Развитие киберфизических систем в городской среде

"Научный аспект №6-2024" - Информ. технологии

УДК 004

Логинов Егор Артемович – студент Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича.

Аннотация: Данная статья рассматривает современное развитие киберфизических систем в городской среде, представляя анализ основных тенденций и проблем данной области. В статье обсуждаются технологии интернета вещей (IoT), автономные транспортные системы, умные города и другие аспекты, влияющие на эффективность и безопасность городской инфраструктуры. Авторы также рассматривают перспективы и вызовы, стоящие перед развитием киберфизических систем в контексте устойчивого развития городов.

Ключевые слова: киберфизические системы, городская среда, интернет вещей, автономные транспортные системы, умные города, устойчивое развитие.

Введение

В современном мире развитие технологий играет ключевую роль в трансформации городской среды. Киберфизические системы становятся все более важными компонентами городской инфраструктуры, объединяя в себе физические объекты и цифровые технологии для обеспечения более эффективного и устойчивого функционирования городов. Интернет вещей (IoT), автономные транспортные системы, умные города – все эти концепции активно внедряются в современные города, направляя развитие в сторону интеллектуальных и экологически устойчивых городских пространств.

В данном контексте необходимо провести анализ текущего состояния развития киберфизических систем в городской среде, выявить основные тенденции, проблемы и перспективы. Такой анализ позволит понять, какие вызовы стоят перед городскими администрациями и технологическими компаниями в контексте создания умных и устойчивых городов будущего.

Киберфизические системы

Киберфизические системы (CPS, Cyber-Physical Systems) представляют собой интеграцию физических процессов с вычислительными и коммуникационными системами. Эти системы объединяют в себе физические объекты, такие как датчики, актуаторы, механизмы управления, с цифровыми технологиями, включая сети передачи данных, алгоритмы управления и аналитику данных. Основная идея киберфизических систем заключается в том, чтобы создать совместную работу между миром физических объектов и миром информационных технологий.

Важной характеристикой CPS является их способность в реальном времени взаимодействовать с окружающей средой, собирать данные, анализировать информацию и принимать решения на основе этого анализа. Это позволяет им обеспечивать автоматизацию и оптимизацию различных процессов, например, в производстве, транспорте, энергетике, медицине, и в городской среде в целом.

Примеры киберфизических систем включают в себя умные транспортные системы, где автомобили обмениваются информацией для предотвращения столкновений и оптимизации движения, системы умного дома, где устройства автоматически реагируют на предпочтения жильцов и меняют режимы работы для экономии ресурсов, а также системы мониторинга и управления в промышленности для оптимизации производственных процессов и предотвращения аварийных ситуаций.

Внедрение киберфизических систем в городскую среду

Внедрение киберфизических систем (CPS) в городскую среду происходит через ряд этапов и механизмов, которые обеспечивают успешное функционирование и взаимодействие этих систем с окружающей инфраструктурой и обитателями города. Рассмотрим основные этапы и способы внедрения CPS в городскую среду:

• Анализ и планирование.
• Выбор и разработка технологий.
• Интеграция систем.
• Тестирование и оптимизация.
• Запуск и мониторинг.
• Обучение персонала и обитателей.
• Дальнейшее развитие и обновление.

Внедрение CPS в городскую среду – это многоэтапный процесс, требующий комплексного подхода, тесного взаимодействия различных структур и обширной поддержки со стороны управляющих органов и жителей города.

Преимущества

Эффективность: Преимущество киберфизических систем в городской среде заключается в повышении эффективности использования городских ресурсов и улучшении общей инфраструктуры. Это достигается благодаря автоматизации процессов управления, оптимизации транспортных потоков и ресурсов, а также принятию более информированных решений на основе собранных данных. Например, умные системы управления освещением могут автоматически регулировать яркость в зависимости от времени суток и погодных условий, что позволяет сэкономить энергию.

Безопасность: Киберфизические системы способствуют улучшению безопасности городской среды. Например, системы видеонаблюдения с распознаванием лиц и автоматическим определением аномального поведения могут помочь в раннем обнаружении инцидентов и предотвращении преступлений. Также автономные транспортные системы обладают функциями аварийного торможения и избегания столкновений, что снижает вероятность дорожных происшествий.

Инновации: Развитие киберфизических систем стимулирует инновации в городской среде, создавая новые возможности для развития бизнеса и улучшения качества жизни горожан.

Проблемы и недостатки

Кибербезопасность: Одним из основных недостатков киберфизических систем является угроза кибербезопасности. Поскольку все больше устройств становятся подключенными к сети Интернет, это создает дополнительные точки входа для кибератак. Недостаточная защита данных и инфраструктуры может привести к утечкам конфиденциальной информации, взлому систем управления и другим киберугрозам. Таким образом, обеспечение высокого уровня кибербезопасности становится критически важным при развертывании киберфизических систем в городской среде.

Инфраструктурные ограничения: Некоторые города могут столкнуться с ограничениями в инфраструктуре для эффективной реализации киберфизических систем.

Проблемы регулирования: Необходимо разработать эффективные нормативные и правовые рамки для управления киберфизическими системами и защиты интересов граждан.

Заключение

В заключении стоит отметить, что внедрение киберфизических систем в городскую среду обещает значительные преимущества: повышение эффективности, безопасности и комфорта жизни. Однако это также сопряжено с вызовами, такими как обеспечение кибербезопасности и разработка эффективных регулирующих механизмов. Несмотря на это, развитие CPS имеет огромный потенциал для создания умных и устойчивых городов будущего.

Список литературы

1. Волкогонов В. Н. и др. Применение физически неклонируемых функций для выполнения аутентификации в среде интернета вещей //Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании. – 2021. – С. 409-414.
2. Гельфанд А. М. и др. Оценка рисков и угроз безопасности в среде «Умный дом» //Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2020). – 2020. – С. 316-321.
3. Бударный Г. С. и др. Разновидности нарушений безопасности и типовые атаки на операционную систему //Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2022). – 2022. – С. 406-411.
4. Березина Е. О., Виткова Л. А., Ахрамеева К. А. Классификация угроз информационной безопасности в сетях IOT //Вестник Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна. Серия 1: Естественные и технические науки. – 2020. – №. 2. – С. 11-18.
5. Бирих Э. В., Ферапонтова С. С. К вопросу об аудите персональных данных //Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2018). – 2018. – С. 111-114.