بررسی کامل فناوری اینترنت اشیا

فرشاد مراحم

بررسی فناوری اینترنت اشیا یا IOT

در عصر کنونی اطلاعات و ارتباطات  تاثیرات شگرف و بی مانندی پدید آورده اند. این تاثیرات به گونه‌ای مشخص در صنایع اطلاعاتی و ارتباطی، که به منظور مهار جریان اطلاعات و نیز استفاده هر چه بهتر از آن برای مقاصد گوناگون به وجود آمده، کاملاً مشهود است. نوآوریها و اختراعات دانشمندان در دوران کنونی، حاصل همین تکنولوژیهای نوین علمی و فنی است. در این نوشته، سعی داریم تا فناوری اینترنت اشیا را به صورت کامل توضیح دهیم و نگرشی به تاثیرات آن بر آینده زندگی بشریت داشته باشیم.

اینترنت اشیا یا IOT چیست؟

در بررسی و تعریف این فناوری مباحث فنی و پیچیده ی زیادی وجود دارد اما ما در این مقاله سعی داریم تا این فناوری مدرن را با زبانی بسیار ساده و قابل درک بیان کنیم. امروزه اینترنت اشیا تبدیل به موضوعی جذاب برای بحث و بررسی در مجامع عمومی و علمی شده است. IOT یک فناوری جدیدی بر اساس ارتباطات دیجیتالی دستگاه های فیزیکی می باشد که نه تنها پتانسیل این را دارد که بر نحوه ی زندگی مان تاثیر گذارد، بلکه روش کار کردنمان را نیز می تواند تغییر دهد.

فناوری اینترنت اشیا یا همان IOT، برای اولین بار توسط فردی به نام کوین اشتون در سال ۱۹۹۹  مورد استفاده قرار گرفت؛  او جهانی را مورد بررسی قرارداد که در آن تمامی اشیا، برای خود یک هویت دیجیتال داشته باشند و بتوان از طریق کامپیوترها و در بستر اینترنت آنها را بدون حضور فیزیکی کنترل کرد.

در یک تعریف ساده اینترنت اشیا به تمامی دستگاه ها و اشیا فیزیکی که توسط سنسورها و در بستر یک شبکه با یکدیگر در ارتباط و تبادل داده ها هستند گفته میشود. با قاطعیت میتوان گفت اینترنت اشیا انقلاب جدیدی در حوزه ی های مختلف و مخصوصا صنعت می باشد و  به نوعی تمامی کسب و کارها و سازمان های دولتی را به خود درگیر خواهد کرد.

در اینترنت اشیا دستگاه های مختلف از طریق اینترنت به یکدیگر متصل شده و قابلیت تعامل با یکدیگر حتی با انسان ها را نیز پیدا میکنند برای مثال تمامی درهای یک خانه را در نظر بگیرید توسط این فناوری میتوان از راه دور متوجه شد که آیا قفل شده اند یا نه ؟ یا سیستم گرمایشی خانه ، فقط کافی است به اینترنت متصل شوید و این از دمای خانه خود با خبر شوید و آنرا کم یا زیاد کنید.

طبق برآوردهای انجام شده در حال حاضر نزدیک به 40 میلیارد دستگاه IOT استفاده می‎شود که پیش بینی شده تا سال 2022 تعداد دستگاه ها افزایش یابد و به 50 تا 70 میلیارد دستگاه برسد

بررسی معماری و ساختار اینترنت اشیا

بررسی لایه ها و معماری اینترنت اشیا یک بحث بسیار فنی و پیچیده ای می باشد در این قسمت لایه ها را به صورت کلی و به زبان ساده بیان میکنیم تا درک بهتری از نحوه عملکرد این فناوری داشته باشید :

لایه ادارک در معماری اینترنت اشیا

این لایه، پایین ترین لایه در معماری اینترنت اشیا است که اطلاعات را شناسایی ، جمع آوری و پردازش می کند و سپس آن را به لایه شبکه انتقال می دهد. لایه ادراک (Perception Layer) در معماری اینترنت اشیا به عنوان لایه “سنسورها”  شناخته شده و هدف آن به دست آوردن داده های محیطی از طریق  سنسورها  می باشد. 

لایه شبکه در معماری اینترنت اشیا

لایه بعدی در معماری اینترنت اشیا، لایه شبکه (Network Layer) است. لایه شبکه، عملکرد مسیریابی داده ها ، انتقال به مراکز و دستگاه های مختلف IOT را از طریق اینترنت انجام می دهد. این لایه، مغز معماری اینترنت اشیا است. در این لایه ، پلتفرم های رایانش ابری، دروازه های اینترنت، ابزارهای سوئیچینگ و مسیریابی با استفاده از برخی از فن آوری های اخیر مانند WiFi ، LTE ، بلوتوث ، 3G و غیره. کار می کنند. لازم به ذکر است که در این لایه  همچنین تشخیص و تصحیح خطا، کنترل پیام های مربوط به مسیریابی و انتشار و اشتراک هم انجام می­ گردد.

دروازه های شبکه به عنوان واسطه بین گره های مختلف IOT با جمع کردن، فیلتر کردن، و انتقال داده ها به حسگرهای مختلف عمل می­ کنند. پیکربندی این شبکه ها می تواند به صورت یک مدل خصوصی، عمومی یا ترکیبی باشد و برای پشتیبانی از الزامات ارتباطی برای تأخیر، پهنای باند یا امنیت ساخته شوند. به طور کلی این لایه از معماری اینترنت اشیا، مسئول اتصال به سایر وسایل هوشمند، دستگاه های شبکه و سرورها است و برای انتقال و پردازش داده های سنسور استفاده می شود.

لایه برنامه در معماری اینترنت اشیا

لایه برنامه (Application Layer) به عنوان بالاترین لایه معماری اینترنت اشیا در نظر گرفته شده که در این لایه صحت، یکپارچگی و محرمانه بودن داده ها تضمین می گردد. در این لایه، هدف اینترنت اشیا ایجاد یک محیط هوشمند می باشد. در واقع لایه برنامه خدماتی مبتنی بر نیازهای مربوط به کاربر ارائه می دهد.این لایه شامل برنامه اینترنت اشیا بوده که وظیفه تحویل انواع مختلف خدمات خاص برنامه ها به کاربران مختلف در اینترنت اشیا  را به عهده دارد.

بررسی کاربردهای مختلف اینترنت اشیا 

کاربرد اینترنت اشیا در خودرو ها : در مرحله اول گوگل‌مپ و سایر ابزارهای مسیریابی جایگزین سیستم‌های جی‌پی‌اس داخلی خودروها می‌شوند. برنامه‌هایی نظیر گس‌بادی ارزانترین پمپ بنزین‌های موجود در هر منطقه را به رانندگان نشان می‌دهند. یا مثلا برنامه‌های ارائه دهنده‌ی موزیک نیاز به رادیوهای سنتی یا حتی ماهواره‌ای را از بین برده‌اند.

اتصال خودروها به شبکه‌ اینترنت به شرکت‌های خودروسازی این اجازه را می‌دهد که بتوانند بطور آنی نسخه‌های بروز شده‌ نرم افزارهای فعال بر روی خودروهای تولیدیشان را منتشر کنند، که این موضوع اهمیت بالایی در هربار فراخوانی خواهد داشت. دیگر اینکه، کارخانه‌های خودروساز می‌توانند با استفاده از داده‌های جمع‌آوری شده از خودروها، کارکرد محصولات خود را سنجیده و اطلاعات سودمندی پیرامون نحوه‌ی کاربری رانندگان از اتومبیل‌ها بدست آورند. نهایتا، هرچه میزان ارتباط و اتصال به اینترنت بیشتر باشد، شرکت‌های خودروسازی فرصت‌های بیشتری برای فروش تولیدات و خدمات خود خواهند داشت.

کاربرد اینترنت اشیا در خانه یا ساختمان : یکی از زمینه های رشد سریع اینترنت اشیاء، خانه های هوشمند، شامل دستگاه های هوشمندی است که کاربردهایی نظیر اتوماسیون خانه، کنترل روشنایی، آب و هوا، دستگاه های سرگرمی، سلامتی و ایمنی را در خود جای داده است که با استفاده از فن آوری هایی مانند بلوتوث، وای فای، زیگبی و … با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند.

برای مثال تلویزیون هوشمند شما روشن می گردد و موسیقی آرامش‌بخشی را پخش می‌نماید. از راهرو پایین می‌روید، کف اتاق شما گرم است.زمانی که به پیش‌بینی آب و هوای فردا گوش می‌دهید، با آینه هوشمند خود برنامه روزانه خود را مرور می کنید.

کاربرد اینترنت اشیا در حوزه سلامت : زمانی که صحبت از اینترنت اشیا در حوزه سلامت می کنیم، مزایای متعددی همچون بهبود کارایی و کیفیت خدمات با توسعه آن در دستگاه های پزشکی را باید مدنظر قرار دهیم .

در راستای بهبود عملکرد بیمارستان‌ها و ارائه تجهیزات درمانی هوشمند و مراقبت و نظارت بر سلامت افراد با بیماری‌های خاص، دور نگه داشتن بیمارستان از طریق کنترل و برقراری ارتباط که به وسیله سیستم ارتباطی هوشمند و متصل به شبکه می‌توان با آن‌ها برقرار کرد و ارتباط بیشتر بین بیماران و پزشکان می‌توان از اینترنت اشیا (IOT) استفاده کرد که درنتیجه موجب کاهش هزینه‌های بسیار زیاد درمانی، کاهش آمارهای مرگ‌ومیر بر اثر عفونت‌های بیمارستانی و کاهش مرگ‌ومیر جهانی بر طبق آمارهای منتشرشده سازمان بهداشت جهانی شده است.

تکنولوژی IOT کاربرد بسیار زیادی در برنامه‏ های مهم در بخش بهداشت و درمان را خواهد داشت به طوری که امکان استفاده از تلفن همراه باقابلیت حسگر RFID به‌عنوان یک پلت فرم برای نظارت بر پارامترهای پزشک و تحویل دارو مورداستفاده قرار می‌گیرد. در این حوزه مزایای بسیاری در پیشگیری و نظارت آسان دیده می‏شود و بنابراین تأثیر اساسی در نظام اجتماعی ما دارد و در مرحله دوم در صورت بروز حوادث و نیاز برای تشخیص به کار برده شود.

کاربرد اینترنت اشیا در زراعت و دامپروری : کاربرد انواعی از سنسورها و ردیاب ها در مزارع ، مراتع ، محصولات و دام ها که منجر به کنترل و نظارت دقیقتری بر کیفیت تولیدات کشاورزی و دامی میشود.خودکارسازی فرایندهای سفارش، تحویل و پرداخت که موجب حذف واسطه ها و افزایش رضایتمندی تولیدکنندگان می گردد.

کاربرد اینترنت اشیا در شهر هوشمند : شهر هوشمند یک منطقه شهری است که از انواع مختلف سنسور‌های الکترونیکی برای جمع‌آوری اطلاعات و تحلیل آن‌ها استفاده می‌کند، که این اطلاعات برای مدیریت دارایی‌ها و منابع شهری کارآمد است. این پروسه، شامل اطلاعات جمع‌آوری شده از شهروندان، دستگاه‌ها و منابع شهری است که پردازش و تجزیه و تحلیل می‌شود تا به نظارت و مدیریت ترافیک و حمل و نقل، سیستم، نیروگاه، آب، تأمین شبکه های، زباله، مدیریت، قانون اجرای سیستم‌های اطلاعاتی و مدارس و کتابخانه‌ها و بیمارستان‌ها و دیگر خدمات اجتماعی کمک کند.

رشد قابل توجه این فناوری در 10 سال اخیر ما را امیدوار به آینده ای بسیار جذاب میکند آینده ای که تمامی کارهای روز مره ما فناوری اطلاعات را در خود جای میدهد و قدم بعدی در اینترنت اشیا این است که پیچیدگی را کاهش دهد تا استفاده از آن راحت تر شود. آیا برای سرچ، استفاده از مرورگر راحت‌تر است یا دستیار صوتی؟ برای برخی تایپ کردن راحت‌تر و قابل اطمینان‌تر است. همچنین افزایش امنیت و رعایت بیشتر حریم خصوصی از دیگر مواردی است که در اینترنت اشیا باید مورد توجه قرار گیرد.