اینترنت اشیا چیست؟

اینترنت اشیا شبکه ای از اشیای فیزیکی را توصیف می کند که توسط مجموعه ای از حسگرها/عملگرها قابلیت ارسال/دریافت داده از طریق شبکه های ارتباطی با سایر دستگاه ها و نیز سیستم های نرم افزاری داشته باشند. اشیای فیزیکی شامل موارد متعددی از قبیل خودروها، لوازم خانگی، ابزارآلات پزشکی، شبکه های الکتریکی، ابزارآلات صنعتی و ساختمانی، لوازم خانگی، حیوانات، گیاهان و به طور کلی هر شی که دارای قابلیت شناسایی، برقراری ارتباط و برقراری تعامل در میان شبکه ای از اشیا مرتبط یا استفاده کنندگان نهایی باشد درنظر گرفته می شود.

حوزه های کاربردی اینترنت اشیا

اینترنت اشیا حوزه های بسیار زیادی را تحت تأثیر خود قرار داده است. در حوزه اینترنت، عصر بعد از گوگل (AG:After Google) را بوجود آورده است که در آن اطلاعات تنها با یک کلیک فاصله دارند. در صنعت، انقلاب صنعتی چهارم یا Industry 4 را ایجاد نموده است. کشاورزی و دامپروری را با هوشمندسازی متحول نموده است و نسل 4 کشاورزی (Agriculture 4) را ایجاد کرده است. کابینه ژاپن مفهوم جامعه نسل پنجم (Society 5) را با استفاده از مفهوم اینترنت اشیا و در هم تنیدگی فضای فیزیکی-سایبری تعریف نموده است. در حوزه سلامت جامعه نیز مفهوم سلامت دیجیتال توسط اینترنت اشیا برجسته شده است. هوشمندسازی شهرها که سبب ارتقا بهره‌وری در ارائه خدمات شهری، افزایش کیفیت زندگی برای همه مردم، افزایش عدالت و رونق کسب و کارها می گردد به کمک اینترنت اشیا تحقق می یابد. اگر بخواهیم برخی از حوزه های کاربردی اینترنت اشیا را به صورت کلی مرور نمائیم می توان به موارد زیر اشاره نمود:
  • کاربردهای حوزه صنعتی و تولیدی شامل هوشمندسازی صنایع در تمام ابعاد، خودکارسازی، امکان پیش بینی خرابی تجهیزات قبل از وقوع حادثه در خطوط تولید و ...
  • کاربردهای حوزه کشاورزی و دامپروی شامل مدیریت آبیاری دقیق، کشاورزی دقیق، مدیریت الگوی رشد گیاه، مدیریت کود و آفات، مدیریت سلامت، تولید مثل و افزایش بهره وری دام و طیور و ...
  • کاربردهای حوزه سلامت دیجیتال شامل مدیریت پیشگیری از بیماری ها، مراقبت سلامت فردی، مدیریت بیماری های مزمن و ...
  • کاربردهای حوزه شهر هوشمند شامل مدیریت هوشمند ترافیک شهری، مدیریت پسماند، مدیریت فضای سبز، مدیریت دارایی های شهری، خودکارسازی امور شهری، مدیریت پارکینگ و ...
  • کاربردهای حوزه حمل و نقل شامل مونیتورینگ سلامت تجهیزات مختلف وسیله نقلیه، تردد ناوگان، هوشمند سازی تردد ریلی، هوایی و جاده ای
  • کاربردهای حوزه انرژی و مدیریت هوشمند تولید، انتقال و مصرف انرژی در حوزه های برق، آب و گاز
  • هوشمندسازی ساختمان ها در تمام ابعاد شامل آسایش و روشنایی، کنترل و اتصال، امنیت، سرگرمی خانگی، مدیریت انرژی و لوازم خانگی هوشمند و ...
  • ...

اکوسیستم اینترنت اشیا

به منظور بررسی الزامات فنی، اقتصادی و استراتژیک حوزه اینترنت اشیا باید با دیدی کلان به اکوسیستم اینترنت اشیا پرداخته شود. این امر سبب کسب درک درستی از تکنولوژی نوظهور اینترنت اشیا، شناخت زنجیره ارزش، شبکه و زیرساخت های فنی بسط و گسترش آن، طراحی مدل کسب و کار و ارائه ایده های خلاق و کارآفرینانه به منظور ارائه محصولات مطابق با مدل های مرجع می گردد. با توجه به حجم عظیم و ناهمگون داده های تولیدی شبکه اینترنت اشیا که هرروز موجی باورنکردنی از آنها وارد انبار داده ها می گردد، بررسی اهمیت امنیت داده ها و حریم شخصی افراد نیز از جایگاه بسیار مهمی برخوردار است. با توجه به همه الزامات فوق در اکوسیستم اینترنت اشیا، شرکت ها می توانند جایگاه خود را با توجه به نیازهای مختلف مشتریان و کاربران، در بازارهای اولیه که بر نیازهای حیاتی و اولیه تأکید دارند یا در بازارهای رقابتی که برهمه حوزه های کاربردی و نه تولید بر اساس تقاضایی خاص در جامعه فعالیت تمرکز دارند و یا در نهایت در بازارهای پیشرفته که در واقع هدف نهایی بسط و گسترش اینترنت اشیا و ارائه خدمات بلادرنگ با توجه به نیاز مشتری است تثبیت کنند.

تعریف اکوسیستم اینترنت اشیا از دیدگاه ITU

با شناخت اهمیت مطالعه اکوسیستم اینترنت اشیا، لازم است تعریف جامعی از اکوسیستم اینترنت اشیا ارائه گردد تا این مفهوم کلیدی به درستی درک و بررسی گردد. ITUاکوسیستم اینترنت اشیا را به صورت زیر تعریف می کند: اکوسیستم اینترنت اشیا مفهومی ابتدایی در مسیرتکامل خود است و مجموعه ای بسیار پیچیده از واحدهای مختلفی چون افراد، امنیت، استانداردها، قابلیت همکاری، خدمات کاربردی و اشیا است که مجموعاً در چهار سطح بارنگ های مختلفی تقسیم بندی و در شکل زیر نشان داده شده است:
  • تولیدکنندگان و سازندگان دستگاه ها، ابزار و تجهیزات (سطح سخت افزار)
  • مجامع قانون گذاری و استانداردگزینی، کنسرسیوم های گروه های صنعتی و مجموعه ای از استانداردها و پروتکل ها (سطح قوانین)
  • ارائه دهندگان خدمات شبکه و محاسبات ابری (سطح خدمات)
  • ارائه دهندگان نرم افزار، میان افزار و خدمات فناوری اطلاعات (سطح نرم افزار)

معماری اینترنت اشیا ITU-T

معماری های مختلفی برای اینترنت اشیا توسط سازمان ها و شرکت های مختلف معرفی شده است که در کلیات با یکدیگر همپوشانی دارند. اما در این قسمت ما به بررسی مدل مرجع اینترنت اشیا سازمان ITU-T مطابق شکل زیر خواهیم پرداخت. مدل مرجع ITU-T دارای چهار لایه دستگاه، لایه شبکه، لایه پشتیبان کاربرد و سرویس و لایه کاربرد می باشد که البته شامل قابلیت های مدیریتی و امنیتی لایه ها نیز می باشد.

لایه دستگاه

لایه دستگاه شامل دو گروه قابلیت دستگاه و قابلیت دروازه (Gateway) می باشد. قابلیت های دستگاه، برای برقراری ارتباط و تعامل ادوات و اشیا با شبکه به طور مستقیم یا غیر مستقیم و از طریق دروازه است. این قابلیت ها شامل موارد زیر است ولی محدود به این موارد نمی باشد.

قابلیت های دستگاه

تعامل مستقیم دستگاه با شبکه ارتباطی: در این لایه از یک طرف، دستگاه باید بتواند اطلاعات را مستقیماً جمع آوری و در شبکه ارتباطی بارگذاری کند (بدون نیاز به قابلیت دروازه) و از طرف دیگر باید بتواند کلیه اطلاعات شامل دستورات را مستقیماً از شبکه ارتباطی دریافت کند.
تعامل غیر مستقیم دستگاه با شبکه ارتباطی: این قابلیت شرح قابلیت فوق اما از طریق غیر مستقیم و از طریق دروازه می باشد.
شبکه سازی ad-hoc: ادوات باید بتوانند در برخی سناریوها که نیاز به مقیاس پذیری بیشتر و قابلیت استقرار سریع است، شبکه های ad hoc ایجاد کنند.
به خواب رفتن و بیدار شدن: ادوات باید بتوانند به منظور ذخیره انرژی، قابلیت به خواب رفتن و بیدار شدن داشته باشند.

قابلیت های دروازه

قابلیت های دروازه شامل موارد زیر است ولی محدود به این موارد زیر نمی شود:
پشتیبانی از چندین واسط: قابلیت های دروازه در لایه دستگاه، از ادوات با فناوری های سیمی و بیسیم متفاوتی مثل CAN ، ZigBee ، Wi-Fi پشتیبانی می کند. قابلیتهای دروازه در لایه شبکه، ممکن است از طریق فناوری های متفاوتی مثلPSTN ،2G ،3G ،LTE ، Ethernet و DSL ارتباط برقرار کند.
تبدیل پروتکل: در دو موقعیت، قابلیت تبدیل پروتکل دروازه مورد نیاز است. موقعیت اول زمانی است که در لایه دستگاه از پروتکل های لایه دستگاه متفاوتی (مانند پروتکل ZigBee و بلوتوث) استفاده شود. موقعیت بعدی زمانی است که در هر دو لایه دستگاه و شبکه، از پروتکل های متفاوتی استفاده شود (مانند پروتکل ZigBee در لایه دستگاه و پروتکل 3G در لایه شبکه)

لایه شبکه

لایه شبکه شامل دو گروه قابلیت های شبکه ای و قابلیت های انتقال می باشد.

قابلیت های شبکه

قابلیت های شبکه برای اتصال اشیا به شبکه و حفظ برقراری ارتباطات می باشد. این قابلیت ها شامل کارکردهایی برای کنترل دسترسی، مسیریابی، مدیریت تحرک ، تخصیص منابع و ... است.

قابلیت های انتقال

قابلیت های شبکه نیز بر روی برقراری ارتباطات برای انتقال داده های کاربردهای اینترنت اشیا و همچنین انتقال اطلاعات مدیریتی و کنترلی مربوط به اینترنت اشیا متمرکز هستند.

لایه پشتیبان کاربرد و سرویس

لایه پشتیبان کاربرد و سرویس شامل دو گروه قابلیت های پشتیبان عمومی و قابلیت های پشتیبان خاص می باشد.

قابلیت های پشتیبان عمومی

قابلیت های پشتیبان عمومی، قابلیت های مشترکی است که می تواند در کاربردهای مختلف اینترنت اشیا مانند ذخیره و پردازش داده استفاده شود.

قابلیت های پشتیبان خاص

قابلیت های پشتیبان خاص، قابلیت های خاصی هستند که برای فراهم کردن الزامات کاربردهای متنوع اینترنت اشیا مورد نیاز هستند. در واقع شامل قابلیت های دقیقی برای فراهم کردن کارکردهای پشتیبانی متفاوت برای کاربردهای مختلف اینترنت اشیا هستند.

لایه کاربرد

لایه کاربرد شامل کاربردهای اینترنت اشیا از جمله خانه هوشمند، سیستم حمل و نقل هوشمند، کشاورزی هوشمند و ... است.

قابلیت های مدیریتی و امنیتی

قابلیت های مدیریت اینترنت اشیا اشاره به قابلیت های مدیریت شبکه های ارتباطی قدیمی، مدیریت خطا، مدیریت پیکربندی، مدیریت حسابرسی، مدیریت کارایی و مدیریت امنیتی دارد. قابل ذکر است قابلیت های مدیریتی خود نیز به دو گروه قابلیت های مدیریت عمومی و قابلیت های مدیریت خاص تقسیم می شود.

قابلیت های مدیریت خاص

این قابلیت ها با الزامات خاص کاربردها در ارتباط است مانند الزامات مانیتورینگ خط انتقال شبکه هوشمند.

قابلیت های مدیریت عمومی

این قابلیت ها شامل موارد زیر است:
مدیریت ادوات
شامل به روز رسانی نرم افزار/ سیستم عامل از راه دور، مدیریت وضعیت کاری دستگاه از راه دور، فعال سازی و غیر فعال سازی ادوات از راه دور
مدیریت توپولوژی شبکه محلی
مدیریت ازدحام و ترافیک
مانند تشخیص شرایط سرریز شبکه و پیاده سازی ذخیره منابع برای جریان های داده بحرانی

قابلیت های امنیتی

قابلیتهای امنیتی شامل دو گروه قابلیت است که عبارتند از قابلیت های امنیت عمومی و قابلیت های امنیت خاص.
قابلیت های امنیت خاص
قابلیت های امنیت خاص با الزامات خاص کاربردها در ارتباط است مانند الزامات امنیت در پرداخت با موبایل.
قابلیت های امنیت عمومی
قابلیت های امنیت عمومی مستقل از کاربردها هستند و در لایه های مختلف شامل موارد متنوعی است.
در لایه کاربرد شامل اجازه دسترسی، احراز هویت، حفاظت از جامعیت (یکپارچگی) و محرمانگی داده های برنامه کاربردی، حفاظت از حریم خصوصی، بررسی امنیت و آنتی ویروس است.
در لایه شبکه شامل اجازه دسترسی، احراز هویت، حفاظت از یکپارچگی و محرمانگی داده های سیگنالینگ است .
در لایه دستگاه شامل احراز هویت، اجازه دسترسی، اعتبارسنجی یکپارچگی دستگاه، کنترل دسترسی، محافظت از یکپارچگی و محرمانگی داده است.