального стандарта | Степень соответствия | Обозначение и наименование ссылочного международного стандарта |
ГОСТ Р ИСО/МЭК 29182-1—2018 | IDT | ISO/IEC 29182-1:2013 «Информационные технологии. Эталонная архитектура для сенсорных сетей (SNRA). Часть 1. Общий обзор и требования» |
ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 10000-1—99 | IDT | ISO/IEC TR 10000-1:1998 «Информационная технология. Основы и таксономия международных функциональных стандартов. Часть 1. Общие положения и основы документирования» |
ПНСТ 421—2020 (ИСО/МЭК 29182-4:2013) | MOD | ISO/IEC 29182-4:2013 «Информационные технологии. Сенсорные сети. Типовая архитектура сенсорных сетей (SNRA). Часть 4. Модели сущностей» |
ПНСТ 519—2021 (ИСО/МЭК 29182-2:2013) | MOD | ISO/IEC 29182-2:2013 «Информационные технологии. Сенсорные сети. Типовая архитектура сенсорных сетей (SNRA). Часть 2. Словарь и терминология» |
ПНСТ 520—2021 (ИСО/МЭК 29182-3:2014) | MOD | ISO/IEC 29182-3:2014 «Информационные технологии. Сенсорные сети. Типовая архитектура сенсорных сетей (SNRA). Часть 3. Представления типовых архитектур» |
ПНСТ 649—2022 (ИСО/МЭК 29182-5:2013) | MOD | ISO/IEC 29182-5:2013 «Информационные технологии. Сенсорные сети. Типовая архитектура сенсорных сетей (SNRA). Часть 5. Определения интерфейсов» |
Примечание — В настоящей таблице использованы следующие условные обозначения степени соответствия стандартов:
| ||
Приложение ДБ (справочное)
Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой примененного в нем международного стандарта
Таблица ДБ.1
Структура настоящего стандарта | Структура международного стандарта ИСО/МЭК 29182-6:2014 | |
Приложения | ДА | — |
ДБ | — | |
Библиография | Библиография | |
Примечание — Сопоставление структуры стандартов приведено начиная с приложения ДА, т. к. предыдущие разделы стандарта идентичны.
Библиография
[1] ISO/IEC JTC1 SGSN N149, SGSN Technical Document Version 3 (Узлы поддержки обслуживания GPRS. Технический документ, издание 3)
УДК 004.738:006.354
ОКС 35.110
Ключевые слова: информационные технологии, сенсорная сеть, приложения сенсорной сети
Редактор Л.В. Каретникова Технический редактор В.Н. Прусакова Корректор И.А. Королева Компьютерная верстка А.Н. Золотаревой
Сдано в набор 13.10.2022. Подписано в печать 25.10.2022. Формат 60x847s. Гарнитура Ариал. Усл. печ. л. 2,79. Уч.-изд. л. 2,12.
Подготовлено на основе электронной версии, предоставленной разработчиком стандарта
Создано в единичном исполнении в ФГБУ «РСТ» , 117418 Москва, Нахимовский пр-т, д. 31, к. 2.
