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. N 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

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.

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.

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты.

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 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.

В настоящем стандарте применены термины по ПНСТ 519-2021.

В настоящем стандарте применено следующее сокращение:

МСП - международный стандартизованный профиль.

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/беспроводные сенсорные сети.

Некоторые из указанных приложений определены в [1].

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.

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. ПНСТ 421-2020);

- 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 ПНСТ 421-2020. 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).

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.

Медицинские 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.

В таблице 2 приведены основные требования к проектируемой сенсорной сети.

В таблице 3 приведены основные характеристики проектируемой сенсорной сети.

Между сенсорной сетью и сервером приложений происходит обмен следующей информацией:

- идентификационный номер актива;

- идентификационный номер узла, прикрепленного к активу;

- запрос местоположения;

- информация о местоположении.

На 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.

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.

В таблице 4 представлен процесс функционирования после запроса местоположения.

Общие функции определены в ПНСТ 421-2020. В таблице 5 представлены наиболее важные функции сенсорной сети с точки зрения приложения.

В таблице 6 представлены функции физических сущностей проектируемой 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.

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).

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.

Целью приложения является отслеживание состояния транспортных контейнеров с точки зрения температуры, влажности, ударов, давления и взлома и определение местоположения транспортного контейнера с приемлемой точностью.

В таблице 7 приведены основные требования к проектируемой сенсорной сети.

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.

В таблице 8 приведены основные характеристики проектируемой сенсорной сети.

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.

Для 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.

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.

В таблице 9 представлен процесс функционирования сенсорной сети для мониторинга контейнеров.

Общие функции определены в ПНСТ 421-2020. В таблице 10 представлены наиболее важные функции с точки зрения приложения.

В таблице 11 представлена взаимосвязь функций с физическими сущностями.

Сеть устройств контейнеров может быть рассмотрена как многопозиционная сенсорная сеть, подключенная к магистральной сети через шлюзы и соответствующие сети доступа.

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).