همه چیز در مورد اینترنت اشیا

اصطلاح «اینترنت اشیاء» اولین بار توسط کوین اشتون در سال 1999 بکار برده شد و برای نخستین بار توسط انتشارات مؤسسه MIT به دنیامعرفی گردید 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 آن‏ها را سازماندهی و مدیریت کنند.

مفهوم اینترنت اشیاء بوسیله یکی از افراد کمیته توسعه RFID در سال 2000 رقم خورد. او به امکان  کشف  اطلاعات در مورد یک شیء برچسب خورده بوسیله جست و جو در یک آدرس اینترنت خاص و یا محتوای یک بانک اطلاعاتی اشاره نمود. از آن زمان واژه اینترنت اشیاء به مفهوم اشیاء روزمره‌ای که قابل تشخیص، مکان‌یابی، آدرس دهی و کنترل از طریق اینترنت باشند (چه از طریق RFID، شبکه بی‌سیم، شبکه WAN و یا سایر ابزارها) گره خورد. اشیاء روزمره تنها شامل وسایل الکتریکی نیست   بلکه اشیایی که به هیچ وجه به آن‌ها به دید یک وسیله الکتریکی نمی‌نگریم را هم شامل می شود.  مانند غذا، پوشاک، مواد، قطعات و  ...

تعریف اینترنت اشیا

تعاریف زیادی از اینترنت اشیاء توسط انجمن‌های مختلف تحقیقاتی بر اساس نوع نگرش آن‌ها به نقاط قوت این ایده بیان‌شده است. دلیل چندوجهی بودن این مفهوم به نام‌گذاری این ایده یعنی «اینترنت اشیاء» برمی‌گردد. این نام از دو کلمه تشکیل‌شده است، کلمه اول به دیدگاه شبکه گرایی این مفهوم تأکید دارد درحالی‌که کلمه دوم به حرکت به سمت اشیاء عمومی که در یک  بسته مشترک قرارگرفته‌اند تأکید می‌کند. اینکه به اینترنت اشیاء با دید اینترنت گرا و یا موجودیت گرا نگاه کنیم باعث به وجود آمدن تغییر در ذینفعان، قراردادهای تجاری، تحقیق‌ها و استانداردهای  موجود خواهد شد. درواقع اینترنت اشیاء به معنی یک شبکه جهانی از اشیاء مرتبط که هر یک دارای آدرس مختص به خود بوده، می­ باشد که بر اساس قراردادهای استانداردشده‌ای با یکدیگر در ارتباط هستند. آدرس‌دهی منحصر به فرد، نمایش و ذخیره‌سازی اطلاعات تبادل شده در اشیاء، موضوعات چالش‌برانگیزی است که سومین دیدگاه از «اینترنت اشیاء» یعنی معناگرایی را در برمی‌گیرد.

در شکل مفهوم اصلی، فناوری‌ها و استاندارهای مهم با توجه به هرکدام از دیدگاه‏های بیان‌شده برای اینترنت اشیاء نمایش داده‌شده است در این شکل به‌طور واضح مشخص است که نقطه اشتراک و نتیجه سه دیدگاه بیان‌شده، اینترنت اشیاء را شکل میدهند.

 زیرساخت های اینترنت اشیا

مقیاس پذیری، پیمانی بودن، توسعه پذیری و ایجاد قابلیت همکاری میان اشیای ناهمگن و محیط زیست آن‌ها، الزامات طراحی‌های کلیدی برای اینترنت اشیاء به منظور حصول اطمینان از باز بودن فضای رشته‌ای برای توسعه دهندگان و ارائه دهندگان راه حل است، در حالی که کاربران، از برنامه‏ های کاربردی آن می‌توانند در مونتاژ نیز بهره‌مند شوند.

اینترنت اشیاء نیاز به یک معماری باز برای به حداکثر رساندن قابلیت همکاری بین سیستم‏های ناهمگون و منابع توزیع شده از جمله ارائه دهندگان و مصرف کنندگان اطلاعات و خدمات (اعم از انسان‌ها، نرم افزار، اشیاء هوشمند و یا دستگاه‏های دیگر) دارد.

در قلب اینترنت اشیاء، میلیون ها دستگاه، داده های خود را برای سیستم های متمرکز ارسال می کنند. داده هایی که معمولاً هیچ گونه سنخیتی با یکدیگر ندارند و نوع آنها نیز متغیر است؛ به عبارت دیگر در حالی که بعضی از دستگاه های IoT ممکن است داده هایی در ارتباط با میزان رطوبت و دما جمع آوری کنند، در طرف مقابل دستگاه های IoT دیگر، ممکن است داده هایی در ارتباط با مکان زندگی مردم یا فعالیت حرکتی آن ها را جمع آوری نمایند. در نهایت داده های ضبط شده برای تحلیل به سمت سرورهای ابری یا دیگر دستگاه های IoT ارسال می شود. درست در همین مکان است که وجود یک اتصال مطمئن و پر سرعت، نقش کلیدی را در برقراری ارتباط میان دستگاه های IoT ایفا می کند. WiFi، Bluetooth،RFID،NFC، Zigbeeو ... تنها چند گزینه پیش روی دستگاه های IoT هستند. انتخاب هر یک از این گزینه ها به عوامل مختلفی همچون چگالی حسگر، سرعت، عوامل زیست محیطی (نوع تجهیزات محیط: بتن، چوب، فلز) و محدوده ای که دستگاه های IoT در آن مورد استفاده قرار می گیرند، بستگی دارد.

عامل موفقیت اینترنت اشیاء در درجه اول به قدرت تکنولوژی اینترنت متکی است. تکنولوژی اینترنت از آدرس دهی منحصر به فرد برای کامپیوترهای موجود در یک شبکه پشتیبانی می کند. در هنگام استفاده از IPv6، زمینه آدرس دهی 128 بیتی است. به عبارت دیگر، تکنولوژی اینترنت فضای کافی برای اتصال تریلیون ها اشیاء توسط آدرس های IP منحصر به فرد اختصاص داده شده را دارد. اینترنت همراه با ارتباطات محدوده نزدیک (NFC) مانند بلوتوث، امواج رادیویی و مادون قرمز می تواند ما را به هر شی در اطراف مان برساند. علاوه بر این، استاندارد شبکه مش بی سیم کم توان مانندZigbee  همراه با IEEE 802.15.4 MAC می تواند به سنسورهای کوچک تعبیه شده در دستگاه های کم هزینه متصل گردد. همچنین6LoWPAN (شبکه های ناحیه شخصی بی سیم کم توان IPv6) می تواند بر روی لایه های فیزیکی اجرا شوند و اجازه ادغام یکپارچه با دیگر سیستم های مبتنی بر IP را می دهد. نکته مهم اینکه، 6LoWPAN قابلیت همکاری با دیگر دستگاه های بی سیم 802.15.4 را به خوبی دیگر دستگاه ها بر روی لینک شبکه IP فراهم می کند (به عنوان مثال وای فای). به طور خلاصه، این فن آوری های اتصال در قدرت ارتباطی برای اتصال همه اشیاء در سراسر جهان مناسب هستند.

میان افزارهای اینترنت اشیا

میان افزار، یک لایه نرم افزاری بین سخت افزار و نرم افزارهای کاربردی در فناوری اینترنت اشیاء است. به عبارتی، میان افزار یک لایه نرم افزاری یا به عبارتی مجموعه ای از زیر لایه های موجود میان سطح نرم افزارهای کاربردی و فناوری های مورد استفاده می باشد. میان افزار در سالهای اخیر نقش اصلی و بسیار مهمی در توسعه خدمت های جدید و ترکیب مزیت های فناوری های گذشته برای رسیدن به یک فناوری جدید را داشته است. دلایل متعددی بر ضرورت وجود میان افزارها در اینترنت اشیاء وجود دارند. دلیل اول این است که تشریح و اجرای استانداردهای مشترک در زمانی که فناوری های متنوع در اینترنت اشیاء وجود دارد، بسیار دشوار است. اما برای تبدیل شدن به واقعیت، اینترنت اشیاء باید به کامپیوترهای نامتجانس متصل شود. در حقیقت، میان افزار مانند یک عامل ارتباطی بین فناوری های متفاوت عمل می نماید. دلیل دوم این است که، برای برنامه های کاربردی در حوزه های گوناگون، تقاضا برای لایه مجزا وجود دارد. برای کاستن از این مشکل، میان افزار، برای خدمات ارتباطی در لایه فیزیکی، برنامه های کاربردی با رابط های گرافیکی تهیه می نماید. میان افزارها همچنین، جزئیات غیرضروری و تنوع تکنولوژی های سطح فیزیکی را برای ساده سازی استفاده، از نظر کاربران پنهان می کنند.

به عبارتی اطلاعات گردآوری شده توسط تجهیزات هوشمندسازی به واسطه شبکه های مختلف که امروزه بخش اصلی صنعت فناوری اطلاعات محسوب می شوند به سیستم جامع جمع آوری داده ها ارسال می گردند. در آنجا به واسطه میان افزارها که وظیفه همگون سازی داده ها و نیز ترکیب منابع را دارند، اطلاعات خواسته شده کاربر بدون نمایش پیچیدگی ها ارائه می گردد.

کاربرد اینترنت اشیا

ساختمان‌های هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیاء :

در سالهای اخیر تحقیقات زیادی در مورد فواید و امکانات "خانه هوشمند" شده است و به‌عنوان فناوری‌های کامل و ارزان، ارتباطات بی‌سیم افزایش یافته و طیف وسیعی از برنامه‏ های کاربردی در حال گسترده‌تر شدن هستند. برنامه های کاربردی مانند:

1. کنترل دستگاه های هوشمند
2. کنترل و امنیت خانه
3. سیستم های تعمیر و نگهداری هوشمند
4. سیستم های گرمایشی و سرمایشی و تهویه هوشمند
5. کنترل و نظارت بر مصرف انرژی (آب، برق، گاز)

اینترنت اشیاء در ایران

مرکز تحقیقات مخابرات ایران (پژوهشگاه ارتباطات و فناوری اطلاعات) پروژه‌هایی را برای بررسی پیاده‌سازی فناوری اینترنت اشیاء در ایران انجام داده‌است. یکی از این پروژه‌ها با عنوان «تدوین کسب و کار اینترنت اشیا در کشور» (از تاریخ ۱۰ دی ۱۳۹۳ تا ۱۰ خرداد ۱۳۹۴)، انجام شده‌است. در این پروژه بر اساس تجربیات علمی و عملیاتی کشورهای مختلف در حوزه‌های حاکمیت، کسب و کار، کاربردها و فناوری‌ها مطالعات اولیه صورت گرفت و نقشه راه ایران با هدف استفاده ایران از فناوری‌های نوین نظیر اینترنت اشیاء برای افزایش رفاه اقتصادی، کیفیت زندگی و حفاظت از محیط زیست برای رسیدن به چشم‌انداز اقتصادی ۱۴۰۴ تعیین شد.

امنیت اینترنت اشیاء

اخیراً، علی‌رغم تحقیقات صورت گرفته مرتبط با اینترنت اشیاء و امنیت آن، حملات مختلفی معرفی می‌شود که فضای این مفهوم و فناوری‌های مرتبط با آن را درگیر کرده‌است. این نشان می‌دهد که فناوری به پرتگاه بسیار پیچیده‌ای نزدیک شده‌است و اقدامات متقابل اغلب صرفاً واکنشی است؛ بنابراین نیاز است اندکی به عقب بازگردیم -زمانیکه این فناوری‌های مؤثر بر زندگی بشر، در حال توسعه بودند و به سمت ابعاد خوبی از فناوری تمایل داشتند- و امنیت را در هر سطحی بازتعریف کنیم. اگرچه این مسائل به خاطر اجبارهای نظارتی در حال تغییر است اما با این حال تأیید مراکز دولتی به معنای امنیت نخواهد بود. مسئله امنیت در اینترنت اشیاء را می‌توان مهم‌ترین چالش توسعه این فناوری در نظر گرفت. در این رابطه استانداردهای مختلفی در حال توسعه است ولی همچنان نیازمندی‌های امنیتی اینترنت اشیاء و حتی مخاطرات آن به خوبی شناسایی و تحلیل نشده‌است. با بررسی مقالات و کتاب‌هایی که در حوزه امنیت اینترنت اشیاء ارائه شده‌اند، می‌توان دریافت که امنیت باید در تمام سطوح بسته‌ها و سرویس‌ها نیز در نظر گرفته شود؛ بنابراین در تمام مراحل توسعه سیستم، ویژگی‌های امنیتی وجود خواهند داشت. به این نوع توسعه امنیت، رویکرد «دفاع- در-عمق» گفته می‌شود. این رویکرد، امنیت را در دل شبکه اینترنت اشیاء گنجانده و به سازمان‌ها و شرکت‌ها اجازه می‌دهد تا با درگیر کردن مهاجمین به صورت لایه به لایه، زمان بیشتری برای دفاع از منابع خود داشته باشند.

 چشم انداز اینترنت اشیا

درحالی‌که چشم‌انداز IOT، بیانگر پیشرفت‌های قابل‌توجهی در برخی از زمینه‏ های حوزه فناوری اطلاعات است، تحقق آن مستلزم یک فرآیند تدریجی است که از فناوری‌های موجود و برنامه‏ های کاربردی فعلی آغاز می‏شود. به‌طور ویژه IOT، از تکنولوژی‌های شناسایی کننده مانند RFID (شناسایی امواج رادیویی) که درگذشته به‌طور گسترده و در موارد زیادی بکار گرفته‌شده است، شروع می‌کند و به‌طور همزمان، در مسیر توسعه خود از امکانات فناوری شبکه حسگر بی‌سیم (به‌عنوان ابزاری برای جمع‌آوری داده‏ ها) و معماری خدمات گرا (به‌عنوان نرم‌افزاری برای گسترش خدمات وب محور) بهره می‌گیرد.

اینترنت اشیاء یک تکنولوژی منحصر به فرد نیست. بلکه مجموعه‌ای از تکنولوژی‌های توانمند ساز و ایده پردازی  است. یکی از جنبه‏ های  توانمندسازی، کوچک کردن قطعات الکترونیک و کاهش بهای آن‌ها است. تکنولوژی‌های انتقال اطلاعات بی‌سیم، ارتباط آسان را برای اشیاء فراهم می‌کند. از سوی دیگر پیشرفت تکنولوژی سنسورها باعث تولید سنسورهای کوچکتر، ارزانتر و دقیقتر می‏ شود که  انرژی کمتری مصرف می‌کنند و تکنولوژی‌های مکان یابی (GPS) و اطلاع از موقعیت مطلق و یا نسبی قطعات را فراهم  می­سازد. همه موارد ذکر شده بیانگر توانایی بالقوه گسترش اینترنت اشیاء است.

زمانی که امکان گسترش اینترنت اشیاء فراهم  بیاید،  مهم ترین فاکتور پیاده سازی یک استاندارد یکپارچه  است. همچنین باید نحوه استفاده  ، فرمت داده ‏ها و پروتکل‌ها از یک سری  قوانین پیروی کنند تا قابلیت همکاری بین اشیاء مختلف بوجود آید. همان گونه که از نام اینترنت اشیاء برمی‌آید، این شبکه شبیه شبکه ای که در آن بسته‏ های IP مسیر خود را  به طور خودکار پیدا می‌کنند، سازماندهی شده است.

انواع ارتباطات اینترنت اشیا

عموما دو حالت مختلف برای ارتباطات اشیاء تعریف می‌کنند: 1-شیء به انسان  2- شیء به شیء.

ارتباطات شیء به انسان و انسان به شیء به‌وسیله تکنولوژی‌ها و برنامه‏ های کاربردی به وجود آمده‌اند. که انسان به‌وسیله آن‌ها با اشیاء ارتباط برقرار می‌کنند و بالعکس. این ارتباط کنترل از راه دور اشیاء توسط انسان و ارسال گزارشات اشیاء به انسان  شامل موقعیت، وضعیت و اطلاعات سنسوراست.

ارتباطات شیء به شیء، شامل تعدادی تکنولوژی و نرم افزار می‏ شود که اشیاء روزمره بدون دخالت و واسطه انسان با دیگر اشیاء ارتباط برقرار می‌کنند. این اشیاء می‌توانند اشیاء دیگر و وضعیت موجود را پایش کرده و اعمالی به‌منظور اصلاح وضعیت انجام دهند. در صورت نیاز پیام‌هایی به انسان صادر نمایند.

امروزه بسیاری از اشیاء روزمره میکروکنترلرهایی را در خود جای داده‌اند و رابط‌های ارتباط بی‌سیم به شکل فزاینده‌ای به آن‌ها الحاق می‌گردند. به این میکروکنترلرها حافظه، نرم‌افزار، راه‌اندازها و مدارات واسط سنسورها افزوده شده‌اند و با اضافه کردن یک رابط شبکه افراد و اشیاء می‌توانند از طریق اینترنت اشیاء مانیتور و کنترل نمایند. نرم‌افزارهایی که در سرورها و یا اشیاء مستقر شده‌اند، می‌توانند با دخالت و یا بدون دخالت انسان مراحل کاری را انجام دهند.

ترکیب میکروکنترلرها، حافظه، نرم‌افزار، راه‌اندازها و مدارات واسط و همچنین سنسورها این امکان را برای شبکه‌اینترنت به وجود  می آورد که از شبکه رایانه‏ ها به شبکه اشیاء متصل  شود. اینترنت اشیاء شامل اشیاء روزمره‌ای است که حداقل دارای یک شناسه الکترونیکی باشند. به‌حساب آوردن همه اشیاء در این شبکه می‌تواند یک چالش بزرگ باشد. چون تخمین زده‌شده است که هر فرد توسط 1000 تا 5000 شیء احاطه‌شده است. اگر همه اشیاء شناسه داشته باشند، اینترنت اشیاء فراگیر ممکن است 50000 تا 100000 بیلیون عضو داشته باشد.

روش‌های مختلف شماره‌گذاری برای مقابله با این مشکل وجود دارد. پروتکل قدیمی و پراستفاده اینترنت نسخه 4(ipv4) با 32 بیت تنها امکان آدرس‌دهی 4 بیلیون آدرس را دارد لذا قابل استفاده برای این منظور نیست. پروتکل جدید اینترنت نسخه 6 با 128 بیت امکان آدرس‌دهی 1036* 4/3 شناسه را فراهم می‌کند.

منبع: مرکز تحقیقات اینترنت اشیاء