اینترنت اشیا چیست؟ اجزا، کاربردها و چالش‌های (IoT)

در دنیای امروز، شاهد تحولات شگرفی در عرصه فناوری هستیم. یکی از این تحولات، ظهور اینترنت اشیا (IoT) است که به عنوان انقلاب صنعتی چهارم نیز شناخته می‌شود. اینترنت اشیا، شبکه‌ای از اشیاء فیزیکی است که به حسگرها، نرم‌افزارها و سایر فناوری‌ها مجهز شده‌اند تا بتوانند از طریق اینترنت با یکدیگر و با دنیای دیجیتال ارتباط برقرار کنند.

اینترنت اشیا، دنیای ما را به مکانی هوشمندتر و به هم پیوسته‌تر تبدیل می‌کند. با استفاده از اینترنت اشیا، می‌توانیم دستگاه‌ها و لوازم خانگی خود را از راه دور کنترل کنیم، مصرف انرژی را بهینه‌سازی کنیم، فرآیندهای صنعتی را خودکارسازی کنیم و خدمات جدیدی را به مشتریان ارائه دهیم.

در این مقاله از پورتال جامع مهندسین ایران، به بررسی ابعاد مختلف اینترنت اشیا، از جمله تعریف، اجزا، کاربردها و چالش‌ها می‌پردازیم.

تعریف اینترنت اشیا

اینترنت اشیا (Internet of Things یا به اختصار IoT)، شبکه‌ای از اشیاء فیزیکی است که به حسگرها، نرم‌افزارها و سایر فناوری‌ها مجهز شده‌اند تا بتوانند از طریق اینترنت با یکدیگر و با دنیای دیجیتال ارتباط برقرار کنند. این اشیاء می‌توانند شامل هر چیزی باشند، از لوازم خانگی هوشمند گرفته تا خودروهای خودران و تجهیزات صنعتی.

اجزای اینترنت اشیا

چهار جزء اصلی اینترنت اشیا عبارتند از:

حسگرها:
حسگرها دستگاه‌هایی هستند که قادرند اطلاعات و داده‌ها را از محیط فیزیکی جمع‌آوری کنند. این حسگرها می‌توانند انواع مختلفی داده را از جمله دما، فشار، رطوبت، موقعیت جغرافیایی، حرکت و غیره را اندازه‌گیری کنند. آنها این اطلاعات را به صورت دیجیتال ذخیره کرده و به اتصالات برای ارسال به دنیای دیجیتال می‌دهند.

اتصالات:
اتصالات شبکه به اشیاء امکان می‌دهند تا با یکدیگر و با دیگر دستگاه‌ها و سیستم‌ها در شبکه مرتبط شوند. این اتصالات می‌توانند از طریق فناوری‌های مختلفی مانند Wi-Fi، Bluetooth، شبکه‌های سلولی، NFC (ارتباط نزدیک) و غیره برقرار شوند. این اتصالات اطلاعات و داده‌های جمع‌آوری شده را از حسگرها به سرورها یا سایر دستگاه‌ها ارسال می‌کنند و برعکس، دستورات و داده‌هایی که به اشیاء ارسال می‌شود را دریافت می‌کنند.

نرم‌افزار:
نرم‌افزارها در اینترنت اشیا برای پردازش و تحلیل داده‌ها استفاده می‌شوند. این نرم‌افزارها اطلاعاتی که توسط حسگرها جمع‌آوری شده است را تحلیل و مورد بررسی قرار می‌دهند. آنها می‌توانند الگوریتم‌ها و مدل‌های یادگیری ماشینی را به کار بگیرند تا الگوها و روابط مفهومی را در داده‌ها شناسایی کنند. نرم‌افزارها همچنین قادر به ارسال دستورات به اشیاء هستند و براساس داده‌های تحلیل شده، اقدامات مورد نیاز را انجام می‌دهند.

پلتفرم:
پلتفرم‌ها بستری را فراهم می‌کنند تا داده‌های جمع‌آوری شده توسط حسگرها و پردازش شده توسط نرم‌افزارها را مدیریت و تجزیه و تحلیل کنند.

کاربردهای اینترنت اشیا

اینترنت اشیا کاربردهای بسیار متنوعی در صنایع مختلف دارد. برخی از مهم‌ترین این کاربردها عبارتند از:

خانه‌های هوشمند:

با استفاده از اینترنت اشیا، می‌توان لوازم خانگی را به صورت دورکاری کنترل کرده و به طور مثال، روشنایی خانه را تنظیم کرد، سیستم‌های گرمایش و سرمایش را کنترل کرد و حتی دستگاه‌هایی مانند تلویزیون و ماشین لباسشویی را از راه دور مدیریت کرد.

شهرهای هوشمند:

در شهرهای هوشمند، اینترنت اشیا می‌تواند برای بهبود مدیریت ترافیک، کاهش مصرف انرژی، بهینه سازی روشنایی عمومی، جمع‌آوری زباله به صورت هوشمند و ارائه خدمات شهری بهتر استفاده شود.

صنعت:

در صنعت، اینترنت اشیا می‌تواند به عنوان ابزاری برای خودکارسازی فرآیندهای صنعتی، نظارت بر تجهیزات، پیشگیری از خطاها و بهبود بهره‌وری استفاده شود. با استفاده از حسگرها و اتصالات، داده‌هایی مانند دما، فشار و وضعیت تجهیزات جمع‌آوری می‌شوند و نرم‌افزارهای هوشمند برای تحلیل و کنترل این داده‌ها استفاده می‌شوند.

کشاورزی:

در زمینه کشاورزی، اینترنت اشیا می‌تواند برای نظارت بر شرایط آب و هوا، رطوبت خاک، مدیریت آبیاری، کشت و برداشت و سلامت محصولات استفاده شود. با استفاده از حسگرها و سیستم‌های اتصال، می‌توان داده‌های مورد نیاز مانند دما، رطوبت و رطوبت خاک را جمع‌آوری کرده و بر اساس آن‌ها تصمیماتی مانند آبیاری مناسب و مدیریت بهینه منابع را انجام داد.

سلامت:

در حوزه سلامت، اینترنت اشیا می‌تواند برای نظارت بر علائم حیاتی بیماران، ارائه مراقبت‌های بهداشتی از راه دور و مدیریت داروها استفاده شود. با استفاده از حسگرها و دستگاه‌های پزشکاری پزشکی، می‌توان به طور مداوم علائم حیاتی بیماران مانند ضربان قلب، فشار خون و سطح اکسیژن خون را نظارت کرد. این اطلاعات به صورت بی‌سیم به سیستم‌های پزشکی منتقل می‌شوند و اگر هرگونه نقص یا تغییر غیرطبیعیی رخ دهد، اعلام خطر و اقدامات لازم صورت می‌گیرد. علاوه بر این، با استفاده از اینترنت اشیا، می‌توان مدیریت داروها را بهبود بخشید و به بیماران امکان مصرف دقیق و به موقع داروهایشان را فراهم کرد.

زیرساخت فنی اینترنت اشیا

زیرساخت فنی اینترنت اشیا مجموعه‌ای از فناوری‌هاست که بستر لازم برای ارتباط، پردازش و تحلیل داده‌ها را فراهم می‌کند. این زیرساخت شامل موارد زیر می‌شود:

شبکه‌های ارتباطی: زیرساخت ارتباطی ستون فقرات اینترنت اشیا است. این زیرساخت انواع مختلفی از شبکه‌ها را در بر می‌گیرد که از آن جمله می‌توان به شبکه‌های با برد کم‌مصرف (LPWAN) مانند LoRaWAN و Sigfox برای دستگاه‌های با باتری کم‌ظرفیت، شبکه‌های سلولی مانند ۴G و ۵G برای ارتباطات با سرعت بالا و شبکه‌های بی‌سیم محلی (WLAN) مانند Wi-Fi برای ارتباطات درون شبکه‌ای اشاره کرد.

پروتکل‌های ارتباطی: پروتکل‌های ارتباطی قوانین و چارچوبی را برای انتقال داده‌ها بین دستگاه‌های مختلف اینترنت اشیا تعریف می‌کنند. برخی از پروتکل‌های رایج در این حوزه عبارتند از Message Queuing Telemetry Transport (MQTT)، Constrained Application Protocol (CoAP) و Lightweight M2M (LwM2M).

کلود (Cloud) computing: پردازش ابری نقش مهمی در اینترنت اشیا ایفا می‌کند. با استفاده از کلود، می‌توان داده‌های حجیم جمع‌آوری شده توسط دستگاه‌های مختلف را ذخیره، پردازش و تحلیل کرد. همچنین، با استفاده از کلود می‌توان سرویس‌های مختلفی را بر بستر اینترنت اشیا ارائه داد.

امنیت سایبری: با توجه به حساسیت بالای داده‌های جمع‌آوری شده در اینترنت اشیا، امنیت سایبری از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. برای برقراری امنیت، اقداماتی مانند احراز هویت دستگاه‌ها، رمزنگاری داده‌ها و به‌روزرسانی نرم‌افزارها ضروری است.

مهندسی اینترنت اشیا

مهندسی اینترنت اشیا شاخه‌ای از مهندسی است که بر طراحی، توسعه، پیاده‌سازی و مدیریت سیستم‌های اینترنت اشیا تمرکز دارد. مهندسان اینترنت اشیا با دانش و مهارت‌های متنوعی از جمله:

• مهندسی برق برای طراحی و ساخت سخت‌افزار دستگاه‌های اینترنت اشیا
• مهندسی کامپیوتر برای توسعه نرم‌افزار و سیستم‌های عامل مورد نیاز دستگاه‌های اینترنت اشیا
• مهندسی شبکه برای طراحی و مدیریت زیرساخت شبکه‌های ارتباطی اینترنت اشیا
• مهندسی امنیت سایبری برای ایمن‌سازی سیستم‌های اینترنت اشیا در برابر حملات سایبری

آشنا هستند.

آینده اینترنت اشیا

اینترنت اشیا همچنان در حال تحول است و انتظار می‌رود در آینده‌ای نه چندان دور، شاهد توسعه و گسترش روزافزون آن باشیم. برخی از پیشرفت‌های قابل انتظار در این حوزه عبارتند از:

– گسترش شبکه‌های ارتباطی کم‌مصرف: با توسعه شبکه‌های کم‌مصرف مانند LoRaWAN و Sigfox، شاهد اتصال تعداد بیشتری از دستگاه‌ها به اینترنت اشیا خواهیم بود.

– هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین (Machine Learning): ادغام هوش مصنوعی و یادگیری ماشین با اینترنت اشیا، امکان تحلیل داده‌های پیچیده و ارائه راه‌حل‌های هوشمندانه‌تر را فراهم می‌کند.

– استانداردسازی: با تدوین استانداردهای جهانی برای اینترنت اشیا، شاهد افزایش قابلیت برقراری ارتباط و تعامل‌پذیری بین دستگاه‌های مختلف خواهیم بود.

– تمرکز بر امنیت و حریم خصوصی: با توجه به نگرانی‌های امنیتی و حفظ حریم خصوصی، شاهد توسعه راهکارهای نوآورانه برای ایمن‌سازی و حفظ حریم خصوصی داده‌های اینترنت اشیا خواهیم بود.

چالش‌های اینترنت اشیا

با وجود مزایای فراوان، اینترنت اشیا با چالش‌هایی نیز روبرو است. برخی از مهم‌ترین این چالش‌ها عبارتند از:

• امنیت: اشیاء متصل به اینترنت می‌توانند در معرض هک شدن قرار بگیرند. این امر می‌تواند منجر به سرقت اطلاعات یا حتی آسیب فیزیکی شود.
• حریم خصوصی: جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل داده‌های IoT می‌تواند نگرانی‌های مربوط به حریم خصوصی را ایجاد کند.
• پیچیدگی: پیاده‌سازی و مدیریت سیستم‌های IoT می‌تواند پیچیده باشد.
  استانداردها: فقدان استانداردهای جهانی برای IoT می‌تواند چالش‌هایی را برای تعامل‌پذیری دستگاه‌ها ایجاد کند.

نتیجه‌ گیری

اینترنت اشیا در حال تغییر دنیای ما است. این فناوری پتانسیل آن را دارد که زندگی ما را آسان‌تر، کارآمدتر و ایمن‌تر کند. با این حال، برای بهره‌مندی کامل از مزایای IoT، باید چالش‌های مربوط به امنیت، حریم خصوصی، پیچیدگی و استانداردها را نیز برطرف کنیم.