مبدعان اینترنت در موسسه تحقیقاتی CERN سوئیس در سال ۱۹۸۳، فکرش را هم نمیکردند که روزی حتی اشیاء نیز بتوانند به اینترنت متصل شوند. آنچه امروز ما بهعنوان اینترنت اشیاء یا IoT میشناسیم. این تکنولوژی هدفش ساختن شبکهای از اشیاء فیزیکی است که با استفاده از اینترنت با یکدیگر مرتبط شده و همکاری میکنند. در میانهی سال ۲۰۲۳ و در زمان نگارش این مقاله، حدود ۱۵ میلیارد شی در سراسر دنیا به اینترنت متصل شدهاند. این اشیاء از دوربینهای مداربسته تا حسگرها، لوازم خانگی و خودروها در بر میگیرند.
اما سازوکار یا سیستم اینترنت اشیاء چیست؟ این تکنولوژی چه کاربردهایی دارد؟ از چه المانهایی تشکیل شده و چه آیندهای در انتظار آن است؟ اینها تنها بخشی از سوالاتی هستند که در این مقاله به آنها پاسخ خواهیم داد. با ما همراه شده و با یکی از جدیدترین تکنولوژیهای در حال رشد در دنیا، با کاربردهای روزمره و اقتصاد قابلتوجه که نگاه بسیاری از سرمایهگذاران و شرکتها را به خود معطوف کرده است آشنا شوید.
فهرست محتوا
ToggleIOT چیست؟
پیش از هرچیز باید به این سوال پاسخ دهیم که IOT مخفف چیست؟ این سه حرف، کوتاهشدهی عبارت Internet of Things هستند. اینترنت اشیا، شبکهای از دستگاههای محاسباتی، ماشینهای مکانیکی و دیجیتالی، اشیا، انسانها و حتی حیوانات و گیاهان است که بهواسطهی شناسههای منحصربهفرد دیجیتالی یعنی UID بر بستر اینترنت با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند. آنها میتوانند بدون نیاز به دخالت انسان و از طریق شبکه، دادههایشان را با یکدیگر مبادله کرده و دستورات مختلف را از هم دریافت کنند.
در یک اکوسیستم تشکیلشده از اینترنت اشیا اطلاعات مربوط به یک محیط مانند کارخانه، خانه، مزرعه، خودرو و غیره بهصورت خودکار به شبکه مخابره میشود. دستگاههای دیگر بر اساس اطلاعات مخابرهشده، اقدامات بعدی خود را مشخص میکنند.
شناختهشدهترین مثال IOT، خانههای هوشمند هستند. لوازم خانگی متصل به اینترنت در یک خانه، اطلاعات خود را به یک هاب مرکزی ارسال میکنند و بر بستر اینترنت با صاحب خانه ارتباط دارند. طبق برنامههای تعریفشده، بر روی هاب مرکزی و نیز سختافزارهای نصبشده روی دستگاهها میتوان تعریف کرد که مثلا با خاموش شدن تلویزیون، چراغهای اتاق نیز خاموش شوند.
سازوکار سیستم IOT چیست؟
تکنولوژی اینترنت اشیا، هر شی یا جانداری را با استفاده از سختافزارهایی مانند چیپ، حسگر و غیره به اینترنت متصل کرده و یک آدرس IP مخصوص به آن میدهد. سختافزار مربوطه با تواناییهای محاسباتی، ذخیرهسازی و انتقال دادهای که در اختیار دارد، اطلاعات را جمعآوری کرده و ضمن ارسال آنها، با دیگر اشیاء موجود در شبکه ارتباط برقرار میکند. هرچه اینترنت پرسرعتتر باشد، سرعت و حجم انتقال اطلاعات در شبکهی متشکل از اشیا نیز بیشتر خواهد بود. امروزه، شبکه اینترنت 5G یکی از بهترین گزینهها برای راهاندازی چنین سیستمی بهخصوص با کاربردهای صنعتی و دولتی در نظر گرفته میشود.
اما مرکز کنترل در یک سیستم internet of things چیست؟ همانطورکه در مثال خانهی هوشمند گفتیم، چنین شبکهای نیازمند یک هاب مرکزی برای جمعآوری اطلاعات از همهی اجزاء خود و تنظیم دستگاهها با یکدیگر است. به این هاب مرکزی، IoT Gateway و دستگاه لبه (Edge Device) نیز گفته میشود. این دستگاه سختافزاری میتواند در محل نصب شده یا مانند سرورهای مجازی امروز، بهصورت ابری (Cloud) شود. دراینصورت لازم است که یک دستگاه هوشمند در محل مانند یک موبایل یا کامپیوتر بهعنوان رابط بین شبکهی اینترنت اشیا و هاب مرکزی ابری عمل کند. برای این منظور از نرمافزارهای مخصوص استفاده میشود.
آنچه مشخص است و یکی از مزایای اصلی فناوری IOT محسوب میشود، حذف لزوم دخالت و نظارت انسان بر عملکرد چنین شبکهای است. بهاینترتیب بسیاری از امور با سرعت بیشتر و صرف انرژی و زمان کمتری از سوی انسان و بهصورت همزمان انجام میشوند. هرچندکه امکان دخالت و نظارت او قطعا وجود دارد.
اینترنت اشیا و هوش مصنوعی
تا به امروز بیشتر از برنامهنویسی به روش سنتی برای دستوردهی به اشیا موجود در یک شبکه اینترنت اشیا استفاده شده است. اما با ظهور تکنولوژی هوش مصنوعی (AI)، دستگاهها این امکان را یافتهاند که منعطفتر عمل کنند. آنها نهفقط با برنامهریزیهای از پیش تعیینشده، بلکه با استفاده از یادگیری ماشینی (Machine Learning) قادر خواهند بود رفتارهای انسان در مواجهه با رویدادها را یاد گرفته و تقلید کنند. بهاینترتیب، آنها هرچه بیشتر شبیه به یک انسان واقعی با یکدیگر و با دنیای اطرافشان ارتباط برقرار میکنند.
به ترکیب دو فناوری هوش مصنوعی و اینترنت اشیا، هوش مصنوعی اشیا یا AIoT گفته میشود. هدف این تکنولوژی، بهبود تعاملات انسان و اشیا و ماشینها در زمینههایی مانند مدیریت و تجزیهوتحلیل داده هاست. برای درک بهتر این AIoI ابتدا باید بدانید که هوش مصنوعی چیست و چطور کار میکند؟
مزایا و معایب فناوری اینترنت اشیا چیست؟
از مهمترین مزایای تکنولوژی IOT میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- امکان دسترسی به اطلاعات از هر نقطه در مورد هر دستگاه
- کاهش مصرف انرژی و وقت
- افزایش امنیت و ایمنی در محیطهای مجهز به اینترنت اشیا
- کاهش احتمال وقوع اتفاقات ناگوار به دلیل خطاهای انسانی
- کمک به کسبوکارها در نظارت بر امور تجاری، تولیدی، انبارداری، حملونقل و غیره
- بهبود تجربهی مشتریان
- افزایش بهرهوری کارکنان
- بهبود بهرهوری تولید در صنایع تولیدی مانند کشاورزی و دامداری
- کاهش بروکراسی اداری و اتوماسیون کردن بسیاری از امور
درحالحاضر تکنولوژی اینترنت اشیاء محدودیتها و نقایصی نیز دارد که از مهمترین انها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- احتمال سرقت اطلاعات توسط هکرها بهخصوص با افزایش تعداد دستگاهها
- احتمال سوءاستفاده شرکتها و یا دولتها از اطلاعات خصوصی افراد
- احتمال مواجه شدن با محدودیتهای سختافزاری و نرمافزاری محاسباتی و نیز ذخیرهسازی اطلاعات به دلیل افزایش قابلتوجه و ناگهانی استقبال از این فناوری
- احتمال وقوع مشکل در کل شبکه درصورت عدم عملکرد صحیح یکی از دستگاهها و خارج شدن کلیهی اشیاء از دسترس
- نبود یک استاندارد واحد سازگاری (Compatibility) برای سختافزارهای محاسباتی دستگاههای IOT با برندهای متنوع که سبب دشواری ارتباط بین دستگاههای مختلف با یکدیگر میشود
- احتمال از بین رفتن اطلاعات موجود در شبکه به دلیل نقص فنی
استاندارد IOT چیست؟
اما استاندارد یا پروتکل iot یعنی چه؟ برای پاسخ به این سوال ابتدا باید یادآوری کنیم که سختافزارهای مختلف ذخیرهسازی و انتقال داده، هریک سازوکار متفاوتی برای این تحقق این اهداف دارند. اطلاعاتی که توسط آنها جمعآوری میشود باید توسط دیگر اشیا و رابطهای IOT یعنی دستگاههای موبایل، نرمافزارها و هابهای مرکزی قابل خوانش باشد. بنابراین لازم است تبادل اطلاعات، مطابق پروتکلها یا استانداردهای مشترک انجام شود.
پروتکلها، مجموعهای از قوانین از پیش توافقشدهی مشخص برای انتقال داده بین دستگاههای الکترونیکی هستند. آنها ساختار، نحوهی ارسال، بستهبندی و کدگذاری دادهها و راهکارهای امنیتی ارسال ایمن آنها را تعیین میکنند. پروتکلهای اینترنت اشیا خود به دو دستهی زیر تقسیم میشوند:
- پروتکلهای شبکه IOT؛ با تمرکز بر ارائه راهکارهایی برای ارتباط دستگاههای لبه یا Edge به یکدیگر
- پروتکلهای داده IOT؛ با تمرکز بر ارتباط دستگاههای موجود در یک شبکه
در ادامه، مهمترین استانداردهای اینترنت اشیا در زمان نگارش این مقاله را معرفی میکنیم.
استاندارد IPV6
این استاندارد، روی شبکههای بیسیم کممصرف شخصی (6LoWPLAN) مانند خانههای هوشمند اجرا میشود. IPv6 توسط گروه مهندسی IETF تعریف شده و در سیستمهای بلوتوثی نیز به کار میرود. استانداردهای ۸۰۲.۱۵.۴، Z-Wave و BLE نیز زیرمجموعهی IP76 هستند.
استاندارد ZigBee
برای راهاندازی اینترنت اشیا در صنایع کوچک معمولا از استاندارد ZigBee استفاده میشود. این استاندارد برای شبکههای کممصرف با نرخ دادهی اندک مناسب بوده و خود بر اساس استاندارد قدیمیتر ۸۰۲.۱۵.۴ و توسط موسسهی IEEE توسعه یافته است. استاندارد ZigBee، پیش زمینهای برای توسعهی زبان سختافزار DOTBOT بود که از آن بهعنوان زبان جهانی IOT نیز یاد میشود. این زبان، ارتباط ایمن اشیا در شبکههای متنوع را امکان پذیر میکند.
استاندارد LiteOS
استاندارد LiteOS، درواقع نوعی سیستمعامل برای سنسورهای بیسیم درون یک شبکه است. این استاندارد از ابزارهای هوشمند ازجمله گوشیهای هوشمند، گجتهای پوشیدنی، نرمافزارها، سنسورها و چیپهای IOT و IOV (اینترنت وسایل نقلیه) پشتیبانی میکند.
استاندارد OneM2M
از این استاندارد برای اتصال دستگاهها با یکدیگر استفاده میشود. OneM2M درحقیقت یک سرویس لایهای ماشینبهماشین (M2M Service Layer) است که میتواند روی نرمافزارها یا سختافزارها پیادهسازی شود. این استاندارد، تسهیلکنندهی ارتباط شبکههای اینترنت اشیا با استانداردهای موجود را بدون نیاز به اختراع استانداردهای دیگر فراهم میکند.
استاندارد AMQP
استاندارد Advanced Message Queuing یک پروتکل متن باز (Open Source) است که هدفش فراهم کردن پیامرسانی غیرهمزمان باسیم است. این استاندارد، ارسال پیامهای رمزگذاریشده بین سازمانها و برنامههای IoT را امکانپذیر میکند. از استاندارد AMQP بهمنظور پیامرسانی بین دستگاهها و سرور در یک شبکه اینترنت اشیا و نیز مدیریت خود دستگاهها استفاده میشود.
منظور از فریمورک اینترنت اشیا چیست؟
فریمورکهای (Framework) اینترنت اشیا چارچوبهایی از پیش مشخص و طراحیشده با منبع باز یا هستند که برای تسریع روند توسعه و راهحلهای این تکنولوژی ساخته میشوند. آنها معمولا توسط شرکتهای شناختهشده تکنولوژیک مانند آمازون و مایکروسافت تولید شده اما توسعهدهندههای فردی یا سازمانی میتوانند روی آنها کار کنند و راهحلهای iot خاص خود را بسازند.
مقیاسپذیری و امنیت مهمترین دغدغههایی هستند که امروزه توسعهدهندههای IOT روی آنها تمرکز دارند. فریمورکها به آنها کمک میکنند که نیازی به اختراع چرخ از ابتدا نداشته باشند و بتوانند توسعهی یک راهحل را از آخرین مرحلهای که در آن قرار دارد، پیش ببرند. در ادامه، مهمترین فریمورکهای Internet of Things را معرفی میکنیم.
فریم ورک AWS متعلق به شرکت آمازون
نام شرکت آمازون را امروزه در بسیاری از عرصههای فناوری ازجمله اینترنت اشیا و هوش مصنوعی میبینیم. فریمورک IOT این شرکت آمریکایی، Amazon Web Services و بهاختصار AWS نام دارد. این فریمورک، یک پلتفرم محاسبات ابری برای اینترنت اشیا ارائه میدهد. AWS امکان ارتباط امن دستگاههای هوشمند با یکدیگر و نیز فضای ابری AWS را فراهم میکند.
فریم ورک Azure مایکروسافت
پلتفرم Azure IoT Suite یکی از پیشرفتهترین فریمورکهای اینترنت اشیا است که تاکنون میشناسیم. این چارچوب، ضمن ارائهی خدمات و امکانات ذاتی IoT، یعنی ذخیرهسازی و تبادل دادهها، امکان انجام عملیات متفاوت روی آنها را نیز فراهم میکند. تجزیهوتحلیل چندبعدی، تبدیل، تجمیع و ارائهی معادلهای تصویری برای دادهها ازجملهی این امکانات هستند.
فریم ورک Arm Mbed
حتما تا به این جای مقاله، این سوال برایتان پیش آمده است که راهکار ارتباط اپلیکیشنها در تکنولوژی iot چیست؟ یکی از راهکارهای موجود را هلدینگ انگلیسی Arm با چارچوب Arm Mbed خود ارائه کرده است. پلتفرمی برای توسعهی اپلیکیشنهای تکنولوژی اینترنت اشیا که این ارتباط را با استفاده از میکروکنترلرهای همین شرکت فراهم میکند. این فریمورک، خدمات و ابزارهای یکپارچهی IOT متعددی را نیز ارائه میدهد.
فریم ورک Calvin
برنامههای کاربردی توزیعشده (Distributed Applications) در تکنولوژی IoT رابط این تکنولوژی با صنعت بلاکچین هستند. آنها سهولت کاربری این صنعت را در کنار امنیت آن افزایش میدهند. بهاینترتیب، تبادل اطلاعات دستگاهها با یکدیگر میتواند هرچه غیرمتمرکزتر و بر بستر بلاکچین انجام شود. فریمورک Calvin متعلق به شرکت اریکسون (Ericsson) است و یک بستر Open Source برای طراحی، توسعه و مدیریت این برنامهها فراهم میکند.
فریم ورک Brillo/Weave گوگل
نام گوگل و گجتهایش با اینترنت اشیا گره خورده است. این شرکت، فریمورکی دوبخشی با عناوین Brillo و Weave دارد که هدفشان درنهایت اجرای سریع اپلیکیشنهای اینترنت اشیا است. Brillo یک سیستمعامل توسعهیافته بر اساس اندروید بهمنظور نصب روی دستگاههایی با نیاز به توان محاسباتی پایین است. Weave نیز پروتکلی است که ارتباط بین اشیا و ابر گوگل که نقش Edge را بازی میکند، برعهده دارد.
۶ کاربرد مهم اینترنت اشیا
اما در زندگی روزمرهی ما اینترنت اشیا چیست؟ این کاربردها می توانند خانگی و غیرصنعتی یا صنعتی باشند. به اینترنت صنعتی اشیا (IIoT) گفته میشود. در ادامه ۶ مورد از مهمترین کاربردهای این تکنولوژی را توضیح میدهیم.
کاربردهای امنیتی IOT
یکی از مهمترین موارد کاربرد تکنولوژی Internet of Things، مربوط به امنیت و بهخصوص دوربینهای مداربسته است. درواقع، دوربینهای مداربسته، بخش مهمی از دستگاههای متصل به اینترنت در دنیای امروز را به خود اختصاص میدهد. این دستگاههای بیسیم، اطلاعات خود از محیطهای حساس و نظامی گرفته تا مکانهای تجاری کوچک و خیابانها را به رسیورهای خود مخابره کرده و با یکدیگر ارتباط هستند.
کاربرد IOT در پزشکی
گجتهای پوشیدنی سلامتی، یکی از اولین کاربردهای اینترنت اشیا بودند که بهخصوص گوگل و اپل در توسعهی آنها نقش مهمی داشتند. آنها به بدن انسان متصل شده و یا داخل آن قرار میگیرند و اطلاعات مربوط به وضعیت بدن را جمعآوری و مخابره میکنند. جالب است بدانید که بعضی از آنها بلعیدنی هم هستند. قند خون، ضربان قلب، فشار و چربی خون ازجمله اطلاعات قابل خوانش و مخابره این تجهیزات بهشمار میروند.
خانه های هوشمند
خانهی هوشمند یا Smart Home ایدهای است که اساسا با اتکا به اینترنت اشیا شکل گرفته است. در یک خانهی هوشمند، همهچیز را میتوان به اینترنت متصل کرد. سپس با تعریف برنامه یا با استفاده از الگوریتمهای یادگیری ماشین میتوان مشخص کرد که پس از هر رویداد چه رویداد دیگری اجرا شود. جاروبرقیهای خودکار که امروز بسیار محبوب شدهاند ازجمله نتایج IOT برای خانهها هستند. علاوه بر این، ارتباط دستیارهای هوشمند مانند الکسا، سیری، بافر و گوگل اسیستنت با دیگر اشیا خانه بهخصوص اشیا دیجیتال با استفاده از این فناوری برقرار میشود.
کاربرد IOT صنعت سرگرمی
با ظهور تکنولوژیهای واقعیت افزوده (AR) و واقعیت مجازی (VR)، صنعت بازیهای ویدئویی در حال گذراندن تحولی بزرگ است. دستگاههای هدست، حسگرها و حتی برخی رابطهای قدیمی تر همگی از اینترنت اشیا برای ارتباط با واحد کنترل بازی و نرمافزار آن استفاده میکنند. این دستگاه ها در بسیاری از موارد نیاز به کنسولهای بازی را نیز از بین برده و بهطور مستقیم با نرمافزار و سرور بازی ارتباط برقرار میکنند.
کاربرد IOT در صنعت خرده فروشی
اگر میپرسید که مهمترین کاربرد صنعتی IOT چیست؟ باید به صنعت خردهفروشی اشاره کنیم. در هر فروشگاه، رستوران یا بازارهای فروش کالا میتوان با استفاده از این تکنولوژی فرآیند تسویهحساب را دقیقتر، سریعتر و بدون نیاز به فروشنده انجام داد. از دیگر کاربردهای مهم اینترنت اشیا در صنعت خردهفروشی موارد زیر هستند:
- اطلاع از موجود کالاها و انبارداری
- اطلاع از مکان کالا با نصب قفسههای هوشمند مجهز به حسگر وزن یا پردازندههای شمارنده
- ارائهی اطلاعات کالا به مشتریان
- کاربردهای نظارتی و امنیتی
- شخصیسازی و هدفمند کردن تبلیغات ارسالشده برای هر مشتری
صنعت حمل و نقل و لجستیک
خودروهای حملونقل کالا و نیز ناوگانهای مسافربری میتوانند به روشهای متفاوتی از تکنولوژی IOT سود ببرند که مهمترین آنها عبارتند از:
- اطلاع از شرایط آبوهوایی و مخابرهی آن با دیگر خودروها و وسایل نقلیه
- اطلاع از وضعیت یک خودرو و در دسترس بودن راننده
- کنترل دمای محفظههای حمل بار بهخصوص در خودروهای حمل مواد غذایی، شیمیایی، دارویی و غیره
- شمارش بار و کنترل وضعیت سلامتی آنها
- کنترل و اطلاع از وضعیت کابین مسافرین
- خوانش وضعیت مسیر، ترافیک و علائم
کاربرد اینترنت اشیا صنعت خودروسازی
یکی از مهمترین کاربردهای IoT و هوش مصنوعی در صنعت خودروسازی است. علاوه بر اینکه از این تکنولوژی استفادهی قابلتوجهی در خطوط تولید و مدیریت کارخانهها میشود، تولید خودروهای خودران یا نیمهخودران نیز با استفاده از فناوری اینترنت اشیا امکانپذیر شده است. حتی امکان ارتباط بین بدن راننده و سرنشینان با خودرو نیز توسط دستگاههای IOT میسر شده است. بهاینترتیب خودرو با دریافت اطلاعات مربوط به عدم سلامتی بدن راننده یا هشیاری پایین او، میتواند خود را در نقطهای امن متوقف کند.
سنسورهای نصبشده روی خودروهای خودران نیز با دریافت اطلاعات مربوط به جاده، مقصد، میزان سوخت و غیره بسیاری از اقدامات لازم مانند تنظیم سرعت، مسیریابی، تعویض دنده و غیره را انجام میدهند. البته برای تحقق کامل این هدف، لازم است که نهادهای دولتی یا شرکتهای خصوصی نیز جادهها را هرچه بیشتر به تجهیزات اینترنت اشیا مجهز کنند.
وضعیت فعلی اقتصادی فناوری اینترنت اشیا
در پایان این مقاله قصد داریم نگاهی به وضعیت اقتصادی تکنولوژی اینترنت اشیا در دنیا داشته باشیم. درک استقبالی که افراد، سازمانها و دولتها از این فناوری کردهاند میتواند نشاندهندهی جایگاه آن در آیندهی انسان باشد. درحالحاضر تخمین زده میشود که کل سرمایهگذاریهای انجامشده در این صنعت به حدود یک تریلیون دلار برسد. شرکتهای بسیاری در این زمینه وارد شدهاند و بهگفتهی وبسایتهای معتبری مانند Fortunebusinessinsights بازدهی سهام بسیاری از آنها در چند سال گذشته، رشد خوبی داشته است.
درحالحاضر نسبت توزیع استفاده از نتایج سختافزاری و نرمافزاری تکنولوژی اینترنت اشیا در صنایع مختلف به شرح زیر است:
- کاربردهای غیرصنعتی یا خانگی: ۴۱ درصد
- پزشکی: ۱۵ درصد
- صنعت: ۱۵ درصد
- دیگر صنایع: ۱۲ درصد
در ذکر بزرگی و سرعت توسعهی صنعت IOT، همین نکته کافی است که در سال ۲۰۲۰، تعداد دستگاههای متصل به اینترنت از تعداد دستگاههای بدون اینترنت، پیشی گرفتند. درحالحاضر، بیش از ۴۰۰ پلتفرم فعال IOT در دنیا وجود دارند که پلتفرمهای مربوط به سرگرمیهای ویدئویی، بخش اعظم آنها را تشکیل میدهند.
آینده تکنولوژی اینترنت اشیا
وبسایت Fortunebusinessinsights تخمین میزند که ارزش کل صنعت اینترنت اشیا تا سال ۲۰۳۰ به حدود ۳٫۵ تریلیون دلار برسد. همچنین تخمین زده میشود که تا همین سال، تعداد دستگاههای متصل به اینترنت در دنیا به ۲۵٫۴ میلیارد برسد. این تعداد، نسبت به امروز، حاکی از رشد بیش از ۶۰ درصدی است. علاوه بر این، رشد صنعت بازی و بهخصوص توسعهی فناوریهای بلاکچین و متاورس قطعا بر توسعهی تکنولوژی IoT نیز تاثیر مثبت خواهد گذاشت.
همچنین رشد شاخهی صنعتی اینترنت اشیا یا IIOT نیز بهاندازهای است که بسیاری از آن بهعنوان انقلاب صنعتی چهارم یاد میکنند. تکنولوژیای که میتواند کاهش خرابیها، افزایش بازدهی و بهبود تجربهی مشتری را برای کسبوکارهای مختلف در پی داشته باشد. نظر شما دربارهی آینده فناوری IoT چیست؟