اینترنت اشیاء: راه حلی جدید در هوشمند سازی جهان پیرامون

چکیده

 

 اینترنت اشیاء فناوری نوین می باشد که ارتباطات در آن فراتر از ارتباط انسان با انسان و ماشین با ماشین می باشد. در اینترنت اشیاء میلیاردها یا تریلیاردها شیء می توانند با یکدیگر و با محیط اطراف ارتباط برقرار کرده و به تبادل اطلاعات بپردازند. اخیراً موضوعات تحقیقاتی و کاربردهای جدیدی در زمینه اینترنت اشیاء شکل گرفته است. در این مقاله ما به بررسی تاریخچه اینترنت اشیاء، موانع و چالش های پیش روی توسعه اینترنت اشیاء، و کاربردهای آن در جهان پیرامون می پردازیم. همچنین فناوری های ارتباطی مورد استفاده در اینترنت اشیاء، معماری اشیاء متصل به هم و کارهای تحقیقاتی آتی مورد بررسی قرار می گیرند.

 

 

کلمات کليدي: اینترنت اشیا، کاربردها، فناوری های ارتباطی، خانه هوشمند، معماری اینترنت اشیاء، جهان هوشمند

 

 

1.  مقدمه

 اینترنت اشیاء شبکه ای از اشیاء فیزیکی یا اشیایی است که به حسگرها، نرم افزارها، قطعات الکترونیکی و اتصالات شبکه مجهز می باشند و امکان جمع آوری و تبادل اطلاعات را دارند.

هر شی از طریق سیستم محاسباتی تعبیه شده در آن قابل شناسایی است و می تواند با دیگر اشیاء از طریق زیر ساخت اینترنت به تعامل بپردازد. کارشناسان تا سال 2020 تعداد اشیاء را بالغ بر 50 میلیارد تخمین می زنند.

 

قابل ذکر است جوامعی که به داده ها و اطلاعات بیشتری دسترسی داشته باشند در امور مختلف اجتماعی، سیاسی، اقتصادی، رفاهی و ... از قدرت تصمیم گیری و پیشرفت بیشتری نیز برخوردار هستند. لذا افراد با خلق داده بیشتر، اطلاعات و دانش بیشتر بالطبع به معرفت و فرزانگی بیشتری نیز نائل می گردند.

 

2.  چالش ها و موانع پیش روی توسعه اینترنت اشیاء

 

در توسعه اینترنت اشیاء موانع و چالش ها متعددی مطرح است. که از مهمترین آنها می توان به استقرار IP نسخه 6 ، توان سنسورهاو توافق بر روی استانداردهای آن اشاره کرد. مواردی همچون قابلیت اعتماد، حریم خصوصی، ناهمگنی و سیّار بودن نیز مورد توجه می باشد.

استقرار IP نسخه 6: تمامی آدرس های IPV4 در فوریه 2010 در جهان به سیستم ها اختصاص یافته و به اتمام رسیده اند. و با توجه به اینکه میلیاردها سنسور جدید در اینترنت اشیاء وجود دارد که باید آدرس یکتا به آن ها اختصاص داد این موضوع روند پیشرفت اینترنت اشیاء را کند می کند. لذا استفاده از IPV6 بدلیل قابلیت های پیکربندی خودکار، مدیریت شبکه ها را آسانتر می کند. همچنین یکسری ویژگی های امنیتی توسعه یافته ای را نیز ارائه می کند.

توان سنسورها: در صورتی که سنسورها بصورت خودکار شارژ شوند شبکه به بازدهی بالایی می رسد. در غیر اینصورت تعویض باطری میلیاردها دستگاه که در کره زمین و یا فضا پخش شده اند غیر ممکن است. لذا بایستی از روش هایی محیطی مثل ارتعاش، نور و جریان هوا جهت تولید برق در سنسورها استفاده کرد. دانشمندان یک نانو ژنراتور دائمی تجاری را معرفی کردند. تراشه ای انعطاف پذیر که از تکانه های بدن جهت تولید الکتریسیته و برق استفاده می کند.

استانداردها: علی رغم اینکه پیشرفت های زیادی در زمینه استاندارها انجام شده است معذلک بطور خاص در زمینه های امنیت، حریم خصوصی، معماری و ارتباطات نیاز به وضع استاندارد می باشد. مؤسسه مهندسین برق و الکترونیک تنها سازمانی است که سعی در حل این چالش ها جهت مسیریابی بسته های IPV6 مابین انواع مختلف شبکه ها دارد.

قابلیت اعتماد و حریم خصوصی: با توجه به گستردگی شبکه اشیاء، متحرک بودن آن ها و پیچیدگی نسبتاً کم اشیاء، کنترل و مدیریت ابر اشیاء سخت می باشد. لذا برای افزایش قابلیت اعتماد، استانداردها و الگوریتم های رمزنگاری متنوعی بوجود آمده است. در اینصورت چالش اساسی طراحی الگوریتمی است که سریعتر بود. و مصرف انرژی کمتری داشته باشد. همچنین الگوی توزیع کلید تأثیرگذاری نیز باید موجود باشد. در سیستم های با مقیاس کوچک معمولاً توزیع کلید در کارخانه و یا در زمان استفاده و گسترش آن ها در محیط صورت می پذیرد اما در شبکه های موردی الگوهای توزیع کلید جدیدی در سال های اخیر پیشنهاد شده است.

همچنین حفظ حریم خصوصی افراد در مرحله آغازین و طفولیت می باشد و این موضوع شیوه استفاده از شبکه های اینترنت اشیاء را با تردید مواجه می کند. لذا بایستی مکانیزم هایی در حفظ حریم خصوصی افراد طراحی و پیاده سازی گردد.

 

ناهمگنی و سیّار بودن: وجود انواع اشیاء با سایزها و عملکردهای مختلف کنترل و مدیریت آن ها را با مشکل مواجه می نماید همچنین با توجه به سیّار بودن بعضی از اشیاء، رهگیری، مسیریابی آن ها نیز با چالش های عدیده ای روبرو است.

 

3.  کاربردهای اینترنت اشیاء در جهان پیرامون

برای فناوری اینترنت اشیاء کاربردهای بسیاری را می توان متصور شد که فقط تعدادی از این کاربردها عملیاتی شده اند در آینده نه چندان دور بسیاری از کاربردهای اینترنت اشیاء در خانه های هوشمند، کارخانه های هوشمند، مزارع هوشمند، ادارات هوشمند، سیستم حمل و نقل هوشمند، بیمارستان های هوشمند، دانشگاه های هوشمند و غیره به کار گرفته خواهد شد. در این بخش تعدادی از مهمترین کاربردهای اینترنت اشیاء بصورت مختصر بیان شده است.

1. خانه و زندگی بشر

  • جمع آوری زباله های خانگی:

سطل آشغل هوشمند دستگاهی است که با استفاده از آن می توان آشغال را رهگیری تا آشغال به درون آن بیفتد، عملکرد آن به اینصورت است که وقتی فرد آشغال را به سمتی پرتاب می کند . مجموعه ای از سنسورهای موجود در محیط، آشغال را تشخیص داده، سپس اطلاعات مرتبط با اندازه و مسیر حرکت آن را بصورت تقریبی به کامپیوتری ارسال و کامپیوتر به محاسبه موقعیت افتادن آشغال می پردازد و سپس این موقعیت با یک ارتباط بی سیم به سطل اعلام شده و سطل به سمت آشغال  حرکت می نماید و آشغال را در بر می گیرد.

2. خانه هوشمند

ساختمانی که مجهز به یک زیر ساخت ارتباطاتی قوی بوده و می تواند بطور مستمر نسبت به وضعیت های متغیر محیط عکس العمل نشان داده و خود را با آن ها وفق دهد و همچنین به ساکنین ساختمان اجازه بهره وری موثرتری از منابع موجود را داده، امنیت و آرامش خاطر آن ها را افزایش می دهد. یک خانه هوشمند امکانات خود را از طریق سیستم های کنترلی هوشمند خود ارائه می کند که این سیستم ها عبارتند از: سیستم اعلام نشت گاز، سیستم اعلام حریق،سیستم اعلام سرقت، سیستم اعلام زلزله، سیستم کنترل روشنایی، سیستم تماس گیرنده تلفنی، سیستم کنترل کننده یکپارچه و کنترل از طریق: ریموت کنترل، کلید دیجیتالی، تلفن داخل منزل، موبایل و اینترنت.

با توجه به پیش بینی گارتنر تا سال 2020 بالغ بر 500 دستگاه هوشمند در هر خانواده وجود خواهد داشت. و تک تک اشیاء می توانند وضعیت خودشان را اعلام نمایند. تمایل در اتصال قسمت هایی از منزل به سیستم خانه هوشمند نسبت به سایر بخش ها در کشورهای آمریکا و کانادا متفاوت می باشد بگونه ای که اکثر مالکین منازل تمایل دارند که اتاق نشیمن، آشپزخانه و اتاق خواب را هوشمند نمایند. و در صد هوشمند سازی در سایر بخش ها مثل باغ، گاراژ، حمام و فضاهای اداری کمتر می باشد.