اینترنت اشیا چیست و چه کاربردهایی دارد؟

اینترنت اشیا یا IoT چیست؟

اینترنت اشیا یا Internet of Things شبکه‌ای از اشیا فیزیکی است که به صورت امبدد (embedded) مجهز به نرم‌افزار، تجهیزات الکترونیکی، شبکه و سنسورهایی برای جمع‌آوری داده هستند که می‌توانند با یکدیگر تشکیل یک شبکه‌ دهند و داده‌هایشان را مبادله کنند.

به عبارتی هدف IoT این است که اینترنت و قابلیت دسترسی به آن را از محدوده‌ی تجهیزاتی مانند کامپیوتر و موبایل و تبلت گسترش داده و کاری کند که حتی دور از ذهن‌ترین اشیا و ابزارها، مثلا یک تستر نیز به این قابلیت مجهز شوند. به این ترتیب IoT می‌تواند کاری کند که تمام «چیزهایی» که در زندگی ما وجود دارند هوشمند (اسمارت) رفتار کنند و کیفیت زندگی ما را ارتقا دهند. این چیزها حتی می‌توانند خود انسانها باشند. مثلا فردی که دارای مانیتور همراه کنترل قند خون است و لازم است همواره تحت مراقبت باشد. یا حتی می‌تواند شامل حیواناتی باشد که برای گم نشدن به آنها ردیاب وصل می‌کنند و بسیاری مثال‌های دیگر از این قبیل. IoT می‌تواند این ابزارها را به نسخه‌های اسمارت آنها تبدیل کند.

در ادامه‌ی این آموزش با هم به سراغ مهم‌ترین مفاهیم مقدماتی اینترنت اشیا می‌رویم.

• تاریخچه‌ی IoT
• IoT چگونه کار می‌کند؟
• کاربردهای IoT
• چالش‌های پیش‌رو در اینترنت اشیا
• مزایای IoT
• معایب IoT
• چشم‌ اندازهایی ارزشمند برای کار در زمینه‌ی IoT

تاریخچه‌‌ی IoT

• سال ۱۹۷۰: ارائه‌ی نخستین ایده برای ساخت شبکه‌ای از اشیاء متصل به هم.
• سال ۱۹۹۰: فردی به نام John Romkey برای اولین بار توانست بستری ایجاد کند که یک توستر را از طریق اینترنت خاموش و روشن کند.
• سال ۱۹۹۵: شرکت زیمنس نخستین ماژول برای ارتباط M2M را طراحی نمود.
• سال ۱۹۹۹: فردی به نام Kevin Ashton برای نخستین بار اصطلاح اینترنت اشیا را در حین کار خود در P&G استفاده کرد. این عبارت بسیار مورد پذیرش جامعه‌ی علمی قرار گرفت.
• سال ۲۰۰۴: اصطلاح Internet of Things به صورت گسترده در نشریات معتبر علمی مانند Boston Globe ،Scientific American و Guardian استفاده و بازتاب داده شد.
• سال ۲۰۰۵: اتحادیه‌ی بین‌المللی مخابرات و ارتباطات از راه دور (ITU) سازمان ملل، نخستین پژوهش و مقاله‌ی خود در این زمینه را منتشر نمود.
• سال ۲۰۰۸: تولد اینترنت اشیا به صورت واقعی و عملی.
• سال ۲۰۱۱: شرکت تحقیقات بازار Gartner موضوع اینترنت اشیا و تکنولوژی‌های مرتبط با آن را به صورت جدی در دستور کار تحقیقات خود قرار داد.

IoT چگونه کار می‌ کند؟

کل فرآیند اینترنت اشیا علیرغم آنکه ممکن است پیچیده به نظر برسد، از همان اشیایی شروع می‌شود که بنا داریم آنها را به صورت شبکه درآوریم. مثلا ساعت‌های هوشمند (smartwatches)، تلفن‌های همراه، تجهیزات الکترونیکی مانند تلویزیون و ماشین لباس‌شویی و …

هر کدام از اینها که بخواهند مجهز به اینترنت اشیا شوند، کافیست آنها را به عنوان یک نود جدید به شبکه‌ای که از قبل ایجاد کرده‌ایم اضافه کنیم. برای ساخت چنین سیستمی چهار مولفه‌ی اصلی لازم است.

1. سنسورها/تجهیزات (نودهای شبکه): سنسورها از مولفه‌های کلیدی هستند که به کمک آنها می‌توانیم به صورت زنده در هر زمان که بخواهیم از محیط پیرامون آن سنسور داده جمع‌آوری کنیم. این داده‌ها ممکن است سطوح مختلفی از پیچیدگی داشته باشند. مثلا می‌توانند یک اندازه‌گیری ساده‌ی دما باشند و یا داده‌ای با فرمت ویدئویی.

از طرفی یک دستگاه می‌تواند سنسورهای مختلفی داشته باشد که وظایف مخصوصی را جدا از وظیفه‌ی جمع‌آوری داده به عهده دارند. مثلا برخی گوشی‌های هوشمند ممکن است سنسوری مانند GPS را داشته باشند اما داده‌ای را از جانب آن دریافت نکنند. هرچند که این سنسور احتمالا نقش‌های دیگری را در این سیستم به عهده دارد.

2. اتصال: تمام داده‌های جمع‌آوری شده توسط نودهای مختلف شبکه، ابتدا به یک زیرساخت ابری فرستاده می‌شوند. بنابراین تمام این نودها باید به واسطه‌ی مدیوم‌های مختلف و مناسب ارتباطی به این زیرساخت متصل باشند. این مدیوم‌ها می‌تواند شامل مواردی چون ارتباط موبایلی، ارتباط ماهواره‌ای، ارتباط از طریق بلوتوث، وای‌فای، WAN و … باشد.
3. پردازش داده: پس از اینکه داده‌ها جمع‌آوری و در ابر ذخیر می‌شوند، لازم است که آنها را به وسیله‌ی نرم‌افزارهایی پردازش کنند. این پردازش‌ها ممکن است در موارد بسیاری ساده و در حد خواندن داده‌ها باشد و در مواردی نیز می‌تواند بسیار پیچیده و با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته‌ی طبقه‌بندی، بهینه‌سازی، بینایی ماشین و … باشد.
4. رابط کاربری: اطلاعات به دست آمده و پردازش شده، باید در هر لحظه بتواند در دسترس کاربر این شبکه قرار گیرند. این دسترسی یا می‌تواند در مواردی باشد که خود کاربر درخواست کنترل داده‌ای را دارد؛ مثلا تقاضای دسترسی به ویدئو‌های ضبط شده‌ی دوربین هوشمندی را دارد که در خانه نصب کرده است و یا در مواردی باشد که لازم است حتی بدون ارسال درخواست از طرف کاربر، داده‌های لازم به صورت آلارم، ایمیل، پیامک متنی و … به او ارسال شوند. وب سرور باید بتواند در هر دوی این حالت‌ها پاسخگوی نیاز کاربر باشد.

نکته‌ی دیگری که وجود دارد این است که ارتباط کاربر و سرور شبکه‌ی هوشمند، یک ارتباط یک طرفه و غیرفعال نیست. بسته به کاربرد و پیچیدگی سیستم هوشمند مورد استفاده، گاهی باید این امکان نیز فراهم باشد که کاربر از سیستم درخواست انجام کاری را داشته باشد. این درخواست می‌تواند منجر به رخداد اتفاقات مختلفی در این سیستم شود. به عنوان مثال فرض کنیم کاربر از طریق شبکه‌ی اینترنت اشیا مطلع شود که دمای یخچال فریزر به دلیلی از حد معمول بالاتر رفته است. در چنین شرایطی کاربر باید قادر باشد که بتواند از طریق همین شبکه دستوراتی برای تنظیم مجدد دما ارسال کند و شبکه بتواند این کار را به انجام برساند.

کاربردهای IoT

IoT امروزه کاربردهای فراوانی پیدا کرده است. حتی در صنایع و کارخانه‌ها. برخی از این کاربردها را در جدول زیر با هم می‌بینیم.

چالش‌های پیش رو در اینترنت اشیا

با وجود پیشرفت‌های فراوان، اینترنت اشیا همچنان با چالش‌های متعددی مواجه است.

• عدم تست و به روزرسانی کافی برای سیستم‌ها
• نگرانی‌های ناظر به امنیت داده‌ها و حفظ حریم خصوصی
• پیچیدگی‌های نرم‌افزاری
• حجم بالا و روزافزون داده‌ها و چگونگی پردازش آنها
• ترکیب اینترنت اشیا با هوش مصنوعی و اتوماسیون
• تامین تغذیه‌ی ثابت مورد نیاز برای اشیا که کار دشوار و پرچالشی محسوب می‌شود.
• تعامل نودها با هم و برد ارتباطات (ارتباطات کوتاه برد یا بلند برد)

مزایای IoT

از جمله مزیت مهمی که IoT برای ما به ارمغان آورده است می‌توان به این موارد اشاره کرد.

• بهینه‌سازی فنی: ظهور تکنولوژی اینترنت اشیا موجب شده است که تکنولوژی‌های دیگر نیز بتوانند بهینه‌تر عمل کنند. به عنوان مثال در صنعت خودروسازی استفاده از IoT کمک می‌کند که طراح خودرو بتواند سیستمی برای آن طراحی کند که در هر لحظه اطلاعات سودمندی را از سنسورهای مختلف دریافت می‌کند. این اطلاعات حتی می‌توانند به منزله‌ی فیدبک‌هایی برای بهبود طراحی و ارتقا کارامدی باشند.
• بهبود روش‌های جمع‌آوری داده: روش‌های قدیمی جمع‌آوری داده‌ محدودیت‌های خود را داشتند و به منظور استفاده‌های passive طراحی شده بودند. اما ظهور اینترنت اشیا و نیازهای آن موجب ارائه‌ی روش‌های متناسب، جدید و بهینه‌تری برای این کار شد که امکان استفاده‌ی آنلاین از داده‌ها را نیز فراهم می‌کنند.
• کاهش اتلاف منابع: اینترنت اشیا بستری فراهم آورده است که می‌توان به صورت در لحظه به هر اطلاعات دلخواهی دسترسی داشت و در زمان مناسب بهترین تصمیم‌ها و مدیریت‌ها را نسبت به منابع اعمال کرد. به این ترتیب اتلاف منابع تا حد بسیار زیادی کاهش خواهد یافت. مثال خط تولید خودرو را در نظر بگیرید، فرض کنید که در طراحی موتور تعدادی از ماشین‌ها ایرادی وجود داشته باشد. فیدبک‌های دریافتی از داده‌ها در هر لحظه می‌تواند به سرعت سازنده را از وجود این عیب مطلع ساخته و به موقع جلوی ساخت و توزیع هرچه بیشتر ماشین‌های معیوب را بگیرند.
• بهبود روند مشارکت مشتریان و کارفرمایان: اینترنت اشیا این امکان را فراهم کرده است که مشتریان و کاربران یک محصول بتوانند در رابطه با نقاط قوت و ضعف آن تعامل بهتری با سازندگان داشته باشند و فرصت اصلاح و بهبود را در همان حین تولید برای تولیدکننده ایجاد کنند.

معایب IoT

• امنیت: ماهیت اینترنت اشیا یک اکوسیستم از اشیای متصل به هم است. هر چند که تدابیر امنیتی اولیه مانند احراز هویت در حال حاضر در اجرای این سیستم‌ها لحاظ می‌شود اما همچنان بحث‌های فراوانی در رابطه با امنیت این سیستم‌ها مطرح است.
• حریم خصوصی: استفاده از اینترنت اشیا به خودی خود حجم بزرگی از داده‌های خصوصی افراد را در معرض یک شبکه‌ی آنلاین قرار می‌دهد؛ بدون اینکه خود کاربران بر انتشار و سطح دسترسی این داده‌ها کنترل کاملی داشته باشند. این مسئله یکی از چالش‌های بزرگ IoT محسوب می‌شود.
• انعطاف‌پذیری: نگرانی‌های زیادی ناظر به میزان انعطاف‌پذیری شبکه‌های IoT وجود دارد. مهم‌ترین این نگرانی‌ها این است که IoT تا چه میزان قابلیت ترکیب با سیستم‌های دیگری که در طول فرآیند هوشمندسازی وجود دارند را دارد.
• پیچیدگی: طراحی عملی یک شبکه‌ی اینترنت اشیا پیچیدگی‌های فراوانی دارد. پس از آن نیز بحث توسعه و نگهداری آن پیچیدگی‌های دیگری به همراه دارند.
• قابلیت تطبیق: IoTها قوانین و سازوکارهای مخصوص به خود را دارند و به همین علت تطبیق دادن آنها با اشیا مختلف پیچیدگی‌های قابل توجهی دارد.

چشم‌ اندازهایی ارزشمند برای کار در زمینه‌‌ی IoT

• طراحی محصولاتی در راستای افزایش قابلیت اطمینان و امنیت سیستم‌های اینترنت اشیا.
• استفاده و طراحی پروتکل‌های امنیتی و احراز هویت قوی.
• غیر فعال کردن سرویس‌های غیرضروری در یک شبکه ی IoT.
• ارائه‌ی هاب‌ها و سرویس‌هایی با تضمین قابلیت اتصال به اینترنت و مدیریت از طریق IoT.
• طراحی الگوریتم‌های کم مصرف در انرژی برای استفاده‌ و فعال بودن هرچه بلند مدت‌تر از شبکه‌های IoT.

خلاصه اینترنت اشیا

• اینترنت اشیا شبکه‌ای از اشیا فیزیکی به هم متصل است که به صورت امبدد مجهز به نرم‌افزار، تجهیزات الکترونیکی، شبکه و سنسورهایی برای جمع‌آوری داده هستند که می‌توانند با یکدیگر تشکیل یک شبکه دهند و داده‌هایشان را مبادله کنند.
• ایده‌ی اصلی IoT برای اولین بار در سال ۱۹۷۰ مطرح شد.
• چهار مولفه‌ی اصلی یک سیستم مجهز به اینترنت اشیا شامل این موارد است. سنسورها/تجهیزات، اتصال، پردازش داده، رابط کاربری.
• از جمله کاربردهای مهم اینترنت اشیا می‌توان به ترموستات‌های هوشمند، خودروهای هوشمند، ردیاب‌ها و رسانه‌های هوشمند و … اشاره کرد.
• از مهم‌ترین مزایای استفاده از IoT بهینه‌سازی فنی، بهبود روش‌های جمع‌آوری داده، کاهش اتلاف منابع و بهبود روند مشارکت در تولید محصولات است.
• امنیت، حریم خصوصی، پیچیدگی و قابلیت تطبیق مهم‌ترین چالش‌های موجود در IoT هستند.

• منبع: ترجمه از سایت guru99.com
• منبع: عکس شاخص از سایت edureka

اگر آموزش اینترنت اشیا چیست و چه کاربردهایی دارد؟ براتون مفید واقع شده ما را نیز دعا کنید و اگر خواستین می‌توانید از محتوا‌ی رایگان آموزشی حمایت مالی کنید.

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.