اینترنت اشیا چیست؟ همه چیز درباره IoT

عبارت اینترنت اشیا (Internet of Things) در چند سال گذشته به دلیل ترکیب قابلیت‌های تجزیه و تحلیل داده‌ها و اتصال اینترنت با وسایل نقلیه، کالاهای مصرفی و حسگرها، نحوه کار، زندگی و دنیای بازی را تغییر داده است. در پی این موضوع، بسیاری از محصولات و خدمات مبتنی اینترنت اشیا معرفی شدند که شناخته شده‌ترین آن برای ایرانیان، SmartThing از کمپانی سامسونگ است.

اینترنت اشیا چیست؟

در IoT (Internet of Things)، اشیا و وسایل به شبکه‌ی اینترنت متصل شده‌اند و این فناوری دستگاه‌ها را قادر می‌سازد تا داد‌ه‌ها را بدون دخالت انسان تولید، تبادل و استفاده کنند. برای درک بهتر می‌توانیم به اتصال مستقیم اینترنت اشیا به بدن اشاره کنیم که مثال بارز آن ابزارهای پوشیدنی مانند عینک هوشمند و هدست‌های واقعیت مجازی (VR) است؛ نمونه بارز استفاده دیگر را می‌توانیم در مجموعه‌ای از دوربین‌های متصل به هم برای نظارت یک مکان مشاهده کنیم. این دوربین‌ها یک نمایه کلی را به وجود می‌آورند و به فرد یا افرادی نمایش داده می‌شوند.

مصرف‌کنندگان به لطف محصولات نوظهور اینترنت اشیا، مانند اجزای اتوماسیون خانگی، وسایل مجهز به اینترنت و ابزارهای مدیریت انرژی، به سمت مفهوم خانه هوشمند حرکت می‌کنند که این خود امنیت و کارایی بیشتری را ارائه می‌دهد. به گفته برخی از طرفداران، اینترنت اشیا می‌تواند میلیاردها دلار سود برای مشاغل و اقتصاد جهانی به ارمغان بیاورد. آنها این فناوری را یک شبکه‌ی انقلابی و هوشمند از کارایی، پیشرفت و فرصت می‌دانند.

همچنین یک راه دیگر برای کسب سود از اینترنت اشیا می‌توانیم به تبدیل شدن به گره در پروژه‌های کریپتویی حوزه‌ی اینترنت اشیا اشاره کنیم؛ مثل پروژه هلیوم با رمزارز اختصاصی (HNT).

تاریخچه اینترنت اشیا (IoT)

مفهوم تعبیه هوش و حسگرها در اشیا زمانی مطرح شد که گروهی از دانشجویان دانشگاه Carnegie Mellon تصمیم گرفتند ماشین فروش کوکاکولا را اصلاح کنند تا امکان نظارت از راه دور بر محتویات آن فراهم شود؛ با این حال این پیشرفت هم کند بود و هم دست و پا گیر.

در طول همه‌گیری کوید ۱۹ در سال ۲۰۲۰، تعداد جستجوهای گوگل برای عبارت اینترنت اشیا افزایش یافت؛ چون اتصالات فعال اینترنت اشیا (مانند ابزارهای خانه هوشمند) از اتصالات غیر اینترنت اشیا مثل لپ تاپ‌ها، تلفن‌های هوشمند و غیره سبقت گرفت.

ارزیابی سلامت از راه دور که یک پزشک برای درمان بیمار از طریق تماس ویدیویی ارتباط برقرار می‌کرد، یکی از کاربردهایی بود که در طول همه‌گیری با رشد چشمگیر مواجه شد.

دولت چین در ژانویه ۲۰۲۱، در یک‌ بیانیه مطبوعاتی یک برنامه ۳ ساله برای ساخت ۳۰ کارخانه متصل به شبکه 5G اعلام کرد. شبکه‌ی 5G فرصت‌های جدیدی را در سال ۲۰۲۲ به تولید‌کنندگان ارائه کرد؛ از جمله تسریع پذیرش اینترنت اشیا از طریق سرعت انتقال داده‌ها، ارتباطات و تبادلات مؤثر بین دستگاه‌ها؛ علاوه بر این به هم پیوستگی اینترنت اشیا و فناوری بلاکچین، پذیرش پیشنهادات شبکه همتا به همتا مانند شبکه هلیوم (Helium) و راه حل‌های مدیریت زنجیره تامین در سطح سازمانی مانند VeChain را تسریع کرده است.

زنجیره تامین به شبکه‌ای گفته می‌شود که بر روی دو موضوع تولید و توزیع یک محصول یا حتی یک خدمات، از مرحله تولید تا مرحله‌ای که به دست مصرف‌کننده می‌رسد، تمرکز می‌کند. مدیریت زنجیره تامین در حالت عادی شفافیت لازم را ندارد، اما به کمک بلاکچین، زنجیره تامین را می‌توان بهبود داد؛ چون همانطور که می‌دانید ثبت اطلاعات در بلاکچین شفاف، غیر قابل تغییر و هزینه‌ها نیز کمتر است.

در Vechain هم یکسری ابزار مبتنی بر بلاکچین در اختیار سازمان‌ها قرار گرفته است که این سازمان‌ها بتوانند به شکل شفاف و کارآمد‌تر زنجیره تامین خود را مدیریت کنند.

IoT چگونه کار می‌کند؟

دستگاه‌های هوشمند مبتنی بر وب، مانند گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و غیره، بخشی از اکوسیستم اینترنت اشیا هستند. این دستگاه‌ها از سیستم‌های تعبیه شده مانند حسگرها، پردازنده‌ها و تجهیزات ارتباطی برای جمع‌آوری، ارسال و عمل بر روی داده‌هایی که از محیط اطراف خود به دست می‌آورند با اتصال به درگاه اینترنت اشیا استفاده می‌کنند.

یک مرکز متمرکز (Centralized Hub) که به عنوان درگاه (Gateway) اینترنت اشیا شناخته می‌شود، ابزارها و حسگرهای اینترنت اشیا را به فضای ابری متصل می‌کند. از طریق انواع روش‌های ارتباطی، از جمله شبکه‌های ماهواره‌ای، وای‌فای، بلوتوث، شبکه‌های گسترده و غیره، می‌توان حسگرها را به فضای ابری متصل کرد. هر رسانه‌ای از نظر پهنای باند، برد و مصرف باتری دارای محدودیت‌هایی است. انتقال داده دو طرفه (یا همگام سازی دو طرفه داده) بین فضای ابری و دستگاه‌های اینترنت اشیا، اغلب توسط درگاه‌های مدرن امکان پذیر می‌شود.

در نتیجه داده‌های حسگر IoT برای پردازش آپلود می‌شوند و دستورات را می‌توان از برنامه‌های مبتنی بر فضای ابری به دستگاه‌های اینترنت اشیا ارسال کرد. نرم‌افزارها داده‌های به دست آمده را پس از جمع آوری و انتقال به فضای ابری پردازش می‌کنند و بعد از این فرآیند، اطلاعات و هشدارهای مورد نظر توسط آلارم، اس ام اس یا ایمیل به کاربر ارسال می‌شوند.

( درگاه یا همان Gateway باعث ارتباط دو شبکه می‌شود و در حوزه‌ی اینترنت اشیا، درگاه یک منطقه‌ایست که باعث ارتباط سخت‌افزارها با شبکه می‌شود.)

منبع: Tech Target

فناوری‌های اینترنت اشیا

فناوری‌های مختلف مانند ارتباطات میدان نزدیک (NFC) که اکنون در بسیاری از گوشی‌های همراه قابل مشاهده است، شناسایی از طریق امواج رادیویی (RFID)، واقعیت مجازی (VR) و واقعیت افزوده (AR)، امکان شناسایی اشیاء فیزیکی را به صورت تعاملی از طریق اینترنت فراهم می‌کنند و کاربران را قادر می‌سازد تا اشیاء فیزیکی را وارد قلمرو دنیای سایبری کنند؛ بنابراین می‌شود نتیجه گرفت که آینده‌ی نسخه‌های متاورس به اینترنت اشیا بیشتر از اکنون وابسته خواهد بود.

شناسایی از طریق فرکانس رادیویی (RFID)

شناسایی فرکانس رادیویی از امواج رادیویی برای انتقال شماره سریالی که یک شخص یا یک شی را شناسایی می‌کند، استفاده می‌کند. تگ‌ها، آنتن‌ها، نرم‌افزارها و سرورها اجزای اصلی RFID هستند. اینترنت اشیا به شدت به فناوری RFID برای حل مشکلات شناسایی اشیا به صورت عملی و مقرون به صرفه متکی است.

ارتباطات میدان نزدیک (NFC)

NFC مجموعه‌ای از فناوری‌های بی‌سیم کوتاه برد است که از پروتکل‌های ارتباطی برای دستگاه‌های الکترونیکی، اغلب گوشی‌های هوشمند، تشکیل شده است. اتصال معمولاً در فاصله ۴ سانتی‌متری یا کمتر برقرار می‌شود و امکان اتصال دو دستگاه مختلف اینترنت اشیا را با یک رویکرد ساده و به طور همزمان در برابر دسترسی غیرمجاز هکرها محافظت می‌کند.

واقعیت مجازی و واقعیت افزوده

واقعیت مجازی (VR) از طریق یک محیط شبیه‌سازی شده که در آن کاربران می‌توانند زوایای دید را به راحتی تنظیم کنند، به مصرف‌کنندگان اینترنت اشیا تجربه‌ای قابل توجه و همه‌جانبه می‌دهد. در حالی که واقعیت افزوده (AR) بیشتر یک فناوری تعاملی است، آنها با هم چارچوبی را برای جمع آوری داده‌ها برای تجزیه و تحلیل و انجام اقدامات لازم ایجاد می‌کنند؛ برای مثال سفارش‌دهندگان می‌توانند از عینک AR برای دسترسی سریع به بارکد اقلام مورد نیاز خود استفاده کنند.

بلوتوث

با برد موثر ۱۰ تا ۱۰۰ متر، بلوتوث، فناوری رادیویی با برد کوتاه، نیاز به کابل اختصاصی بین دستگاه‌هایی مانند لپ تاپ، چاپگر و دوربین را از بین می برد؛ در نتیجه اینترنت اشیا که توسط بلوتوث هدایت می‌شود، می‌تواند برای کسب‌وکارهایی که سعی در کاهش نیروی کار انسانی و افزایش بهره‌وری دارند، تفاوت چشمگیری ایجاد کند.

هوش مصنوعی (AI)

سیستم‌های IoT مسئول تولید حجم عظیمی از داده‌ها هستند. فناوری‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشین نیز می‌توانند برای تجزیه و تحلیل داده‌ها استفاده شوند؛ به عنوان مثال هوش مصنوعی ممکن است داده‌های تجهیزات تولیدی را ارزیابی کند و پیش‌بینی کند که تعمیر مورد نیاز است و در این بین هزینه‌های خرابی کاهش بیا‌بد. ( یادگیری ماشین علمی است که شما یکسری الگوریتم در ماشین ایجاد می‌کنید و ماشین به وسیله الگوریتم‌ها تصمیم می‌گیرد و واکنش نشان می‌دهد.)

مدل‌های ارتباطی IoT

مدل دستگاه به دستگاه (Device-to-Device):

این مدل ارتباط دستگاه به دستگاه دو یا چند دستگاه را به تصویر می‌کشد که مستقیماً به یکدیگر متصل شده و با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. شبکه‌های متعددی از جمله شبکه‌های IP و اینترنت توسط این دستگاه‌ها برای ارتباط استفاده می‌شوند.

مدل دستگاه به فضای ابر (Device-to-Cloud):

مدل دستگاه به فضای ابری، یک سرویس ابری اینترنتی را مستقیما به دستگاه اینترنت اشیا برای تبادل داده و جریان پیام متصل می‌کند. این روش معمولاً از کانال‌های ارتباطی در حال استفاده مانند اتصالات WiFi برای اتصال دستگاه به شبکه IP استفاده می‌کند که به نوبه خود به سرویس ابری متصل می‌شود.

مدل دستگاه به درگاه (Device-to-Gateway):

در این مدل نرم‌افزار کاربردی بر روی یک دستگاه واسطه اجرا می‌شود. برای مثال یک تلفن هوشمند به عنوان واسطه‌ای بین دستگاه و سرویس ابری عمل می‌کند که ویژگی‌هایی مانند ترجمه‌ی داده‌ را ارائه می‌دهد.

لایه‌های اینترنت اشیا

معماری سه لایه

معماری سه لایه از ادراک، شبکه و برنامه‌ها ساخته شده است. لایه ادراک شامل دوربین‌ها، حسگرها و تگ‌های RFID است که با جمع‌آوری داده، برای شناسایی هر شی در سیستم اینترنت اشیا مورد استفاده قرار می‌گیرد. لایه شبکه داده‌هایی را که لایه ادراک جمع آوری کرده است، منتقل می‌کند. هدف لایه‌ی برنامه نیز ترکیب فناوری اینترنت اشیاء صنعتی با تقاضاهای اجتماعی است.

معماری پنج لایه

معماری پنج لایه اینترنت اشیا از لایه‌های بیزینسی، اپلیکیشن، پردازش، انتقال و ادراک تشکیل شده است. هدف لایه بیزینسی مدیریت برنامه‌های اینترنت اشیا و مسئول حفظ حریم خصوصی است. انواع برنامه‌هایی که در اینترنت اشیا به کار می‌روند توسط لایه اپلیکیشن تعیین می‌شوند.

لایه پردازش، اطلاعات به دست آمده توسط لایه ادراک را کنترل می‌کند. دو مرحله حیاتی فرآیند انتقال، ذخیره‌سازی و تجزیه و تحلیل است. این لایه از چندین روش برای پردازش و ذخیره اطلاعات استفاده می‌کند، از جمله رایانش ابری، نرم‌افزار پایگاه داده و پردازش هوشمند.

با استفاده از فناوری‌هایی مانند وای فای، مادون قرمز و بلوتوث، لایه انتقال اطلاعات را از لایه ادراک به لایه پردازش و بالعکس منتقل می‌کند. لایه ادراک داده‌های مربوط به هر شی در سیستم را جمع‌آوری می‌کند و این داده‌ها را به سیگنال تبدیل می‌کند.

مزایای IoT

اینترنت اشیا مزایای زیادی دارد، مثل ارتقا اتصال دستگاه که تجهیزات فیزیکی را به هم متصل نگه می‌دارد و موجب کارآمدی و کیفیت بیشتر می‌شود. بدون دخالت انسان‌ها، ماشین‌ها می‌توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و خروجی سریع‌تر طبق برنامه داشته باشند. افزایش کیفیت شبکه‌های اینترنت اشیا به نفع همه است، نه فقط برای انسان‌ها برای مثال حسگرها و چراغ‌های ترافیک متصل به اینترنت ممکن است با کاهش ازدحام در مکان‌های پرجمعیت به کل جوامع کمک کنند.

خط مشی عمومی به ایمنی شهروندان کمک می‌کند و اینترنت اشیا می‌تواند سریعتر و دقیق‌تر به کار گرفته شود. علاوه بر این پیشبینی می‌شود که اینترنت اشیا به حفظ محیط زیست نیز می‌تواند کمک کند؛ به عنوان مثال یک سیستم انرژی عمومی مجهز به اینترنت اشیا، SmartGrid، به اندازه‌گیری، نظارت و کنترل مصرف انرژی کمک می‌کند.

چالش‌های اینترنت اشیا

امنیت و حریم خصوصی دو نقطه ضعف قابل توجه دستگاه‌های اینترنت اشیا هستند؛ مثلا مدیریت داده حفظ و نظارت به دلیل حجم داده‌های ایجاد شده توسط دستگاه‌های IoT چالش برانگیز است. افزودن تعداد زیادی مرکز جدید به وب و سیستم‌ها به هکرها نقطه ورود به شبکه را می‌دهد که این منجر به نقض داده‌ها و حملات فیشینگ می‌شود.

علاوه براین موضوعات، دستگاه‌های IoT معمولاً فاقد صفحه‌ نمایش یا سایر رابط‌ها هستند که این ارائه اطلاعات در مورد سیاست‌های حفظ حریم خصوصی را دشوار می‌کند. در ادامه ممکن است برای یک سازمان امکان کنترل کامل دستگاه‌های IoT وجود نداشته باشد. بسیاری از دستگاه‌های اینترنت اشیا یا قابل همکاری نیستند و یا فاقد مدیریت متمرکز و استانداردهای خاص هستند که این به خودی خود، چالشی است برای سازمان‌ها.

آینده‌ی IoT

در حالی که اینترنت اشیا آینده امیدوارکننده ای دارد و انتظارات در حال افزایش است، هنوز موانع قابل توجهی وجود دارد که هم از دیدگاه تجاری و هم از نظر تکنولوژیکال باید بر آن غلبه کرد. برای مثال زمانی که نرم‌افزارها با سخت‌افزارها در آمیخته شوند، نه تنها در داخل شرکت‌ها، بلکه احتمالا حتی در مراحل اولیه ایجاد محصول، مسائل اساسی مدیریتی ظاهر شود. این نشان می‌دهد که سازمان‌ها ممکن است نیاز به تعدیل یا تعریف مجدد مدل‌های تجاری موجود داشته باشند. از دیدگاه تکنولوژیکال، امنیت و حریم خصوصی اینترنت اشیا همچنان به عنوان چالش کلیدی به شمار می‌روند که باید مورد توجه قرار گیرند.

الناز جوانشیر