IoT STANDARTLARININ GELİŞİMİ VE MİMARİ YAPI S. Vedat Karaarslan Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Üniversiteler Mah. Dumlupınar Bulv. No: 1, Çankaya ANKARA kvedat@metu.edu.tr ÖZET LoRA alliance, IPSO alliance (IP for Smart Objects), IEEE (The Institute of Electrical and Electronics IETF- 6 LoWPAN Working Group, CoRE (Constrainted Engineers) kuruluşu IoT (Internet of Things) mimari Restful Environment) working group, ROLL (Routing yapısı ve standartlarının oluşumunu 4 ana başlık altında; over Low Power and Low Noisy networks) working 1. Arayüzlerin tasarımı (UI) ve bu arayüzlerin nasıl daha group, NIST Smart grid forum, ETSI, 3GPP Standard- basit, hızlı ve efektif kullanılması gerektiğini gösteren IMS, 5G americas, CENELEC (European Committee for (UX) ile IPV6 protokolü kullanılarak ağın ElectroTechnical Standardization), IoT-A, ATIS, TIA, ölçeklenebilirliğinin tesis edilmesi olarak platform 2. Open Mobile Alliance, Broadband Forum, OASIS, OGC Giyilebilir teknolojiler, akıllı otomobiller ve evler, ve GSI foundations are working on the development of endüstriyel IoT gibi ve M2M gibi uygulamaların standards. In this report, Standards and architectures of oluşturduğu bağlantı, 3. İş modellerinin yapılarak Cloud computing and IoT will be compared based on the kurulması için yatırım yapmak, işletmek ve bu modeller development and architecture of IoT standard number üzerinden e-ticaret gibi uygulamaları başlatmak, 4. Veri P2413. toplamak, analiz etmek ve ağı yönetimi olarak toplamıştır. IoT standartizasyonu için IEEE nin P2413 Keywords (Standard for an Architectural Framework for the Internet of Things, IEEE P2413, LoRA, 3GPPP, Internet of Things) numaralı standartın yanı sıra CENELEC, ETSI Industrial Internet Consortium, OneM2M, LoRA GİRİŞ alliance, IPSO alliance (IP for Smart Objects), IETF- 6 Akıllı ev ve şehirler, ulaştırma ve enerji alanında en LoWPAN Working Group, CoRE (Constrainted Restful Environment) working group, ROLL (Routing over Low fazla yatırımı payına sahip olan IoT teknolojileri ile Power and Low Noisy networks) working group, NIST (Gartner, 2015) kurumsal yapıların sayısal dönüşümü, sağlanarak küresel anlamda yatırımların 2019 yılında Smart grid forum, ETSI, 3GPP Standard- IMS, 5G 1.9 Trilyon $ değerine ulaşması 2025 yılında ise Pazar americas, CENELEC (European Committee for payının 11.9 Trilyon $ değerine ulaşması ElectroTechnical Standardization), IoT-A, ATIS, TIA, beklenmektedir. [1] Söz konusu pazar paylarına karşılık Open Mobile Alliance, Broadband Forum, OASIS, OGC ve GSI kuruluşları da standartların oluşumu için çalışma gelen cihaz/ kişi dağılımı Tablo 1 de verilmektedir. yapmaktadır. Bu bildiride IEEE P2413 numaralı IoT Tablo. 1 Dünya nüfusu ve IoT standartının gelişimi ve mimarisi esas alınarak Bulut Bilişim ile IoT ile ilgili standart ve mimariler ile bir TARİH DÜNYA BAĞLANTILI KİŞİ karşılaştırma yapılacaktır. NÜFUSU CİHAZ BAŞINA SAYISI BAĞLI Anahtar Kelimeler CİHAZ (adet) Internet of Things, IEEE P2413, LoRA, 3GPPP, (milyar) SAYISI CENELEC, ETSI 2003 6.3 500 milyon 0.08 ABSTRACT 2010 6.8 12.5 milyar 1.84 IEEE foundation groups the development of IoT (Internet of Things) architecture and standarts under 4 2015 7.2 25 milyar 3.47 main titles; 1. Designing the User Interface and testing 2020 7.6 50 milyar 6.58 the scalabiliy of the network by using IPV6 which shows how networks should be more simple, fast and effective. 2. The connection formed by wearable technologies, smart cars and houses, industrial IoT and M2M Bu gelişme eğilimi ile birlikte IoT yapılarının gerek applications. 3. Investing and operating on business mimari gerekse bu mimari üzerinde altyapılar için models and starting e-trade applications based on them. uygulanacak standartizasyonların tesis edilmesi önem 4. Collecting and analysing data and managing network. kazanmaktadır. Bu standartlar platform, bağlantı In order to standardize IoT, besides the number P2413 (connectivity), iş modeli (business application) ve standard, Industrial Internet Consortium, OneM2M, nesnelerin belirlenmesi, (Şekil 1) verilerin toplanması ve analiz edilmesine yönelik uygulamalara yönelik işlemler iletişim alanında yüksek kapasiteli kararlı sistemler, (killer application) olmak üzere 5 başlık altında toplanır. gerçek zamanlı kritik sistemler, güçlü ölçeklenebilir Nesnelerin interneti (IoT) uygulamalarına yönelik ağlar, kitlesel yayılım için uygun ağlar alanında (domain) mimari teknoloji (Şekil 2) altyapısı ise donanım P2P (peer-to-peer) ağ, yıldız ve ağaç topolojisi ile çeşitli (sensörler, aktüatörler), verilerin toplandığı kısım üreticiler ve standartlarla pazarda yer almaktadır. (Şekil (internet gateway) , verilerin analiz ve ön işleme tabi 3) tutulduğu kısım (Edge IT) ve analiz, yönetim, arşivlemenin yapıldığı kısım ( Data center/Cloud) olmak üzere 4 ana başlık altında incelenir. [2] Şekil 3. IoT için kablosuz ağlar alanları [4] Bütün bu farklı erişim yöntemleri ölçek ekonomisine Şekil 1. IoT komponentleri [3] uygun bir altyapı kurulması, daha fazla ve farklı üretici Bu mimari yapı üzerinde çevrenin korunmasını teminen ürünlerinin pazara girmesi ve IoT paydaşlarının sayısının sağlıklı bir eko sistem oluşturulması, yatırım artması, altyapıların kurulabilmesini teminen ağ üzerinde kaynaklarının verimli kullanılması (CAPEX), işletme çalışacak yazılımlar ve uygun API yazılımları ve farklı maliyetlerinin en aza indirilmesi (OPEX) ve ilgili pazara üretici cihazları arasında yatay-dikey zamanında giriş ve sistemler arası uyum sağlanması için standartizasyonların sağlanması için düşük sermaye IoT standartizasyonlarının uyumluluk (compatibilty) gideri oluşturulması (CAPEX), ağlar üzerinde düşük oluşturulması gereği bulunmaktadır. tarife oranlarının tüketicilere yönelik uygulanması, iş uygulamalarına yönelik daha verimli ağlar kurulması (OPEX) ve IoT ürünlerinin pazarda yer alacak şekilde çekirdek iş modellerinin gelişiminin sağlanmasına yönelik uygulamaların geliştirimesi standartizasyonların oluşturulması için gerekli görülmektedir. Bu bağlamda standartizasyonlar otomotiv, ev, enerji ve sağlık alanları olmak üzere güvenli/gizli, cihazdan yönetim odaklı, veri alış verişi ve ağlar arasında iletişim (interworking) ve birlikte çalışabilirlik (interoperability) alanları öncelikli olmaktadır. Bu mimari yapılar üzerinde ise IP iletişim protokolünü destekleyen bir yapı, bir uygulamaya ait yeteneklerin başka bir uygulamada da kullanımı (API), mevcut iletişim prtotokollerinin kullanımı ve gelecekte kullanılacak yapay zeka uygulamaları da dahil olmak üzere anlamsal ağ (semantic web) uygulamalarında ortak Şekil 2. IoT Mimarisi bir gelişim gösterilmesinin sağlanmasıdır. Bütün bu çalışmalarda esaslar test ve birlikte çalışabilirlik anlamında ağ üzerinde referans noktaları oluşturulması , STANDARTLARIN OLUŞTURULMA IoT cihazlarına sertifikasyon sağlanması ve açık kaynaklı GEREKLİLİĞİ yazılımlarla kullanıcıya istediği anda yazılımı değiştirme özgürlüğü tanınarak açık kaynak yapılı bir ağ IoT nin mimari yapısını içinde donanım, iletişim, yazılım yönetiminin kurulmuş olması hedeflenmektedir. IoT ve uygulama seviyeleri olarak belirlenen her bir yapı standartizasyonları Fikri ve Sinai Mülkiyet haklarının içinde standartizasyonun sağlanması gerekliliği pazarda ihlal edilmesine yönelik ve özellikle yönlendiriciler, ağ bulunan birçok üreticinin farklı teknolojik ürünleri kapıları ve IP kameralar gibi ürünlere yönelik adli pazara sürmesinden dolayı bir gereklilik olarak kovuşturmalarla ilgili siber suçlar yasa ve mevzuat görülmektedir. Söz konusu farklı ürünler kablosuz uygulamalarına uygun olarak tesis edilmesi gerekliliği gizlilik (privacy) ve emniyetli (safety) özellikte kaliteli bulunmaktadır. iletişim sağlanması, alanlar arasında etkileşimi teşvik ederek birlikte çalışabilirlik ve işlevsel yönden IoT STANDARTİZASYON ÇALIŞMALARI uyumluluk sağlanarak IoT pazarının gelişiminin sağlanıp Siber Fiziksel Sistemler (CPS) akıllı ağ alt yapılı enerji mimari yapının kurulmasını desteklemektir. Standart, sistemleri, otonom otomobil sistemler, medikal gözlem, IoT topolojisinin ve mimarisinin en üst hiyerarşik otomatik kontrol sistemleri, robotik ve uçuş kontrol seviyesinden en alt seviyesine yaklaşım olacak şekilde sistemleri gibi uygulamaların fiziksel bağlantılarını ISO/IEC/IEEE 42010 sistem ve yazılım mühendisliği bilgisayarlar üzerinden internet ortamına taşınmasını standartını da kapsayacak şekilde tanımlanmaktadır. sağlar. Sibernetik, mekatronik ve tasarım/proses olarak P2413 standartının gerçekleştirilmesi için 3 aşamalı bir CPS, havacılık, otomotiv, kimyasal prosesler, inşaat yaklaşım gösterilmektedir. Buna göre : altyapıları, enerji, sağlık, fabrika, ulaşım, eğlence, insan- bilgisayar etkileşimi ve tüketici elektroniğinde gömülü Bölüm 1: IoT Dikey Uygulama Alanı olarak IoT dikey sistemler alanında kritik teknoloji olarak ve Endüstri 4.0 uygulama içeriğinde bulunan nesnelerin IoT a giden bir yol olarak tanımlanmaktadır. IEEE-SA davranışlarının tanımı yapılır. Corporate Advisory Group 200 den fazla firmanın Bölüm 2: IoT yatay modelleme olarak IoT alanlarının katılımı ile bütün bu farklı endüstriyel gruplar arasında çekirdek karekteristiklerinin tanımları yapılır. uyumun sağlanması için korumalı, güvenlikli, gizliliği kapsayan ve emniyeti içeren bir iletişim sağlanması için Bölüm 3: Çerçeve Mimari olarak P2413 IoT mimari çalışmalar sürdürmektedir. Bu standard, çeşitli IoT yapısının ISO/IEC/IEEE 42010 standartı ile uyumunun alanlarının tanımlarını, ve farklı katmanları arasındaki sağlanması gerçekleştirilir. uyumu içeren bir referans mimari çerçeve tanımlar. IEEE P2413' nin ana hedefi uygulama alanları ile teknoloji bünyesinde kurulan alt grup (WG) çalışmaları arasında yakınsamayı sağlayacak dönüşüme açık kapsamında 2014, 2015 ve 2016 yıllarında olmak üzere gelişimin sağlanması , genişleyebilir bir mimari toplam 4 rapor yayımlamış, 2017 yılı içinde ve 2018 çerçevenin sağlanması ve aynı standartlara dayalı bir yılında da birer rapor yayımlamayı planlamaktadır. hedef, global seviyede IoT çalıştaylarının sağlanması ve IEEE nin diğer grupları ile çalışmaların gerçekleştirilerek Bu çalışmalar IoT ‘ye yönelik olarak P2413 standartının 2020 yılına kadar açık ve ortak bir IoT birliğinin tesisi için 2011 yılında yayımlanan Sistem ve Yazılım kurulması hedeflenmektedir. Mimarisi olarak AT&T, CISCO, GE ve IBM firmalarının da içinde bulunduğu IIC (Industrial Internet IoT VE ISO/IEC/IEEE 42010 STANDARTI Consortium) ve IEEE nin ortak çalışma grupları IEEE 42010 standartında mimari görünümler için kapsamında 2017 yılı içinde konfirmasyonu yapılan kavramsal modelin tanımı yapılmıştır. Bir sistemin ISO/IEC/IEEE 42010 standartındaki tanımlamaları esas kendisiyle ilgili birden fazla paydaşı vardır ve bu bakış alır. Çalışmaları halen devam etmekte olan P2413 açılarıyla adreslenerek görünümler bakış açılarından elde standartı tamamlandığında ulaşım ve sağlık hizmetleri edilir. (Şekil 3) Bu ilgiler bakış açılarıyla adreslenerek başta olmak üzere IoT ortak mimari dikey yapısı içinde uyumlu bir grup görünümünü kapsar. bütün katmanlara uygulanacak bir referans model oluşturacaktır. IoT standartlarının farklı teknoloji üreticileri arasında yakınsamayı sağlayacak bir altyapı sağlamasına yönelik olarak Intel tarafından açıklanan cihazdan cihaza (device to device) uygulamalar OIC (Open Interconnect Consortium) çalışmaları kapsamında IoTvity, büyük çoğunluğunu üniversite ve firmaların oluşturduğu (The Open Connectivity Foundation) kuruluşu, standartizasyonların IoT GSI (Global Standard Initiative) girişimi ise IoT uygulamalarını Akıllı Şehirlerde uygulanmasına yönelik oluşumu IoT- Ecosystem adı altında yapmaktadır. Bütün bu çalışmalar IoT için ortak bir IEE P2413 standartının tesis edilmesi hedefine doğru gitmektedir. IoT VE IEEE P2413 STANDARTI IEEE nin IoT için geliştirmekte olduğu P2413 standartının hedefi altyapı üzerinde değişik alanlardaki Şekil 3. Mimari Görünümler için Kavramsal Model (domain) etkileşimlerin gerçekleştirilmesi, IoT (IEEE42010) alanlarının tanımlanması, farklı IoT alanlarının ortak bir yaklaşımla tanımlanması, dörtlü olarak (quadruple) Bu mimarileri tanımlamak için belirlenen bir alanda veya tanımlanan koruma (protection), güvenlik (security), paydaş topluluğu arasında tanımlanmış kurallar, prensipler ve pratikler bulunur. [5] Industrial Internet Consortium (IIC) AT&T , Cisco, GE, çeviklik, ölçülebilirlik ve raporlanabilirlik olarak temel IBM ve Intel tarafından 2014 yılında kurulmuş kar amacı niteliklere sahiptir. Hizmet modelleri olarak ise gütmeyen bir kuruluştur. Industrial Internet Architecture sağlayıcının kullanıcılara yönelik belirlediği ağ yönetim Framework (IIAF) ve Industrial Internet Reference yeteneklerini açması olarak SaaS (Software as a Architecture (IIRA) temel çerçevesini IIAF üzerinde Service), kullanıcılara konuşlandırılmış uygulamalar ve ‘ISO/IEC/IEEE 42010:2011’ nin kurallarının barındırma ortamı üzerinde kontrol amaçlı olarak bir uygulanması ile tesis edilir. IIC konsorsiyomu iyi bir platform sağlamak PaaS (Platform as a Service) ve ekosistem kurulmasına yönelik olarak nesneler ile kullanıcıya yapılacak işlemleri, depolamayı, ağları ve insanlar arasında ortak bir altyapı mimarisi üzerinden iş diğer bilgi işlem kaynaklarını tahsis ederek herhangi bir süreçlerinin tanımlanması ve birlikte çalışabilme yazılımı konuşlandırarak çalıştırması olarak IaaS yeteneklerinin gelişimi için IEEE42010 standartını da (Infrastructure as a Service) tanımlanır. Dağıtım kapsayacak şekilde çalışma yapılması gerektiğini modelleri olarak ise bulutun yalnızca bir kuruluş için vurgulamaktadır. Standartın uygulanmasında farklı işletildiği özel bulut, altyapının çeşitli kuruluşlar sistemlerin altyapıları üzerinde farklı ilgilerin tarafından paylaşıldığı topluluk bulutu, genel kamu ya da adreslenmesi ihtiyacı nedeniyle, bakış açılarının bir büyük sektöre ait olan kamusal bulut, veri ve sabitlenmemesi gerektiğinin ve bunun yerine çoklu bakış taşınabilirliği standart haine getirilmiş iki veya daha açılarının kullanılabileceğinin farkına varılması ile IIoT bulutun birleşimi olan melez bulut olarak belirlenir. IoT ağlarında sensörler ve aktüatörler başta olmak üzere ağlarında toplanan ve dağıtılan verilen analizinde, bütün nesnelerin adreslenebilirliği gerçekleştirilmektedir. yazılımın test edilmesinde ve geliştirilmesinde özellikle PaaS katmanında diğer katmanlarda olduğu gibi farklı IoT İÇİN IEEE BULUT BİLİŞİM STANDARTLARI standartlarda bulut uygulamaları bulunmaktadır.(Şekil 4) Bulut bilişim, minimum yönetim özellikli veya servis sağlayıcı etkileşimiyle servislerin hızla tanımanabildiği Bulut üzerinde mevcut standartlarlarla birlikte (Tablo 2) veya sistem üzerinden alınabildiği, ağ, sunucu, depolama IEEE standartlar komitesi bulut profilleri için P2301, kaynakları, uygulamalar ve hizmetler gibi bulutlar arası (intercloud) bağlantılar için P2302 yapılandırılabilir bilgi kaynaklarının paylaşılan bir standartları üzerinde çalışmaktadır. havuza talep üzerine kolay erişim sağlayan bir modelidir. Tablo 2. Bulut Bilişim Standartları [6] IoT ağ altyapısına bağlanacak sensörler ve aktüatörlerden gelecek bilgiler büyük veri (big data) ISO/IEC 19086-1:2016 Servis Seviyesi şeklinde bulut (cloud) üzerinde depolanmaktadır. Söz Sözleşmesi konusu veriler gerçek zamanlı olarak işlenip analiz ISO/IEC 27018:2014 Güvenlik-Kişisel edilmesine görselleştirilmesine, operasyonel değişikliklerin uygulanmasına ve yönetilmesine yönelik Tanımlanabilir Bilginin bulut hizmetleri üzerinde aynı zamanda yapay zeka Korunması ugulamalarının da gerçekleştirilmesi yer almaktadır. ISO/IEC 27036-2:2014 Güvenlik Teknikleri- Büyük veri teknolojileri sürekli sensör verisi akışları Tedarikçi İlişkileri Bilgi değerlerini saklamak, yönetmek ve veri analitiğinin yapılabilmesine yönelik geliştirmelerin bulut sistemleri Güvenliği üzerinde gerçekleştirilmesi aynı zamanda IoT ISO/IEC 19770-1:2012 Yazılım Varlık standartlarının geliştirilmesi ile daha yönetilebilir bir Yönetimi altyapının kurulmasını sağlayacaktır. ISO/IEC 17789:2014 Referans Mimarisi ISO/IEC 17788:2014 Gözden Geçirme ve Kelime Dağarcığı P2301 standartı Guide for Cloud Portability and Interoperability Profiles (CPIP) kılavuzu ile bulutlar üzerinde arabirimler, taşınabilirlik birlikte çalışabilirlik, dosya biçimleri ve çalışma kurallarının belirlenmesi, bulut sağlayıcıları, bulut satıcıları, hizmet sağlayıcıları ve kullanıcıların profillerinin tanımlanmasını sağlar. Bulut bilgi işlem sistemleri birçok farklı unsur içerirken veri içinde bulunan her bir öğe için birçok seçenek, dosya Şekil 4. Bulut Mimarisi biçimi ve işletim sözleşmesi bulunur. Bu kılavuz, arabirimleri, biçimleri ve sözleşmeleri tanımlamak için Bulut mimarisi talep üzeri self-servis, geniş ağ erişimi, çeşitli kaynaklardan "profiller" olarak adlandırılan daha fazla tüketiciye ulaşmak üzere tesis edilen bir mantıksal bir biçimde modellenen seçenekleri kaynak havuz, verinin işlenmesine yönelik sürat ve numaralandırmaktır. Bu şekilde, bulut ekosistemi katılımcıları, daha fazla taşınabilirlik, ortaklık ve birlikte [4]http://www.itu.int/en/ITU-T/Workshops-and- çalışabilirlik eğiliminde olacaktır. Seminars/iot/20151019/Pages/KONDEPUDI- Sekhar.aspx P2302 standartı the Standard for Intercloud Interoperability and Federation (SIIF) çalışması ile [5] ISO/IEC 42010 2007 Recomended practice for bulutlar arası birlikte çalışabilirlik, topolojiyi ve architectural descriptions of software intensive systems yönetişimi sağlar. Standart, bulut sağlayıcıları arasında, (ISO/IEC 42010,2011 gelişmekte olan iş modellerini destekleyebilen dinamik bir altyapı sağlayan kullanıcılara uygulamaları [6] National Institute of Standards and Technology, gerçekleştirir. [7] Information Technology Laboratory SONUÇ [7] https://cloudcomputing.ieee.org/ Bu bildiride IoT standartlarının gelişimi tartışılmıştır. IEEE P2413 standartı için IEEE çalışma grupları toplam 15 adet olmak üzere en son Mart 2017 tarihinde ABD' nin Las Vegas kentinde toplanmıştır. Standartların geliştirilmesi çalışma grupları tarafından sürdürülmekte ÖZGEÇMİŞ ve IoT altyapılarının en önemli birimi bulut teknolojileri, pazarda yer alan uluslararası alanda çeşitli üreticilerin S. Vedat Karaarslan ürünlerinin yer aldığı farklı yazılım uygulamaları olarak çeşitli sektörlere yönelik olarak kurulmaya devam PTT‘de sayısal telefon etmektedir. IoT uygulamalarında başta ara yazılım santrallerinde Mühendis, Data (middleware) katmanı ve büyük veri bulut hizmeti Transmisyon Elektronik Cihazlar içindeki diğer katmanların tesis edilmesinden Grup Başmüh., Başmüdür Yrd., kaynaklanabilecek hukuki sonuçların, siber güvenlik ve Telgraf ve Telefon Dairesi yapay zeka alanlarını da kapsayacak şekilde Başkan Yrd. Bilişim Ağları genişletilmesi gereği, standartlaşmanın önemini ortaya Dairesi Başkanı, Türk koymaktadır. Telekomünikasyon A.Ş Genel Müdür Yrd. ve Yönetim Kurulu Üyeliği, Eurasiasat Yönetim Kurulu Üyeliği, Aycell KAYNAKÇA Mobil Haberleşme ve Pazarlama A.Ş. Yönetim Kurulu Başkanlığı görevi yapmıştır. Karadeniz Teknik [1]https://www.mckinsey.com/business-functions/digital- Üniversitesi (KTÜ) Elektronik ve Haberleşme mckinsey/our-insights/the-internet-of-things-the-value- Mühendisliği Bölümünden mezun olmuştur. Hacettepe of-digitizing-the-physical-world Üniversitesi Arkeoloji Bölümünde Lisans okumaktadır. [2] IoT Standards Wars, Forum on Internet of Things: Ankara Üniversitesi Avrupa Toplulukları ABD Empowering the new Urban Agenda, Geneva, Ekonomi-Maliye bölümünde Yüksek Lisans yapmıştır. Switzerland, 19 October 2015 Orta Doğu Teknik Üniversitesi Modelleme ve Simülasyon Araştırma ve Uygulama Merkezinde [3]http://grouper.ieee.org/groups/2413/meeting- Araştırmacı kadrosunda çalışmaktadır. information.html.