امروزه،عبارت «اینترنت اشیا» واژه ای فراگیر در فناوری اطلاعات و ارتباطات می‌باشد. انرژی هوشمند، کشاورزی هوشمند، دامپروری هوشمند، خانه و ساختمان هوشمند، حمل‌ونقل هوشمند، سلامت هوشمند و به‌طور کلی شهر و محیط‌زیست هوشمند، اصطلاحاتی هستند که که بسیاری از کسب‌وکارهای جهان را به این فناوری سوق داده است. اینترنت اشیا در ایران نیز از این حیث مستثنا نبوده. در این پست با مفاهیم اولیه اینترنت اشیا و پلتفرم اینترنت اشیا و استفاده آن در هوشمندسازی آشنا می‌شویم.

مفهوم اینترنت اشیا

اینترنت اشیا یا IoT یک اصطلاح کلی برای وسایل الکترونیکی است که برای ارسال و دریافت داده‌ها به اینترنت متصل می‌شود.

اینترنت اشیا طیف بسیار وسیعی از اشیا را شامل می‌شود: نسخه هوشمند لوازم سنتی مانند یخچال و چراغ که از طریق اینترنت به هم متصل می‌شوند، گجت‌هایی که فقط با اینترنت کار می‌کنند مانند الکسا، و یا سنسورهای مجهز به اینترنت. همه‌ی ‌این‌ها می‌توانند کارخانه‌ها‌، بهداشت، حمل و نقل، مراکز توزیع و لجستیک وکشاورزی و مزارع و به طور کلی تمامی ‌زمینه‌ها را متحول ‌کنند.

اینترنت اشیا چیست؟

اینترنت اشیا، قدرت اینترنت، تحلیل داده‌ها و آنالیز ‌آن‌ها را وارد دنیای اشیای فیزیکی کرده است و این به معنای حذف واسطه ای مانند کیبورد و صفحه نمایش برای ارتباط با شبکه‌ی اطلاعات جهانی است. به این ترتیب بسیاری از اشیا و لوازمی‌ که انسان روزانه با ‌آن‌ها سروکار دارد می‌توانند بدون دخالت انسان از شبکه دستور بگیرند. 

در محیط‌های سازمانی‌، اینترنت اشیا می‌تواند همان تحولی را  در تولید و توزیع ایجاد کند که سال‌ها پیش اینترنت با کارهای علمی‌ انجام داد. اتصال میلیارد‌ها سنسور سیستم‌های نهفته به اینترنت، مجموعه‌ی بسیار بزرگی از داده‌ها را فراهم می‌کند که می‌توانند از این داده‌ها برای اطمینان از ایمنی در عملیات‌های خود، ردیابی و کاهش فرایندهای دستی استفاده کنند.

محققان نیز می‌توانند از اینترنت اشیا برای جمع آوری داده درباره‌ی رفتارهای انسانی استفاده کنند.

عظمت اینترنت اشیا

اینترنت اشیا یکی از دانش‌های به روز دنیا است که پیش بینی می‌شود تا سالهای آینده میزان درآمدی که از اینترنت اشیا می‌توان به دست آورد نزدیک به 1.6 تریلیون دلار تا 14.4 تریلیون دلار باشد.

گذشته اینترنت اشیا

یکی ازموضوع‌های قدیمی‌ و جذاب داستان‌های علمی‌ و تخیلی درباره‌ی دنیایی از اشیا و سنسورها بوده  که به همدیگر وصل شده اند. در سال 1970 IOT Lore ( ماشین خودکار در Carnegie Mellon ) به عنوان اولین وسیله  اینترنت اشیا شناخته می‌شود. این دستگاه به APRANET متصل شده بود. 

یکی از مشکلات اینترنت اشیا این است که هر وسیله متصل به اینترنت نیازمند یک پردازنده و نیز یک قسمت برای ارتباط با دیگر‌دستگاه‌ها (ترجیحا بدون سیم ) است که همه‌ی این‌ها نیازمند هزینه و انرژی است.

اما با گسترش استفاده از RFID‌ها ( فرستنده‌های بسیار کوچک و ارزانی که به هر وسیله ای وصل می‌شوند ) امکان اتصال‌ دستگاه‌ها به اینترنت بسیار آسان و کم هزینه شده است. با وجود wifi و اینترنت 4G و جدیدا 5G در اکثر مناطق طراحان سخت افزار مشکلی در این باره نخواهند داشت و رواج IPV6 به این معناست که اتصال میلیون‌ها ‌دستگاه‌ به اینترنت بار زیادی برای شبکه ایجاد نخواهد کرد.

اینترنت اشیا چگونه کار می‌کند؟

عناصر اصلی اینترنت اشیا‌ دستگاه‌هایی هستند که داده‌ها را جمع آوری می‌کنند. این‌دستگاه‌ها به اینترنت متصل می‌شوند در نتیجه هر کدام از ‌آن‌ها یک آدرس آی پی دارند.‌ دستگاههای اینترنت اشیا طیف وسیعی از‌دستگاه‌ها را شامل می‌شود. از سنسورهای ساده برای مانیتورینگ دمای خانه گرفته تا ماشین‌هایی که به صورت خودران در کارخانه‌ها برای جا به جایی محصولات استفاده می‌شود. اینترنت اشیا همچنین شامل دستبند‌های هوشمندی که اندازه گیری تعداد قدم و ضربان قلب و … را انجام می‌دهد نیز می‌شود. برای اینکه  این داده‌ها سودمند و قابل استفاده باشد باید ‌آن‌ها را جمع آوری و پردازش کرد و روی ‌آن‌ها  فیلترینگ و آنالیز انجام داد که هر یک از این مراحل به روش‌های مختلفی قابل کنترل هستند.

با انتقال داده‌ها به یک مرکز داده می‌توان ‌آن‌ها را جمع آوری کرد. انتقال داده‌ها می‌تواند به صورت بی سیم با استفاده از فناوری‌های مختلف یا به صورت با سیم انجام شود. داده‌ها را می‌توان از طریق اینترنت به یک مرکز داده یا یک فضای ابری ارسال کرد که فضای کافی برای ذخیره سازی و نیز قدرت پردازش بالایی داشته باشد.

پردازش داده‌ها می‌تواند در مراکز داده‌ها یا فضاهای ابری انجام شود. اما این گزینه به دلیل امکان تاخیر در ارسال داده‌ها و دریافت جواب برای محیط‌های صنعتی مناسب نیست. مدت زمان رفت و برگشت برای ارسال داده‌ها‌،  پردازش ‌آن‌ها‌،  تجزیه و تحلیل آن‌ها و دریافت دستورالعمل‌ها (قبل از ترکیدن لوله‌ها و قطع سوپاپ) می‌تواند طولانی باشد.

مثالی از‌دستگاه‌های اینترنت اشیا

در واقع هر چیزی که توانایی جمع آوری داده درباره محیط اطراف و دریافت جواب و دستورالعمل را داشته باشد یک قسمت از اکوسیستم اینترنت اشیا به حساب می‌آید مانند لوازم خانگی هوشمند‌،  تگ‌های RFID‌،  سنسورهای صنعتی.سنسورها می‌توانند  دما و فشار‌،  وضعیت قطعات حیاتی در ماشین آلات صنعتی‌،  علائم حیاتی بیمار‌، و استفاده از آب و برق و بسیاری از عوامل دیگر را کنترل کنند.

همه‌ی ربات‌های کارخانه ای و نیز ماشین‌های خودرانی که برای جابجایی محصولات در انبارها استفاده می‌شود نیز‌دستگاه‌های اینترنت اشیا به حساب می‌آیند.

 گجت‌های پوشیدنی ورزشی و سیستم امنیتی خانه نیز از مثال‌های دیگر‌دستگاه‌های اینترنت اشیا هستند.همچنین گوشی موبایل شما نیز یک ‌دستگاه‌ اینترنت اشیا به حساب می‌آید و با دستگاه‌هایی مانند Raspberry Pi یا Arduino می‌توانید‌ دستگاه‌های اینترنت اشیا خودتان را بسازید.

مدیریت‌دستگاه‌ها

برای اینکه این‌ دستگاه‌ها بتوانند با هم کار کنند همه‌ی ‌آن‌ها باید تعریف، احراز هویت، پیکربندی ( config)  و نظارت شوند و همچنین در صورت لزوم به روز رسانی شوند. بعضی اوقات همه‌ی این‌ها نیازمندی یک سیستم است. اما در محیط‌های صنعتی از یک مدل استاندارد مدیریت‌دستگاه‌ها استفاده می‌کنند که به‌دستگاه‌های اینترنت اشیا اجازه همکاری با یکدیگر را می‌دهد.

پروتکل‌ها و استاندارد‌های ارتباطی اینترنت اشیا 

گجت‌های اینترنت اشیا برای ارتباط با دیگر وسایل می‌توانند از پروتکل‌ها و استانداردهای ارتباطی مختلفی استفاده کنند. بعضی از این پروتکل‌ها متناسب با محدودیت‌های پردازشی یا میزان مصرف انرژی‌ دستگاه‌ها نیستند. با برخی از این پروتکل‌های ارتباطی حتما آشنا هستید مانند بلوتوث و وای فای. اما بسیاری دیگر مختص دنیای اینترنت اشیا هستند.مانند Zigbee که یک پروتکل ارتباطی بی سیم برای ارتباطات کم مصرف و با فاصله کم است یا message queuing telemetry transport)MQTT) یک پروتکل پیام رسانی برای‌دستگاه‌هایی متصل به شبکه‌های غیرقابل اطمینان یا با تاخیر است.

رشد سرعت و پهنای باند استانداردهای اینترنت 5G تاثیر قابل توجهی بر اینترنت اشیا خواهد داشت.

اینترنت اشیا و فضای ابری و محاسبات در لبه

در بسیاری از سیستم‌های اینترنت  اشیا، داده‌های بسیار زیادی رد و بدل می‌شوند که باعث به وجود آمدن تکنولوژی جدیدی شده که به آن محاسبات در لبه یا همان Edge Computing می‌گویند. دستگاه‌هایی که ‌آن‌ها را در فاصله‌ی نزدیکی از‌دستگاه‌های اینترنت اشیا قرار می‌دهند تا تبادل داده با ‌آن‌ها صورت گیرد. این دستگاه‌ها داده‌های ورودی را دریافت و اطلاعات مهم را بعد از پردازش داده‌ها به یک سیستم مرکزی، برای تجزیه و تحلیل، ارسال می‌کنند. برای مثال، ده‌ها دوربین‌ امنیتی اینترنت اشیا را تصور کنید. به جای اینکه مرکز عملیات‌های امنیتی ساختمان (SoC) را با پخش زنده داده‌ها (live stream) تحت فشار قرار دهند از سیستم‌های محاسبه لبه استفاده می‌کنند تا فیلم‌های ورودی را تجزیه و تحلیل کند و در صورت تشخیص حرکت یکی از دوربین‌ها به SoC هشدار دهند. 

داده‌ها را پس از پردازش در لبه می‌توان به یک پایگاه داده‌ی مرکزی یا یک فضای ابری فرستاد.

پلتفرم اینترنت اشیا

شرکت‌های فضای ابری در تلاش هستند که فقط یک محل برای ذخیره‌ی داده‌های سنسور‌ها نباشند.بلکه برخی از ‌آن‌ها پلتفرم‌هایی را پیشنهاد می‌دهند که بسیاری از قابلیت‌های مورد نیاز برای هماهنگی‌دستگاه‌های اینترنت اشیا را در خود دارند. در واقع پلتفرم‌های اینترنت اشیا،‌ دستگاه‌های اینترنت اشیا و درگاه‌های لبه ( Edge Gateways ) را به برنامه‌هایی که شما برای استفاده از داده‌های اینترنت اشیا به کار می‌برید متصل می‌کند. البته هر شرکت ارائه دهنده پلتفرم اینترنت اشیا با توجه به امکانات خود تعریف متفاوتی از پلتفرم اینترنت اشیا دارد.

مانند پلتفرم ویرالینک که امکان اتصال دستگاه ها و سنسورها و برنامه های شما را به یکدیگر دارد.

ویرالینک چیست ؟

اینترنت اشیا و داده

همانطور که گفته شد‌، داده‌های بسیار زیادی ( زتا بایت‌ها داده ) وجود دارد که توسط همه دستگاه‌های اینترنت اشیا جمع آوری می‌شود و از طریق درگاه‌های لبه ای (Edge Gateways ) هدایت شده و برای پردازش به یک پلتفرم اینترنت اشیا ارسال می‌شود. در بسیاری از سناریوها‌،  این داده‌ها دلیل اصلی استفاده از اینترنت اشیا هستند. با جمع آوری اطلاعات از حسگرها در دنیای واقعی‌،  سازمان‌ها می‌توانند در زمان واقعی تصمیم‌های زیرکانه بگیرند.

برای مثال سناریوی زیر را در نظر بگیرید :

تصور کنید که صاحب  یک شهربازی مردم را تشویق به نصب یک برنامه موبایل می‌کند، که این برنامه اطلاعات شهربازی را در اختیار ‌آن‌ها قرار می‌دهد. اما به طور همزمان این برنامه پینگ‌های GPS ( اطلاعات موقعیت مکانی ) را برای صاحب پارک ارسال می‌کند. با این اطلاعات مدیریت می‌تواند در کوتاه مدت و بلندمدت تغییراتی را برای بهبود شهربازی اعمال کند. برای مثال در کوتاه مدت با توجه به زمان معطلی مردم می‌تواند کارکنان برخی از وسایل بازی را افزایش دهد یا در بلند مدت میتواند بفهمد که کدام یک از وسایل بازی محبوبیت زیاد یا کمتری دارند.

این تصمیمات حتی می‌تواند بدون مداخله‌ی انسان گرفته شود. به عنوان مثال‌،  داده‌های جمع آوری شده از سنسورهای فشار در یک خط لوله کارخانه شیمیایی را می‌توان با استفاده از نرم افزاری در درگاه‌های  لبه ای تجزیه و تحلیل کرد، که خطر پارگی خط لوله را پایش می‌کند و این اطلاعات می‌تواند سیگنالی را برای بسته شدن دریچه‌ها برای جلوگیری از نشت ارسال کند.

اینترنت اشیا و تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ ( Big Data )

بیشتر داده‌های جمع آوری شده از اینترنت اشیا برای مطالعه‌ی رفتارهای انسانی استفاده می‌شود.Software Advice  چند مثال در این باره ارائه کرده، از جمله یکی از خدمات Brist که داده‌های جمع آوری شده از طریق ماشین قهوه ساز اینترنتی را با پست‌های رسانه‌های اجتماعی مطابقت می‌دهد تا ببیند که آیا مردم به صورت آنلاین درباره برند قهوه صحبت می‌کنند یا خیر. 

اینترنت اشیا و هوش مصنوعی (Artificial Intelligence یا AI )

حجم داده‌هایی که از طریق اینترنت اشیا جمع آوری می‌شود بسیار بیشتر از آن است که انسان بتواند به طور مفید و در لحظه از آن استفاده کند. در این باره صحبت کردیم که محاسبات در لبه برای پردازش داده‌های خام به دست آمده از‌دستگاه‌های  اینترنت اشیا استفاده می‌شود. بعضی از این داده‌ها ممکن است اشتباه باشند لذا این نوع داده‌ها نیاز به شناسایی دارند.

بسیاری از شرکت‌های اینترنت اشیا برای استفاده از داده‌های به دست آمده از‌دستگاه‌های اینترنت اشیا‌،  راه‌حل‌های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی را ارائه می‌دهند. به عنوان مثال‌،  پلتفرم واتسون ( Watson ) از برند آی بی ام ( IBM ). این پلتفرم داده‌های دریافتی از  هواپیماهای بدون سرنشین ( Drone )  را تجزیه و تحلیل کرده و از این داده‌ها برای تجزیه و تحلیل خسارت‌های ساده استفاده می‌کند تا از بروز ترک‌ها و مشکلات جدی جلوگیری کند.

به تازگی ARM در حال کار روی تراشه‌های کم مصرف است که می‌تواند تکنولوژی هوش مصنوعی را در نقاط پایانی ( End points )  اینترنت اشیا فراهم کند.

اینترنت اشیا و کسب و کار

استفاده تجاری از اینترنت اشیا شامل پیگیری مشتریان، موجودی کالاها، وضیعت قسمت‌های مهم و هزاران مورد دیگر می‌باشد.هوشمندسازی دستگاه ها تاثیر به سزایی در کاهش هزینه ها می تواند داشته باشد. در ادامه چند صنعتی که از طریق اینترنت اشیا می‌توانند تحول پیدا کنند،  آورده ایم :

اینترنت اشیا در صنعت نفت و گاز : سایت‌های حفاری ایزوله را با حسگرهای اینترنت اشیا بهتر از کنترل کرد.

اینترنت اشیا در کشاورزی : از سنسورهای اینترنت اشیا می‌توان برای کنترل اطلاعات خاک و دانه و هوا و بسیاری از موارد دیگر برای بهبود عملکرد و افزایش محصولات استفاده کرد.

منبع : https://www.networkworld.com/article/3207535/what-is-iot-the-internet-of-things-explained.html