Simulações de desempenho de construção podem informar vazamentos de privacidade de IoT em edifícios

Jul 19, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 7602 (2023) Citar este artigo

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À medida que os dispositivos IoT se tornam mais baratos, menores e implantados de forma mais onipresente, eles podem revelar mais informações do que o design pretendido e ameaçar a privacidade do usuário. Os sensores de qualidade ambiental interna (IEQ) instalados anteriormente para economia de energia e monitoramento da saúde interna surgiram como um meio para inferir informações confidenciais dos ocupantes. Por exemplo, os sensores de luz são um canal conhecido para inspecionar o status de ocupação do quarto com luzes sensíveis ao movimento. Os sinais de luz também podem inferir dados confidenciais, como identidade do ocupante e informações da tela digital. Para limitar o alcance excessivo do sensor, exploramos a seleção de posicionamentos do sensor como uma metodologia. Especificamente, nesta exploração de prova de conceito, demonstramos o potencial dos modelos de simulação baseados em física para quantificar o número mínimo de posições necessárias para capturar inferências sensíveis. Mostramos como um único sensor bem posicionado pode ser suficiente em contextos de construção específicos para capturar holisticamente seus estados ambientais e como sensores adicionais bem posicionados podem contribuir para inferências mais granulares. Contribuímos com um fluxo de trabalho agnóstico de dispositivo e adaptável à construção para capturar respeitosamente a atividade inferida dos ocupantes e elaborar as implicações de incorporar simulações de construção em esquemas de detecção no mundo real.

Devido ao aumento da conscientização sobre medidas de redução de energia em edifícios nas últimas duas décadas, vários avanços tecnológicos foram introduzidos para monitorar as mudanças nas condições internas. Sensores e atuadores tornaram-se cada vez mais integrados aos edifícios para reduzir o consumo geral de energia e, ao mesmo tempo, melhorar o conforto dos ocupantes1,2. Por exemplo, os sistemas de automação predial podem reduzir o consumo de energia de um edifício diminuindo a iluminação artificial quando há luz natural suficiente no edifício3. O edifício também pode utilizar sensores de ocupação e qualidade do ar para reduzir a demanda de energia por unidades de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) em antecipação à presença ou conforto dos ocupantes4. O número de sensores instalados em edifícios só crescerá com o aumento dos preços da energia e os conhecidos benefícios dos ambientes inteligentes5. No entanto, ainda existem inúmeros desafios para o uso de dados coletados por sensores para melhorar a utilidade dos ocupantes.

Em primeiro lugar, e fundamentalmente, os sensores têm diferentes frequências de coleta de dados, então os pesquisadores não podem simplesmente comprar qualquer sensor ambiental e instalá-lo para capturar toda a atividade que acontece dentro de casa. A frequência da coleta de dados restringe os tipos de comportamento dos ocupantes que podem ser inferidos. Por exemplo, o teorema de amostragem de Nyquist-Shannon demonstra que você precisa amostrar em mais de duas vezes o componente de frequência mais alta do sinal para invertê-lo corretamente6. As diferenças de escala de tempo significam que os pesquisadores não podem usar uma câmera de uma imagem por 30 segundos para capturar o comportamento de assuntos que ocorrem a cada 15 segundos sem perder dados. Aumentar a frequência, por outro lado, pode causar outros efeitos indesejáveis, como aliasing de sinal. Ainda é necessário um pesquisador (projetista ou gerente de instalação) para decidir as especificações do sensor instalado, como frequência, modo e variável observada; o próprio ato de comprar o hardware restringe perpetuamente o comportamento observável a jusante.

Em segundo lugar, as colocações do sensor têm um grande efeito na utilidade a jusante dos dados coletados do sensor, mas o posicionamento é frequentemente negligenciado ou começa aleatoriamente e depois é aprimorado iterativamente7. Sensores implantados em posições incorretas podem resultar em leituras incorretas8,9, mas pode ser mais conveniente instalar sensores e começar a coletar dados o mais rápido possível. Além disso, sensores anteriores instalados para avaliar um edifício podem se tornar insuficientes ou indesejáveis ​​para novos usos do espaço. Por exemplo, alguns residentes podem se mudar, tornando redundantes os sensores anteriores em locais não mais ocupados. Da mesma forma, moradores adicionais podem se mudar, tornando a cobertura anterior inadequada para o novo uso do espaço. Otimizar a posição e o número de sensores pode resultar em menor consumo de energia e melhores leituras, mas é um desafio incorporar e manter considerações de contextos em mudança e objetivos de detecção para um número crescente de sensores manualmente.