Μελέτη του Διαδικτύου των Πραγμάτων (ΙοΤ) σε κυψελωτά δίκτυα κινητής τηλεφωνίας πέμπτης γενιάς (5G)

Νύδρας-Υδραίος, Κωνσταντίνος (2020) Μελέτη του Διαδικτύου των Πραγμάτων (ΙοΤ) σε κυψελωτά δίκτυα κινητής τηλεφωνίας πέμπτης γενιάς (5G). BSc thesis, ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας.

Text ΕΙ36_2020.pdf Restricted to Registered users only Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (4MB)

Abstract

Ο ορισμός Διαδίκτυο των Πραγμάτων ή αλλιώς Internet of Things (IoT) αναφέρεται σε μια υποσχόμενη τεχνολογία η οποία τείνει να αλλάξει ριζικά και να συνδέει ολόκληρο τον πλανήτη μέσω ετερογενών έξυπνων συσκευών, με πρόσβαση σε ασύρματα συστήματα επικοινωνίας και τεχνολογίες τεχνητής νοημοσύνης, το οποίο θεωρείται ότι ισχύει για μια ποικιλία υποσχόμενων πεδίων και εφαρμογών. Εν τω μεταξύ, η ανάπτυξη τεχνολογιών δικτύου κινητής τηλεφωνίας πέμπτης γενιάς δημιουργεί τη δυνατότητα ανάπτυξης τεράστιου αριθμού αισθητήρων στο πλαίσιο του IoT και της επεξεργασίας τεράστιων δεδομένων, προκαλώντας τις τεχνολογίες της επικοινωνίας και της εξόρυξης δεδομένων. Η παρούσα ζήτηση που υπάρχει για την επικοινωνία μεταξύ των συσκευών (Machine-to-Machine Type Communication (MTC) πέτυχε την ανάπτυξη ποικίλων τεχνολογιών σχετικά με την επικοινωνία το οποίο επιτεύχθηκε με διάφορες απαιτήσεις που χρειάστηκαν για να διαμορφωθεί η τεχνολογία IoT. Κατά την τελευταία δεκαετία, τα κυψελωτά δίκτυα 4ης γενιάς αναβαθμίστηκαν σημαντικά μέσω της τεχνολογίας Long-Term Evolution (LTE), η οποία όμως δεν ταιριάζει στις απαιτήσεις λειτουργίας των IoT συσκευών με χαμηλή κατανάλωση ισχύος και χαμηλή ροή μετάδοσης δεδομένων. Για να λυθεί το πρόβλημα αυτό, αναπτύσσονται καινούρια πρότυπα τα οποία θα ενσωματωθούν στην 5η γενιά (5G) κυψελωτών δικτύων, ξεπερνώντας τους περιορισμούς των προτύπων στις προηγούμενες γενιές, καθιστώντας το 5G ως το επίσημη πλατφόρμα για την ανάπτυξη του IoT. Επιπλέον, το 3GPP αναφέρεται στην επίλυση των θεμάτων χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και ευρείας κάλυψης των κυψελωτών δικτύων, που θα καταστήσει ικανή την επέκταση των απαιτήσεων για τις περιπτώσεις χρήσης των Massive to Critical IoT θέματος συμπεριλαμβανομένης της εκτεταμένης κάλυψης του παγκόσμιου συστήματος κινητών επικοινωνιών για το IoT, την επαυξημένη επικοινωνία των μηχανών και το Narrowband IoT. Επιπροσθέτως, βελτιστοποιημένες νέες 5G συχνότητες συστήνονται για τις καινούριες απαιτήσεις που χρειάζονται για να καταστήσουν δυνατή την ένταξη των συσκευών IoT. Οι προκλήσεις και οι ανοιχτές κατευθύνσεις έρευνας που σχετίζονται με την ανάπτυξη εφαρμογών για το Massive to Critical IoT θέμα και παρουσιάζεται η λειτουργικότητα ενός αποτελεσματικού μηχανισμού ελέγχου συμφόρησης της διαδικτυακής κίνησης. Τα δίκτυα 5G θα προσφέρουν ευκαιρίες για τη δημιουργία νέων υπηρεσιών, για νέα επιχειρηματικά μοντέλα και για νέους επενδυτές να εισέλθουν στην αγορά κινητής τηλεφωνίας. Τα δίκτυα θα υποστηρίξουν την αποτελεσματική και την οικονομικά αποδοτική πληθώρα υπηρεσιών, προσαρμοσμένων σε διαφορετικές αγορές που έχουν διαφορετικές απαιτήσεις υπηρεσίας και ασφάλειας, και με τη συμμετοχή μεγάλου αριθμού φορέων. Οι βασικές τεχνολογικές έννοιες είναι ο τεμαχισμός δικτύου και η επίτευξη πλήρους χρήσης του λογισμικού του δικτύου, συμπεριλαμβανομένης της εικονικοποίησης λειτουργίας δικτύου και της δικτύωσης που καθορίζεται από λογισμικό. Σε αυτήν την εργασία γίνεται μια μελέτη των απαιτήσεων που χρειάζονται για την εφαρμογή του IoT μαζί με τις συνδεδεμένες τεχνολογίες επικοινωνίας, μερικά από τα ζητήματα ασφάλειας σε συγκεκριμένους τομείς που δημιουργούνται καθώς και ζητήματα για την ενημέρωση του λογισμικού αναφερόμενα στην κατανάλωση ενέργειας που χρειάζεται και αναφέρονται προτάσεις για να καλυφθούν τα ζητήματα αυτά. Η παρουσιαζόμενη αρχιτεκτονική ασφαλείας βασίζεται σε έννοιες από τις αρχιτεκτονικές ασφαλείας 3G και 4G, αλλά επεκτείνεται και τις βελτιώνει ώστε να καλύπτει το νέο περιβάλλον 5G. Περιλαμβάνει μια εργαλειοθήκη για μοντελοποίηση σχετικών με την ασφάλεια των συστημάτων, ένα σύνολο αρχών σχεδιασμού, λειτουργιών, και μηχανισμών ασφαλείας για την εφαρμογή των ελέγχων ασφαλείας που απαιτούνται για την επίτευξη των δηλωμένων στόχων. Αυτή η μελέτη περιέχει μια ανασκόπηση στις επερχόμενες τεχνολογίες που καθιστούν δυνατή την ομαλή ένταξη των IoT συσκευών εστιάζοντας στα κυψελωτά δίκτυα 5G τα οποία προβλέπονται να υποστηρίξουν επαρκώς την εκθετική αύξηση της διαδικτυακής κίνησης που επιβάλλει η τεχνολογία IoT. Στο παράδειγμα περίπτωσης χρήσης της έξυπνης πόλης, επεξηγούμε τη χρησιμότητα της, εξετάζουμε τις πτυχές ασφαλείας υψηλού επιπέδου που απορρέουν από την ανάπτυξη μεγάλου αριθμού συσκευών IoT και λογισμικής δικτύωσης. Εν τω μεταξύ, ωστόσο, οι επιθέσεις στον κυβερνοχώρο έχουν επίσης αυξηθεί μαζί με όλες αυτές τις εξελίξεις. Λόγω περιορισμών πόρων, οι συσκευές με δυνατότητα IoT θεωρούνται ως ένα πιθανό σημαντικό θύμα ευάλωτο στην εκμετάλλευση από εισβολείς που μπορούν να εγκαταστήσουν ένα botnet IoT και να ξεκινήσουν μια επίθεση στον κυβερνοχώρο μεγάλης κλίμακας, για παράδειγμα κατανεμημένες επιθέσεις άρνησης εξυπηρέτησης DDoS. Όταν συμβαίνουν τέτοιες επιθέσεις, είναι εξαιρετικά δύσκολο να εντοπιστεί η βασική αιτία. Αποτελεί επίσης, δύσκολο εγχείρημα να εντοπίσουμε πού συνέβησαν οι επιθέσεις, για παράδειγμα, σε ποια τοποθεσία βρίσκονται οι ανωμαλίες (δηλαδή, οι παραβιασμένες συσκευές IoT). Για την αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος, στη μελέτη θα παρουσιαστεί το IoTDePT - ένα πλαίσιο ανίχνευσης και αναγνώρισης απειλών που στοχεύει στον εντοπισμό απειλών κακόβουλου λογισμικού σε ένα περιβάλλον IoT. Τα προκαταρκτικά αποτελέσματα δείχνουν ότι η προτεινόμενη προσέγγιση μπορεί να ανιχνεύσει επιτυχώς τις απειλές κακόβουλου λογισμικού, ενώ παράλληλα επιτυγχάνει ακρίβεια στον εντοπισμό της τοποθεσίας μιας συσκευής που έχει παραβιαστεί. Υπάρχει μια αυξανόμενη ανάγκη για υποστήριξη ενημερώσεων λογισμικού over-the-air για ενημερώσεις ασφαλείας, επιδιορθώσεις σφαλμάτων και επεκτάσεις λογισμικού. Για το σκοπό αυτό, έχουν προταθεί πολλές τεχνικές over-the-air που καλύπτουν μια συγκεκριμένη πτυχή της διαδικασίας ενημέρωσης, όπως (μερικές) ενημερώσεις κώδικα, διάδοση δεδομένων και ασφάλεια. Ωστόσο, κάθε τεχνική εισάγει ένα γενικό κόστος, ειδικά όσον αφορά την κατανάλωση ενέργειας, επηρεάζοντας έτσι τη διάρκεια ζωής των περιορισμένων μπαταριών συσκευών. Μέχρι τώρα, στην επιστημονική βιβλιογραφία λείπει μια περιεκτική επισκόπηση που περιγράφει τα διάφορα βήματα ενημέρωσης και ποσοτικοποίησης του αντίκτυπου κάθε βήματος, καθιστώντας δύσκολη την αξιολόγηση της συνολικής σκοπιμότητας μιας ενημερωμένης έκδοσης. Για να διορθωθεί αυτό, σε αυτή τη μελέτη θα γίνουν τα εξής: (i) αναλύονται τα μέρη ενός λειτουργικού συστήματος IoT που ενημερώνονται περισσότερο μετά την ανάπτυξη της συσκευής, (ii) προτείνεται μια βήμα προς βήμα προσέγγιση για την ενσωμάτωση ενημερώσεων λογισμικού σε λύσεις IoT και (iii) ποσοτικοποιείται το ενεργειακό κόστος καθενός από τα εμπλεκόμενα βήματα.

Item Type:	Thesis (BSc)
Corporate Creators:	Νικολάου Σπυρίδων
Uncontrolled Keywords:	Internet of Things, IoT, Long-Term Evolution, LTE, 5G, Telecommunication networks, Security, Architecture, Telecommunications networks, IoTs, Threat monitoring, Malware detection, Darknet, Sensor networks, Over-the-air software updates, Code dissemination, Update security, Network management.
Subjects:	Α > Ασύρματη επικοινωνία, Συστήματα της Δ > Διαδίκτυο (Internet) Κ > Κινητά συστήματα επικοινωνίας Κ > Κινητή τηλεφωνία Λ > Λειτουργικά συστήματα
Divisions:	Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών > Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ (Καστοριά)
Depositing User:	Προσωπικό Βιβλιοθήκης
Date Deposited:	13 May 2021 09:24
Last Modified:	13 May 2021 09:24
URI:	http://anaktisis.uowm.gr/id/eprint/10870

Ενέργειες (απαιτείται σύνδεση)

View Item