هوشمندی اشیاء با اینترنت اشیاء

شاید این روزها واژه IOT یا اینترنت اشیا زیاد به گوشتان خورده باشد اما معنا و یا کاربرد آن را ندانید.در این سالها اینترنت اشیاء یا اینترنت چیزها را مکررا شنیده اید. تکنولوژی به سرعت در ابعاد گوناگون از جمله اینترنت ماهواره ای ، اینترنت ۵G   و۶G ، رباتیک ، هوش مصنوعی ، بلاکچین در حال پیشرفت است و ناچاریم  اطلاعات لازم در مورد این تکنولوژی را بدست آوریم چرا که به بخواهیم چه نخواهیم در آینده ی نزدیک ، جزی از زندگی بشر خواهد شد. اگر از انسانی که در ۵۰ سال پیش از تکنولوژی های امروز صحبت میکردند آنها را بیشتر رویا و خیال میدانست ولی می بینیم که انسان امروز حتی در فضا در حال اکتشاف است.در این مقاله  می‌خواهیم شما را با مفهوم IoT، تاریخچه، کارکرد و مزایای آن بیشتر آشنا کنیم. پس با ما همراه باشید.

اینترنت اشیاء
اصطلاح اینترنت اشیا اولین بار توسط کوین اشتون در سال ۱۹۹۹ در شرکت پروکتر و گمبل ارائه شد و ایده آن، ایجاد پیوند میان فناوری جدید RFID و موضوع بسیار داغ اینترنت در زنجیره تأمین شرکت پروکتر و گمبل بود که مورد ‌توجه مدیران اجرایی قرار گرفت. بعدازآن، مرکز MIT Auto-ID چشم‌انداز اینترنت اشیا خود را در سال ۲۰۰۱ ارائه کرد و سپس اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU) در طی یک گزارش، این فناوری را در سال ۲۰۰۵ به‌صورت رسمی معرفی نمود. کِوین اَشتون (Kevin Ashton)، یکی از بنیان‌گذاران مرکز شناسایی خودکار (Auto-ID) در دانشگاه MIT ایالات متحده، به‌منظور آگاه‌کردن مدیران ارشد P&G از سامانه‌ بازشناسی با امواج رادیویی (RFID)، ارائه‌ی خود را «اینترنت اشیاء» نام نهاد. اشتون می‌خواست روند تازه‌ی فناوری را در آستانه‌ی قرن جدید در پیام خود به‌کار گیرد. این روندِ انقلابی چیزی نبود جز اینترنت. ازسوی دیگر، نیل گِرشِنفِلد، استاد دانشگاه MIT، در همین سال، کتابی با عنوان «وقتی‌ اشیاء شروع به اندیشیدن می‌کنند» منتشر کرد. گرشنفلد هرچند در کتاب خود، عبارت دقیق «اینترنت اشیاء» را به‌کار نبرد؛ تصویری روشن از مسیر آینده‌ی IoT ارائه کرد.
اینترنت اشیاء ا هم‌گرایی فناوری‌های بی‌سیم، سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (MEMS)، میکروسرویس‌ها و اینترنت تکامل یافته است. این هم‌گرایی به ازمیان‌رفتن شکاف‌ میان فناوری عملیاتی (OT) و فناوری اطلاعات (IT) کمک کرده و امکان تحلیل داده‌های بدون ساختار را که توسط ماشین تولید شده‌اند، برای دستیابی به بینش (Insight)مطلوب جهت بهبود و پیشرفتِ وضع موجود فراهم آورده‌ است.اشتون نخستین کسی بود که عبارت اینترنت اشیاء را بیان کرد؛ اما ایده‌ی دستگاه‌های متصل از دهه‌ی ۱۹۷۰، تحت عناوین«اینترنتِ جاسازی‌شده» (Embedded Internet) و رایانش فراگیر (Pervasive Computing) مطرح بوده است.
اینترنت اشیا یا به‌بیانی دقیق‌تر، «اینترنت چیزها» یعنی اتصال دستگاه‌های فیزیکی نظیر وسایل نقلیه، لوازم خانگی، گوشی‌های هوشمند و… به‌هم‌دیگر از طریق نرم‌افزارهای خاص، حسگرها و… است. در این فناوریِ به‌نسبت نوپا، تمامی دستگاه‌های متصل به یک شبکه، توانایی این را دارند که کارهایشان را به‌صورت خودکار انجام دهند؛ بر اساس تغییراتی که در محیط اطرافشان رخ‌ می‌دهد، یک سری پاسخ ویژه را به‌صورت کاملا خودکار از خود نشان دهند و همچنین می‌توانند داده‌های مختلف را بدون هرگونه دخالت انسان، با دیگر دستگاه‌های شبکه مبادله کنند.
اینترنت اشیا دیدگاهی نوین در صنعت فناوری اطلاعات است که تمامی مفاهیم فنی، اجتماعی و اقتصادی را شامل می¬ شود. در این دیدگاه محصولات، کالاهای مصرفی، خودروها و کامیون‌ها، تجهیزات صنعتی و صنایع (برق، تلفن و …)، حسگرها و دیگر مؤلفه‌ها؛ هر روزه توسط اتصالات اینترنتی و همچنین قابلیت‌های قدرتمند تحلیلی داده‌ها با یکدیگر ترکیب‌ شده‌اند تا نحوه کارکرد و زندگی ما را دگرگون کنند. پروژه‌ های انجام‌ شده در اینترنت اشیا بر اینترنت و اقتصاد، تاثیر بسیار چشمگیری داشته؛ به نحوی که پیش¬ بینی ¬ها نشان می¬دهد تا سال ۲۰۲۵ در حدود ۱۰۰ میلیارد شئ متصل به اینترنت اشیا خواهیم داشت که این اتصالات تأثیر بیش از ۱۱ تریلیون دلاری در اقتصاد جهان دارد.
مولفه های اینترنت اشیاء
قبل از تعریف اینترنت اشیا، بهتر است که مؤلفه‌های توانمندسازی این فناوری را فهرست کنیم. در یک تعریف ساده، اینترنت اشیا ممکن است به‌عنوان یک شبکه از عناصر فیزیکی که توسط موارد زیر فعال می‌گردد، در نظر گرفته شود:
حسگرها: جهت جمع‌ آوری اطلاعات
شناسه‌ها: برای شناسایی منبع داده (به‌عنوان‌مثال، حسگرها و دستگاه‌ها)
نرم‌افزار: جهت تجزیه‌ و تحلیل داده‌ها
اتصال به اینترنت: جهت برقراری ارتباط و اطلاع‌رسانی.
با در نظر گرفتن تمام عناصر ذکرشده در بالا، اینترنت اشیا، شبکه‌ای از اشیا با قابلیت شناسایی واضح عناصر است که به کمک هوش نرم‌افزاری و حسگرها، امکان اتصال از هر مکان به اینترنت را داشته و با استفاده از زیرساخت‌های مخابراتی اینترنت، چیزها یا اشیا را برای تبادل اطلاعات با تولیدکننده، اپراتور و یا سایر دستگاه‌های متصل، توانمند می‌سازد. این فناوری به اشیاب فیزیکی (برای ارائه اطلاعات خاص)، اجازه درک کردن و کنترل از راه دور از طریق اینترنت را می‌دهد و فرصت‌ هایی برای یکپارچه‌سازی بیشتر بین دنیای فیزیکی و سیستم‌های کامپیوتری به وجود آورده که موجب بهبود کارایی، دقت و سود اقتصادی می‌شود. در اینترنت اشیا هر شی با استفاده از سیستم محاسباتیِ طراحی‌شده، به‌طور منحصربه‌فرد شناسایی می‌شود و می‌تواند با زیرساخت‌های موجود در اینترنت همکاری کند.
اتحادیه بین‌المللی مخابرات، یکی از مراجع جهانی در حوزه ارتباطات، اقدام به طراحی معماری اینترنت اشیا کرده است. این معماری دارای ۴ لایه کاربرد، پشتیبانی، شبکه و دستگاه است که به کمک قابلیت‌های مدیریتی و امنیتی، کاربردهای اینترنت اشیا نظیر شهر هوشمند، حمل‌ونقل هوشمند، ساختمان هوشمند، انرژی هوشمند، صنعت هوشمند، سلامت هوشمند و زندگی هوشمند را تحقق می‏ بخشد.

۱- لایه دستگاه: قابلیت‌های لایه دستگاه را به‌ طور منطقی می‌توان به قابلیت تعامل با شبکه ارتباطی، به خواب رفتن و فعال شدن، جمع‏ آوری اطلاعات و ارتباط با دروازه؛ دسته ‏بندی کرد.
۲- لایه شبکه: این لایه از دو نوع قابلیت تشکیل می‌شود:
قابلیت‌های شبکه: این نوع از قابلیت‌ها، توابع کنترل مربوط به ارتباطات شبکه‌ای را فراهم می‌آورد. نمونه‌هایی از این توابع عبارت است از: توابع دسترسی و کنترل منابع انتقال، مدیریت تحرک، احراز هویت، کنترل دسترسی و حسابرسی.
قابلیت‌های انتقال: تمرکز این قابلیت‌ها روی برقراری ارتباط به‌منظور انتقال داده‌های خاص کاربردها و سرویس‌های اینترنت اشیا و همچنین اطلاعات کنترلی و مدیریتی مرتبط با اینترنت اشیا است.
۳- لایه پشتیبانی کاربرد و سرویس: لایه پشتیبانی کاربرد و سرویس از دو دسته قابلیت زیر تشکیل می‌شود:
قابلیت‌های پشتیبانی عمومی: این قابلیت‌ها، قابلیت‌های مشترکی هستند که می‌توانند توسط کاربردهای مختلف اینترنت اشیا استفاده شوند (به‌طور مثال پردازش داده یا ذخیره داده). این قابلیت‌ها می‌توانند توسط قابلیت‌های خاص استفاده شوند تا قابلیت‌های دیگری را ایجاد کنند.
قابلیت‌های پشتیبانی خاص: این قابلیت‌ها، قابلیت‌های خاصی هستند که نیازمندی‌های کاربردهای متنوع را برطرف می‌کنند. در واقع، این دسته می‌تواند شامل گروه‌های مختلف قابلیت‌ها باشد تا توابع پشتیبان را برای کاربردهای مختلف اینترنت اشیا فراهم آورند.
۴- لایه کاربرد: لایه کاربرد شامل کاربردهای اینترنت اشیا می‌شود. این کاربردها با رابط‌ های باز امکان ارائه سرویس‌های اینترنت اشیا را فراهم می‌کنند.

معماری 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 اشیا نیاز به یک معماری باز برای به حداکثر رساندن قابلیت همکاری بین سیستم ‏های 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 اشیا، 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 ۱۲۸ 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. همچنین۶LoWPAN (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، ۶LoWPAN قابلیت همکاری با دیگر دستگاه های بی سیم ۸۰۲٫۱۵٫۴ 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.

پروتکل ها و استانداردهای اینترنت اشیا

ما می توانیم پروتکل اینترنت اشیا را به دو دسته کلی تقسیم کنیم: پروتکل های شبکه IoT و پروتکل های داده IoT. گزینه های متنوعی برای چگونگی اتصال اشیا به اینترنت وجود دارد. در این بخش پروتکل های مهم IoT که توسعه دهندگان به شما پیشنهاد می کنند را توضیح خواهیم داد.

پروتکل های ارتباطی اینترنت اشیا (IoT )
پروتکل های شبکه ای که ما برای IoT استفاده می کنیم باید به صورت open-Source باشند زیرا شبکه IoT ما باید دستگاه های تولیدکنندگان مختلف را پشتیبانی کند. پروتکل های اختصاصی، پیچیدگی شبکه را افزایش می دهند زیرا شما به دستگاههایی نیاز دارید که بتوانند بین پروتکل های مختلف به عنوان مترجم عمل کنند.پروتکل های شبکه مختلفی وجود دارد که می توانیم از آنها در IoT استفاده کنیم. در اینجا چندین پروتکل شبکه محبوب اینترنت اشیا را به صورت مختصر بیان می کنیم

بلوتوث
یکی از پرکاربردترین فناوریهای بی سیم برد کوتاه بلوتوث است. با استفاده از آن شما می توانید به سرعت برنامه های بلوتوثی که برای متصل شدن به وسایل هوشمند و فناوری پوشیدنی به شما کمک کنند را ارائه دهید. پروتکل بلوتوثی که اخیراً معرفی شده و در بین پروتکل های IoT جایگاه خاصی دارد، پروتکل BLE یا Bluetooth Low-Energy است. این پروتکل جدید طیف وسیعی از کاربردهای بلوتوث معمولی را در وسایل همراه با برتری مصرف انرژی پایین تر پشتیبانی می کند.

وای فای
برای یکپارچه سازی IoT ، طبق نظر بسیاری از طراحان الکترونیکی ، WiFi یک انتخاب مطلوب است. این انتخاب به دلیل زیرساخت های آماده و کارآمد این پروتکل است. انتقال سریع داده به همراه توانایی کنترل تعداد زیادی از داده ها از مزایای این پروتکل است. WiFi استاندارد ۸۰۲٫۱۱ امکان انتقال صدها مگابایت تنها در یک ثانیه را به شما ارائه می دهد. تنها اشکال این پروتکل IoT این است که می تواند برای برخی از برنامه های IoT انرژی بیش از حدی مصرف کند. دامنه پوشش آن تقریباً ۵۰ متر است.

زیگبی
در بین پروتکل های اینترنت اشیا ، ZigBee بیشتر برای کاربردهای صنعتی و کمتر برای مصرف کنندگان نهایی طراحی شده است. معمولاً با فرکانس ۲٫۴ گیگاهرتز کار می کند. این فرکانس ایده آل برای مکان های صنعتی است که داده ها معمولاً با نرخ های اندک در خانه یا ساختمان منتقل می شوند.

 شبکه های سلولی موبایل
هزینه ارسال مقدار زیادی داده در این شبکه ها نیز بسیار بالا خواهد بود. شبکه های سلولی عادی نه تنها نیاز به هزینه بالایی دارد بلکه نیاز به انرژی زیادی نیز دارد. شبکه های سلولی موبایل اینترنت اشیا برای پروژه های مبتنی بر حسگر با پهنای باند کم شگفت انگیز است. این امر به این دلیل است که آنها می توانند مقدار بسیار ناچیزی از داده یا اطلاعات را در اینترنت ارسال کنند.

LoRaWAN
پروتکل LoRaWAN یا Long Ranged Wide Area Network یکی از پروتکل های IoT برای شبکه های گسترده است. پروتکل شبکه LoRaWAN  به طور خاص برای پشتیبانی از شبکه های گسترده و اتصال میلیون ها دستگاه کم مصرف طراحی شده است. شهرهای هوشمند از این نوع پروتکل استفاده می کنند.

RFID
تکنیک شناسایی با فرکانس رادیویی یا RFID ، به صورت بی سیم (وایرلس) از میدانهای الکترومغناطیسی برای شناسایی اشیا استفاده می کند . شناسه فرکانس رادیویی کوتاه برد حدود ۱۰ سانتی متر است. اما فرکانس رادیویی با برد طولانی می تواند تا ۲۰۰ میلی متر افزایش یابد. بهترین بخش پروتکل اتصال اینترنت اشیا RFID این است که به هیچ انرژی احتیاج ندارد.

Z-Wave
پروتکلZ-Wave  امکان ارتباط با فرکانس رادیویی را در اختیار شما قرار می دهد. معمولاً از این پروتکل در کاربرد های اتوماسیون خانگی مانند سنسورها ، کنترل کننده لامپ و … استفاده می شود . این فناوری علاوه بر تأخیر کم، دارای ویژگی های بیشتری نسبت به فن آوری های بی سیم (مانند WiFi) می باشد. این برتری با کمک عملکرد در باند فرکانسی زیر ۱ گیگاهرتز به دست می آید.

Sigfox
پروتکل Sigfox به عنوان یکی از بهترین فن آوری های جایگزین شناخته شده است که ویژگی های تلفن همراه و WiFi را در خود جای داده است. از آنجا که پروتکلSigfox  برای برنامه های M2M طراحی و ساخته شده است، فقط می تواند داده های حجم پایین را ارسال کند. پروتکل Sigfox می تواند سرعت ۱۰ تا ۱۰۰۰ بیت در ثانیه را برای انتقال داده های کم پشتیبانی کند. این دستگاه تنها ۵۰ میکرووات برق مصرف می کند. در محیط های غیرشهری ، پروتکل Sigfox  محدوده ای از ۳۰ تا ۵۰ کیلومتر را در بر می گیرد. در مناطق شهری دامنه پوشش این پروتکل ۳-۱۰ کیلومتر است.

 NB-IoT
NarrowBand IoT یک شبکه گسترده کم انرژی (LPWAN) و دارای استاندارد فناوری رادیویی است که طیف وسیعی از دستگاه‌ها و خدمات را با استفاده از باندهای مخابراتی تلفن همراه فعال‌سازی می‌کند. NB-IoT یک فناوری باند باریک رادیویی است که برای اینترنت اشیا طراحی شده و یکی از طیف‌های فناوری اینترنت اشیای موبایل (MIOT) است که توسط پروژه مشارکتی نسل سوم (۳GPP) استانداردسازی شده است.
تمرکز NB-IoT به‌طور خاص روی پوشش داخلی، هزینه کم، عمر باتری طولانی و تعداد زیادی از دستگاه‌های متصل شده است. فناوری NB-IOT به‌صورت “In-Band” در طیف مربوط به توسعه طولانی مدت گسترش یافته است.
فناوری NB-IOT کارایی شبکه را بسیار بهبود می‌بخشد و ظرفیت پشتیبانی از تعداد بسیار زیادی از اتصالات جدید را تنها با استفاده از بخشی از طیف موجود افزایش می‌دهد. این کار به نوبه‌ی خود باعث صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌شود و عمر باتری را تا ۱۰ سال افزایش می‌دهد. به‌علاوه NB-IoT به‌صورت عمیق به زیر زمین و در فضاهای بسته که در پوشش ۲۰ dB قرار دارند، نفوذ می‌کند.

پروتکل های داده ای اینترنت اشیا (IoT )

ما باید داده ها را بین دستگاه های خود و سیستم های دیگر مانند پلت فرم IoT انتقال دهیم. برخی از دستگاه ها دارای سنسورهایی هستند که داده ها را با فاصله زمانی منظم فشار می دهند. سنسورهای دیگر با یک مدل کشش در جایی که شما باید اطلاعات را درخواست کنید کار می کنند. چندین پروتکل داده وجود دارد که می توانیم در IoT استفاده کنیم. چهار پروتکل محبوب این دسته عبارتند از :

MQTT
این پروتکل بیشتر برای نظارت از راه دور در IoT استفاده می شود. وظیفه اصلی که MQTT انجام می دهد، گرفتن اطلاعات از بسیاری از دستگاه های الکترونیکی و انتقال آنها به لایه ارتباطات یا زیرساخت های فناوری اطلاعات است. این پروتکل برپایه TCP برای تهیه داده های قابل اعتماد و در عین حال ساده کار می کند. پروتکل MQTT از سه مؤلفه اصلی یا مکانیسم ساخته شده است: مشترک ، ناشر و کارگزار. کار ناشر تولید داده و انتقال اطلاعات به مشترک با کمک واسطه است. این پروتکل برای کلیه دستگاههایی که مبتنی بر IoT هستند یک گزینه ارجح است و این قابلیت ها همچنین می توانند عملکردهای مسیریابی اطلاعات کافی را به دستگاههای ارزان قیمت و کم مصرف و کم حافظه ارائه دهند.

CoAP
پروتکل CoAP یا Constrained Application ، یک پروتکل بهره‌وری و ابزاری اینترنت است و عمدتاً برای ابزارهای هوشمند محدود استفاده می شود. سیستم های IoT مبتنی بر پروتکل های HTTP می توانند به طرز چشمگیری با پروتکل های CoAP IoT Network تطابق یابند. این پروتکل از UDP برای پیاده سازی داده های سبک و دقیقاً مانند HTTP ، از معماری restful استفاده می کند. همچنین در داخل موبایل و سایر شبکه های اجتماعی که برنامه های اساسی هستند، استفاده می شود.

DDS
در بین پروتکل های اینترنت اشیا ، پروتکل پیام رسانیDDS یا خدمات توزیع داده ها استانداردی برای ارتباطات ماشین با دستگاه با کارایی بالا ، قابل ارتقاء و در زمان واقعی است. با کمک DDS می توانید داده ها را هم دربین دستگاه های کم حافظه و هم با سیستم عامل های Cloud انتقال دهید. پروتکل DDS شامل دو لایه مهم است: DCPS و DLRL. لایه DCPS یا Data-Centric Publish-Subscribing با ارائه اطلاعات به مشترکین کار می کند. لایه DLRL یا Data-Local Reconstruction Layer کار خود را با ارائه یک رابط کاربری برای لایه Data-Centric Public-Subscription انجام می دهد.

AMQP
پروتکل Queaching Advanced یا AMQP یک پروتکل لایه کاربرد است. این پروتکل اساساً پیام محور است و برای محیط های میان افزاری طراحی شده است. پروتکل پیام رسانی AMQP  به عنوان یک استاندارد بین المللی تأیید شده است. زنجیره پردازش پروتکل AMQP  از ۳ مؤلفه تشکیل شده است و آنها عبارتند از Exchange ، Message Queue و Binding.
قسمت Exchange با دریافت پیام و قرار دادن آنها در صف کار می کند. کار Message Queue ذخیره پیام است و اطلاعات را تا زمانی که پیام ها با اطمینان توسط برنامه مشتری تنظیم نشوند ، ذخیره می کند. کار ، مؤلفه Binding ، بیان ارتباط بین مؤلفه Exchange و کامپوننت Message Queue است.

 اینترنت اشیاء چگونه کار می‌کند؟
اکوسیستم IoT مجموعه‌ای از دستگاه‌های هوشمندِ مبتنی‌بر وب است که با بهره‌گیری از پردازنده‌های جاسازی‌شده، سنسورها و سخت‌افزار ارتباطی، به گردآوری، ارسال و اقدام روی داده‌های دریافت‌شده از محیط‌ می‌پردازد. داده‌های گردآوری‌شده توسط حسگرها از طریق اتصال به یک درگاه IoT یا دستگاه لبه (Edge Device) برای تحلیل به فضای ابری ارسال شده یا اینکه به‌صورت محلی تحلیل می‌شوند. گاهی اوقات، این دستگاه‌ها با سایر دستگاه‌های مرتبط، ارتباط برقرار کرده و برپایه‌ی اطلاعاتی که از یکدیگر می‌گیرند، عمل می‌کنند. این دستگاه‌ها بیشترِ کارها را بدون دخالت انسان انجام می‌دهند. البته افراد می‌توانند با دستگاه‌ها تعامل داشته باشند؛ برای نمونه، می‌توانند آنها را تنظیم کنند؛ به آنها دستورالعمل بدهند یا به داده‌ها دسترسی پیدا کنند.
باید توجه داشت که پروتکل‌های اتصال، شبکه و ارتباطات که با این دستگاه‌های مبتنی‌بر وب به‌کار می‌روند، عمدتاً به اپلیکیشن‌های خاص IoT، بستگی دارند.
اینترنت اشیاء چه مزایایی دارد؟
اینترنت اشیاء مزایای زیادی را برای سازمان‌ها و کسب‌وکارها به‌همراه دارد.به‌کمکِ IoT،سازمان‌ها می‌توانند:

• بر فرایندهای کلی کسب‌وکار خود نظارت کنند
• تجربه‌ی مشتری را بهبود بخشند
• در وقت و پول صرفه‌جویی کنند
• بهره‌وری کارکنان را افزایش دهند
• مدل‌های کسب‌وکار را ادغام و هماهنگ کنند؛
• تصمیم‌های کسب‌وکاری بهتری اتخاذ کنند؛ و درنهایت
• درآمد بیشتری کسب کنند.

اینترنت اشیاء، شرکت‌ها را تشویق می‌کند تا رویکرد‌های خود را نسبت به کسب‌وکار، صنعت و بازارشان بازنگری کنند و با بهره‌مندی از ابزارهایی مؤثر، راهبردهای کسب‌وکارشان را بهبود بخشند.

کاربردهای اینترنت اشیا (IoT)
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:

• کنترل دستگاه های هوشمند
• کنترل و امنیت خانه
• سیستم های تعمیر و نگهداری هوشمند
• سیستم های گرمایشی و سرمایشی و تهویه هوشمند
• کنترل و نظارت بر مصرف انرژی (آب، برق، گاز)

چالش‌ها اینترنت اشیاء

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.

امنیت اینترنت اشیا (IoT)
این فناوری نوپا با توجه به گسترش کاربری آن، دارای آسیب‌پذیری‌ها و چالش‌هایی در ارتباط با امنیت است، به‌طوری‌که می‌توان از امنیت، تحت عنوان «پاشنه آشیل اینترنت اشیا» یاد کرد. این آسیب‌پذیری‌ها باعث ایجاد نگرانی‌های جدی از توسعه این فناوری شده است. نگرانی‌های مربوط به امنیت اینترنت اشیا و آسیب‌پذیری‌های آن شامل این موارد است:
-افزایش کاربردها و خدمات مبتنی بر اینترنت اشیا در صنایع مختلف.
-فراهم آوردن امنیت و حریم خصوصی، دسترسی راحت و گسترده به اینترنت معضلات امنیتی فضای سایبری را گریبانگیر این فناوری کرده است.
-افزایش انگیزه‌ها برای انجام فعالیت‌های مخرب امنیتی در حوزه اینترنت اشیا.
-نقش کارکردی و انکارناپذیر آسیب‌پذیری‌های امنیتی در بروز و ظهور فعالیت‌های مخرب در حوزه اینترنت اشیا.
-توسعه تکنیک‌ها و مفاهیم برای بهینه‌سازی امنیت و کاهش آسیب‌پذیری‌ها.
-تعریف قوانین جدید در زمینه گسترش کاربری و توسعه کسب‌و‌کار‌ها با ممانعت از ایجاد آسیب‌پذیری‌ها و حفظ حریم خصوصی.
با توجه به موارد فوق و همچنین محدود بودن منابع مالی و انسانی، هزینه و زمانی که باید برای جبران خسارت ناشی از حفره‌های امنیتی موجود در فناوری اینترنت اشیا صرف کرد و حتی صدمات جانی‌ای که ممکن است عدم توجه و شناخت موضوعات امنیتی در این حوزه به بار آورد، ضرورت شناسایی و پرداختن به مسائل و چالش‌های امنیتی آن احساس می‌شود.

چالش‌های امنیتی اینترنت اشیا
فناوری‌های متعدد: اینترنت اشیا فناوری‌های متعددی مانند RFID، شبکه‌های حسگر بی‌سیم، رایانش ابری و مجازی‌سازی را ترکیب می‌کند که هر یک از این فناوری‌ها آسیب‌پذیری‌های خاص خود را دارند. مشکل الگوی اینترنت اشیا این است که فرد باید زنجیره‌ای از تمام این فناوری‌ها را امن سازد زیرا امنیت یک برنامه اینترنت اشیا بر اساس ضعیف‌ترین نقطه که معمولاً به‌عنوان پاشنه آشیل (نقطه‌ضعف) آن اشاره می‌شود، قضاوت خواهد شد.
کاربردهای متعدد: الگوی اینترنت اشیا کاربردهای متعددی (همچنین عرصه¬ها نامیده می‌شود) خواهد داشت که شامل سلامت الکترونیکی، وسایل خانگی هوشمند، صنایع، شهرهای هوشمند و غیره می‌شود که الزامات امنیتی هر کاربرد کاملاً متفاوت از کاربردهای دیگر است.
مقیاس‌پذیری: طبق نظر سیسکو، ۲۶٫۳ میلیارد دستگاه تا سال ۲۰۲۰ به اینترنت وصل خواهند شد. هنگامی‌که نوبت به توسعه مکانیسم‌های دفاعی کارآمد می‌رسد، این تعداد زیاد باعث می‌شود که مقیاس‌پذیری به یک مسئله مهم تبدیل شود و هیچ‌یک از چارچوب‌های دفاعی متمرکزی که پیش‌تر پیشنهاد شده¬اند دیگر نمی‌توانند با الگوی اینترنت اشیا کار کنند و تمرکز آن‌ها باید به یافتن مکانیسم‌های امنیتی دفاعی غیرمتمرکز عملی، تغییر یابد.
کلان داده‌ها: نه‌تنها تعداد اشیا هوشمند رشد خواهد داشت، بلکه داده‌های تولیدشده توسط هر شی نیز کلان است زیرا انتظار می‌رود هر شی هوشمند توسط حسگرهای متعددی تأمین شود که هر حسگرِ آن، جریان‌های عظیمی از داده‌ها را در طول زمان تولید می‌کند و این امر باعث می‌شود ارائه مکانیسم‌های دفاعی کارآمدی که می‌توانند این جریان‌های کلان داده را تأمین کنند، الزامی گردند.
دسترس‌پذیری: دسترس‌پذیری، به مشخصات سیستم یا زیرسیستمی اشاره دارد که به‌طور مداوم برای مدت‌زمان طولانی قابل‌استفاده است که این امر معمولاً نسبت به «۱۰۰٪ قابل‌استفاده» یا «فاقد نقطۀ ضعف» سنجیده می‌شود. یک استاندارد بسیار گسترده اما دشوارِ دسترس‌پذیری سیستم یا محصول، تحت عنوان دسترس‌پذیری «پنج ۹» (۹۹٫۹۹۹٪ اوقات در طی یک سال مشخص در دسترس بوده) شناخته می‌شود.

 محدودیت‌های منبع: اکثر دستگاه‌های نهایی اینترنت اشیا قابلیت‌های منبع محدودی مانند CPU، حافظه، ذخیره‌سازی، باتری و دامنۀ انتقال دارند که این امر باعث می‌شود دستگاه‌ها در معرض حملات عدم پذیرش سرویس (DoS) قرار گیرند و مهاجم به‌راحتی می‌تواند قابلیت‌های منبع محدود دستگاه‌ها را از پای درآورده و موجب اختلال سرویس شود.
مکان‌های دورافتاده: در بسیاری کاربردهای اینترنت اشیا (به‌عنوان‌مثال، شبکه‌های هوشمند، خطوط آهن، حاشیۀ جاده‌ها)، دستگاه‌های اینترنت اشیا – معمولاً حسگرها- در مکان‌های عاری از انسان نصب می‌شوند که دسترسی به آن‌ها دشوار است و مهاجمان می‌توانند بدون دیده شدن این دستگاه‌ها را مختل کنند.
 پویایی: انتظار می‌رود اشیا هوشمند اغلب مکان خود را در الگوی اینترنت اشیا تغییر دهند. این امر باعث می‌شود حین توسعۀ مکانیسم‌های دفاعی کارآمد در این محیط‌های پویا، مشکلات اضافی به وجود آیند.
 سرویس حساس به تأخیر: انتظار می‌رود اکثر برنامه‌های اینترنت اشیا نسبت به تأخیر حساس بوده و درنتیجه، فرد باید از اجزای مختلف اینترنت اشیا در برابر هر حمله‌ای که ممکن است زمان سرویس را افزایش داده یا موجب قطعی سرویس شود، محافظت کند.

حریم خصوصی
مسئله حریم خصوصی در بین ابعاد امنیتی اینترنت اشیا دارای اهمیت فراوانی است، چرا که عدم حفظ حریم خصوصی موجب عدم پذیرش سیستم و سرویس‌های اینترنت اشیا توسط مردم و سازمان‌های مختلف می‌شود که در نتیجه هدف نهایی از میان می¬رود. مقوله حریم خصوصی در اینترنت اشیا بسیار حیاتی¬تر است. برخلاف اینترنت معمولی، حجم اطلاعات اندازه¬ گیری شده در اینترنت اشیا (از افراد یا توسط افراد) بسیار بیشتر است و بنابراین خطر افشای اطلاعات شخصی افراد به مراتب بیشتر خواهد بود.
به‌طور کلی نیازمندی¬های حریم خصوصی در اینترنت اشیا را می‌توان به این صورت دسته¬ بندی کرد:
-حفاظت از اطلاعات شخصی (اطلاعات اکتسابی و ذاتی) و جلوگیری از نشت آن‌ها.
-تنظیم رضایت¬نامه برای استفاده از اطلاعات شخصی افراد (صدور مجوز حریم خصوصی: چون‌که شخص باید روی نحوه افشای اطلاعات خود کنترل کامل داشته باشد).
-اطمینان از پاک شدن اطلاعات خصوصی افراد پس از استفاده (فراموشی دیجیتالی).
-حفظ حریم خصوصی و گمنامی (اجازه استفاده از نام مستعار در شرایط خاص) برای مجموعه‌های ناهمگون از دستگاه‌ها (که توسط مدیریت هویت دیجیتال مهیا می‌شود).
-ارائه سیاست¬ها و چارچوب لازم برای حفظ حریم خصوصی و ثبت قوانین مربوط به آن
-بررسی شرایط استفاده از Bridge (در صورت نیاز برای حفظ حریم خصوصی).
-سازگاری حریم خصوصی سیستم¬های مختلف.
-حفظ حریم خصوصی هنگام جستجو یا کشف سرویس¬ها و دستگاه‌های اینترنت اشیا.
-بررسی اثر استفاده از هویت یکتا در سطح جهانی در حریم خصوصی و راهکارهای مقابله با خطرات احتمالی آن (استفاده از مشتقات هویت¬ها).
– اطمینان از عدم افشای مالکیت داده، دستگاه و اشیا برای افراد غیرمجاز.
– تنها شخص مجاز برای خواندن تگ¬های مرتبط با حریم خصوصی، مالک آن باشد.
-عدم امکان ردیابی فعالیت¬های یک شئ توسط شئ دیگر.
-اطلاعات انتقال مرتبط با حریم خصوصی، تنها باید برای طرفین ارتباط قابل فهم باشد.
-ایجاد پروتکل¬ها و الگوریتم¬های مخفی¬کننده اطلاعات خصوصی افراد، مثل چهره یا مکان (به‌طوری¬که تنها اشخاص مجاز قابلیت باز کردن آن را داشته باشند).
-پیشنهاد پروتکل برای توافق روی سطح حریم خصوصی لازم برای اطلاعات منتشر شده.

اینترنت اشیاء در ایران
ایرانسل در تیرماه ۹۶  گزارشی از دستاوردهای خود در حوزه‌ی اینترنت اشیاء ارائه کرد.  شرکت ایرانسل هم‌زمان با رونمایی از پروژه‌های فاز سوم شبکه‌ی ملی با حضور وزیر ارتباطات و فناوری اطلاعات، از اولین شبکه‌ی گسترده‌ی باند باریک (NB-IoT) به‌صورت تجاری بهره‌برداری و گزارشی از پیشرفت پروژه‌هایش در حوزه‌ی اینترنت اشیاء طی یک سال گذشته ارائه کرد. ایرانسل فعالیت خود در پروژه‌ی کنتورخوانی هوشمند برق را از شهریورماه سال ۹۵ آغاز کرد و به دنبال آن اولین سایت آزمایش NB-IoT را در آبان‌ماه همان سال راه‌اندازی کرد.با توجه به اهمیت زیرساخت در اجرایی کردن اینترنت اشیاء، ایرانسل زیرساخت ابری اینترنت اشیاء را راه‌اندازی کرد و سرانجام در اسفندماه ۹۵ اولین قرارداد شهر هوشمند با سازمان منطقه‌ی آزاد انزلی بسته شد.
کنتورخوانی هوشمند از دیگر پروژه‌های ایرانسل در حوزه‌ی اینترنت اشیاء بود. این پروژه در فروردین سال جاری با امضای تفاهم‌نامه با تولیدکنندگان داخلی کنتور کلید خورد و در تیرماه ۹۶ با بهره‌برداری از اولین شبکه‌ی گسترده‌ی NB-IoT راه‌اندازی شد. جدیدترین پروژه‌ی این شرکت در حوزه‌ی IoT، راه‌اندازی سامانه‌ی مدیریت هوشمند حمل و نقل ایرانسل است.
اهم دستاوردهای ایرانسل در حوزه‌ی اینترنت اشیاء

•  میزبانی از یک میلیون و ۱۰۰ هزار اتصال M2M در شبکه‌ی ایرانسل
• ارائه‌ی سرویس بستر امن همراه برای بیش از ۵۰۰ هزار اتصال دستگاه به دستگاه
• امضای تفاهم‌نامه با شرکت ملی گاز برای اجرای پایلوت کنتورخوانی ۵ هزار اتصال دستگاه به دستگاه
• همکاری نزدیک با شرکت‌های داخلی فعال در حوزه‌ی اینترنت اشیا‌ء
• فراهم‌سازی بستر ارتباطی قرائت از راه دور بیش از ۱۳۰ هزار کنتور برق

ارزش تریلیون دلاری بازار اینترنت اشیاء
مطابق پیش‌بینی آی ‌دی ‌سی ، اینترنت اشیاء در آینده‌ای نزدیک، تریلیون دلاری خواهد شد و سهم بخش سخت‌افزار از این بازار به حدود ۴۰۰ میلیارد دلار می‌رسد. این موسسه تحلیلی همچنین در گزارش خود با اشاره به تسلط نسبی بخش سخت‌افزار در هزینه‌های کلی دستگاه‌های اینترنت اشیاء  در حال حاضر، خاطرنشان کرده که این روند در درازمدت ادامه نمی‌یابد و ورق به نفع بخش خدمات و نرم‌افزارهای عمومی برخواهد گشت. انتظار می‌رود که خدمات و محصولاتی که مستقیم با کاربر سر و کار دارند، بیشترین سهم از رشد فزاینده‌ اینترنت اشیاء را به خود اختصاص دهند. علاوه بر این، پیش‌بینی می‌شود که در آینده‌ای نزدیک بخش‌های بیمه، خرده‌فروشی و خدمات درمانی دست به سرمایه‌گذاری‌های هنگفتی در اینترنت اشیا بزنند.
از آنجا که اینترنت اشیاء گستره‌ای وسیع از راهکارها را در بر می‌گیرد، انتظار می‌رود که صنایع مختلف برای سرمایه‌گذاری در این بخش رویکردی هم‌افزایانه و هماهنگ را اتخاذ کنند و احتمالا بخش ساخت و تولید هم پیشگام این تلاش‌ها خواهد بود. بسیاری از بخش‌هایی که از قابلیت تبدیل شدن به موتورهای رشد اینترنت اشیاء ‌برخوردارند، هنوز مراحل آغازین رشد خود را سپری می‌کنند که از جمله آن‌ها می‌توان به وسایل نقلیه خودران اشاره کرد. راهکارهای مدیریت هوشمند ساختمان نیز ممکن است سهمی قابل توجه از رشد ارزش بازار اینترنت اشیاء را به خود اختصاص دهد. برخی از غول‌های بزرگ دنیای فناوری مانند سامسونگ هم در حال حاضر منابع قابل توجهی را برای توسعه خدمات مرتبط با مدیریت هوشمند در نظر گرفته‌اند. آی‌دی‌سی نتیجه گرفته اثراتی که این صنایع روی اینترنت اشیاء می‌گذارند، طی دو تا سه سال آینده برای کاربران نهایی ملموس‌تر خواهد شد.
آی‌دی‌سی همچنین در این گزارش ضمن اذعان به آینده روشن اینترنت اشیاء، تصریح کرده که به دلیل گسترش همه‌جانبه این فناوری و باز شدن پای آن به تمامی محصولات، دنبال کردن ردپای آن به طور مستقل تبدیل به کاری دشوار و پیچیده شده است. چرا که امروزه همه چیز از خودروهای متصل گرفته تا اسپیکرهای هوشمند و حتی یخچال‌هایی که قادرند با گوشی‌های هوشمند، گجت‌های پوشیدنی و سیستم‌های روشنایی ارتباط برقرار کنند، در یک دسته‌بندی گنجانده می‌شوند. بایستی همگام با حرکت تدریجی جهان به سمت آینده‌ای تماما متصل، ناظران صنعت، دسته‌بندی‌های دقیق‌تری را تعریف کنند و به‌جای مطالعات اینترنت اشیاء، تدوین گزارش‌های اقتصادی بین‌المللی را در دستور کار خود قرار دهند.همچنین آخرین پیش‌بینی‌ها که با گزارش کنونی آی‌دی‌سی مصادف شده، حاکی از آن است که تعداد تراشه‌های اینترنت اشیاء در آینده‌ای نه چندان دور به هزاران میلیارد خواهد رسید.

منبع