فناوری اینترنت اشیا چیست و چگونه کار می‌کند؟

اینترنت اشیا در حال تغییر زندگی روزانه ی ماست. از رانندگی گرفته تا خرید کردن و حتی مقدار انرژی دریافتی در طول روز همگی تحت تاثیر اینترنت اشیا قرار می‌گیرد. تراشه و سنسورهای هوشمندی در ابزارها و اشیا اطراف ما قرار می‌گیرند که با هم اطلاعاتی را تبادل می‌کنند.

ایده اینترنت اشیا (IoT) این است که به دستگاه‌ ها اجازه اتصال، واکنش، سازگاری و نفوذ به یکدیگر را می‌دهد، با این هدف که زندگی ما راحت‌ تر و ساده تر شود. تصور کنید، به جای نشستن و منتظر ماندن در یک صبح یخ‌ بندان، ساعت زنگدار شما به شما می‌گوید که شما بیدار شوید و همزمان سیستم گرمایش اتوموبیل را روشن می‌کند تا هنگام سوار شدن گرم باشد. حسگرهای موجود در مبلمان یا کفپوش تان که به اینترنت وصل هستند و در صورت خاموش بودن یا خاموش بودن به روشنایی سیستم روشنایی منزل شما هشدار می‌دهند که چه زمانی خاموش یا روشن باشند.

با توجه به افزایش پهنای باند در چند سال اخیر و کاهش هزینه های مربوط به آن، هم اکنون شرکت ها در حال تجهیز محصولات خود به فناوری وای فای و سنسور است تا همگام با پیشرفت در فناوری اینترنت اشیا پیش بروند.

۷ بیلیون ابزار IoT تا سال ۲۰۲۰ به هم متصل هستند که پیش بینی می‌شود که این مقدار به ۲۲ بیلیون تا سال ۲۰۲۵ برسد.

اینترنت اشیا چیست؟

به طور کلی اینترنت اشیا یا IoT (Internet of Thing) هر چیزی که متصل به اینترنت است را در بر می‌گیرد اما بیشتر به معنی تمام اشیایی است که به یکدیگر از طریق اینترنت متصل هستند و با هم ارتباط دارند و مجهز به سنسور، نرم افزار و دیگر فناوری ها به منظور ارتباط و تبادل اطلاعات هستند. این اشیا می‌توانند تلفن همراه، رایانه، لپتاپ، ساعت هوشمند یا لامپ، در، خودرو، یخچال باشند. در واقع می‌توان گفت در اینترنت اشیا تقریبا هر وسیله یا شی امکان اتصال به این شبکه را دارد.

دنیایی را در نظر بگیرید که در خانه ی خود یک ماکروفر دارید که به طور خودکار شروع به کار می‌کند و برای مدت زمان مشخصی غذا را گرم می‌کند. در خارج از خانه اتومبیل های خودرانی وجود دارند که بدون نیاز به راننده می‌توانند خودروها را هدایت کنند و شما دستبندهایی به دست دارید که ضربان قلب شما را در طول روز اندازه می‌گیرند و متناسب با آن به شما ورزش هایی پیشنهاد می‌دهند. این نمونه ای از دنیایی است که در آن اینترنت اشیا آن را در بر گرفته است.

تاریخچه ی اینترنت اشیا

ایده ی تعبیه ی سنسور و هوشمند کردن ابزار و وسایل برای اولین بار در در دهه های ۱۹۸۰ مطرح شد. دستگاه فروش خودکار شرکت کوکاکولا که در یک دانشگاه مستقر بود، می‌توانست موجودی خود و خنک یا گرم بودن نوشیدنی هایی که تازه وارد دستگاه شده اند را گزارش دهد.

عبارت “اینترنت اشیا” برای اولین بار در سال توسط فردی به نام  Peter T. Lewis مطرح شد. طبق گفته ی او “اینترنت اشیا، یا IoT، یکپارچه‌ سازی مردم، فرآیندها و فناوری ها با دستگاه‌ های قابل اتصال و سنسورهاست تا امکان کنترل از راه دور، بررسی وضعیت، دستکاری و ارزیابی کارکرد این وسایل را فراهم کند.“

ولی در آن زمان پیشرفت در این زمینه خیلی کند بود. زیرا زیرساخت های لازم فراهم نبود. تراشه ها بزرگ بودند و راه های ارتباطی بین ابزارها ساده نبود.

اینترنت اشیا چگونه کار می‌کند؟

در اینترنت اشیا هر یک از اجزای مختلفی که به یک شبکه ی ارتباطی متصل هستند، دارای سنسوری هستند. اطلاعات مربوط به یک شی و محیطش اطرافش از طریق این سنسورها جمع آوری می‌شود. این اطلاعات در یک سرور که می‌تواند ابری باشد، جمع آوری و سپس تجزیه و تحلیل شده و طبق نتیجه ی آن تصمیم مناسبی گرفته می‌شود. این اطلاعات می‌تواند دمای منزل، روشنایی و یا موارد دیگر باشد.

چنین پلتفرمی می‌تواند، با دریافت اطلاعات تصمیمات مناسبی را بگیرد. قبل از وقوع اتفاق غیر منتظره ای با توجه به علائم دریافتی از وقوع آن جلوگیری کند و همچین پیشنهاداتی را برای فرایندهای در حال انجام یا پیش رو داشته باشد.

تمام اطلاعات موجود در سرور می‌تواند از طریق ابزارهای مختلف مانند تلفن همراه و رایانه قابل دسترسی باشد. فرد ابتدا در سرور احراز هویت می‌شود و سپس اطلاعات مورد نظر برای او ارسال می‌گردد. برای احراز هویت می‌توان از روش های مختلفی استفاده کرد. مثلا احراز هویت با چهره روش مناسب و سریعی است.

راه ارتباطی بین سنسورهای موجود در وسایل مختلف و سرور یک دروازه یا gateway است. در واقع از طریق دروازه که می تواند یک مودم خانگی باشد می توان به اینترنت وصل شد.

نمونه ای از اینترنت اشیا

شما هر روز صبح ساعت ۷ از خواب بیدار می‌شوید تا با قطار سر کار بروید. اما یکی از همین روزها اتفاقی می‌افتد که این برنامه بهم می‌خورد. قطار لغو می‌شود و شما مجبور هستید آن روز تا سر کار خود رانندگی کنید. در نتیجه باید کمی زود تر بیدار شوید. ممکن است در کنار لغو شدن قطار اگر هوا بارانی هم باشد، باید آهسته تر رانندگی کنید پس باید زودتر بیدار شوید.

ساعتی که هر روز شما را در ساعت ۷ صبح بیدار می‌کرد از تمامی این وقایع مطلع است و با دریافت این اطلاعات  و تجزیه و تحلیل آن ها شما را سر ساعت مناسبی بیدار می‌کند تا با توجه به لغو شدن حرکت قطار و بارانی بودن هوا، به موقع سر کار حضور داشته باشید. این نمونه ای از یک شبکه ای از اشیا بود که با هم ارتباط دارند و اطلاعات را به هم ارسال می‌کنند تا تصمیم درستی بگیرند.

چه تکنولوژی هایی پیاده سازی اینترنت اشیا را ساده تر کرده اند؟

با اینکه ایده اینترنت اشیا برای مدتی طولانی وجود داشته‌ است، مجموعه‌ای از پیشرفت‌های اخیر در تعدادی از فن‌ آوری‌های مختلف آن را عملی کرده‌ است.

• دسترسی به سنسور ارزان قیمت و با مصرف انرژی پایین: با در دسترس بودن سنسورهای بیشتر در اختیار تولید کنندگان، پیشرفت هر چه بیشتر در زمینه ی IoT فراهم شده است.
• اتصال: پروتوکل های مختلفی که برای اتصال و ارتباط ابزارهای مختلف در دنیای اینترنت وجود دارد و تعریف شده اند امکان پیاده سازی اینترنت اشیا را فراهم کرده اند.
• پلتفرم رایانش ابری: در دسترس بودن هر چه بیشتر پلتفرم های رایانش ابری،
• یادگیری ماشین: با پیشرفت در الگوریتم های یادگیری ماشین و تحلیل داده ها و همچنین دسترسی به داده های متنوع و زیاد، تجزیه و تحلیل داده ها با سرعت بیشتر و خطای کمتری انجام می‌شود.

کاربردهای اینترنت اشیا

خانه ی هوشمند

فناوری اینترنت اشیا، بخشی از فناوری مورد استفاده در خانه های هوشمند است. خانه هایی که در آن کنترل روشنایی، تهویه ی هوا، گرمایش و سرمایش و سیستم هایی امنیتی به صورت هوشمند انجام می‌شود. به طور مثال در یک خانه ی هوشمند با تنظیم گرمایش خانه و یا روشن کردن لامپ ها با تشخیص حضور فرد در خانه می توان صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی داشت. یا اتصال ورودی پارکینگ به یک نرم افزار پلاک خوان می‌توان کنترل و مدیریت تردد خودروها را به صورت هوشمند و خودکار انجام داد. سیستم امنیتی خانه می‌تواند مجهز به یک نرم افزار تشخیص چهره باشد که به محض دیدن فرد در را برای او باز کند و یا گزارشی از چهره ی افرادی که در اطراف منزل او تردد کرده اند ثبت نماید.

 مراقبت از افراد معلول و پیر

یکی از کاربردهای مهم  IoT کمک به افراد معلول و پیر است. فناوری های مختلفی که در آن وجود دارند به افراد پیر و معلول کمک می‌کنند که کارهای روزمره ی خود را بدون سختی و مشقت انجام دهند. به طور مثال می‌توان کنترل و مدیریت صدا را با برنامه هایی که از طریق صوت کنترل می‌شوند انجام داد و در واقع با داشتن یک دستیار صوتی می‌توان فرمان بسیاری از کارها را صادر کرد. همچنین می‌توان در قسمت های مختلف از سنسورهایی استفاده کرد که در صورت مشاهده ی سانحه ای مانند سقوط فرد بتواند هشدارهای لازم را صادر نماید.

کشاورزی

کاربردهای IoT متعدد در کشاورزی مثل جمع‌ آوری داده‌ ها در مورد دما، بارندگی، رطوبت، سرعت باد، هجوم آفت‌ها و محتوای خاک وجود دارد. این داده‌ ها می‌‌تواند برای خودکار کردن روش‌ های کشاورزی، اتخاذ تصمیمات آگاهانه برای بهبود کیفیت و کمیت محصولات، به حداقل رساندن ریسک و ضایعات و کاهش تلاش‌ های مورد نیاز برای مدیریت محصولات مورد استفاده قرار گیرد.

به عنوان مثال، اکنون کشاورزان می‌‌توانند دمای خاک و رطوبت را از دور کنترل کنند و حتی داده‌ های IoT را برای برنامه‌ های بارور سازی دقیق بکار گیرند. هدف کلی استفاده از اینترنت اشیا در کشاورزی این است که داده‌ها از سنسورها، همراه با دانش و بینش کشاورز در مورد مزرعه او، بهره وری کشاورز را افزایش و هزینه ها را کاهش دهد.

چالش های اینترنت اشیا

امنیت

ابزارهای کنترل از راه دور برای اتصال و مدیریت بسیاری از آیتم‌ های ارزشمند ما مثل اتومبیل‌ ها و لوازم آشپزخانه و همچنین کنترل وسایل امن مثل قفل درها و پنجره‌ ها، آن‌ها باید به اینترنت متصل شوند که در برابر هک کردن و تداخل ناخواسته آسیب‌ پذیر است.  در کنار این مسئله، برقراری ارتباط از طریق WiFi یکی از راه‌ های اتصال است که امنیت پایینی دارد. همین مسائل امنیت شخصی ما را در معرض خطر قرار می‌‌دهد. با این کار ما اجازه دسترسی هکرها به ارزشمندترین وسیله ها و ابزارهای خود و همچنین داده‌ های مرتبط با آن‌ ها را می‌دهیم. نباید ذکر کرد که امنیت شخصی ما نباید دسترسی به منزل تان از طریق یک دستگاه IoT را به دست آورد.

حریم خصوصی

داده های زیادی که در ارتباط بین اشیا مختلف رد و بدل می‌شوند در یک پایگاه داده ذخیره می‌شوند. این داده ها تمام اطلاعات که از ابزارهای مختلف بدست آمده، تجزیه و تحلیل شده و همچنین تصمیمات مختلف حاصل از آن را در خود ذخیره می‌کند. مسئله ای که در این جا مطرح می‌شود، امنیت پایگاه داده است. با دسترسی غیر مجاز به پایگاه داده حریم شخصی افراد نقض می‌شود.

هزینه

برای افرادی که می‌خواهند این فناوری را در محیط اطراف خود مانند خانه یا محل کار پیاده سازی کنند، نیاز به خرید ابزار و وسایلی دارند که دارای سنسور و قابلیت اتصال به شبکه ی اینترنت باشند. با وجود اینکه شرکت های زیادی هم اکنون این قابلیت را در وسایل خود پیاده سازی کرده اند اما هنوز هم این مسئله به طور کامل رفع نشده است. علاوه بر این بسیاری از ابزاری و وسایلی که هم اکنون در منازل و مکان های دیگر وجود دارد دارای چنین قابلیتی نیستند و نیازمند تعویض یا تجهیز به این قابلیت ها هستند. همه ی این موارد هزینه ی قابل توجهی دارند به خصوص در شرایطی که جمعیت زیادی بخواهند اینترنت اشیا را پیاده سازی کنند.

منبع:

1. ibm.com
2. carritech.com
3. en.wikipedia.org