اینترنت اشیا (IoT) 

 تاریخچه اینترنت اشیا

موضوع شبکه در دستگاه های هوشمند به عنوان یک موضوع در سال 1982  مورد بحث بود.

برای اولین بار IOT با یک ماشین فروش کوکا در دانشگاه کارنگی ملون به عنوان ابتدایی ترین سیستم متصل به اینترنت دیده شد که توانایی اعلام لیست اقلام موجود و دمای نوشیدنی های تازه

شارژ شده را داشت.

سپس این زمینه در سیستم های متنوع تری استفاده شد تا به امروز که بسیاری از پیشرفت های مهم تکنولوژی در این زمینه است و کاربردهای متنوع بسیاری دارد که در ادامه به آن می پردازیم.

تعریف اینترنت اشیا

در یک تعریف ساده و کوتاه اینترنت اشیاء (IoT) پاسخی است به این پرسش که چگونه جهانی با ارتباطات دیجیتالی به دستگاه­ های فیزیکی روزمره خواهیم داشت؟ از طریق IoT دستگاه ها با اتصال به اینترنت، سنسورها و سایر سخت افزارها، امکان برقراری ارتباط و کنترل از طریق وب را خواهند داشت.

اینترنت اشیا (IoT) به هر دستگاه فیزیکی اشاره دارد که قادر است با یک شناسه منحصربه‌فرد در یک شبکه، به تبادل اطلاعات بپردازد. همچنین این ارتباط می­تواند میان انسان و اشیا باشد و باعث تعامل آن­ها شود.

“خانه هوشمند” نمونه­ ای عالی از IoT در دنیای کنونی است.

ترموستات­ها، درهای ورودی و خروجی، دزدگیرها و سیستم­های امنیتی با استفاده از اینترنت، یک مجموعه متصل به هم را تحت عنوان هاب (Hub) ایجاد می­کنند و داده­ ها بین این دستگاه­های فیزیکی به اشتراک گذاشته می­شود. مهم­ترین مزیت این سیستم این است که کاربران می­توانند از راه دور “چیزها” را کنترل کنند؛ به عنوان مثال تنظیم دما، باز کردن قفل درها و… از طریق اپلیکیشن یا وب­سایت.

کاربردهای اینترنت اشیاء تنها محدود به استفاده در خانه­ ها نیست. IoT می­تواند در مجموعه ­های مختلف و با اتصال دستگاه ­های بی­شمار، در حوزه­های مختلف نقش­ آفرینی کند. از تخته ­های هوشمند در کلاس­های مدرسه تا دستگاه­ های پزشکی که می­توانند علائم بیماری پارکینسون را تشخیص دهند، IoT با اتصال فیزیکی و دیجیتالی به سرعت دنیا را هوشمندتر می­کند.

IoT  چگونه کار می کند؟

به طور خلاصه،IoT  در 3 مرحله به شرح زیر عمل می­کند:

• جمع ­آوری داده ­ها از طریق سخت ­افزارهایی از قبیل سنسور که بر روی دستگاه­ ها نصب می­شوند.

بنا بر نوع دستگاه و نوع داده­ هایی که مد نظر ما خواهد بود، می­توان از یک سنسور تا چندین سنسور را برای جمع­ آوری اطلاعات گوناگون به کار گرفت.

• به اشتراک­ گذاری و نگهداری داده ­های جمع­ آوری شده در یک فضای ابری

ابزار جمع ­آوری اطلاعات عموما از طریق اینترنت، بلوتوث، Wi-Fi و… به فضای ابری متصل می­باشند.

• تجزیه و تحلیل داده ­ها از طریق نرم­ افزار و قرار دادن نتایج در اختیار کاربران

این تجزیه و تحلیل می تواند چیزی بسیار ساده مانند کنترل و خوانش درجه حرارت ثبت شده روی دستگاه­ ها باشد، و یا می­تواند فرآیندی پیچیده، مانند شناسایی اشیاء با استفاده از بینایی کامپیوتر در فیلم باشد.

وسایل اینترنت اشیا

وسایل اینترنت اشیا به صورت بالقوه همه چیزهایی است که در اطراف ما وجود دارند. آن­ها قادرند به صورت پیوسته داده ­ها را جمع­ آوری و منتقل کنند و با سایر دستگاه­ ها و انسان­ ها تعامل کنند. نمونه این تعامل را می­توان در گفتگوی روزانه خود با دستیاران مجازی و هوشمند مشاهده کرد. امروزه ابزار اینترنت اشیا به ما برای تجربه یک زندگی ایمن­تر، سالم­تر و کارآمدتر کمک می­کنند.

اینترنت اشیا در کسب­ و­کار

تاکنون قریب به 30 هزار استارتاپ با تکیه بر تکنولوژی اینترنت اشیا به عنوان یکی از فناوری های اصلی خود در تولید محصولات و خدمات جدید شکل گرفته­اند. سرمایه ­گذاری در استارتاپ­ های فعال در این عرصه، هر ساله با افزایش چشمگیری رو به رو است و انتظار می­رود که در سال­های پیش رو نیز این روند افزایشی ادامه ­دار باشد.

پیش­بینی­ ها نشان می­دهند که تا سال 2025، صنعت IoT به دلیل تحول اتصال مستقیم در برنامه ها، سیستم عامل ها و خدمات، بین 1 تریلیون دلار تا 3 تریلیون دلار درآمد خواهد داشت.

عامل اصلی توجه ویژه به IoT را می­توان در گستردگی کاربردهای آن دانست؛ برای مثال:

• اینترنت اشیا فرصتی برای جمع‌آوری و تحلیل آمارهای رفتاری متنوع و روزافزون ایجاد می‌کند. همبستگی این داده‌ها می‌تواند بازاریابی هدفمند محصولات و خدمات را متحول کند.
• اینترنت اشیا کاربردهای فراوانی در کشاورزی دارد. برای مثال جمع­ آوری داده­ های مربوط به دما، بارش، رطوبت، سرعت باد، هجوم آفت­ها و محتویات خاک و استفاده از آن­ها در مواردی همچون اتومات کردن تکنیک­های مزرعه­ داری، تصمیم ­گیری­ های آگاهانه به­ منظور بهبود کیفیت و کمیت، کاهش ریسک و هدر رفت منابع و محصولات و…
• سیستم‌های هوشمند اینترنت اشیا ساخت سریع محصولات جدید، پاسخ‌های پویا به خواسته‌های محصول و بهینه‌سازی زمان تولید محصول را توسط شبکه کردن ماشین آلات، سنسورها و تیم‌های کنترل به یکدیگر قادر می‌سازند.
• IoT با افزایش ارتباطات ماشین به ماشین توانایی جمع ‎آوری حجم زیادی از اطلاعات را دارد و پردازش این داده‎ها می‎تواند اطلاعات خوبی را برای سیستم‎های مالی به همراه آورد. بانک‎ها نیز دریافته­اند که اینترنت اشیا، فین‎تک و بلاک‎چین می‎تواند برای آن‎ها تحول بزرگی را به همراه آورد.
• تخت­های هوشمند نمونه ­ای از به­ کارگیری IoT در بخش درمان است که می‌تواند خالی یا مشغول بودن تخت را تشخیص دهد. همچنین زمانی که بیمار می‌خواهد بلند شود را متوجه می‌شود و می‌تواند فشار مناسب را تنظیم کند تا بدون دخالت پرستاران، به بیمار رسیدگی شود.
• علاوه بر موارد گفته شده، اینترنت اشیا در صنعت حمل­ و­نقل، انرژی، پتروشیمی، محیط زیست، سیستم­های امنیتی و… قابلیت استفاده دارد که در مقالات آینده به صورت مفصل به آن­ها خواهیم پرداخت.

 کاربردهای مصرف کننده

یکی از بخش های بزرگ دستگاه های IOT برای استفاده های مصرف کننده ها ساخته شده است.

این شاخه شامل خودروهای هوشمند، خانه های اتوماسیونی، تکنولوژی های پوشیدنی، گجت های سلامتی و کاربردهای با قابلیت مانیتورینگ از راه دور می شود.

خانه هوشمند

دستگاه های اینترنت اشیا یک بخش از مفهوم بزرگ خانه اتوماسیونی هستند که
شامل سیستم های روشنایی، گرمایش و تهویه هوا، سیستم های شبکه و امنیتی می شوند.سیستم روشنایی هوشمندیکی از فواید بلند مدت این سیستم ها ذخیره و صرفه جویی در مصرف انرژی هاست.خانه های هوشمند همان طور که گفته شد یکی از معروف ترین و رایج ترین کاربردهای اینترنت اشیا هستند که امروز در ایران هم فضای کار گسترده ای دارند.

مراقبت از سالمندان

یکی از مزیت های استفاده از اینترنت اشیا به کار گرفتن آن برای افراد ناتوان و سالمند است.برای این افراد سیستم های خانه به صورتی طراحی می شوند کهبرای رفع نیاز های مالک خانه، زمینه های ناتوانی را پوشش دهد.

برای مثال سیستم های کنترل با صدا برای افرادی که ناتوانی در حرکت دارند استفاده می شوند.این سیستم ها می توانند شامل سنسورهای سنجش سلامت و دارویی باشند.

 کاربردهای تجاری

 سلامتی و پزشکی

اینترنت اشیای پزشکی که به آن اینترنت اشیای سلامتی هم گفته می شود، یک کاربرد مهم از اینترنت اشیا است کهبرای اهداف مرتبط با سلامت افراد مثل جمع آوری داده، تحلیل و مانیتورینگ آن استفاده می شود.دستگاه های IOT می توانند در سیستم های مانیتورینگ سلامتی از راه دور و اطلاع رسانی شرایط اضطراری استفاده شوند.از جمله کاربردهای سلامتی و پزشکی می توان به پایش فشار خون و ضربان قلب، تخت های هوشمند در بیمارستان ها و … اشاره کرد.

برای مثال در سیستم پایش فشار خون، دستگاه متصل به بیمار فشار خون را اندازه گیری کرده وبدون نیاز به حضور پرستار آن را به بانک داده های پزشک ارسال می کند.در این سیستم ها از سنسورها و مدارهایی استفاده می شود کهقادر هستند داده های متغیر را در محیط های متفاوت جمع آوری، پردازش، انتقال و آنالیز کنند.مثل سیستم هایی که از خانه بیمار یک پارامتر سلامت را اندازه گیری می کنند و به بیمارستان ارسال می کنند.

حمل و نقل

یکی از کاربردهای مهم اینترنت اشیا یکپارچگی کنترل ارتباطات و فرآیندهای پردازش داده در سیستم های حمل و نقل است.از IOT می توان در سیستم های کنترل ترافیک هوشمند، پارکینگ هوشمند، پرداخت عوارضی الکترونیکی، راهنمای جاده و …. استفاده کرد.برای مثال در سیستم مدیریت ناوگان، یک پلتفرم IOT می تواند به صورت پیوسته و از طریق سنسورهای بی سیم موقعیت و شرایط یک محموله و دارایی ها را مانیتور کند وآلارم های خاص در شرایطی که تاخیر، خرابی و … وجود دارد برای مدیریت ارسال کند.این کار فقط از عهده یک سیستم اینترنت اشیا و اتصالات یکپارچه آن بین دستگاه ها برمی آید.سنسورهایی نظیر GPS، رطوبت و دما، داده ها را به پلتفرم IOT ارسال می کنند وسپس داده ها آنالیز شده و به کاربر منتقل می شوند.

اتوماسیون خانه و ساختمان

اینترنت اشیا میتواند در مانیتور کردن سیستم های مکانیکی، الکتریکی و الکترونیکی موجود در انواع ساختمان ها استفاده شود.

برای مثال یکپارچگی اینترنت و سیستم های مدیریت انرژی ساختمان برای کاهش مصرف انرژی به عنوان ساختمان های هوشمند مطرح می شود.

 کاربردهای صنعتی

اینترنت اشیا در صنعت، شامل فناوری به دست آوردن و آنالیز کردن داده ها از تجهیزات متصل شده به تکنولوژی عملیاتی، موقعیت ها و افراد می شود.

تولید

اینترنت اشیا می تواند به ارتباطی منظم بین دستگاه های تولید تجهیز شده با حسگر، شناساگر، پردازشگر، برقرار کننده ارتباط، عملگر و توانایی های شبکه، تحقق ببخشد.

به کار گرفتن یک سیستم هوشمند IOT در خطوط تولید، فواید مهمی دارد مثل:

• تولید سریع محصولات جدید
• پاسخگویی پویا به تقاضای محصولات
• بهینه کردن زمان تولید محصول و شبکه های زنجیره ای تامین کننده

کشاورزی

برای IOT کاربردهای فراوانی در کشاورزی وجود دارد، مثلجمع آوری داده های دما، بارش، رطوبت، سرعت باد، هجوم آفت ها، محتویات خاک.

این داده ها را می توان در موارد بسیاری به کار برد، اعم از:

• اتومات کردن تکنیک های مزرعه داری
• تصمیم گیری های آگاهانه برای بهبود کیفیت و کمیت
• کاهش ریسک و هدر رفت
• کاهش تلاش مورد نیاز برای مدیریت محصولات

کاربردهای فضاهای زیربنایی

مدیریت زیر ساخت

یکی از کاربردهای دیگر اینترنت اشیا نظارت بر عملیات های زیرساختی در شهر و روستاها است.

برای مثال ایجاد پل ها و خطوط ریلی و نیروگاه ها.

کاربرد IOT در این زمینه هم مانند سایر کاربردهای گفته شده برای نظارت بر هر اتفاق و تغییری در شرایط استفاده می شود وباعث بهبود ایمنی و کاهش ریسک می گردد.

مدیریت انرژی

یکی از فواید استفاده از اینترنت اشیا ارتقای سطح کیفیت کار و مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی است که
امروزه با توجه به افزایش جمعیت، یکی از چالش های بسیار مهم و مزیت های رقابتی در تولید محصولات جدید است.

 شبکه (Network)

یک مجموعه از ماشین (Device) ها است که توسط یک کانال ارتباطی (Connection Channel) با یک دیگر اتصال پیدا کرده اند.

اجزای اصلی هر شبکه به دو دسته کلی هاست (Host) و روتر (Router) تقسیم می شوند.

 هاست (Host)

یکی از اصطلاحات شبکه که به عنوان پایه ای ترین آن هاست اصطلاح هاست است.در واقع کاربرهای واقعی شبکه هاست ها هستند که با عنوان برنامه (Application) نیز در این حوزه شناخته می شوند.وظیفه اصلی هاست اجرا کردن یک برنامه خاص در شبکه است.

 روتر (Router)

روتر ها برای مسیریابی کردن داده ها بین چندین Device مختلف استفاده می شوند.

از آن جایی که برقراری ارتباط یک به یک بین تمامی Device ها باعث شلوغی بیش از حد شبکه می شود،روتر ها ارائه شدند تا این مشکل را رفع کنند.

به این صورت که یک روتر به تمامی هاست های شبکه متصل است وبرای برقراری ارتباط هاست مبدا درخواستش را به روتر داده و حالا روتر آن را به دست هاست مقصد می رساند.

کانال ارتباطی (Connection Channel)

وسیله، روش و یا راهی برای انتقال داده ها در قالب بایت که در یک شبکه مورد استفاده است.کانال های ارتباطی به دو دسته کلی اترنت (Ethernet) و وای فای (WiFi) تقسیم می شوند.

 داده (Information)

تعدادی از بایت های صفر و یکی که به صورت متوالی پشت سرهم قرار گرفته اند.به هر تعداد از این بایت ها که به صورت یک پک آماده ارسال می شوند Packet گفته می شود.

پروتکل (Protocol)

توافق های بین ماشین های مختلف درون یک شبکه که مشخص می کند هر صفر و یک ارسال شده چه معنایی دارد وPacket داده ها باید با چه مفهومی تعبیر شود.یکی از پروتوکل های معروف در دنیای وب (http (hypertext transfer protocol است کهبرای ارسال محتوای فرامتنی (مثل عکس، ویدیو و …) مورد استفاده قرار می گیرد.

 دستگاه های ارتباط مرکزی (Central Connecting Devices)

یکی دیگر از اجزای اصلی شبکه ها واحدهای میانی ارتباطات هستند که شامل سه دسته اصلی زیر است:

• هاب
• روتر
• سوئیچ

این ادوات برای سرویس دادن به کاربرها (هاست) مورد استفاده هستند.

 هاب (Hub)

هاب یکی دیگر از اصطلاحات شبکه است که امروزه مورد استفاده کمتری دارد ودر واقع از انواع دستگاه های ارسال داده در شبکه با روش قدیمی هستند.

این سیستم به این صورت عمل میکند که Packet از جانب یکی از هاست ها به هاب فرستاده می شود وسپس هاب آن را به تمامی هاست های موجود در شبکه منتقل می کند.

در این روش هر هاست یک کد مخصوص دارد که همراه دیتای مورد نظر فرستاده می شود وهاست مقصد از روی آن مشخص شده و مابقی هاست ها آن داده را کنار می گذارند.

رفتار هاب در زندگی روزمره ما شبیه صداکردن یک شخص خاص در بلندگوی اطلاعات فرودگاه و اعلام یک خبر برای آن شخص است.

 سوئیچ (Switch)

برای رفع مشکل هاب ها، ماشین جدید با عنوان سوئیچ ارائه شد کهبرای کار در ابتدا آدرس مشخصی از گیرنده گرفته و سپس دیتای انتقالی را فقط به همان هاست تحویل می دهد.یکی از قابلیت های مهم سوئیچ توانایی ارسال و دریافت هم زمان داده هاست.

سوئیچ به عنوان معروف ترین و کاربردی ترین وسیله برای برقراری ارتباط بین هاست های درون یک شبکه است.

 مفهوم روتر در شبکه های اینترنتی

همان طور که در ابتدا گفتیم روش عملکرد روتر همانند سوئیچ است با این تفاوت کهروتر روی لبه یک شبکه می نشیند و ارتباط را بین چندین شبکه برقرار می کند.

در تنظیمات و برنامه نویسی های مربوط به شبکه، از روتر به عنوان default gateway نیز یاد می شود کهیک آدرس مشخص برای شبکه است و مابقی شبکه ها آن را می دانند.

با استفاده از این مطالب و شناخت شبکه ها و IOT میتوانید پروژه های هوشمندسازی بسیاری طراحی کرده و بسازید.

شاید برای شما هم به عنوان یک فعال در حوزه شبکه برقراری امنیت شبکه و حفاظت از اطلاعات جالب باشد،
در این صورت مقاله زیر برای شما بسیار مناسب است.