О стандартах Умного города
Намиот Д.Е.

Аннотация

Стандарты в области «умного города» охватывают разные аспекты функционирования крупных поселений. Настоящая статья посвящена анализу стандартов, относящихся к информационно-коммуникационным технологиям. Она является расширенным и дополненным изложением доклада, представленного на Международном конгрессе «SMART RUSSIA 2016». Рассматривается роль платформ интернета вещей в «умных городах» и различные подходы к реализации платформ собственно «умного города». Сравниваются предлагаемые международные стандарты с подходами, преобладающими в настоящее время в отечественной практике.

Ключевые слова: «умный город», Интернет вещей, стандартизация.

Введение

Настоящая статья посвящена разработкам стандартов «умного города». Она является расширенным и дополненным изложением доклада, представленного на Международном конгрессе «SMART RUSSIA 2016» [1].

Начать рассмотрение мы хотели бы с определения роли стандартов. Это относится не только к стандартам «умного города» и Интернета вещей. Это очень важно, поскольку в отечественной практике часто доминирует неверная точка зрения, согласно которой стандарты – это, в первую очередь, разного рода ограничения и правила. Это не так. Стандарты – это то, что в английском языке называется “best ptactices” – лучшие практики. Они описывают, как сделать что-то наилучшим способом. Естественно, с учетом какой-то выбранной метрики для этой “наилучшести”. Согласно определению BSI (British Standards Institution), стандарты есть лучшие практики, которые имеют экономическое отражение. Именно экономика часто выступает основной метрикой.

Правило “лучшей практики” относится, естественно, и к стандартам, относящимся к инфо-коммуникационным технологиям (ИКТ). Самый простой пример – язык SQL (стандарт ISO – Международной Организации по стандартизации). Лучшая практика для организации доступа к базам данных. И так далее.

Оставшаяся часть работы структурирована следующим образом. В разделе 2 рассматриваются базовые определения для «умного города», в разделе 3 кратко рассматриваются стандарты, не относящиеся непосредственно к ИКТ, раздел 4 посвящен городам, управляемым данными, в разделе 5 приводится список институтов стандартизации и существующие разработки для «умного города».

Определения «умного города»

Наиболее распространенное на сегодняшний день определение «умного города» привязано к его целям. «Умный город» – это структура, которая обеспечивает устойчивое развитие, повышение качества жизни и эффективное использование ресурсов для своих обитателей (жителей). В целом – это развитие идей о создании комфортной среды обитания как главной цели [3].

В этой связи необходимо упомянуть о разработанном в Международном Институте Телекоммуникаций (ITU) документе KPIs on Smart Sustainable Cities [4]. Этот документ определяет индексы (показатели), по которым можно отслеживать развитие «умного города», а также сравнивать города между собой. Документ передан в ISO и будет принят в качестве международного стандарта.

Вместе с тем, по сообщениям прессы [5], в России готовится свой индекс «умных городов». Никаких академических (научных) публикаций по данной теме нет, все ограничивается сообщениями в прессе. Что и в итоге делается реально – неизвестно. Почему нужно разрабатывать свой собственный индекс, а не использовать (локализовать, модифицировать) международный остается неясным. Очевидно, что в случае любого набора “локальных” показателей всякие сравнения также будут только “локальными”.

Это, на самом деле, основное замечание к отечественным разработкам по данной тематике, которое качается и всех остальных аспектов. Есть совершенно необъяснимый параллелизм в разработках и также необъяснимая закрытость. Например, несколько групп от имени государства разрабатывают стандарты Интернета вещей. Судить об этом можно только по сообщениям в прессе. Академические публикации отсутствуют. Хотя, например, именно там и нужно было бы приводить описания существующих решений и обоснования выбора собственного, ни с чем не совместимого, пути. Если судить по проводимым конференциям (опять таки - не академическим), то никакого анализа существующих разработок не делается, и никакого стремления переиспользовать имеющиеся результаты нет.

Вместе с индексом также определены (ITU, ISO) и направления для сервисов (направления развития) «умного города». Это:

· Smart Economy

· Smart People

· Smart Governance

· Smart Mobility. Также может использоваться название Smart Transportation

· Smart Living

· Smart Environment

· Smart Water Management Systems

· Smart Energy Management Systems. Наиболее известное направление здесь: Smart Grid

· Smart Transportation Management Systems. Другое название: Smart Mobility

· Smart Waste Management Systems

· Smart Healthcare Management.

· Smart Education

· Smart Security

· Smart Buildings Systems. Умный Дом включает управление водой, энергией, отходами, безопасностью.

Несколько моментов, которые можно отметить по данному списку. Специфицируются именно направления. Сервисы перечислить невозможно. Весь смысл в том, чтобы сервисы создавались как мэшапы (то есть, использовали разные наборы данных).

Поскольку большинство населения планет живет именно в городах, то сервис в городе есть сервис для большинства населения. Отсюда появление в списке Умного образования и Умного здравоохранения, например.

Умный дом (Smart Building) рассматривается как Система Систем (SOS) [6]. Он включает в себя многие из перечисленных выше направлений. Тут есть и управление водой и управление отходами и др.

Возможно составление различных приоритетных списков, которые выделяют подгруппы направлений для первоочередной реализации. Интересно, что во все списки, которые мы видели, входит Smart Water. Управление водой рассматривается как очень важная составляющая «умного города» [7].

Отметим также, что стандартизуются и процессы перехода к «умному городу» (процесс трансформации). Ровно потому, что здесь также должны быть «лучшие практики» [8, 9]. Кстати, и эти практики также могут быть переиспользованы.

Не-ИКТ стандарты

В качестве примеров не-ИКТ стандартов можно привести, например, разработки BSI. Эта организация выделяет, как наиболее важные, именно управленческие стандарты. Например, PD 8101:2014 – руководство по планированию Умного Города [10] или PAS 181:2014 – стратегия для «умного города» [11].

На рисунке 1 представлена вертикальная иерархия стандартов по модели BSI. Здесь выделен стратегический уровень, процессы (именно здесь находятся дорожные карты) и технический уровень (здесь находятся ИКТ).

Рис. 1. Три уровня стандартизации (BSI)

Источник: http://urbanopus.net/smart-city-standards-an-overview/

На рисунке 2 представлены стандарты Умного Города от BSI. Как можно видеть, большинство из них – не-ИКТ.

Рис. 2. Стандарты «умного города» от BSI

Источник: http://urbanopus.net/smart-city-standards-an-overview/

Города, управляемые данными

Этот раздел посвящен собственно ИКТ компонентам. Их можно проиллюстрировать схемой от ITU (также взятой в ISO за основу для стандартизации), представленной на рисунке 3.

Два нижних уровня здесь (сенсоры и данные) – это платформа Интернета Вещей (IoT). Иными словами, Интернет Вещей, как компонента, отвечает за сбор данных в «умном городе».

Сервисы не относятся к IoT. Они целиком базируются на данных, доступ к которым организуется через отдельный уровень. Отметим, что в отечественной традиции, применительно к «умным городам», речь идет только о сервисах. Сервисы при этом рассматриваются независимо друг от друга. Такой подход неминуемо ведет к тому, что сервисы будут дублировать общий функционал (сбор данных, анализ, очистку данных, передачу и хранение).

Рис. 3. ИКТ в «умном городе» (ITU)

Источник: https://www.slideshare.net/isimonis/open-standards-a-success-factor-for-smart-cities

Именно IoT служит основной ИКТ компонентой «умного города». А городские сервисы просто используют данные, собранные на этой уровне. Отсюда, собственно говоря, и возник термин – города, управляемые данными. Он описывает «умный город» с точки зрения ИКТ. Отсюда естественным образом определяются области стандартизации: сбор, передача, хранение и анализ данных в городах [12].

Поскольку технически решение задач сбора данных в настоящее время редко связано с непосредственной записью в базы данных, а использует различные решения промежуточного уровня, речь чаше всего ведут о Smart Cities Moddleware. Именно это и понимается под платформой для «умного города».

Важность именно IoT для «умного города» (для его ИКТ составляющей) подтверждается тем, что именно на единственной в настоящий момент полной IoT платформе oneM2M строятся платформы Умных Городов [13, 14].

На рисунке 4 представлена уточненная (по сравнению с рисунком 3) модель ИКТ компонент «умного города». Это, собственно говоря, и есть список того, что должно быть стандартизовано.

Рис. 4. Инженерная модель «умного города»

Источник: https://www.itu.int/en/ITU-T/focusgroups/ssc/Documents/website/web-fg-ssc-0345-r5-ssc_architecture.docx

Институты стандартизации и существующие разработки

Рисунок 5 (авторство – BSI) показывает проекты основных игроков в стандартизации «умного города», а также уровни этих проектов.

Рис. 5. Основные стандарты «умного города»

Источник: http://urbanopus.net/smart-city-standards-an-overview/

Технически, основные разработки ведутся в ITU. ISO выступает в роли своеобразного интегратора.

Из других реализаций мы бы отметили объявленный в NIST (Американский институт стандартов) IoT-Enabled Smart City Framework. Он будет выпущен в 2017 году и его цель – это как раз представление модельной архитектуры для «умного города». О подходе NIST можно прочесть в работе [15].

Далее – это уже упоминавшийся консорциум oneM2M [16] и европейский проект FIWARE [17]. Последний проект практически неизвестен в России. Между тем, это очень большой и реально работающий проект с открытым кодом (рисунок 6), который характерен не только большим академическим сообществом, но и огромным объемом инвестиций, которые используются, в том числе, на создание экосистемы: акселераторы, тренинги для разработчиков, поддержка городов, выбравших FIWARE для реализации модели Умного Города.

Упоминавшийся выше BSI выпустил и технический стандарт PAS-212, который этот институт позиционирует как первый стандарт «умного города». Это, конечно, просто маркетинговое преувеличение, но сам стандарт является вполне работающим и предоставляющим много раз упомянутую «лучшую практику». Технически, это проект с открытым кодом HyperCat [18], который предлагаем модель для организации поиска IoT сервисов (данных измерений). Идея состоит в едином подходе к описанию и получению метаданных для IoT сервисов.

Рис. 6. Архитектура FIWARE

Источник: https://www.slideshare.net/FI-WARE/managing-context-information-at-large-scale-final4-yfnv12

Также программа Smart Cities and Communities [19] является частью европейской программы Horizon 2020.

ЛИТЕРАТУРА

1. Международный конгресс «SMART RUSSIA 2016» http://www.smartcongress.ru/ Retrieved: Dec, 2016

2. Намиот Д. Е., Шнепс-Шнеппе М. А. Об отечественных стандартах для Умного Города //International Journal of Open Information Technologies. – 2016. – Т. 4. – №. 7. – С.32-37

3. Волков А. А., Намиот Д. Е., Шнепс-Шнеппе М. А. О задачах создания эффективной инфраструктуры среды обитания //International Journal of Open Information Technologies. – 2013. – Т. 1. – №. 7. – С.1-10

4. KPIs on Smart Sustainable Cities http://www.itu.int/en/ITU-T/ssc/Pages/KPIs-on-SSC.aspx Retrieved: Dec, 2016

5. Сформирован состав Наблюдательного Совета по подготовке «Рейтинга умных городов России» http://ири.рф/news/13927/ Retrieved: Dec, 2016

6. Куприяновский В. П. и др. Цифровая экономика и Интернет Вещей–преодоление силоса данных //International Journal of Open Information Technologies. – 2016. – Т. 4. – №. 8. – С.36-42.

7. Куприяновский В. П. и др. " Разумная вода”: Интегрированное управление водными ресурсами на базе смарт-технологий и моделей для умных //International Journal of Open Information Technologies. – 2016. – Т. 4. – №. 4. – С.20-29.

8. Куприяновский В. П. и др. Стандарты для создания дорожных карт умных городов на примере BSI //International Journal of Open Information Technologies. – 2016. – Т. 4. – №. 8. – С.9-19.

9. Куприяновский В. П., Намиот Д. Е., Куприяновский П. В. Стандартизация Умных городов, Интернета Вещей и Больших Данных. Соображения по практическому использованию в России //International Journal of Open Information Technologies. – 2016. – Т. 4. – №. 2. – С.34-40.

10. PD 8101:2014 Smart cities. Guide to the role of the planning and development process http://shop.bsigroup.com/ProductDetail/?pid=000000000030294642 Retrieved: Dec, 2016

11. PAS 181:2014. Smart city Framework. Guide to establishing strategies for smart cities and communities http://www.bsigroup.com/en-GB/smart-cities/Smart-Cities-Standards-and-Publication/PAS-181-smart-cities-framework/ Retrieved: Dec, 2016

12. Куприяновский В. П. и др. Цифровая экономика=модели данных+большие данные+архитектура+приложения? //International Journal of Open Information Technologies. – 2016. – Т. 4. – №. 5. – С. 1-13.

13. Datta S. K. et al. oneM2M architecture based user centric IoT application development //Future Internet of Things and Cloud (FiCloud), 2015 3rd International Conference on. – IEEE, 2015. – С. 100-107.

14. Шнепс-Шнеппе М. А. Как строить умный город Часть 2. Организация «oneM2M» как прототип в области стандартов умного города //International Journal of Open Information Technologies. – 2016. – Т. 4. – №. 2. – С. 11-17.

15. Намиот Д. Е. и др. Стандарты в области больших данных //International Journal of Open Information Technologies. – 2016. – Т. 4. – №. 11. – С. 12-18.

16. OneM2M http://onem2m.org Retrieved: Dec, 2016

17. FIWARE http://fiware.org Retrieved: Dec, 2016

18. HyperCat http://hypercat.io Retrieved: Dec, 2016

19. Horizon 2020: Smart Cities and Communities https://ec.europa.eu/energy/en/events/horizon-2020-smart-cities-and-communities-information-and-brokerage-event Retrieved: Dec, 2016

______________________________________

НАМИОТ Дмитрий Евгеньевич

Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории открытых информационных технологий факультета ВМК, МГУ им. М.В. Ломоносова