آموزش مقدمه‌ای بر اینترنت اشیا (Internet of things)

اینترنت اشیا به بسیاری از اشیا و وسایل پیرامونمان که به شبکه اینترنت متصل شده و بتوان توسط اپلیکیشن‌ های موجود در تلفن های هوشمند و تبلت، کنترل و مدیریت شوند، اشاره دارد.

 

آموزش مقدمه‌ای بر اینترنت اشیا (Internet of things)

اینترنت اشیا به بسیاری از اشیا و وسایل پیرامونمان که به شبکه اینترنت متصل شده و بتوان توسط اپلیکیشن‌ های موجود در تلفن های هوشمند و تبلت، کنترل و مدیریت شوند، اشاره دارد.

به عنوان یک مثال ساده، می توان یک یخچال را در نظر گرفت. وظیفه اصلی یک یخچال ساده این است که مواد غذایی را خنک نگه دارد. حال یک یخچال هوشمند را در نظر بگیرید، این یخچال هوشمند با توجه به سنسورها و پردازنده ای که درون آن نصب است می تواند یک سری از هشدارها را منتشر کند، مثلا هنگام باز بودن در، زمان نیاز به تعویض فیلتر آب، کمبود ماده غذایی خاص در یخچال و یا حتی زمانی که یک ماده غذایی چرب و خطرناک خریداری شده باشد، همه این ها را به ما هشدار دهد، اما این یخچال هنوز به شبکه وصل نیست و با دنیای بیرون از خودش ارتباطی ندارد حال یک یخچال IOT را در نظر بگیرید این یخچال با توجه به این که به شبکه اینترنت متصل است می تواند برای اطلاع از قیمت غذاهای مختلف در سایت های مختلف جستجو کند و یا زمانی که فیلتر آب آن به تعویض احتیاج داشت، می تواند آن را سفارش دهد و یا حتی مواد غذایی که در روزها و یا هفته های بعد مورد نیاز خواهند بود را پیش بینی کند و آن ها را سفارش دهد.

به عنوان مثال دیگر، ماشینی را در نظر بگیرید ماشین های اولیه با توجه به سیستم های کنترلی که داشتند، ترکیبی از سیستم های الکتریکی و مکانیکی بودند و یک سری از قسمت ها بدون هیچ پردازنده و سنسوری به تنهایی کار می کردند. سیستم های کنترلی ماشین های قرن بیست و یکم را مبتنی بر کامپیوتر کرده اند، رانندگی با این خودروها تقریبا همان اینترفیس قبلی را داشت و کارایی این خودروها با افزوده شدن سیستم هایی مانند ترمز ضد قفل به آن ها افزایش پیدا کرد، اما این خودرو هنوز ارتباط زیادی نداشت و ارتباط راننده با خودرو مانند خودرو های قبلی بود، اگر یک خودروی IOT را در نظر بگیرید این خودرو از طریق ارتباطی که با دنیای بیرون دارد، می تواند از راه دور راه اندازی شود و به مکان مورد نظر راننده برود یا زمانی که تصادفی صورت گرفت، خود خودرو به پلیس زنگ بزند.

در عصر حاضر اینترنت همه مردم دنیا را به هم وصل می کند ولی اینترنت اشیا، همه اشیا را به هم وصل می کند یک فناوری مدرن است که برای انسان ها، حیوانات و یا هر شی دیگری این قابلیت را ایجاد می کند تا داده های خودشان را از طریق شبکه های ارتباطی مثل: اینترنت یا اینترانت ارسال کنند، در واقع اینترنت اشیا انقلابی است که در توسعه کاربردهای اینترنت صورت گرفته است، این انقلاب باعث می شود اقتصاد دو هزار میلیارد دلاری برای دنیا تا پایان سال ۲۰۲۰ میلادی رقم بخورد و همچنین پنجاه میلیارد شی را به هم متصل می کند و این ارتباطات فراوان، در توسعه روابط عمومی تاثیر زیادی دارد و کمپانی های مختلف و میلیون ها شغل را به وجود می آورد در نتیجه انسان ها باید خودشان را برای تغییرات اساسی در روابط عمومی، آماده کنند.

اینترنت اشیا دنیا را فراتر از آن چه ما تصور می کنیم دچار تغییر و تحول می کند. از رانندگی در بزرگراه ها گرفته تا فرایند خرید کردن و حتی توزیع انرژی در خانه های شهرهای مختلف. سنسورها و چیپ های فیزیکی مخصوصی در اشیا پیرامون مان جایگذاری می شوند و همه اطلاعات با ارزش آن اشیا منتقل می شوند ولی سوالی که مطرح است این است که این حجم بزرگ اطلاعات چگونه به اشتراک گذاشته می شود و چطور از آن استفاده می شود؟

کاربردهای متداول اینترنت اشیا مثل: بهبود بازده تولید کارخانه ها، مانیتور و کنترل کردن سلامت افراد یک جامعه، به روز رسانی پیوسته اطلاعات یک شهر، مانند: مکان های پارک ماشین و غیره توسط پلتفرم اینترنت اشیا انجام می شود، این پلتفرم اطلاعات با ارزش را کنار هم جمع می کند و یک زبان مشترکی برای آن ها به وجود می آورد تا اطلاعات بین تجهیزات مختلف و اپلیکیشن های آن تجهیزات با همدیگر تعامل کنند و این اطلاعات، منتقل شوند. هر وسیله، پردازنده ای دارد که پس از آن که پردازش محلی انجام گرفت، اطلاعات را به صورت امن به پلتفرم منتقل می کند. پلتفرم هم اطلاعات را از دستگاه های مختلف دریافت می کند و اطلاعات با ارزش آن ها را با برنامه های مخصوص شان به اشتراک می گذارد.

به عنوان مثال، یک ماشین را در نظر بگیرید که پس از طی کردن یک مسافت طولانی، راننده پیام های کنترل ماشین را دریافت می کند مثلا پیام هشداری دریافت می کند و متوجه می شود که ماشین باید به تعمیرگاه برده شود، اما راننده نمی داند نیاز ماشین به تعمیرگاه فوری است و یا می تواند آن را به یک زمان دیگر به تعویق بیندازد و یا حتی نمی داند بهترین تعمیرگاه کدام است و یا نزدیک ترین تعمیرگاه نسبت به موقعیت راننده کجاست. اگر اینترنت اشیا را درباره این کاربرد در نظر بگیریم، یک سری واحدهای مختلف فشار خط ترمز و یا هر چیز دیگری را در آن ماشین اندازه گیری می کنند. این واحدهای مختلف در قسمت های مختلف خودرو هستند ولی با یکدیگر تعامل دارند.

یک چیپ داخل ماشین، اطلاعات را از باسی به نام باس تشخیص عیب آن خودرو فراخوانی می کند اطلاعات را از همه مراکز مختلف جمع می کند و آن ها را در دروازه انتقال قرار می دهد دروازه انتقال هم اطلاعات را از سنسورهای مختلف گرفته و می خواهد آن ها را به صورت امن به پلتفرم منتقل کند، ولی قبل از ارسال این داده های سازماندهی شده، دروازه ماشین های مختلف با پلتفرم باید به صورت امن با هم ارتباط داشته باشند. پلتفرم به طور مداوم اطلاعات را از هزاران ماشین مختلف در طول ۲۴ ساعت یک روز و ۱۲ ماه مختلف سال دریافت می کند و یک بانک اطلاعاتی امن را از این اطلاعات می سازد.

کارخانه، قواعد و منطق هایی را به پلتفرم اضافه می کند تا زمانی که یک ماشین اطلاعاتی، یک عیب را به پلتفرم ارسال کرد پلتفرم برای کنترل ماشین چه کار کند. همین طور کارخانه از پلتفرم برای مدیریت و ساخت اپلیکیشن هایی استفاده می کند به عنوان مثال، کارخانه اپلیکیشن، دستیار مدیریت سیستم را اتخاذ می کند که این اپلیکیشن اطلاعات مشتریان را در جاده دریافت می کند سپس از این اطلاعات که دریافت کرده است برای ارسال پیشنهادات و پیام هایی به مشتری استفاده می کند که در این پیام ها زمان تعمیر و سرویس شدن ماشین، مسیر رسیدن به نزدیک ترین تعمیرگاه، تخفیفات موجود برای راننده و غیره را اعلام می کند و زمانی که ماشین و راننده به تعمیرگاه برسند قرارداد ضمانت خودرو به تایید کارخانه اش می رسد و حتی کارخانه می تواند به تعمیرگاه پیشنهاد دهد که چه قطعه ای برای آن خودرو مناسب است و چه قسمتی معیوب است و چه کاری انجام دهد.

حتی از این اطلاعات، مهندسان نیز می توانند برای گسترش، بهبود و یا رفع نقص های موجود در طراحی ماشین استفاده کنند این اطلاعات به کارخانه هم کمک می کند، به این صورت که با توجه به اطلاعات، عیب هایی که از خودروهای مختلف دریافت می کند می تواند به تشخیص قطعه های معیوب، سری خودروهایی که آن قطعه معیوب را دارند، کارخانه ای که آن قطعه معیوب را تولید کرده و یا حتی تاریخ تولید آن قطعه به وسیله آنالیز اطلاعات کمک کند. همه این موارد به افزایش ایمنی و بازده تولیدات کارخانه و رانندگی امن تر و سریع تر کمک می کنند.

چرا از اینترنت اشیا استفاده می کنیم؟

۱) دریافت اطلاعات بیشتر در زمان واقعی

۲) کنترل اشیا از راه دور

۳) اتوماتیک کردن همه چیز

۴) انجام سریع تر کارها

در نتیجه، اینترنت اشیا می تواند به صرفه جویی زمان و انجام کارهایی که برای انسان الویت بیشتری دارند کمک کند.

همگرایی عوامل حامی اینترنت اشیا:

• کاهش قیمت سخت افزارها
• ابعاد کوچک تر و وزن کم تر
• افزایش توان و سرعت محاسباتی
• بهبود دستیابی به اینترنت

اینترنت اشیا به انقلاب صنعتی چهارم معروف شده است زیرا قرار است پنجاه میلیارد شی مختلف را به هم متصل کند و یک اقتصاد دو هزار میلیارد دلاری را رقم بزند.

تاریخچه:

عبارت اینترنت اشیا، برای نخستین بار در سال ۱۹۹۹ توسط کوین اشتون مورد استفاده قرار گرفت و جهانی را توصیف کرد که در آن هر چیزی، از جمله: اشیا بی جان، برای خود هویت دیجیتال داشته باشند و به کامپیوترها اجازه دهند آن ها را سازماندهی و مدیریت کنند.

همچنین شخصی به نام مایکل پورتر استاد دانشکده کسب و کار هاروارد، معتقد است اینترنت اشیا سومین موج تحول در حوزه فناوری اطلاعات را شکل خواهد داد. موج های قبلی به انسان کمک می کردند که بهره وری را انسان افزایش دهد ولی تفاوتی که این موج دارد این است که در این موج، اشیا هستند که بهره وری را افزایش می دهند.

ویژگی های اینترنت اشیا:

• اینترنت اشیا یک فناوری مجرد نیست، بلکه طیف وسیعی از فناوری ها را در بر می گیرد و طیف وسیعی از فناوری های حوزه الکترونیک، ارتباطات، مهندسی نرم افزار، سخت افزار، تحلیل سازمانی و بقیه فناوری ها را در قالب یک فناوری یکپارچه ارائه می دهد.
• توسعه اینترنت اشیا مستلزم توسعه تمام فناوری های مرتبط است.
• اینترنت اشیا بین رشته ای است و به صورت گسترده با رشته های دیگری همچون: پزشکی، مهندسی برق، مهندسی کشاورزی، مهندسی پزشکی، هوافضا، مکانیک، رباتیک و غیره تلفیق می شود. 
• تاثیرات اینترنت اشیا تحولات بنیادین است.

کشورها امروزه معتقدند کسانی در آینده می توانند دنیا را کنترل کنند که به داده ها و اطلاعات بیشتر و بهتری دسترسی داشته باشند و این اطلاعات به روز و مفید زمانی که در اختیار اهل فن قرار بگیرد باعث تولید محصولات و ارائه خدماتی می شود که زندگی بشر را ساده تر می کند و باعث اشتغال دانش بنیان پایدار می شود.

فرایند ارسال داده ها در اینترنت اشیا نیازی به این که انسان با انسان و یا انسان با کامپیوتر تعامل داشته باشد ندارد و داده ها به صورت اتوماتیک و بر اساس تنظیمات اولیه که بر روی سخت افزارها انجام می شوند، ارسال می گردند.

شرکت های خصوصی می توانند حجم خیلی زیادی از اطلاعات را از طریق اینترنت اشیا درباره عادات تک تک مردم، سبک زندگی آن ها و غیره جمع آوری کنند. این موضوع، ممکن است حریم خصوصی مردم را نقض کند و برای آن ها نگران کننده باشد ولی علی رغم تمام نگرانی ها اینترنت اشیا در آینده، هرچه بیشتر به یک جز جدایی ناپذیر از زندگی مردم تبدیل می شود و به عبارت دیگر شبکه های نامرئی دنیا با استفاده از حسگرهای هوشمندی که بر روی محصولات مختلف، نصب می شوند مانند: دوربین ها، نرم افزارها، دیتابیس ها، مراکز داده های بزرگ و غیره، کنترل زندگی میلیاردها نفر انسان روی کره زمین را در اختیار خودشان قرار می دهند.

در مقوله اینترنت اشیا سه مقوله اتصال، تعامل و هوشمندی داریم. اتصال به معنای این است که هر شی و یا هر فردی در هر مکانی و در هر زمانی بتواند به شبکه متصل شود و اطلاعات خودش را در اختیار شبکه بگذارد. تعامل بدین صورت است که سیگنال های بسیار متنوع با استانداردهای آزاد با همدیگر تبدیل و تفسیر پیام را انجام می دهند و در نهایت، اشیا بر همدیگر کنش و واکنش دارند. در بحث هوشمندی هم پس از تبیین وضعیت اشیا و ارزیابی گزینه های مختلف، تصمیم گیری برای آن شی انجام می شود.

چالش های پیاده سازی عملی اینترنت اشیا:

• امنیت: مهمترین بحث، امنیت است. اکثر وسایل برقی که قرار است به شبکه اینترنت متصل شوند آسیب پذیر هستند و می توانند توسط هکرها، سارقین اینترنتی، دولت ها و نهادهای اطلاعاتی از اطلاعاتشان سواستفاده شود.
• فرهنگ سازی و آموزش مردم: چهره های مشهور دنیای فناوری معتقدند اینترنت اشیا روی امنیت، حریم شخصی، صداقت و شرافت انسانی تاثیرات منفی می گذارد و حتی باعث تشدید نابرابری‎ های انسانی می شود.
• مدیریت حجم بسیار زیاد داده: تا قبل از به وجود آمدن فناوری اینترنت اشیا، شبکه ای وجود نداشته است که میلیون ها IP برای اتصال اشیا داشته باشد. حجم اشیایی که به اینترنت متصل می شوند بسیار زیادند و تمامی اشیا باید آدرس دهی شوند، برای این کار از فناوری های جدید آدرس دهی استفاده می شود.
• معماری اینترنت: دسترسی، پهنای باند، گستردگی و گرانی از چالش های مهم این بحث هستند.

مدل مرجع اینترنت اشیا و فناوری های اساسی درگیر:

ساختار کلی فناوری اینترنت اشیا از چهار قسمت تجهیزات، شبکه، ابر و برنامه های کاربردی ساخته شده است.

تجهیزات، شامل: سنسورها و عملگرها می شود. روی همه وسایلی که قرار است جزئی از اینترنت اشیا باشند سنسورهایی متناسب با داده ای که می خواهیم از آن اشیا جمع آوری بکنیم، نصب می شوند، همچنین عملگرها متناسب با عمل کنترلی که می خواهیم روی آن ها انجام دهیم نصب می شود.

داده ها از تجهیزات، به ابر منتقل می شود و این کار توسط شبکه ها انجام می شود. شبکه، انواع مختلفی اعم از: سلولی، بی سیم و محلی دارد.

ابر، مکانی با ظرفیت خیلی زیاد برای ذخیره سازی داده ها است و داده ها در آن با امنیت زیادی پردازش می شوند. داده ها از ابر به برنامه های کاربردی منتقل می شوند که شامل سیستم های تراکنشی و سیستم های تحلیلی است.

مدل مرجع اینترنت اشیا:

شامل چهار لایه است. هر لایه اطلاعات را به لایه ی بالاتر از خودش می فرستد و در نهایت هدف اینترنت اشیا محقق می شود. پایین ترین لایه، لایه ی Device است. وسایل و اشیایی که به اینترنت متصل هستند، اطلاعات خودشان را از طریق دروازه ها به لایه ی شبکه می فرستد و لایه ی شبکه بعد از فرستادن اطلاعات به لایه ی پشتیبانی آن ها را به لایه ی برنامه های کاربردی می فرستد.

در مدل مرجع اینترنت اشیا دو ظرفیت برای امنیت و مدیریت در نظر گرفته شده است. داده های اینترنت اشیا هم باید به صورت امن ذخیره سازی شوند و هم روی آن ها پردازش انجام بگیرد. همچنین این داده ها باید مدیریت شوند تا از آن ها استفاده شود.

در شکل زیر روند و سیر صعودی ارتباطات را مشاهده می کنید. نسل اول ارتباطات (Machine to machine (M2M بوده است. این ارتباط بین وسایل مختلف از طریق شبکه های مخابراتی برقرار می شود. این نسل شامل ابزارهای صنعتی می شود. مثلاً فعال کردن یک موتور یا سنسور برای تبادل اطلاعات با نرم افزار های کاربردی جزء این ارتباطات است. می توان از آن ها برای تنظیم یک فرآیند بر اساس دما یا هر کار دیگری استفاده بکنیم. این نوع از ارتباطات با داشتن یک شبکه از راه دور میسر می شود و اطلاعات به یک هاب مرکزی برای آنالیز آورده می شود. سپس این اطلاعات به وسیله ای مثل کامپیوتر شخصی باید برده شود.

نسل بعدی ارتباطات IOT است. یک شبکه متحد که هر کدام از اجزایش باید قابل شناسایی باشند و اجزای آن اشیای مختلف هستند که بدون دخالت انسان و با استفاده از IP ها، می توانند با همدیگر تبادل داشته باشند.

نسل بعدی ارتباطات (Internet of Everything (IoE است که افراد، فرایندها، داده ها و اشیای مختلف را تجمیع می کند و اتصالات شبکه را برقرار می کند.

 

 

 

تفاوت IOT با M2M در این است که در نسل M2M اطلاعات به شبکه اینترنت متصل نمی شوند و بیشتر پردازش ها محلی هستند. اما در IOT اشیا به اینترنت متصل هستند و اطلاعاتشان به شبکه اینترنت منتقل می شود و بعد از پردازش آن اطلاعات، از آن ها استفاده می شود.

در شکل زیر ناحیه های مختلف استفاده از اینترنت اشیا را می بینید.رپزشکی، صنعت، خودرو، خرده فروشی، خانه های هوشمند، کارهای اداری و تبادلات شامل این حوزه هستند. ارتباط ما با این حوزه شامل کنترل و اندازه گیری است. یا تمایل داریم یک فرآیندی را کنترل کنیم و یا می خواهیم اطلاعات را از این حوزه های مختلف اندازه گیری نماییم. این کار را با سنسورها و کنترل کننده های مختلف انجام می دهیم که انواع مختلفی دارند: مثل نوری، مغناطیسی، تصویر، دمایی، صوتی، شیمیایی، رطوبت، مکان یابی و غیره. اطلاعاتی که از سنسورها خوانده می شود با پروتکل های مخصوصی اعم از Wifi، NFC، Bluetooth و غیره، به تشکیلات اقتصادی منتقل می شوند.

 

 

عملکردهای مختلفی در تشکیلات اقتصادی می تواند انجام شود، مثلا ادارات متصل به هم و هوشمند یا بهینه سازی، کنترل و پایش وضعیت فرایندهای تجاری، افزایش و گسترش IT، اتوماسیون فرآیند ها و سرویس ها، تجارت هوشمند و ارتباط بین مشتری و صاحبان صنایع از جمله این کار ها است.

نحوه کار پروتکل ZigBee:

اشیایی که با این پروتکل کار می کنند اطلاعات خودشان را به یک دروازه منتقل می کنند و این دروازه اطلاعات را از طریق اینترنت، Wifi یا شبکه های مخابراتی مثل: GPRS یا ۳G به شبکه جهانی اینترنت منتقل می کند و بعد آن ها را بر روی پایگاه داده های خارجی و یا Cloud ذخیره می کند، همچنین می توانیم داده ها را به مکان های ذخیره سازی محلی یا دیتابیس های محلی منتقل کنیم.

در شکل زیر، یک نمونه از پلتفرم های IOT را مشاهده می کنید که ساخت شرکت BlackBerry است. این پلتفرم کارهای مختلفی مانند: شناسایی افراد، مدیریت وسایل، مدیریت چرخه زندگی و طول عمر و یا ذخیره سازی اطلاعات را می تواند انجام دهد. کارهای اساسی آن شامل: ذخیره سازی، امنیت، آنالیز و اجازه می باشد.

 

 

 

در شکل زیر، اینتل به معرفی دروازه خودش و مقایسه آن با کانال های مهم دنیا مثل: کانال پاناما، سونز و غیره پرداخته است. در بخش خرده فروشی تا سال ۲۰۱۷ هر فروشگاهی بیش از ۱۲۰۰۰ سنسور دارد. در بخش صنعت تا سال ۲۰۲۵ کارخانه های متصل سالانه یک تریلیون دلار را در سطح جهان صرفه جویی می کنند. سیستم های هوشمند خانگی مصرف انرژی را تا %۵۰ کاهش می دهند و در بخش خودرو، هر خودرو به طور متوسط ۶۰ تا ۱۰۰ سنسور روی آن نصب می شود. تعداد اشیای متصل در پنج سال گذشته %۳۰۰ افزایش پیدا کرده اند و %۸۵ وسایل به اتصال به اینترنت نیاز دارند. این حجم زیاد از وسایل که به اینترنت متصل هستند، اطلاعات خودشان را به دروازه می فرستند و دروازه اطلاعات را به Cloud منتقل می کند.

 

 

فناوری های کلیدی درگیر در اینترنت اشیا:

• فناوری های شناسایی: یک فناوری است که احتیاج دارد هر شی را شناسایی کند. یکی از ابزارهایی که در این فناوری بسیار مفید است RFID می باشد. RFID از رادار و آنتن ساخته شده است و نسل پیشرفته بارکد می باشد. در بارکد، احتیاج بود هر شی دقیقا از زیر اسکنر رد شود تا اطلاعاتش خوانده شود، همچنین حجم اطلاعاتی که داشت خیلی کم بود و قابل تغییر نبود اما RFID ها حجم بیشتری از اطلاعات را می توانند در مورد آن محصول در خودشان ذخیره کنند و همچنین چون یک برد دارند احتیاج نیست از زیر اسکنر رد شوند بلکه از حوزه خاصی کنار اسکنر رد شوند اطلاعات آن ها خوانده می شوند. همچنین اطلاعات RFID قابل تغییر است. RFID ها به شناسایی و تعقیب اشیا در گمرک ها و کاربردهای نظامی کمک می کنند.
• فناوری های معماری اینترنت اشیا: اینترنت اشیا نیاز دارد معماری های خاصی برای اتصالاتش انجام گیرد.
• فناوری های مخابراتی و ارتباطی: به دلیل این که حجم داده هایی که باید منتقل شود بسیار زیاد است، نسل های خیلی پیشرفته از ارتباطات نیاز است در نتیجه پهنای باند زیادی احتیاج داریم. 
• فناوری های شبکه
• فناوری های پیدا کردن شبکه
• الگوریتم های نرم افزاری
• فناوری های داده و تجزیه و تحلیل سیگنال: تمام داده هایی که به وسیله شبکه های مخابراتی و ارتباطی منتقل می شوند باید مورد تجزیه و تحلیل قرار بگیرند و اطلاعات مفید از آن ها استخراج شود.
• فناوری های موتورهای جستجو
• فناوری های مدیریت شبکه
• فناوری های منبع تغذیه و ذخیره سازها: این مورد جز یکی از چالش های اساسی اینترنت اشیا می باشد. وسایل و سنسورهایی که بر روی آن ها نصب شده اند، نیاز دارند تا کار اندازه گیری را تا سال های زیادی بدون تعویض باتری انجام دهند در نتیجه نسل پیشرفته ای از باتری ها لازم است که مصرف بسیار پایینی را در کنار طول عمر بالا داشته باشند.
• فناوری های امنیتی: تمام داده ها باید به روش امن، منتقل شوند تا اجازه دسترسی هکرها به آن ها داده نشود و خسارت هایی که حتی در بعضی موارد منجر به مرگ افراد می شود، به وجود نیاید.
• استانداردسازی: تمام پروتکل ها و تمام قوانین باید توسط دولت ها و کشورها استاندارد شود.

تحقیقات آینده در حوزه اینترنت اشیا:

• در حوزه فناوری و شناسایی هویت 
• در حوزه طراحی معماری 
• در حوزه پروتکل ارتباطی 
• در حوزه فناوری شبکه 
• در حوزه استانداردسازی
• در حوزه آدرس دهی اشیا 
• در حوزه امنیت و حریم خصوصی
• در حوزه کسب و کار و اشتغال

در شکل زیر خلاصه ای از فناوری های درگیر در اینترنت اشیا را مشاهده می کنید.

 

 

هر کدام از فناوری های بالا به زیر مجموعه‎ هایی تقسیم می شوند، مانند آنچه در شکل زیر مشاهده می کنید.

 

 

هر فناوری مهم در اینترنت اشیا، مانند سنسورها، شامل ابزارهای مختلفی هستند که هر روز در حال گسترش کمی و کیفی است همان طور که در شکل زیر مشاهده می کنید RFID در حوزه چند فناوری اصلی نقش دارد. در حوزه ارتباطات از آنجا که بین تگ و رادار باید ارتباط برقرار شود، نقش دارد. همچنین جز حوزه سنسورها است چون یک چیز را اندازه می گیرد و به اصطلاح رادار باید تگ را بخواند و نیز جز حوزه دستگاه، مکان یابی و شناسایی هم قرار می گیرد.

 

 

پیاده سازی فنی اینترنت اشیا:

این مقوله وسایل و سخت افزارهای خاص خودش را می طلبد. حوزه وسیعی از سنسورها را لازم داریم که بعضی از این سنسورها باید اندازه بسیار کوچکی داشته باشند تا بتوانند درون بدن افراد جایگذاری شوند و اطلاعات مربوط به سلامتی آن ها را بخوانند، بعد از خواندن اطلاعات نیاز است آن ها را به روی اینترنت و یا هر شبکه ارتباطی دیگری بفرستیم، در نتیجه، چیپ هایی برای ارسال این اطلاعات به اینترنت احتیاج است.

روند تبادل اطلاعات در اینترنت اشیا:

مرحله اول، سنسورها هستند. سنسورها اطلاعات را از اشیا پیرامون اندازه گیری می کنند و بعد آن ها را به پردازش محلی منتقل می کنند در پردازش محلی یک سری بردهایی داریم که یک سری پردازش های اولیه را روی اطلاعاتی که از سنسورها دریافت می کنند، انجام می دهند و بعضی از این اطلاعات را در localStorage ذخیره سازی می کنند. مرحله بعدی شبکه است یعنی اطلاعات پردازش محلی از طریق شبکه به روی اینترنت فرستاده می شود سپس اطلاعات به Cloud می روند و روی آن ها پردازش های لازم انجام می شود و برای مدت طولانی این اطلاعات در Cloud ذخیره سازی می شوند.

سنسورها: سنسورها وسایل کوچکی هستند که انواع مختلفی دارند و همچنین انواع مختلفی از داده ها و مقادیر را اندازه گیری می کنند. معمولا ورودی سنسورها یک مقدار آنالوگ مثل: دما، رطوبت و یا هر کمیت دیگری است و سنسورها این مقادیر آنالوگ را به داده های دیجیتال تبدیل می کنند. سنسورها یا هیچ پردازشی انجام نمی دهند و یا پردازش کمی انجام می دهند این وسایل فقط پردازش های ضروری برای تبدیل داده ها از یک مقدار در یک محیط به داده‎ های الکترونیکی را انجام می دهند و معمولا توان بسیار پایینی را مصرف می کنند. دلیل این امر این است که سنسورها باید به صورت دائمی در یک محیط کار کنند، پس اگر قرار باشد انرژی زیادی مصرف کنند، احتیاج به باتری هایی در سایز بزرگ دارند و این باتری ها به تعویض زود هنگام احتیاج پیدا می کنند.

ذخیره سازی و پردازش محلی: بسیاری از سنسورها داده ها را به پردازنده های محلی منتقل می کنند تا روی این داده ها پردازش اولیه ای انجام شود و سپس این داده ها را به اینترنت بفرستد. به این مرحله Edge/Fog Computing گفته می شود، چون اصطلاحا لبه محاسبات است و قبل از Cloud قرار دارد. ما باید کامپیوترهایی داشته باشیم که داده ها را از سنسورها بگیرند و توان پردازش ضروری برای پردازش داده ها را داشته باشندT همچنین باید بعضی تصمیمات محلی را بگیرند و بعضی داده ها را ذخیره کنند و نیز قادر باشند بعضی داده های مربوط و مناسب را به Cloud بفرستند. برای نشان دادن ضرورت پردازش محلی، یک سنسور حرکتی را در یک اتاق در نظر بگیرید. زمانی که حرکتی نداریم و هیچ اتفاق خاصی نیفتاده، سنسورهای حرکتی مقدار صفر را دارند و این مقدار صفر را به صورت زنجیروار به Cloud می فرستند. این صفرها هیچ ارزشی ندارند و در واقع بدون استفاده هستند و فقط تبادل اطلاعات غیر ضروری انجام می شود. حال در مورد همین مثال، سنسورها اگرصفرها را به یک پردازنده محلی بفرستد، پردازنده محلیT آن ها را پردازش می کند و زمانی که حرکتی تشخیص داده شود و یا اتفاق خاصی بیفتد، می تواند آن ها را به Cloud منتقل کند.

شبکه و اینترنت:

اینترنت اتصال را برای اینترنت اشیا فراهم می کند، پس یک سری اشیا داریم که باید اطلاعات این اشیا را به اینترنت منتقل کنیم. سرورها با دروازه های اینترنت اشیا ارتباط برقرار می کنند. این وسایل به وسایل پردازنده محلی متصل می شوند و داده های پر ارزش را از پردازنده های محلی دریافت می کنند و بعد آن ها را به cloud منتقل می کنند. برای اینترنت اشیا یک سری پروتکل هایی داریم که از آن ها برای انتقال استفاده می کنیم. COAP و MQTT دو نمونه از این پروتکل ها هسنتد که مخصوص ارتباط ماشین با ماشین طراحی شده اند اما مشکلی که دارند این است که امنیت کمی دارند. دو پروتکل دیگر HTTP و XMPP شناخته شده تر هستند. HTTP پروتکل وب است و XMPP برای گوگل مناسب است و مثلا در چت از آن استفاده می شود. HTTP و XMPP امنیت بیشتری دارند ولی Overhead های بیشتری به آن ها اضافه شده است.

ذخیره سازی و پردازش ابر:

Cloud داده های مختلف را جمع آوری کرده، استنتاج می کند و داده ها را برای زمان طولانی ذخیره می کند.

سخت افزارهای متن باز (open source hardware):

مورد قابل توجه در مورد سخت افزارهای متن باز این است که هر کسی می تواند با آن ها کار کند، آن ها را تغییر دهد و یا آن که آن ها را به آن چیزی که مطلوب خودش است تبدیل کند. متن باز کردن سخت افزارها برای اینترنت اشیا و اموری که امروزه در اینترنت اشیا از آن استفاده می کنیم مفید واقع شد.

میکروکنترلرها:

میکروکنترلرها وسایل کوچک قابل برنامه ریزی هستند و پردازنده هایی هستند که می توانند به آسانی به سخت افزارها متصل شوند.

آردوینو:

آردوینو به عنوان انقلابی در برنامه نویسی سخت افزاری معرفی شد. آردوینو دارای نرم افزاری است که استفاده از آن بسیار ساده می باشد. این برد هم یک وسیله قابل برنامه نویسی هست و هم به آسانی به سخت افزارها متصل می شود. به وسیله پین هایی که در دو طرف آن وجود دارد می توانیم وسایل مختلف را به آن وصل کنیم و پروژه های مختلفی را با آن انجام دهیم.

شیلد اترنت آردوینو:

این شیلد روی برد آردوینو قرار می گیرد و قیمتی برابر برد آردوینو دارد. مشکلی که دارد این است که فقط چهار اتصال همزمان شبکه دارد دلیل این که برد آردوینو چهار اتصال همزمان شبکه دارد این است که برد آردوینو قدرت پردازش پایینی دارد و نمی تواند اتصال خیلی زیاد شبکه را برقرار کند.

رزبری پای:

قیمت برد رزبری پای نسبت به کارایی آن بسیار پایین است. این برد برای اتصال بعضی سخت افزارها خوب است و ممکن است برای اتصال بعضی سخت افزارهای دیگر، مناسب نباشد. این برد سیستم کامل ارتباط با شبکه را دارد هر چیزی که در کامپیوتر پیاده سازی می کنیم، می تواند روی این برد هم پیاده سازی شود همچنین این برد امنیت بالایی نیز دارد.

پیکربندی اینترنت اشیا، قطعه های مختلف را که از مهمترین آن ها آردوینو و رزبری پای می باشند را با هم ترکیب می کند. به دلیل این که ارتباط برد آردوینو با سنسورها بهتر است، اینترفیس سخت افزارها با این برد انجام می شود و بحث اتصال به اینترنت اشیا، بر دوش سخت افزاری مثل رزبری پای می باشد.

سخت افزارها:

سخت افزارهای مختلفی وجود دارند که می توانیم در اینترنت اشیا از آن ها استفاده کنیم. مهم ترین آن ها بردهای آردوینو، رزبری پای، UDOO ,Parallella ,Beaglbone Black ,Intel Edison و Intel Galileo هستند که با توجه به نیازمان و مشخصات و ویژگی هایی که هر کدام از این بردها دارند، مناسب ترین آن ها را برای کارمان انتخاب می کنیم.

بردهای مناسب برای سنسورها:

اولین بردی که برای ارتباط با سنسورها مناسب است، برد آردوینو می باشد. پردازنده این برد مبتنی بر Atmega 328 است. بردهای آردوینو انواع مختلفی دارند. متداول ترین نوع آن ها، Arduino uno است. برد ChipKIT با میکروکنترلر PIC ساخته شده است. برد LaunchPAD هم بر پایه پردازنده MSP430 ساخته شده است. تغذیه این برد نسبت به بردهای دیگر بسیار کمتر است. یکی از موارد استفاده از این برد در شبیه سازی قطعات سخت افزاری الکترونیکی مثل گیت ها و رجیسترها می باشد.

برای این که قدرت پردازش برد آردوینو را بتوانیم بهتر درک کنیم، بهتر است بدانیم برد آردوینو یک RAM دو کیلو بایتی دارد که این مقدار حدود ۱۰ درصد از تصویر یک عکس فیس بوک می باشد. از بردهایی که برای اتصال به بعضی سنسورها مناسب هستند و از لحاظ پردازش کمی از بردهایی مثل آردوینو بهتر عمل می کنند، می توان به موارد زیر اشاره کرد:

برد STM32 که با پردازنده ARM Cortex M0 ,M3 ,M4 تولید می شود و بسته به این که چه توان پردازشی را بخواهیم، از آن ها استفاده می کنیم. این برد حدود ۱۰۲۴ کیلو بایت RAM دارد. برد particle مبتنی بر ARM است و برای کنترل سخت افزارها نسبتا خوب است این برد توابع و نرم افزارهایی دارد که خیلی دقیق نیستند، این برد قابلیت اتصال WiFi با اینترنت را نیز دارد، پس اگر از این برد استفاده کنیم، می توانیم اطلاعات را از سنسورهای مختلف بخوانیم، جمع آوری کنیم و آن ها را به یک ذخیره ساز و پردازش محلی بفرستیم و سپس آن ها را به Cloud منتقل کنیم. برد بعدی، برد Espruino است. اغلب میکروکنترلرها با زبان C و یا زبان هایی که با C کامپایل می شوند، پروگرام می گردند ولی برد Espruino با جاوا اسکریپت کدنویسی می شود.

بردهای مناسب برای پردازش و اتصال به شبکه:

بردهای ارائه شده در این بخش به اندازه بردهای قبلی برای کنترل سخت افزارها مناسب نمی باشند. برد رزبری پای مبتنی بر ۹۰۰MHz ARM ,GPU است، یک گیگابایت RAM دارد و همچنین از SD Card برخوردار است. برد Intel Galileo از پردازنده ۴۰۰MHz Quark x86 استفاده می کند. ۲۵۶ مگابایت RAM دارد و کارت نمایشگر ندارد، بدین معنی که نمی توان نمایشگری را به آن متصل کرد، پس پیچیدگی آن ها کمتر است. این برد برخلاف رزبری پای، توانایی ارتباط با سنسورهای ساده آنالوگ را دارد، نسخه پیشرفته برد Intel Galileo، برد Intel Edison است. اساسا این برد یک تلفن است که به کاربری اینترنت اشیا تغییر پیدا کرده است، بنابراین پلتفرم موجود بر روی Intel Edison، همان پلتفرم موجود بر روی گوشی های اینتل اندروید است. قابلیت اتصال اینترنت WiFi را دارد و به پردازنده ۱GHz Dual Core Atom x86 مجهز است و از یک گیگابایت RAM و چهار گیگابایت حافظه Flash برخوردار است. یکی دیگر از تفاوت های آن با نسخه های قبلی این است که نیازی به SD Card ندارد و در واقع این برد بعضی مشخصه های بردهای آردوینو و رزبری پای را با هم ترکیب کرده است و از لحاظ اندازه نیز بسیار کوچک است.

برد Beaglebone قبل از برد رزبری پای ساخته شده بود و به دلیل قیمت بالایی که داشت (صد دلار)، زیاد کاربردی نداشت، لذا بعد از ساخت برد رزبری پای سری جدید آن با نام Beaglebone Black ساخته شد و قیمت آن نسبت به نسخه قبلی اش حدودا نصف شد، همچنین به کارت نمایشگر مجهز گردید، پردازنده آن ۱GHz ARM ,GPU است و ۵۱۲ مگابایت RAM و چهار گیگابایت حافظه Flash دارد در صورت تمایل از SD Card نیز می توان استفاده کرد. برد UDOO Neo ترکیبی از آردوینو و رزبری پای است، میکروکنترلر آن ARM M4 است و ۵۱۲ یا یک گیگابایت RAM دارد. برد Parallella یک پلتفرم محاسباتی متن باز با عملکرد بسیار بالا می باشد این پلتفرم در برنامه نویسی موازی کاربرد دارد و توان پردازشی آن به ۴۸ گیگاهرتز می رسد.

نرم افزارها:

انواع مختلف نرم افزار را داریم که در بحث اینترنت اشیا کاربرد دارند و قسمت مهمی از این پروسه هستند. طبقه بندی آن ها به صورت چهار گروه Prototyping، برنامه نویسی حرفه ای، ذخیره سازی و آنالیز داده و Solution builders می باشد.

Prototyping: نرم افزارهایی هستند که برنامه نویسی خیلی سریع را محقق می کنند خیلی سریع می توان کدها را با آن ها نوشت و گسترش داد و مفاهیم مورد نظر را محقق کرد. برای راه اندازی استارت آپ در ابتدا باید یک Prototype مناسب و خوب را انتخاب کرد، تقریبا بدون داشتن یک Prototype مناسب، آن استارت آپ شکست می خورد، نکته دیگری که در مورد Prototype وجود دارد این است که برای استفاده از آن ها داشتن یک دانش نسبی از آن نرم افزار می تواند کاری کند که بتوانیم به راحتی از آن استفاده کنیم. بهترین Prototype، اینترفیس Arduino می باشد، البته در نوشتن کدهای پیچیده و حرفه ای خیلی انعطاف پذیر نیست. Prototype بعدی Wyliodrin است که در نوع خود بی نظیر می باشد. یک اینترفیس خوب برای کامپیوترها است و یک IDE مبتنی بر Cloud می باشد. ارتباط با شبکه برد را به خوبی انجام می دهد و به ما اجازه برنامه نویسی نرم افزارهای مختلف زیادی را می دهد.

برنامه نویسی حرفه ای: در این جا هم باید در ابتدا یک Prototype مناسب را انتخاب کرد و سپس به انتخاب یک برنامه نویسی حرفه ای پرداخت این برنامه ها باید پایدار باشند، به همین دلیل به نرم افزارهایی مثل Eclipse احتیاج پیدا می کنیم، همچنین عده ای از افراد برای گسترش حرفه ای از برنامه هایی مثل VIM استفاده می کنند. (Mbed (online یک پلتفرم آنلاین می باشد. به سایت MBED.com می رویم و اگر بردی داریم که این پلتفرم را ساپورت می کند، کد را در Browser می نویسیم و در انتها کد باینری آن را دانلود کرده و آن را در برد آپلود می کنیم با ARM ساپورت می شود و زبان گسترش آن هم جاوا اسکریپت است.

برنامه ها و نرم افزارهای جمع آوری و آنالیز داده: متداول ترین نرم افزارهای اینترنت اشیا در عصر حاضر هستند. یکی از اولین نرم افزارها، Xively است که یک اینترفیس وب برای جمع آوری داده و نمایش آن ها است. مورد بعدی Microsoft Azure است، یک ماشین یادگیری و سرویس آنالیز داده در ابر وجود دارد پس به جای این که الگوریتم های پیچیده مربوط به یادگیری ماشین را هر فرد خودش بنویسد، می تواند از توان محاسباتی، توان پردازشی و دانش مایکروسافت برای درست کردن مدل های پیش بینی استفاده کند.

سیستم عامل ها:

Google Brillo یک سیستم عامل برای اینترنت اشیا است و قادر است برد پردازش محلی را RUN کند، همچنین پروتکل های متن باز را برای ارتباطات فراهم می کند.

چشم انداز توسعه اینترنت اشیا تا سال ۲۰۲۵:

تا سال ۲۰۱۰، کاربردهای خانگی و وسایل شخصی بیشتر مورد توجه بوده اند و پیشرفت ها اغلب در این زمینه ها بوده است. مباحث و مسائل تا سال ۲۰۱۰ اکثرا مباحث آدرس دهی جهانی مثل IPv6، مباحث استانداردسازی برای قابلیت همکاری، صنعت ساخت باتری های کوچک با مصرف پایین انرژی، ذخیره سازی ابر، مباحث امنیت در RFID ها و ابر، سنسورهای هوشمند در بحث مراقبت های درمانی، مراکز داده و زیر ساخت های تست WSN بوده اند.

بعد از آن تا سال ۲۰۱۵ به تشکیلات اقتصادی و سرمایه گذاری پرداخته شده است. مباحثی مثل آنتن های هوشمند، شبکه های سنسوری، افزایش امنیت و محرمانگی RFID ها، کوچک کردن Reader ها، تعامل RFID ها و WSN ها، محاسبات ابری به صورت یک سرویس، بهره وری انرژی، آنالیز هوشمند، توان وایرلس ها، RFID ها در کاربردهای خرده فروشی، اکوسیستم های صنعتی، سیستم های ارزان قیمت SCADA، از مباحث مطرح در این سال ها بوده اند.

از سال ۲۰۱۵ تا سال ۲۰۲۰، مباحث جدید مطرح مربوط به صنایع و کاربردها هستند. مباحثی مثل بهره وری و بازیافت انرژی، شبکه های سنسوری مقیاس بزرگ وایرلس، ارتقای هرچه بیشتر امنیت، گسترش شبکه ها و توسعه آن ها، سیستم های خود تطبیق برای سیستم ها، ذخیره سازی، محاسبات و آنالیز آنلاین ابر، مواد قابل تجزیه زیستی و واحدهای با توان نانو، مانیتورینگ زیر ساخت های بحرانی، شبکه های هوشمند و اندازه گیری لوازم منزل، از مباحث مطرح در این سال ها بوده اند.

موارد مطرح در سال ۲۰۲۵ و بعد از آن اکثرا بحث حمل و نقل و وسایل هوشمند Plug and Play هستند. مباحث این سال ها تگ های هوشمند برای مدیریت خودروها، ارتباط خودروها با زیر ساخت ها، سطح آنالیز سیستم ها، خودروهای خودران با استفاده از سرویس های IOT، سیستم های ناهمگون با تعامل بین سایر زیر شبکه ها، ترافیک هوشمند، رانندگی اتوماتیک خودروها و حمل و نقل هوشمند خواهند بود.

در تصویر زیر Gartner نمایش داده شده است. این تصویر بیان می کند زمان مورد انتظار برای بلوغ فناوری های مختلف، حدودا چند سال است و وضعیت آن ها به چه شکل است، مثلا برای فناوری تعامل مغز با کامپیوترها که در قسمت صعودی نمودار است، زمانی بیشتر از ده سال در نظر گرفته شده است تا این فناوری به بلوغ خودش برسد، ولی برای فناوری پرینتر سه بعدی دو تا پنج سال زمان برای بلوغ آن در نظر گرفته شده است و تقریبا در قسمت شیب ثابت نمودار قرار گرفته است که شاید منظور آن این می باشد که بعد از رسیدن این فناوری به اوج خود، شاید پیشرفت قابل توجهی نداشته باشد. برای اینترنت اشیا زمان پنج تا ده سال در نظر گرفته شده است و در قسمت قله نمودار قرار دارد. یعنی این که این فناوری در اوج قرار می گیرد و بیشترین تحولات را ایجاد می کند، نکته قابل توجه دیگر در این تصویر، فناوری Big Data است که زمان بلوغ آن بین پنج تا ده سال است و در قسمت نزولی نمودار قرار گرفته است. بدین معنی که شاید جای خودش را به فناوری اینترنت اشیا بدهد.

 

 

در تصویر زیر منحنی نمایی توسعه اینترنت اشیا نشان داده شده است. در سال ۱۹۹۲، یک میلیون شی به اینترنت متصل بوده اند. این رقم در سال ۲۰۰۴ به نیم میلیارد شی رسید و نرخ رشد آن به صورت صعودی و نمایی است. تا سال ۲۰۲۰، ۱/۵۰ میلیارد شی به شبکه اینترنت متصل می شوند.

 

 

تصویر زیر، پیش بینی درآمد اینترنت اشیا تا سال ۲۰۲۰ را نشان می دهد. مجموع این درآمد ۹/۱ تریلیون دلار است. بیشترین سهم با ۱۶ درصد مربوط به حوزه سلامت و ۱۶ درصد دیگر مربوط به کارخانجات و تولیدات است سهم های دیگر به ترتیب ۱۲ درصد مربوط به صنعت بیمه، ۱۱ درصد سهم بخش بانکداری و امنیت، ۸ درصد سهم بخش خرده فروشی ها و عمده فروشی ها، ۸ درصد مربوط به سرویس های محاسباتی، ۷ درصد دولت ها، ۶ درصد تبادلات، ۵ درصد صنایع و کاربردهای همگانی، ۴ درصد کشاورزی، ۴ درصد املاک واقعی و ۳ درصد، مابقی موارد می باشد.

 

 

تصویر زیر تعداد اشیایی که از فناوری های ذکر شده در همان تصویر، استفاده می کنند را تا سال ۲۰۱۸ نشان می دهد. اولین صنعت، کامپیوترهای شخصی است که در پایین ترین سطح، نشان داده شده است. از نظر تعداد، کمترین است و تقریبا به شیب ثابتی رسیده است و دیگر رشدی ندارد. صنعت بعد از آن گوشی های هوشمند هستند که رشدشان از صنعت کامپیوترهای شخصی بیشتر بوده و تعدادشان نیز بیشتر است. صنعت تبلت ها نیز کم و بیش مانند صنعت گوشی های هوشمند می باشد. صنعت اینترنت اشیا حجم وسیعی از نمودار را به خود اختصاص داده است و هم در تعداد اشیا بسیار زیاد است و هم روند رشد با شیب زیاد و به صورت نمایی دارد. صنایع بعد از آن نیز تلویزیون های متصل، پوشیدنی های هوشمند و خودروهای هوشمند می باشند.

 

 

تصویر زیر کشورهای برتر در به کارگیری اینترنت اشیا را تا سال ۲۰۱۵ نشان می دهد. کشور اول، کره جنوبی می باشد. بعد از آن کشورهای دانمارک و سوئیس قرار می گیرند در ستون وسط، درصد وسایل آنلاین و متصل به اینترنت در این کشورها نشان داده شده است که این رقم برای کشور کره جنوبی ۳۷/۹ درصد است.

 

 

تصویر زیر، سرمایه گذاران فعال درحوزه اینترنت اشیا را نشان می دهد. فعال ترین شرکت در این حوزه، شرکت اینتل می باشد و شرکت Qualcomm و Foundry Group در جایگاه های بعدی قرار گرفته اند.

 

 

تصویر زیر ده کمپانی صنعتی تاثیرگذار در اینترنت اشیا را نمایش می دهد. رتبه اول، مربوط به شرکت RTI است. شرکت های Google و Cisco در رتبه های بعدی قرار دارند و شرکت RTI یک پلتفرم Real Time برای ارتباطات اینترنت اشیا را فراهم کرده است.

 

 

تاثیرات اینترنت اشیا در دو حوزه کسب و کار و مدیریت اجرایی:

در حوزه کسب و کار اینترنت اشیا، حجم وسیعی از امور مرتبط با محیط کسب و کار را خودکار می کند و با این کار باعث می شود شهروندان و بنگاه های اقتصادی و تجار، آماده زندگی در یک فضای کسب و کار مجازی شوند، همینطور با ابزارهایی که فناوری اطلاعات دارد و همچنین به کمک اینترنت اشیا، تاجران و شهروندان و محیط های کسب و کار برای حضور در تعاملات جهانی توانمندتر می شوند. اینترنت اشیا در برقراری عدالت اقتصادی نیز می تواند نقش داشته باشد. اینترنت اشیا این موضوع را از طریق توزیع عادلانه امکانات نرم افزاری و سخت افزاری و نیروی انسانی دانش بنیان در شبکه های ملی اقتصادی کشور انجام می دهد.

تاثیر دیگر اینترنت اشیا در حوزه کسب و کار، آماده کردن تجار و شهروندان در کارهای گروهی و مشارکتی، در شبکه های مختلف اجتماعی در سطح جهانی است. در ایجاد فضای مناسب کسب و کار برای نوآوری و خلاقیت تجار و شهروندان نیز نقش دارد و تلاش می کند جایگاه شهروندان نسل دیجیتال را متناسب با سرعت تغییرات زمان توسعه دهد و تا حد امکان سیستم های تجاری را خودکار نماید تا کسبه از روزمرگی و انجام کارهای تکراری فارغ شوند و بتوانند بیشتر بر روی مدیریت کارشان تمرکز کنند.

برای بررسی نقش اینترنت اشیا در مدیریت اداری، شرکت Sociometric Solutions را به عنوان نمونه در نظر بگیرید. این شرکت با عرضه محصولی، به مدیران شرکت این امکان را می دهد تا با بررسی تعاملات چهره به چهره کارمندانشان، احساسات و عواطف آن ها را بهتر درک کنند. برای این کار کافیست یک میکروفون، حسگرها و ابزارهای بلوتوثی در کارت های شناسایی کارمندان هر شرکت نصب شوند. با انجام این کار، مدیران می توانند به این که یک کارمند تا چه اندازه به وظایفش عمل می کند، در قبال رویدادهای حرفه ای محیط کارش چه واکنشی را نشان می دهد و یا حتی مقایسه کارمندان با یکدیگر، نحوه رفتار آنان با مشتریان، نحوه جریان اطلاعات در سازمان و یا مسائل رد و بدل شده در مکالمات کارمندان پی ببرند.

چشم انداز اقتصاد اینترنت اشیا:

در این بخش، به ذکر چند نمونه می پردازیم. آزمایشگاه nest ماهانه ۴۰ تا ۵۰ هزار ترموستات را به فروش می رساند. این ترموستات ها قادرند که عملکرد تعداد زیادی از لوازم منزل را تنظیم کنند. شرکت نتاتمو با فناوری اینترنت اشیا، یک ایستگاه هواشناسی شخصی سازی شده را برای علاقه مندان به این فناوری طراحی کرده است. کاربران می توانند عواملی مثل: دمای هوا، میزان رطوبت، میزان گاز دی اکسید کربن در هوای منزل و موارد دیگر را با این فناوری مشاهده کنند. همچنین این شرکت، ترموستات هایی را عرضه کرده است که قادرند از طریق گوشی های هوشمند، کنترل شوند. علاوه بر این یک ساعت مچی خاص را نیز طراحی کرده است که می تواند با بررسی میزان قرار گرفتن کاربر در معرض نور خورشید، هشدارهای لازم را به آن فرد بدهد.

مثالی دیگر از نمونه های اقتصادی اینترنت اشیا، شرکت استرالیایی LIFX است که تولیدکننده لامپ های LED کم مصرف و هوشمند می باشد. جدیدترین لامپ طراحی شده توسط این شرکت، با فناوری WiFi سازگار است و با استفاده از آن کنترل می شود. ویژگی ای که این لامپ دارد این است که با یک برنامه همراه، مدیریت می شود و از طریق آن برنامه قابلیت روشن و خاموش شدن را دارد و همچنین قابلیت تنظیم نور از راه دور را نیز دارا می باشد.

حوزه های کاربرد اینترنت اشیا:

پتانسیل کاربردهای اینترنت اشیا بسیار زیاد است. با وجود تمام استفاده‎ هایی که امروزه از آن می شود، این کاربردها در واقع درصد کمی از ظرفیت آن می باشد. حوزه هایی که امروزه از این فناوری استفاده می کنند عبارتند از: خانه های هوشمند، سلامت الکترونیکی، خرده فروشی، ابزارهای ورزشی، حوزه کشاورزی، حمل و نقل، آموزش، صنعت ارتباطاتی و مخابراتی، فضانوردی و ده ها حوزه دیگر که فعالیت در آن ها شروع شده است. در آینده، این کاربردها به صورت نمایی افزایش خواهند یافت.

در حوزه پوشیدنی های هوشمند، اکثرا کاربردهای سرگرمی، تناسب اندام، ساعت های هوشمند، مکان یابی و تعقیب مورد توجه است. در حوزه ساختمان و اتوماسیون خانگی، مباحث کنترل دسترسی، کنترل نور و دما، بهینه کردن انرژی، نگهداری پیش بینانه و دستگاه های متصل مطرح هستند. در شاخه شهر هوشمند، مباحث اندازه گیری هوشمند منازل، نورانی کردن هوشمند خیابان ها، تشخیص نشت خطوط لوله، کنترل ترافیک، دوربین های نظارتی، کنترل متمرکز و مجتمع سیستم ها مطرح می باشند.

در کارخانه های هوشمند، بهینه کردن روند جریان در کارخانه، فهرست زمان واقعی موجودی ها و اموال کارخانه، تعقیب و ردیابی دارایی های هر کارخانه، امنیت کارمندان و کارگران، نگهداری و تعمیرات و مراقبت های پیش گیرانه و پیش بینانه، به روز رسانی سخت افزارهای مختلف موجود در کارخانه مطرح هستند. در زمینه مراقبت های سلامتی که یکی از پر درآمدترین زمینه های اینترنت اشیا است، مسائلی همچون: سنجش مسافت تا محل بیمار برای آمبولانس، اطلاع افراد از نزدیک ترین آمبولانس، تعقیب داروها در بدن بیمار، تعقیب دارایی های بیمارستان ها برای اطلاع از وسایل و اقلامی که وجود دارند و یا اقلامی که در آینده مورد نیاز خواهند بود، انبارداری و کنترل دسترسی و مراقبت های پیش گیرانه مطرح است.

در اتومبیل های هوشمند و اینترنت اشیا، مباحث سرگرمی های موجود بر روی ماشین های این نسل، تا حد امکان جایگزینی سیم کشی ها با ارتباطات بی سیم، اندازه گیری های از راه دور برای اطلاع از اطلاعاتی که خودرو به آن ها نیاز دارد و نگهداری های پیش گیرانه و تعمیرات برای کاهش هزینه های نگه داری این ماشین ها و ارتباطات C2C و C2I مورد توجه قرار گرفته است. C2C ارتباطات ماشین با ماشین به صورت بی سیم را مطرح می کند و C2I در مورد ارتباط خودرو با زیرساخت ها می باشد که در آن هر خودرو با تجهیزات کنار جاده و هر تاسیسات دیگری که اطلاعات مفیدی برای راننده دارد، ارتباط برقرار می کند.

تصویر زیر کاربردهایی که بیشترین پیشرفت را داشته اند و همچنین به آن ها بیشتر پرداخته شده است را نشان می دهد. اولین کاربرد، خانه های هوشمند می باشد که بیشترین سهم از پیشرفت را داشته است. اگر سهم آن را صد درصد در نظر بگیریم و بقیه حوزه ها را با آن مقایسه کنیم، پیشرفت پوشیدنی های هوشمند ۶۳ درصد، شهر هوشمند ۳۴ درصد، شبکه های هوشمند ۲۸ درصد، کارخانه های هوشمند ۲۵ درصد، خودروهای متصل ۱۹ درصد، سلامتی هوشمند ۶ درصد، خرده فروشی هوشمند ۲ درصد، زنجیره ی تامین غذایی هوشمند ۲ درصد و کشاورزی هوشمند یک درصد می باشد.

 

 

شهر هوشمند و اینترنت اشیا:

شرکت Libelium یک شرکت معروف در زمینه ساخت سنسورها است که در زمینه اینترنت اشیا نیز فعالیت دارد. این شرکت، تصویر زیر را برای شهر هوشمند، منتشر کرده است. هر بخش نشان داده شده در تصویر، جزئی از زنجیره اینترنت اشیا می باشد.

 

 

پارکینگ های هوشمند، برای مانیتور کردن فضاهای پارک موجود در یک شهر، سلامتی ساختارهای مختلف یک شهر با مانیتور کردن ارتعاشات و وضعیت مواد و مصالح ساختمان ها، پل ها و سازه های تاریخی هر شهر، نقشه  نویز، سر و صدای مناطق شهری و مانیتورینگ صدا در مناطق شلوغ و مرکزی شهرها به صورت زمان واقعی، تشخیص گوشی های هوشمند، آیفون ها و وسایل اندرویدی و یا به طور کلی هر وسیله ای که اینترفیس WiFi و بلوتوث را داشته باشد، ازدحام ترافیک و مانیتور کردن افراد پیاده و خودروها برای بهینه کردن رانندگی و مسیرهای پیاده رو، کنترل هوشمند نور خیابان ها و این که قابلیت تطبیق با شرایط مختلف آب و هوایی را داشته باشند، مدیریت پسماندها و تشخیص حجم زباله کانتینرهای مختلف برای بهینه کردن مسیرهای جمع آوری زباله، جاده های هوشمند و بزرگراه های هوشمند با توانایی ارسال پیام های هشدار و اطلاع رسانی مسیرهای انحرافی، ترافیک های طولانی و تصادفات زنجیره ای، از موضوعات شهر هوشمند هستند.

تصویر زیر گویای این است که مشتریان، صنایع، خودروها و همه زیرساخت های شهری، به مراکز Big Data متصل هستند و با آن تبادل اطلاعات می کنند.

 

 

محیط زیست هوشمند و اینترنت اشیا:

کاربردهایی همچون: تشخیص آتش گرفتن جنگل ها با مانیتور کردن گازهای احتراق و شرایط پیش گیرانه آتش در مناطق خطر، آلودگی هوا و کنترل گاز دی اکسیدکربن که از کارخانه ها منتشر می شوند و آلودگی های ساطع از ماشین ها و گازهای سمی تولید شده توسط مزارع، مانیتورینگ و اندازه گیری سطح برف برای کاربردهای محیط زیستی، هواشناسی و وضعیت پیست های اسکی و همچنین انجام کارهای امنیتی برای پیشگیری از وقوع بهمن، نظارت بر روی رطوبت خاک و ارتعاشات زمین برای تشخیص الگوهای خطرناک در زمین و تشخیص زودرس زلزله و کنترل توزیع شده در مناطق خاصی از لرزش، از کاربردهای اینترنت اشیا در این شاخه می باشد.

آب هوشمند و اینترنت اشیا:

اینترنت اشیا می تواند بر روی کیفیت آب آشامیدنی در شهرها، نشت مواد شیمیایی در رودخانه ها و تشخیص ضایعات کارخانجات در رودخانه نظارت داشته باشد و آن ها را اندازه گیری نماید، همچنین اینترنت اشیا می تواند از راه دور استخرهای شنا را کنترل و شرایط آن ها را اندازه گیری کند. اندازه گیری سطح آلودگی دریا و کنترل زمان واقعی نشتی و ضایعات در دریا، نشتی آب و تشخیص حضور مایع مخازن خارج از مخازن و تغییرات فشار در لوله ها و مانیتورینگ سطح رودخانه برای تشخیص سیل رودخانه ها از دیگر توانایی های اینترنت اشیا در این حوزه می باشد.

اندازه گیری هوشمند و اینترنت اشیا:

اینترنت اشیا در حوزه اندازه گیری هوشمند در شبکه های هوشمند و مدیریت و مانیتورینگ تغذیه های انرژی کاربرد دارد. مانیتورینگ سطح مخازن آب، گاز و نفت در تانک های ذخیره، مانیتورینگ و بهینه سازی عملکرد در تاسیسات فتوولتائیک (Photovoltaics) و پلنت های انرژی خورشیدی، اندازه گیری فشار آب در سیستم های حمل ورنقل آب، اندازه گیری سطح و وزن کالاها در سیلوها، از کاربردهای دیگر اینترنت اشیا در این حوزه می باشند.

امنیت و فوریت و اینترنت اشیا:

کنترل دسترسی به مناطق محدود و تشخیص مردم در مناطق غیر مجاز، اندازه گیری توزیع شده از سطح تشعشع در نیروگاه های هسته ای اطراف برای هشدار نشت، تشخیص میزان گاز و نشت آن در محیط های صنعتی و محیط های اطراف کارخانه های شیمیایی و یا در معادن از کاربردهای دیگر اینترنت اشیا در حوزه امنیت و فوریت هستند.

خرده فروشی و اینترنت اشیا:

در این بخش می توان زنجیره تامین را کنترل کرد. این کار با نظارت بر روی شرایط ذخیره سازی در امتداد زنجیره تامین و ردیابی محصول برای اهداف مختلف، انجام می شود. نرم افزارهای خرید هوشمند که در نقطه فروش، توصیه هایی را با توجه به عادات مشتری ها، موادی که به آن ها آلرژی دارند و تاریخ انقضای محصولات ارائه می دهند، همچنین مدیریت هوشمند محصولات که کنترل خودکار چرخش محصولات در قفسه ها و انبارها را پوشش می دهد نیز در این بخش قرار می گیرد.

لوجستیک و اینترنت اشیا:

مباحث جابه جایی، کیفیت و شرایط حمل و نقل، مانیتورینگ ارتعاشات، لطمه و ضربه ها، سوراخ و یا باز بودن کانتینرها و یا نگهداری و تعمیرات برای مقاصد بیمه، مکان یابی اقلام و کالاها و جستجو اقلام فردی در سطوح بزرگی مثل: انبارها و یا بنادر، تشخیص ناسازگاری در ذخیره سازی و انتشار هشدارهایی برای کانتینرهای باز و یا کالاهای قابل اشتغال و یا حاوی مواد منفجره، ردیابی ناوگان و کنترل از راه دور برای کالاهای ظریف مثل: داروها، جواهرات و کالاهای خطرناک از کاربردهای اینترنت اشیا در این زمینه هستند.

صنعت و اینترنت اشیا:

مهم ترین کاربرد اینترنت اشیا در حوزه صنعت خواهد بود. دستگاه تشخیص خودکار و کنترل دارایی، مانیتورینگ دمای داخل یخچال های صنعتی، خودروهای تشخیص خودکار که اطلاعات را به صورت بلادرنگ در شرایط اضطراری ارسال کرده و توصیه هایی را دریافت می کنند و موارد بسیار دیگری از نمونه های کاربرد اینترنت اشیا در صنعت هستند. تصویر زیر، انقلاب های صنعتی مختلف را نشان می دهد. انقلاب صنعتی اول همان دستیارهای مکانیکی بودند، انقلاب دوم تولیدات انبوه بود، انقلاب سوم، الکترونیک و سیستم های کنترل بودند و اما انقلاب صنعتی چهارم، اینترنت اشیا می باشد.

 

 

کشاورزی هوشمند و اینترنت اشیا:

نظارت بر کیفیت محصولات، نظارت بر رطوبت خاک و قطر تنه درختان تاکستان به منظور کنترل میزان قند انگور و سلامت انگور، کنترل شرایط آب و هوای گلخانه ها برای به حداکثر رساندن تولید میوه ها و سبزیجات مختلف، ایستگاه های آب و هواشناسی شبکه ای برای بررسی شرایط آب و  هوا در زمینه های پیش بینی تشکیل یخ، باران، خشک سالی، برف و یا تغییرات باد و غیره، از کاربردهای اینترنت اشیا در زمینه کشاورزی هستند.

مزرعه هوشمند دام و اینترنت اشیا:

برای مزارع هوشمند دام، کاربردهایی همچون: کنترل شرایط دقیق گیاهان رشد کرده در آب برای گرفتن بالاترین بهره وری محصولات، مراقبت از زاده های جدید حیوانات و کنترل شرایط رو به رشد آن ها برای اطمینان از سلامتیشان، شناسایی و محل یابی حیوانات علف خوار در مراتع باز و اصطبل‎ های بزرگ و کنترل تهویه، کیفیت هوا در مزارع و تشخیص گازهای مضر از کودهای مایع را می توان نام برد.

کنترل هوشمند خانه و اینترنت اشیا:

مانیتورینگ منابع ذخیره آب برای به دست آوردن مشاوره هایی برای نحوه صرفه جویی در هزینه های مصرف انرژی و سیستم های تشخیص نفوذ و تشخیص در و پنجره های باز برای جلوگیری از ورود مزاحمان، در این حوزه قرار می گیرند.

سلامت الکترونیکی و اینترنت اشیا:

به افراد مسن و یا غیر فعال کمک می شود تا به طور مستقل زندگی کنند، همچنین تشخیص شرایط داخل فریزر، نگهداری واکسن و دارو و عناصر ارگانیک برای مراقبت از ورزشکارها و اطلاع رسانی به مردم، جهت حضور نیافتن در فضای باز در زمان آلودگی از کاربردهای دیگر اینترنت اشیا در حوزه سلامت می باشد.

 

آنچه مطالعه کردید، توسط جناب آقای حسام الدین حسینی به عنوان پیاده سازی و برداشت متنی بخش هایی از آموزش «آموزش اینترنت اشیا (Internet of things) – مقدماتی» تهیه شده و جهت استفاده مخاطبین گرامی در متلب سایت منتشر می شود.