Purpose: The purpose of this article is to present a system that enhances the security, efficiency, and reconfigurability of an Internet-of-Things (IoT) system used for surveillance and monitoring. Methods: A Multi-Processor System-On-Chip (MPSoC) composed of Central Processor Unit (CPU) and Field-Programmable Gate Array (FPGA) is proposed for increasing the security and the frame rate of a smart IoT edge device. The private encryption key is safely embedded in the FPGA unit to avoid being exposed in the Random Access Memory (RAM). This allows the edge device to securely store and authenticate the key, protecting the data transmitted from the same Integrated Circuit (IC). Additionally, the edge device can simultaneously publish and route a camera stream using a lightweight communication protocol, achieving a frame rate of 14 frames per Second (fps). The performance of the MPSoC is compared to a NVIDIA Jetson Nano (NJN) and a Raspberry Pi 4 (RPI4) and it is found that the RPI4 is the most cost-effective solution but with lower frame rate, the NJN is the fastest because it can achieve higher frame-rate but it is not secure, and the MPSoC is the optimal solution because it offers a balanced frame rate and it is secure because it never exposes the secure key into the memory. Results: The proposed system successfully addresses the challenges of security, scalability, and efficiency in an IoT system used for surveillance and monitoring. The encryption key is securely stored and authenticated, and the edge device is able to simultaneously publish and route a camera stream feed high-definition images at 14 fps.


翻译:目的:本文旨在介绍一种提高物联网(IoT)监控系统的安全性、效率和可重构性的系统。方法:提出一种由中央处理器单元(CPU)和现场可编程门阵列(FPGA)组成的多处理器系统级芯片(MPSoC),用于增加智能 IoT 边缘设备的安全性和帧速率。将私有加密密钥安全嵌入FPGA单元,以避免在随机访问存储器中公开,从而使边缘设备能够安全地存储和验证密钥,保护从同一集成电路(IC)传输的数据。此外,边缘设备可以使用轻量级通信协议同时发布和路由摄像机流,实现14帧/秒的帧速率。将MPSoC的性能与 NVIDIA Jetson Nano(NJN)和 Raspberry Pi 4(RPI4)进行比较,发现RPI4是最具成本效益的解决方案,但帧速率较低,NJN最快,因为可以实现更高的帧速率,但不安全,而MPSoC是最佳解决方案,因为它提供了平衡的帧速率,并且从不将安全密钥暴露到内存中。结果:该提议的系统成功地解决了用于监视和监控的 IoT 系统在安全性、可扩展性和效率方面的挑战。加密密钥被安全地存储和验证,并且边缘设备能够同时发布和路由摄像机流以在14帧/秒的高清图像上提供反馈。

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