Архитектура распределенной системы тестирования устройств интернета вещей на этапе их разработки

Цели. Цель работы заключается в разработке архитектуры распределенной системы тестирования устройств интернета вещей (Internet of Things, IoT), обеспечивающей защищенную передачу тестовых сценариев и их изолированное исполнение на исполнительных модулях. Актуальность исследования обусловлена стремительным ростом числа IoT-устройств, функционирующих в недоверенных вычислительных средах, где процесс тестирования может создавать риски утечки конфиденциальных данных или несанкционированного вмешательства в программное обеспечение.

Методы. Проведен сравнительный анализ существующих решений, таких как NI TestStand, MagicDAQ, PHiLIP и KEOLABS ContactLAB. Выполнено сопоставление их архитектурных компонентов и процессов жизненного цикла тестовых сценариев.

Результаты. На основании анализа выделены основные этапы жизненного цикла, на которых применяются рассмотренные инструменты: подготовка и хранение, передача и интерпретация, взаимодействие с тестируемым устройством, регистрация и анализ результатов. Кроме того, проведено сравнение существующих и предложенного архитектурных решений по ключевым характеристикам: предметная область применения, тип архитектуры (распределенная или централизованная), среда исполнения тестовых сценариев, масштабируемость системы, уровень изоляции среды исполнения, наличие механизмов защиты и возможность удаленного управления. Результаты работы представлены в виде предложенной архитектуры, включающей управляющий модуль и автономные исполнительные модули с изолированной виртуальной средой исполнения MicroPython. Для обеспечения безопасности предусмотрена передача тестовых сценариев по зашифрованному каналу связи с использованием протоколов CoAP и DTLS, а также выполнение кода тестовых сценариев в ограниченной среде, изолированной от основной операционной системы.

Выводы. Проведенный сравнительный анализ продемонстрировал, что предлагаемое решение устраняет ключевые ограничения аналогов, связанные с отсутствием механизмов шифрования и изоляции исполнения. Разработанная архитектура повышает безопасность и надежность процесса тестирования IoT-устройств и может использоваться в недоверенных вычислительных средах для защиты интеллектуальной собственности и логики тестовых сценариев.

1. Дьяков О.Н., Беляков Д.С., Калинин Е.О. Использование технологии ePKI для безопасного обновления встроенного программного обеспечения доверенных программно-аппаратных комплексов. Безопасность информационных технологий. 2025;32(2):152–177. https://doi.org/10.26583/bit.2025.2.12

2. Venugopal M., Nanda M., Anand G., Chandana Voora H. An integrated Hardware/Software Verification and Validation methodology for Signal Processing Systems. ITM Web Conf. 2022;50:02001. https://doi.org/10.1051/itmconf/20225002001

3. Bures M., Cerny T., Ahmed B.S. Internet of Things: Current Challenges in the Quality Assurance and Testing Methods. arXiv. arXiv:1805.01241. 2018. https://doi.org/10.48550/arXiv.1805.01241

4. Mazhar T., Talpur D.B., Shloul T.A., Ghadi Y.Y., Haq I., Ullah I. Analysis of IoT Security Challenges and its Solutions Using Artificial Intelligence. Brain Sciences. 2023;13(4):683. https://doi.org/10.3390/brainsci13040683

5. Minani J.B., Sabir F., Moha N., Guéhéneuc Y.G. A Multimethod Study of Internet of Things Systems Testing in Industry. IEEE Internet Things J. 2024;11(1):1662–1684. https://doi.org/10.1109/JIOT.2023.3291233

6. Папуловская Н.В., Изотов И.Н., Блиничкин Д.Ю., Катаев А.Ю. Разработка ядра платформы автоматизированного тестирования устройств интернета вещей. Int. J. Open Inf. Technol. 2021;9(6):38–45. https://elibrary.ru/ybxvtg

7. Castelo Branco K.D.S., Dantas V.L.L., Carvalho L.M. Interoperability Testing Guide for the Internet of Things. In: Proceedings of the 30th Brazilian Symposium on Multimedia and the Web (WebMedia 2024). (Sociedade Brasileira de Computação). 2024. P. 188–196. https://doi.org/10.5753/webmedia.2024.242058

8. Weiss K., Rottleuthner M., Schmidt T.C., Wählisch M. PHiLIP on the HiL: Automated Multi-Platform OS Testing with External Reference Devices. ACM Trans. Embed. Comput. Syst. (TECS). 2021;20(5s):1–26. https://doi.org/10.1145/3477040

9. Behnke I., Thamsen L., Kao O. Héctor: A Framework for Testing IoT Applications Across Heterogeneous Edge and Cloud Testbeds. In: Proceedings of the 12th IEEE/ACM International Conference on Utility and Cloud Computing Companion. ACM; 2019. P. 15–20. https://doi.org/10.1145/3368235.3368832

10. Ziegler S., Fdida S., Viho C., Watteyne T. F-Interop – Online Platform of Interoperability and Performance Tests for the Internet of Things. In: Mitton N., Chaouchi H., Noel T., Watteyne T., Gabillon A., Capolsini P. (Eds.). Interoperability, Safety and Security in IoT. Lecture Notes of the Institute for Computer Sciences, Social Informatics and Telecommunications Engineering. Springer; 2017. V. 190. P. 49–55. URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-52727-7_7. Accessed July 07, 2025.

11. Olianas D., Leotta M., Ricca F. MATTER: A tool for generating end-to-end IoT test scripts. Software Qual. J. 2021;30(2): 389–423. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s11219-021-09565-y. Accessed July 07, 2025.

12. Schieferdecker I., Kretzschmann S., Rennoch A., Wagner M. IoT-Testware – An Eclipse Project. In: 2017 IEEE International Conference on Software Quality, Reliability and Security (QRS). IEEE; 2017. https://doi.org/10.1109/QRS.2017.59

13. Беляков Д.С., Калинин Е.О., Конев А.А., Шелупанов А.А., Мицель А.А. Модели жизненного цикла и угрозы безопасности микросхемы во время ее разработки и эксплуатации. Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (Доклады ТУСУР). 2023;26(1):76–81. https://doi.org/10.21293/1818-0442-2023-26-1-76-81

14. Конев А.А. Модель угроз безопасности защищенного микроконтроллера и обрабатываемой им информации. Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (Доклады ТУСУР). 2022;25(4):80–87. https://doi.org/10.21293/1818-0442-2022-25-4-80-87

15. Restuccia G., Tschofenig H., Baccelli E. Low-Power IoT Communication Security: On the Performance of DTLS and TLS 1.3. In: Proceedings 2020 9th IFIP International Conference on Performance Evaluation and Modeling in Wireless Networks (PEMWN). https://doi.org/10.23919/PEMWN50727.2020.9293085

16. Lowther D., Jacob D., Trevor J., Singer J. Secure Scripting with CHERIoT MicroPython. In: Proceedings of the 34th ACM SIGPLAN International Conference on Compiler Construction. ACM; 2025. P. 180–191. https://doi.org/10.1145/3708493.3712694