هرآنچه که درباره اینترنت اشیا می‌دانیم

اینترنت شبکه‌ی جهانی است که ارتباط تمامی کاربران را با هم برقرار می‌کند، اما ساختار این شبکه در حال تغییر است. همه‌ی ما از لپ‌تاپ‌ها، تبلت‌ها و گوشی‌های هوشمند جهت برقراری ارتباط بین دوستان خود استفاده می‌کنیم. اغلب اطلاعات بین ما و دوستان از طریق سرورهایی که وظیفه‌ی اجرای سایت را برعهده دارند و نرم‌افزارهای ایمیل رد و بدل می‌شود. درنهایت می‌توان گفت اینترنت از کاربران، دستگاه‌های سمت کلاینت و سرورها تشکیل شده است؛ اما عضو جدیدی در حال اضافه شدن به این مجموعه‌ است. این عضو جدید کاربر نیست و از آن به عنوان «Things» یا اشیا یاد می‌شود، این کلمه از عبارت «the Internet of Things» برگرفته شده است. یک «شی» ممکن است به هر دستگاهی که دارای سنسوری جهت تبادل اطلاعات است خطاب شود. مثال‌هایی از این سنسورها شامل سنسور دما، سنسورهای ترافیک و سنسورهای اندازه گیری انرژی است. مثلا سنسور دما می‌تواند در یک ترموستات، سنسور اندازه گیری میزان برق مصرفی در منازل و سنسور ترافیک در سیگنال‌های ترافیکی جای گیرند. تمامی این سنسورها اطلاعاتی را به دستگاه مقصد می‌فرستند تا این دستگاه‌ها بر اساس این اطلاعات تصمیم‌هایی را اتخاذ کنند. این اتفاق هنوز نیفتاده یا حتی ممکن است رخ داده باشد اما در آینده‌ای نزدیک بسیاری از کارها و اطلاعات ما از طریق اینترنت و بین افراد مختلف توسط دستگاه‌های هوشمند رد و بدل خواهند شد. دستگاه‌های هوشمندی مانند گوشی‌های هوشمند، اینترنت، ایمیل و شبکه‌های اجتماعی باعث شده‌اند تا امورات شخصی و کارهای ما به نحوی متفاوت انجام پذیرند. به واضح می‌توان گفت که اینترنت اشیا تاثیر بسیاری را در زندگی همه‌ی کاربران خواهد داشت.

در حالت کلی می‌توان گفت اینترنت اشیا شبکه‌ای از اشیاء فیزیکی تعبیه شده با قطعات الکترونیکی، نرم افزار، سنسورها و اتصالات است تا آن‌ها توسط تبادل اطلاعات با تولید کننده، اپراتور و یا دستگاه‌های دیگر قادر به ارائه ارزش و خدمات بیشتر باشند. هر کدام از اعضاء اینترنت اشیاء به تنهایی توسط سیستم تعبیه شده در آن، قادر به شناسایی است و همچنین می‌تواند با زیر ساخت اینترنتِ موجود نیز تعامل داشته باشد. اینترنت اشیا مفهومی محاسباتی است برای توصیف آینده‌ای که در آن اشیای فیزیکی یکی پس از دیگری به اینترنت وصل می‌شوند و با اشیای دیگر در ارتباط قرار می‌گیرند. در این تکنولوژی به هر چیز یک شناسه «ID» منحصر به فرد و همچنین یک IP تعلق می‌گیرد که بتواند داده‌ها را برای پایگاه داده مشخص شده ارسال کنند.

چالش‌ها

چالش‌های بسیاری برای اینترنت اشیا وجود دارد. یکی از این چالش‌ها، مسائل فنی در حول دستگاه‌هایی است که اطلاعات ما را رد و بدل می‌کنند؛ این چالش‌ها مشکلات بخش سخت‌افزار و بخش‌ نرم‌افزاری را در بر می‌گیرد. عمر باتری، تعمیر و نگه‌داری، قابلیت همکاری و سازگاری جزو این مشکلات محسوب می‌شوند. در واقع مشکلات بسیاری حول داده‌های بزرگی که قرار است توسط دستگاه‌های هوشمند تبادل شوند وجود دارند. از همه مهم‌تر مشکلات امنیتی و حریم خصوصی نیز وجود دارد؛ هیچ کس دوست ندارد خانه‌ی هوشمندش هک شود! یا حتی بیمارستانی که کاملا هوشمند است از راه دور بتوان به آن نفوذ کرد. همان‌طوری که ما از منازل کوچک هوشمند به سمت شهرهای بزرگ و هوشمند که دارای سیستم حمل و نقل هوشمند هستند حرکت می‌کنیم، این مشکلات نیز پیچیده‌تر و بیشتر شده و به مراتب برطرف کردن آن‌ها نیز دشوار خواهد شد. اینترنت اشیا از دید کاربر یک گام بزرگی را در جهت پیشرفت برداشته است؛ این اتفاق زمانی رخ داد که مدیرعامل شرکت سامسونگ اعلام کرد که تمامی محصولات سامسونگ تا ۵ سال آینده اینترنت اشیا را به همراه خواهند داشت. اگر سال ۲۰۲۰ برای شما خیلی دور به نظر می‌آید، سامسونگ این بازه را کمتر کرده و گفته حداقل تا سال ۲۰۱۷ حدود ۹۰٪ از محصولات این شرکت وارد بستر اینترنت اشیاء می‌شوند. برنامه‌ی سامسونگ برای تمامی محصولات خود از جمله لباسشویی، واحد تهویه مطبوع و حتی اجاق گازها و مایکروویوها را شامل می‌شود.

مدیر عامل سامسونگ با اشاره به اینکه اینترنت اشیا برای استفاده کاربر باید یکپارچه شود، گفت:

جهت یکپارچه سازی اینترنت اشیا بین کاربران، ما باید یک اکوسیستم باز را برای این فناوری ایجاد کنیم، و در آینده‌ای نزدیک تمامی محصولات و تجهیزات ما به این سیستم جدید مجهز شده و ما اطمینان حاصل خواهیم کرد که تمامی مشتریان ما به این اکوسیستم متصل شوند.

کمپانی ARM

 شاید به نظر می‌آید که مسیر تجربه‌ی یکپارچه از سیستم اینترنت اشیا پر پیچ و خم باشد، اما کمپانی‌های بسیاری مانند ARM سعی بر این دارند تا این مسیر را تا حدی هموار سازند. در اواخر سال ۲۰۱۴، کمپانی ARM سیستم عامل رایگانی را برای توسعه‌ی دستگاه‌های اینترنت اشیا ارائه کرد. این سیستم عامل که «mbed OS» نام دارد صرفا برای میکروکنترل‌های سری Cortex-M این کمپانی ساخته شده است. یکی از نقاط عطف این سیستم عامل، پشتیبانی آن از دستگاه‌ها و پروتکل‌های اینترنت اشیا است و این امکان را برای یک توسعه دهنده‌ی معمولی و حتی شرکت‌های بزرگ جهت طراحی طرح اولیه و ایجاد محصول اینترنت اشیا خود فراهم می‌کند. سیستم عامل mbed OS تمامی امکانات لازم برای یک توسعه دهنده جهت ایجاد دستگاه اینترنت اشیا و انتقال اطلاعات آن به سرویس ابری را به همراه دارد. همچنین این سیستم عامل بسیاری از اتصالات و قابلیت‌هایی از قبیل IP نسخه‌ی ۴ و نسخه‌ی ۶، بلوتوث، وای‌فای، ۶LoWPAN و شبکه‌های ۳G و ۲G GSM را شامل می‌شود. شاید نکته‌ی جالب این سیستم عامل این باشد که به یک کلاس خاص از سیستم‌عامل‌ها تعلق دارد. هنگامی که صحبت از اینترنت اشیا است، چهار نوع اصلی از سیستم عامل‌ها مطرح می‌شود. در گوشی‌های هوشمند از اندروید که خود مبتنی بر لینوکس است استفاده می‌شود که خود اندروید جزو سیستم عامل‌های چند وظیفه‌ای است. اما یک سیستم عامل چند وظیفه‌ای به منابع مختلف نیز نیاز خواهد داشت. گوشی‌های هوشمند مدرن دارای پردازنده‌ی چهار یا هشت هسته‌ای، دارای پردازنده‌ی گرافیکی و حداقل یک گیگابایت حافظه‌ی رم هستند.

یک نمونه دستگاه اینترنت اشیا از پردازنده‌ی آرم Cortex-M با فرکانس ۱۰۰ مگاهرتز خواهد بود. این پردازنده کاملا متفاوت‌تر از پردازنده‌های ۱.۵ تا ۲.۵ گیگاهرتزی گوشی‌های هوشمند عمل می‌کند. به همین ترتیب این دستگاه‌ها حداکثر دارای ۲۵۶ کیلوبایت حافظه‌ی رم خواهند بود. باز هم این مقدار با گوشی‌های هوشمند متفاوت است. حال برای برنامه‌های تعبیه شده سه نوع مختلف سیستم عامل وجود دارد، اولی RTOS است. RTOS یک سیستم عامل بلادرنگ است. این سیستم عامل‌ها تلاش می‌کنند حداقل حیطه عمل برای زمانبندی و بررسی وظایف مختلف سیستم‌های کوچک را فراهم کنند. این سیستم‌عامل‌ها برای پردازنده‌های دارای منابع محدود طراحی شده و قابلیت کلیدی آن این است که سیستم عامل دارای یک زمان‌بندی قابل پیش بینی است. به این معنی که وظایف مختلف برای اجرا در زمان‌بندی خاص تضمین می‌شوند. این نوع سیستم عامل در سیستم‌های کامپیوتری خودروها، هواپیماها و سیستم‌های صنعتی بسیار مهم هستند. با این حال نمی‌توان این نوع سیستم‌عامل را بسیار کارآمد دانست زیرا برای سیستم‌های اینترنت اشیا همیشه ضروری نیستند.

سیستم عامل بعدی در واقع جزو سیستم عامل‌ها نیست زیرا به عنوان نوع سخت‌افزاری شناخته می‌شود. به این معنی که نرم‌افزار دستگاه در یک چرخه‌ی نامحدودی اجرا می‌شود و دسترسی به سخت‌افزارها توسط برخی درایورهای سازنده‌ی دستگاه‌ها کنترل می‌شود. این گزینه ساده‌ترین و آسان‌ترین روش برنامه نویسی دستگاه‌های Embedded بوده و شاید بسیاری از مردم از آن در Arduino استفاده کرده‌ یا با آن آشنا شده‌اند. نوع آخر مربوط به سیستم‌ عامل‌های دارای مصرف انرژی پایین بوده که mbed OS جزو آن‌ها است. نگرانی اصلی این سیستم عامل‌ها صرفه جویی در انرژی و افزایش عمر باتری است. این سیستم عامل‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که سیستم را از حالت استندبای‌های بی‌مورد خارج می‌کند و به جای اجرای مداوم، به تمامی رویدادها در همان لحظه پاسخ می‌دهد. این سیستم‌عامل‌ها برای مصرف انرژی پایین در دستگاه‌های اینترنت اشیا مناسب هستند تا عمر باتری و انرژی بیشتری ذخیره شود و زمان بسیاری در یک محل مستقر باشند.

ساختار

حال قصد داریم بدانیم که اینترنت اشیا چه ساختاری را دارد؟ جواب بسیار آسان است. کلمه‌ی «thing» به تمامی دستگاه‌هایی که مانیتور می‌کنند یا درهای دارای سنسور و دستگاه مانیتور کردن دما اشاره می‌کند. این دستگاه‌ها اطلاعات خود را به دستگاه‌های پیشرفته‌ای انتقال می‌دهند. این دستگاه پیشرفته ممکن است گوشی هوشمند، واحد کنترل مانند ترموستات هوشمند یا دستگاه اختصاصی که حکم دروازه اینترنت را داشته باشند؛ دستگاه‌های اختصاصی به عنوان دروازه دستگاه‌های اینترنت اشیا نیز شناخته می‌شوند. این دستگاه‌ها بسیار مهم هستند زیرا یک سنسور ممکن است دارای ارتباط مستقیم به اینترنت نباشد. ارتباط دستگاه‌های اختصاصی از طریق ارتباط‌های دارای مصرف انرژی کم مانند بلوتوث و ZigBee صورت می‌پذیرد. زمانی که یک دستگاه اینترنت اشیا اطلاعاتی را از سنسور دریافت می‌کند آن را به سرویس ابری خواهد فرستاد. حال این شرایط را تصور کنید که می‌خواهید دمای خانه خود را اندازه گیری کنید؛ واحد تهویه مطبوع بر درجه نظارت دارد، ممکن است برنامه ریزی شده باشد که دما را تا درجه خاصی نگه دارد یا اینکه در ساعات مشخصی برای شروع کار روشن شود. تمامی این اطلاعات جمع آوری شده و به سرویس ابری فرستاده می‌شود تا از طریق گوشی هوشمند بتوانید دما و دیگر اطلاعات را چک کنید. اگر قصد دارید یکی از روزها زوردتر به خانه برگردید می‌توانید از طریق سرویس کلاد و اتصال اینترنت، واحد تهویه خانه را فعال کرده تا زمانی که به خانه می‌رسید دما و هوای منزل متعادل باشد. تمامی این دستورات را می‌توانید از طریق گوشی هوشمند به واحد تهویه بفرستید. این یک مثالی از خانه هوشمند بود، در شهر هوشمند هم از کنترل هوشمند ترافیک، کنترل هوشمند روشنایی خیابان‌ها و غیره استفاده می‌شود.

امنیت

خطراتی در خصوص اینترنت اشیا وجود دارد و به همین دلیل نمی‌توان امنیت آن را صد رد صد دانست. در اینترنت اشیا دستگاه‌ها اطلاعاتی را فرستاده و دستوراتی را دریافت می‌کنند، از این رو نفوذ هکر و سوءاستفاده آن‌ چندان هم دور از انتظار نیست. اخیرا آزمایشگاه مک‌آفی اینتل گزارش امنیتی را ارائه کرده است که طی آن خطراتی که دستگاه‌های اینترنت اشیا را تهدید می‌کنند اشاره کرده است. در این گزارش آمده که با افزایش دستگاه‌ها متصل به هم در اینترنت اشیا، خطر نفوذ هکرها نیز افزایش می‌یابد، شاید برخی دستگاه‌ها از امنیت کافی برخوردار نباشند. در کنفرانس هکرهای کلاه سفید سال ۲۰۱۳، محققان امنیتی نشان دادند که چگونه دوربین‌های امنیتی به راحتی هک می‌شوند. هنگامی که هکرها نفوذ کردند می‌توانند ویدئوهای ضبط شده را سرقت کرده و به شبکه‌ی کل دوربین‌ها نفوذ کنند. در سال ۲۰۱۴ هکرهایی توانستند به دوربین‌های موجود در اتاق کودکان نفوذ کرده و از این طریق ترس و وحشت را در کودکان ایجاد کردند. شبکه‌ی BBC اخیرا مقاله‌ای را در خصوص دوربین‌های هک شده کودکان منتشر کرده است. همه‌ی این اتفاقات کاربران را وحشت زده و نگران می‌کند.

M2M

مفهوم مهم دیگر برای اینترنت اشیا ماشین به ماشین یا M2M است. این مفهوم راهی را که یک ماشین با ماشین دیگر جهت برقراری ارتباط انتخاب می‌کنند نشان می‌دهد. در اینترنت اشیا هم چگونگی برقراری ارتباط یک دستگاه هوشمند با سرویس ابری و همچنین چگونگی اتصال دستگاه‌ها به همدیگر را نشان می‌دهد. انتقال اطلاعات از طریق وای‌فای، بلوتوث و ایمیل مثال‌هایی از نحوه برقراری دستگاه‌ها به همدیگر است. در مبحث ماشین به ماشین اینترنت اشیا موضوع مهم منابع محدودی مانند قدرت پردازش، حافظه‌ی رم و غیره است. سیستم عامل mbed OS تعداد زیادی از پروتکل‌های M2M مانند پروتکل وب CoAP را پشتیبانی می‌کند پروتکل CoAP که مخفف Constrained Application Protocol است مخصوص دستگاه‌های اینترنت اشیا برای انتقال فایل‌ها است. CoAP از متودهای زبان HTML مانند GET, PUT, POST, و DELETE استفاده می‌کند. به این معنی که به دست آوردن اطلاعات از یک سنسور تفاوت زیادی با به دست آوردن اطلاعات از برنامه‌ی تحت وب ندارد.

نتیجه گیری

همه‌ی این تکنولوژی‌ها برای مصرف کننده و مشتری جالب به نظر می‌رسد. در پروژه‌های بزرگ اینترنت اشیا بودجه‌های بزرگی نیز صرف خواهند شد. کسب و کارهای بزرگ در ساختمان‌های هوشمند و شهرهای هوشمند که در آن‌ها دستگاه‌های اینترنت اشیا فعال شده است وجود دارند. تمامی زیرساخت‌های لازم برای دستگاه‌های اینترنت اشیا و پردازش‌های end-to-end که از دستگاه‌های اینترنت اشیا استفاده می‌کنند، فعال شده است. هرآنچه که تصور کنید از زباله تا برق، تاکسی، خطوط تولید و دیگر دستگاه‌ها می‌توانند از اینترنت اشیا استفاده کنند. سرمایه گذاری اولیه در این کسب و کار بالا خواهد بود اما با پیاده سازی این فناوری و فواید آن می‌توان در بازه‌ی زمانی بلند مدت در وقت و هزینه صرفه جویی کرد. انقلای اینترنت اشیا در حال شروع و پیشرفت است، در طی چند سال آینده نیز پیشرفت‌های چشمگیری را خواهد داشت. زمانی که ما به تجربه‌ی یکپارچه را از اینترنت اشیا رسیدیم بسیاری از موارد جالب را تجربه کرده و همچنین در آینده‌ای نزدیک نو‌آوری‌های بسیاری را از برندهای متخصص و معروف خواهیم دید.

منبع