Architektura

Każdy system powinien być skonfigurowany w sposób ułatwiający korzystanie i zapewniający bezpieczeństwo.

Koncepcje

Kontrolowanie urządzeń elektronicznych możliwe jest poprzez ich odpowiednie skonfigurowanie lub zdalne sterowanie. Ze względu na to że specyfika urządzeń konfigurowanych z góry nie zapewnia im możliwości łączenia się i sterowania zdalnego należy je wykluczyć z obszaru urządzeń Internetu rzeczy. Dlatego też w dalszej części zajmiemy się wyłącznie urządzeniami sterowanymi zdalnie. Zdalne sterowanie może być wykonane na dwojaki sposób. Istnieją koncepcje podłączenia się bezpośrednio do urządzenia przez WiFi lub podłączenie urządzenia do serwera.

Scenariusz 1: Podłączenie do urządzenia emitującego własne WiFi

W tym scenariuszu istnieje wiele urządzeń, do których można się dostać z urządzenia klienckiego, czyli komputera, tabletu czy smartfona.

Jest to najprostsze rozwiązanie, gdyż nie potrzebne są żadne inne elementy systemu. Nie jest to jednak bardzo komfortowe rozwiązanie, gdyż żeby sterować urządzeniami należy łączyć się do każdego z osobna. Żeby połączenie było możliwe musimy być wystarczająco blisko, aby być w zasięgu sieci WiFi emitowanej przez urządzenie którym chcemy sterować. Kolejną cechą charakterystyczną jest to, że urządzenia nie mają ze sobą żadnego połączenia. Jedynym komponentem umożliwiającym sterowanie jest urządzenie klienckie, np. smartfon. W tej konfiguracji raczej nie możliwe jest również długoterminowe gromadzenie historii urządzenia w celach prowadzenia statystyk, wykresów bądź weryfikacji co się z urządzeniem działo. Dlaczego? Wszystkie te informacje musiałyby być gromadzone na urządzeniu IoT, a te wyposażone są zazwyczaj w bardzo niewielki obszar pamięci i aby zwolnić tą pamięć przekazywać te informacje jak tylko połączy się do nich klient. A co jeśli używamy wielu smartfonów do połączenia? Mamy rozjazd danych, część w nich znajdowałaby się na jednym urządzeniu, część na innym. Jest to niepraktyczne i z tych wszystkich względów raczej nie spotyka się takich funkcjonalności w tym typie połączenia.

Czy to jest IoT?

Ze względu na to, że w tej konfiguracji urządzenia nie mają połączenia z Internetem, można polemizować nad przypisaniem ich do kategorii IoT – czyli de facto Internetu rzeczy. Nie mniej jednak mamy połączone ze spobą w sieć 2 elementy systemu z ustanowionym połączeniem klient – server. A czym że jest Internet jak nie połączonymi ze sobą komputerami? Internet który swoją historię zaczął, jako sieć połączonych ze sobą kilku komputerów i podsieci?

Plusy	Minusy
Prostota	Konieczność łączenia się z wieloma sieciami WiFi
Brak dodatkowych komponentów	Mały zasięg
Niski koszt	Brak historii i statystyk

Scenariusz 2: Podłączenie do urządzenia będącego w domowej sieci WiFi

Ta wersja połączenia wymaga 3 komponentów urządzenia IoT będącego serwerem, punktu dostępowego w postaci np. routera WiFi oraz urządzenia klienckiego, np. smartfona.

W tej konfiguracji urządzenia IoT podłączone są wraz z innymi urządzaniami do jednej sieci WiFi. Sieć musi umożliwiać komunikację między urządzeniami, gdyż IoT mimo połączenia do wspólnej sieci występuje w roli serwera. Na kontrolerze IoT wystawione są usługi do których dostęp ma urządzenie klienckie. Na przeszkodzie w komunikacji często stoi brak wiedzy jaki adres uzyskało urządzenie IoT. Rozwiązaniem jest albo skanowanie adresacji sieci przez aplikacje na urządzeniu klienckim. Skanowanie taki ma na celu odnalezienie urządzeń, którymi można zarządzać. Alternatywnie świadomy adresacji sieciowych użytkownik może posługiwać się adresem IP do połączenia przez przeglądarkę wpisując adres urządzenia IoT – o ile urządzenie IoT posiada interfejs użytkownika w formie strony internetowej.

Jeśli producent urządzenia udostępnia aplikację do konfiguracji, ustawienie wszystkiego jest dość proste. W pierwszej kolejności urządzenie wystawia własne WiFi do którego użytkownik łączy się i przez aplikację zapisuje w urządzeniu IoT dane do zalogowania się w domowej sieci WiFi. Po zapisaniu w urządzeniu IoT SSID i hasła domowej sieci WiFi urządzenie może się do niej podłączyć i jest gotowe do działania.

Jeśli producent urządzenia nie dostarcza aplikacji pozwalającej skonfigurować takie urządzenia IoT sprawa jest nieco bardziej skomplikowana. W takich przypadkach zazwyczaj urządzenie posiada własny interfejs urzytkownika i konfiguruje się go bardzo podobnie jak większość routerów. Jeśli ktoś ma w tym doświadczenie, nie powinien mieć kłopotów. Generalnie idea jest następująca – aby dodać urządzenie do sieci domowej należy podłączyć się najpierw do sieci WiFi przez niego emitowanej. Zazwyczaj producencji piszą albo na urządzeniu, albo w instrukcji hasło startowe. Po podłączeniu np za pomocą smartfona poprzez przeglądarkę zapisać należy w urządzeniu IoT konfiguracje własnej sieci domowej. Urządzenie sprawdzi połączenie i o wyniku testu powinno nas poinformować stosownym komunikatem. Od tego momentu będziemy mieć do niego dostęp z naszej sieci domowej. Ale jak nim sterować jak nie ma aplikacji do sterowania? Również przez przeglądarkę. Tu niestety musimy dowiedzieć się jaki adres IP uzyskało nasze urządzenie IoT. Wpisując ten adres w przeglądarkę dostaniemy się do panelu sterowania danym urządzeniem. Ten przypadek jak można się domyślić z uwagi na brak scentralizowanego zarządzania nie daje nam możliwości zapisywania statystyk i historii urządzeń, dodatkowo do każdego urządzenia dostajemy się osobno, a urządzenia zazwyczaj nie mają ze sobą żadnego połączenia i nie są świadome swojej obecności.

Plusy	Minusy
Jedna sieć WiFi dla wszystkich urządzeń	Połączenie możliwe wyłącznie z sieci domowej
Dostęp do wszystkich urządzeń na raz	Brak historii i statystyk

Scenariusz 3: IoT zarządzane przez serwer

Jest to najbardziej złożony koncept, dający jednocześnie najwięcej możliwości. Oprócz elementów występujących w poprzednich scenariuszach mamy tu jeszcze centralny serwer przejmujący bardzo wiele funkcji w ekosystemie.

Serwer taki może zbierać statystyki i historie urządzeń. Mając wgląd do wszystkich urządzeń może w odpowiedzi na sygnał z jednego urządzenia ustawić odpowiedni stan innego urządzenia. Na przykład jedno z naszych urządzeń może być czujnikiem opadów, a drugie sterownikiem nawadniania. Jeśli czujnik deszczu wykryje opady serwer może automatycznie zdezaktywować nasze nawadnianie. Można również wyobrazić sobie odwrotną sytuację. Prosty czujnik wilgotności gleby, np. taki

może poinformować serwer o spadku wilgotności, a ten aktywuje system nawadniania. Oczywiście wszystko to wymaga odpowiedniego skonfigurowania.

A co z Chmurą?

No tak mówi się, że wszystko jest teraz w chmurze. Czymże jest ta nasza Chmura? to nic innego jak inne określenie Internetu. W scenariuszu 3 co prawda występuje serwer, ale nie musi on być w Chmurze. Wielu producentów urządzeń IoT udostępnia co prawda takie serwery jako usługę w ramach sprzedaży własnych urządzeń. Usługi te dostępne są właśnie poprzez Internet. Dlatego możemy mówić, że nasze urządzenia IoT podłączone są do Chmury.

Oczywiście producenci zapewniają ochronę, aby nie każdy mógł sterować naszymi urządzeniami, tylko osoby konfigurujące dane urządzenie mają do niego dostęp zakładając chronione hasłem konto na serwerze producenta urządzenia. Zazwyczaj rejestracja i logowanie wykonane są w postaci aplikacji na naszych smartfonach, ale równie dobrze może to być stronie internetowa dostępna z poziomu przeglądarki. Jest to jedynie rodzaj interfejsu przez który dostajemy się do naszych urządzeń. Nie ma natomiast różnicy w architekturze. W obu przypadkach najważniejsze jest to, że urządzenia łączą się do centralnego serwera. W poprzednich scenariuszach, to urządzenie IoT było serwerem (samo dla siebie i dla naszego urządzenia klienckiego, np. smartfona).

Warto zwrócić uwagę na kwestie bezpieczeństwa w chmurze. Nie wszyscy decydują się na automatyzacje wszystkiego, np. odbezpieczania alarmu, podnoszenia rolet antywłamaniowych, czy wręcz odbezpieczania rygli drzwi. No i w zasadzie jest się nad czym zastanawiać, żeby nie paść ofiarą włamania z użyciem cyberprzestępczości. Jeśli chcesz poczytać o bezpieczeństwie w chmurze, zapraszam do tego wpisu.

Własny serwer

Nie wszyscy producenci urządzeń to wspierają, ale niektórzy wręcz chwalą się specjalnymi bramkami będącymi właśnie swego rodzaju serwerami urządzeń IoT. Popularne systemy Ikea, czy inteligentne oświetlenie Philips mają właśnie takie bramki. Istnieje wręcz nawet specjalny protokół ZigBee działający na zbliżonej zasadzie co sieć WiFi zoptymalizowany dla urządzeń IoT umożliwiający komunikację między urządzeniami IoT i ich bramką/serwerem. Z bramką z kolei łączymy się przez sieć domową (WiFI lub kablową LAN) wykorzystując aplikacje zainstalowaną na telefonie lub rzadziej przez stronę www wystawioną bezpośrednio na tej bramce. Możemy, ale nie musimy w tym przypadku dawać bramce dostęp do Internetu. Jeżeli uważamy system, za mało wrażliwy bo służy nam do sterowania oświetleniem, nawadnianiem, nagłośnieniem, temperaturą i wilgotnością powietrza i zdecydujemy się go sterować przez internet, producent zazwyczaj nam to umożliwia. Jeżeli nie zdecydujemy się na ten krok, będziemy mieć możliwość sterowania tym wszystkim po połączeniu się do naszej sieci domowej.

Podsumowanie tego scenariusza rozbije na dwie tabelki.

Sterowanie z chmury

Plusy	Minusy
Możliwość sterowania z dowolnego miejsca na ziemi	Największe narażenie na ataki
Możliwość trzymania historii i statystyk	Przekazywanie na obcy nam serwer wszystkich informacji z urządzeń IoT
Dostęp do wszystkich urządzeń na raz

Sterowanie z własnego serwera/bramki

Plusy	Minusy
Dane bezpieczne na naszym urządzeniu	Połączenie możliwe wyłącznie z sieci domowej
Możliwość trzymania historii i statystyk
Dostęp do wszystkich urządzeń na raz