معرفی اینترنت اشیاء

تهیه کننده: باغبان اورندی ( معاونت راهبری فنی)

 مقدمه
 اجزاء اینترنت اشیا
 اکوسیستم اینترنت اشیا
 کاربردها
 بازار اینترنت اشیا

مقدمه

زمانیکه کوین اشتون محقق دانشگاه MIT برای نخستین بار اتصال اشیاء مختلف را با استفاده از فرکانس‌های رادیویی خاصی پیشنهاد داد و آن را "اینترنت اشیا" نامید، شاید در خصوص آینده این فناوری چنین تصور نمی کرد که میلیاردها دستگاه و شیء هوشمند بر بستر ابر بهم متصل شده و حجم عظیمی از داده‌ها را تولید کرده و با پردازش آنها، انبوهی از کاربردها را بوجود آورند. این تکنولوژی آنچنان سریع در حال پیشرفت است که روز به روز بر کاربردهای آن در تمامی حوزه‌ها افزوده می‌شود. براساس پیش بینی‌های موسسه گارتنر، بیش از 26 میلیارد دستگاه در سال 2020 بهم متصل می شود. جامعه اینترنتی نیز پیش بینی کرده است که این تعداد در سال 2025 به 100 میلیارد دستگاه افزایش یابد.
یک شیء در اینترنت اشیا می تواند سنسوری کاشته شده در قلب بیمار برای مانیتور عملکرد قلب؛ یک حیوان با ترانسپوندر بیوشیمی و یا اتومبیلی که دارای سنسورهای داخلی برای هشدار به راننده در هنگام فشار غیرطبیعی به تایر باشد. شیئی که می تواند با اختصاص یک آدرس IP ، قادر به انتقال داده از طریق شبکه باشد.
به طور فزاینده، سازمان‌های مختلفی در صنایع گوناگون از IoT برای انجام کارآمدتر عملیات، ارائه خدمات پیشرفته به مشتری، بهبود تصمیم گیری و افزایش ارزش تجاری استفاده می کنند.
در حقیقت فناوریIoT از همگرایی فن‌آوری‌های بی‌سیم، سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (MEMS) ، خدمات میکروسرویس و اینترنت تکامل‌ یافته است. این همگرایی به تعامل فناوری عملیاتی (OT) و فناوری اطلاعات (IT) کمک کرده و این امکان را فراهم می کند تا داده های ساختاریافته از مجموع داده های بی معنی ایجاد شده و کاربردهای فراوانی را نتیجه دهد.

اجزاء اینترنت اشیا
فناوری اینترنت اشیا متشکل از دستگاه‌های هوشمند با قابلیت پردازنده های تعبیه شده، حسگرها و سخت افزار ارتباطی برای جمع آوری و ارسال داده هایی که از محیط خود بدست می آورند و با اتصال به یک دروازه IoT یا دستگاه لبه دیگر، داده ها را به اشتراک می گذارند که داده ها یا به ابر ارسال می شوند تا بصورت محلی آنالیز شوند. بعضی اوقات ، این دستگاه ها با سایر دستگاه های مرتبط، ارتباط برقرار کرده و براساس اطلاعاتی که از یکدیگر گرفته اند، عمل می کنند. برهمین اساس دستگاه‌ها بیشتر کارها را بدون دخالت انسان انجام می دهند، اگرچه افراد می توانند با دستگاه‌ها ارتباط برقرار کنند. ‏شکل1 اجزاء اینترنت اشیا را نشان می دهد.

شکل 1. اجزاء اینترنت اشیا

شبکه IoT یک شبکه واحد نبوده و شامل بسیاری از فناوری ها و دستگاه های مختلف است. همانطور که در شکل فوق ارائه شده است، عناصر اصلی فناوری اینترنت اشیا به شرح ذیل است:

1. دستگاه های IoT: چنانکه پیشتر نیز اشاره شده بود، به احتمال زیاد در طی 10 سال آینده فناوری اینترنت اشیا صدها میلیون دستگاه را شامل می شود که اکثر آنها به اتصال بی سیم نیاز دارند و بسته به کاربردهایشان، ویژگی‌های متفاوتی خواهند داشت.

2. شبکه‌های بی سیم و طیف های فرکانسی: دستگاه های IoT داده های جمع آوری شده را بصورت بی سیم به ایستگاه های پایه، نقاط دسترسی به شبکه یا از طریق شبکه های مش پیشرفته و با استفاده از طیف وسیعی از فناوری های موجود و نوظهور انتقال می دهند. این شبکه های بی سیم نیاز به دسترسی به باند های طیف مناسب برای پاسخگویی به ظرفیت‌های مختلف و نیازهای پوشش دارند. همانطور که در ‏شکل 2 نشان داده شده است، دو نوع استاندارد ارتباط بی سیم وجود دارد: کوتاه برد و برد طولانی؛ به عنوان مثال، فناوری دور برد با توان پایین (LPWA) مانند LoRa و Sigfox می توانند حداکثر فاصله تا 10 کیلومتر را با استفاده از طیف باریک مجاز پوشش دهند.

شکل2. استانداردهای طیف فرکانسی برد بلند و کوتاه

توسعه استانداردهای ارتباطات بی‌سیم با سرعتی سریع رو به رشد است. نیاز طیف فرکانسی کاربردهای متنوع اینترنت اشیا را همانطور که در ‏شکل3 نیز نشان داده شده است، چند عامل تعیین می کند.

شکل3. چارچوبی از طیف‌های فرکانسی موردنیاز IoT

جدول زیر که بر اساس مقاله‌ی تحلیلی شرکت Rysavy Research تهیه شده است، خلاصه‌‌ای از سه راهکار موبایلی، WiFi و LPWA (دارای مجوز و بدون مجوز) را برای IoT بیان می‌کند.

3. اینترنت: اتصال دستگاه های IoT به یک شبکه گسترده تر یا اینترنت عمومی به این معنی است که می توان دستگاه های بیشتری به هم پیوسته و داده های جمع آوری شده را می توان در مناسب ترین مکان تجزیه و تحلیل و ذخیره کرد. این اتصال همچنین می تواند امنیت جدید شبکه و مشکلات انعطاف پذیری را ایجاد کند.

4- ذخیره و تجزیه و تحلیل داده ها: بسیاری از مزایای آتی اینترنت اشیا توسط خدمات جدید بر اساس تجزیه و تحلیل داده ها از طیف گسترده‌ای از منابع که برخی از این داده ها ممکن است از نظر شخصی یا تجاری حساس باشند، ایجاد می شود.

5- استانداردگذاری IoT: هدف اصلی استانداردسازی در بخش ارتباطات، جلوگیری از موانع تجاری و ترویج و تسهیل همکاری‌های فناورانه در تضمین امنیت و افزایش تعامل پذیری تجهیزات و سیستم های ارتباطی است. استاندارد سازی در IoT به دلیل اینکه اغلب کاربردها و فناوری های وابسته به آن توسط اتحادیه ها، سازمان‌ها در کشورهای مختلف و تحت استانداردهای متنوع ایجاد می‌شوند، چالشی بزرگ محسوب می‌شود. ‏شکل4 چشم‌انداز فعلی مجموعه‌های صادر کننده استاندارد در حوزه‌های مختلف IoT در جهان را نشان می‌دهد.

شکل4. چشم انداز اتحادیه ها و سازمان های استانداردگذاری IoT

اکوسیستم اینترنت اشیا
همانطور که اینترنت سنتی دارای مؤلفه های مختلفی است و محصولی گسسته نمی باشد، اینترنت اشیاء نیز از اجزاء مختلفی تشکیل شده است و برای ایجاد خدمات با ارزش افزوده باید در یک سطح اساسی در کنارهم قرار گیرند. ‏شکل5، چهار دسته گسترده فناوری اینترنت اشیا که اکوسیستم آن را تشکیل می دهند، ارائه می کند.

شکل5. اکوسیستم اینترنت اشیا

سخت‌افزار: شامل تمامی "اشیاء" در IoT است که اولین تکه پازل این اکوسیستم را تشکیل می‌دهد. سنسورها و تراشه‌های سیلیکونی که با پیشرفت فنّاوری، روز به روز به سمت کارایی بالا و قیمت پایین حرکت کرده و در تمامی مؤلفه‌های محاسباتی و هر نوع دستگاهی اعم از ارسال کننده مکان جغرافیایی، اندازه‌گیری و ثبت فشار خون و درجه حرارت و.. مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نرم‌افزار: با انتقال داده‌های بسیار زیاد بر بستر شبکه، وجود شبکه‌های قدرتمند به عنوان بخشی مهم برای اکوسیستم اینترنت اشیا خواهد بود. در حقیقت، بخش عمده‌ای از تحرک پشت این روند، توسط تولیدکنندگان تجهیزات شبکه ایجاد می‌شود. مؤلفه نرم‌افزار نیز با ظهور کاربردهای جدید، در قالب سیستم‌عامل‌های جدید نمایان می‌شود. با استفاده از تلفن‌های هوشمند و تبلت ها، سیستم‌عامل‌های iOS و Android به‌عنوان بازیگران اصلی شناخته شدند. ازآنجاکه مصرف‌کنندگان با کاربردهای نوین این فناوری اعم از ابزارهای پوشیدنی، خانه و اتومبیل‌های هوشمند در ارتباط هستند، فراهم‌کنندگان پلتفرم‌ها و سیستم‌عامل‌ها نیز به دنبال گسترش سیستم عامل خود در آن حوزه‌ها هستند.

نقش‌ها: قوانین، استانداردها و مقررات بهترین شیوه‌ برای شکل‌دهی به اجرای پروژه‌ها در این حوزه بوده و چندین سازمان را در جهت ایجاد یک محصول IoT گرد هم می‌آورند. در حقیقت جنبه فنی هر پروژه و سیستم‌های IoT ، فقط نیمی از چالش‌های ساخت موفقیت‌آمیز آن است و نیمی دیگر مربوط به رسیدگی به نگرانی‌های اجتماعی است ، مانند پیامدهای امنیتی و حریم خصوصی ذاتی که در تعداد انبوه دستگاه‌های متصل و به اشتراک‌گذاری داده‌ها وجود دارد. در اینجا نقش دولت بسیار پر رنگ است و بر اساس تصویب آیین‌نامه‌هایی باعث سهولت پذیرش و پیاده‌سازی کاربردهای IoT در کشور می‌گردد.

خدمات: خدمات معمولاً جزئی از اکوسیستم محسوب نمی‌شوند، اما واقعیت تحقق IoT در استفاده درست از داده‌های تولید و آنالیز شده است. این داده‌ها به تنهایی بدون خدماتی که تجزیه و تحلیل را انجام داده و یافته‌ها یا بینش‌ها را به روشی قابل استفاده ارائه می‌دهند، به خودی خود ارزش چندانی ندارند. علاوه بر این، داده‌ها باید کاملاً در دسترس بوده و کاملاً محافظت شوند. پیچیدگی IoT عامل دیگری است که نیاز اساسی به خدمات دارد. استانداردها و پروتکل‌ها به ایجاد برخی از انطباق‌ها کمک می‌کنند، اما واقعیت این است که مثلاً در کاربردهایی نظیر خانه هوشمند تعامل چندین سیستم با هم، تحت سیستم جامعی در قالب استانداردهای مورد تائید امری پیچیده محسوب می‌شود.

کاربردها

• صنعت حمل‌ونقل

در حوزه حمل‌ونقل چهار شاخه حمل‌ونقل جاده‌ای (زمینی)، هوایی، ریلی و دریایی تعریف می‌شود که در آن‌ها اتصال دستگاه‌های کم‌مصرف به یکدیگر می‌تواند برای سازمان‌ها منافع مالی و برای مصرف‌کنندگان راحتی را به ارمغان آورد. برخی از کاربردهای مهم این حوزه عبارت‌اند از:

1. تعمیر و نگهداری هوشمند
2. مدیریت فرودگاه
3. نظارت و کنترل ترافیک
4. باربری
5. پارک کردن هوشمند
6. کنترل انتشار گازهای گلخانه‌ای

• صنعت بهداشت

اینترنت اشیاء چنان پتانسیل عظیمی را برای صنعت مراقبت‌های بهداشتی دارد که حتی دارای نام‌های مختلفی نظیر اینترنت اشیاء پزشکی (IoMT) نیز است. دستگاه‌ها و برنامه‌های کاربردی در این صنعت مراقبت‌های بهداشتی را بهبود می‌بخشند، فشار کاری پزشکان را کاهش می دهد و به بیماران اجازه می دهد در منزل یا به دور از بیمارستان‌ها معالجه شوند. در ادامه برخی از کاربردهای عملیاتی شده این فناوری در حوزه بهداشت و سلامت ذکر شده است:

1. سیستم رصد مداوم گلوکز
2. سیستم ارسال مداوم علائم حیاتی بیمار
3. سیستم‌های مراقبتی دوران کهنسالی
4. سیستم‌های کارآمد در زنجیره تأمین

• صنعت کشاورزی

بر اساس پیش‌بینی‌ها، تا سال ۲۰۵۰، جمعیت کره‌ی زمین به ۹.۶ میلیارد نفر می‌رسد. بنابراین، درصورت عدم تغییر روش‌های فعلی کشاورزی و تامین مواد غذایی، مطمئناً این فرایند دچار مساله جدی خواهدشد. کشاورزی هوشمند مبتنی بر راهکارهای اینترنت اشیا، به کشاورزان کمک می‌کند، ضایعات را کاهش و نرخ‌ بهره‌وری را افزایش دهند. برخی از کاربردهای عملیاتی شده این فناوری در حوزه کشاورزی عبارتند از:

1. کنترل بهتر فرآیندهای داخلی و کاهش ریسک تولید
2. مدیریت و نظارت بر دام
3. مدیریت زمین به‌صورت End to End
4. افزایش بهره‌وری با اتوماسیون فرآیندها
5. افزایش حجم و کیفیت تولیدات و مدیریت محصول
6. نظارت بر وضعیت آب و هوایی

بازار اینترنت اشیا

در دنیا، بیش از نیمی از تجهیزاتی که به اینترنت متصل خواهند شد، سنسورها، دوربین‌ها، ماژول‌های ردیابی و سایر اشکال ارتباطات «ماشین به ماشین» هستند که انواع مختلف داده را جمع‌آوری کرده و با سایر تجهیزات به اشتراک می‌گذارند. تا سال 2018، ترافیک تولیدشده توسط دستگاه‌های IoT تقریباً ناچیز بود (کمتر از 5% از ترافیک جهانی). اما با افزایش کاربردهای bandwidth-intensive مانند اتومبیل‌های هوشمند خودران، نظارت ویدئویی و سلامت هوشمند، ترافیک دستگاه‌های IoT اکنون به مقدار قابل توجهی رسیده و باید با روش‌های جدید، مدیریت شده و امنیت آن حفظ شود. علاوه بر آن، کاربردهای IoT منجر به ایجاد ارزش مالی جدید و نوظهور خواهد شد که جریان بازدهی ضروری برای پشتیبانی بیشتر از IoT و زیرساخت شبکه‌ی آن را تأمین می‌کند.

 در سال ۲۰۱۹، بیشترین سرمایه‌گذاری‌های IoT در حوزه‌های تولید گسسته [1] (۱۱۹ میلیارد دلار)، تولید فرایندی[2] (۷۸ میلیارد دلار)، حمل‌ونقل‌ (۷۱ میلیارد دلار) و خدمات عمومی[3] (۶۱ میلیارد دلار) انجام شده که عمدتاً روی راهکارهایی برای عملیات تولید و مدیریت دارایی متمرکز است. در حمل‌ونقل بیش از نیمی از سرمایه‌گذاری‌ها صرف نظارت بر باربری و به دنبال آن مدیریت ناوگان حمل‌ونقل[4] خواهد شد. در حوزه‌ی خدمات شهری، شبکه‌های هوشمند برق، آب و گاز بیشترین سرمایه‌گذاری‌های IoT را به خود اختصاص می‌دهند. سازمان بین‌المللی IDC پیش‌بینی می‌کند صنایع بیمه (با ۱۷.۱٪ CAGR)، بخش دولتی (با ۱۶.۱٪ CAGR) و مراقبت‌های بهداشتی (با ۱۵.۴٪ CAGR) بیشترین میزان «نرخ رشد سالانه مرکب» یا به اختصار CAGR را در بازه‌ پنج‌ساله ۲۰۱۷-۲۰۲۲ خواهند داشت.

سرمایه‌گذاری‌های IoT برای مصرف‌کننده[5] در سال 2019 به 108 میلیارد دلار خواهد رسید که طبق گفته مدیر تحقیقات IDC، آن را به دومین بخش بزرگ صنعت تبدیل می‌کند. کاربردهای اصلی، مربوط به خانه هوشمند (به طور خاص خودکارسازی منزل و لوازم هوشمند)، سلامت شخصی[6] و سیستم‌های سرگرمی-اطلاعاتی در وسایل نقلیه [7] خواهد بود. «IoT برای مصرف‌کننده» با CAGR پنج ساله‌ی ۱۷.۸٪، روی هم رفته روبه‌رشدترین بخش صنعت است.

این مقاله در تاریخ آذر ماه سال 1399به آدرس مرکز ملی فضای مجازینگاشته شده است اکنون از آن زمان هشت ماه می گذرد پس می توان گفت که حتی تکنولوژی و رشد اینترنت اشیا می تواند بیشتر از پیش بینی ها باشد و با وجود وضعیت اخیر این دو سال که جهان درگیر ویروس کرونا و مشکلات اقتصادی مربوط به تعطیلی بیشتر کسب و کارها شده است و یا اختلال در روند فعالیت ها بوجود آمده است می توان نقش اینترنت اشیا را برجسته از سابق در نظر گرفت و فعالیت های گسترده تر با ویژگی های شاخص تری انجام داد در مقاله بعدی سعی در معرفی جعبه خنک کننده مبتنی بر اینترنت اشیا در جهان که از فناوری منبع تغذیه بدون تماس استفاده می کند و ساخت شرکت پاناسونیک است ارائه خواهد شد.