اینترنت اشیا چیست؟ IoT و جهان هوشمند

زمان مطالعه: 9 دقیقه

اینترنت اشیا (IoT)، از جالب‌ترین و تأثیرگذارترین مفاهیم دنیای فناوری است که این روزها همه دنیای ارتباطات و اطلاعات را فراگرفته است. محیط زیست هوشمند، کشاورزی هوشمند، دامپروری هوشمند، ساختمان هوشمند، حمل و نقل هوشمند، سلامت هوشمند، ماشین‌های هوشمند و به طور کلی هر چیزی که در اطراف ما وجود دارد می‌تواند به وسیله اینترنت اشیا به یک دستگاه هوشمند تبدیل شود. در واقع اینترنت اشیا یا IoT عاملی برای محبوبیت تکنولوژی است. اگر شما هم می‌خواهید بدانید اینترنت اشیا چیست و چه کاربردی دارد، تا پایان این مطلب همراه ما بمانید.

اینترنت اشیا یا IoT چیست؟

اینترنت اشیا (Internet of Things)، به میلیاردها دستگاه فیزیکی در سراسر جهان گفته می‌شود که در حال حاضر به اینترنت متصل هستند. همه این دستگاه‌ها می‌توانند اطلاعات را جمع‌آوری کرده و به اشتراک بگذارند. با توجه به فراگیر شدن استفاده از تراشه‌های رایانه‌ای و شبکه‌های بی سیم، می‌توانید هر چیزی را (به کوچکی یک قرص تا بزرگی یک هواپیما)، به بخشی از انواع اینترنت اشیا تبدیل کنید. اتصال اشیاء مختلف و افزودن سنسور به آن‌ها، سطحی از هوش دیجیتالی را برای دستگاه‌ها فراهم می‌کند به آن‌‌ها امکان برقراری ارتباط بدون دخالت انسان را می‌دهد. اینترنت اشیا با هوشمندانه کردن فضا، جهان دیجیتالی و فیزیکی را با هم ادغام می‌کند. تقریبا هر شی فیزیکی را در صورتی که بتوانید به اینترنت متصل کنید تا اطلاعات را کنترل کند و یا ارتباط برقرار کند، می‌تواند به وسیله‌ای برای اینترنت اشیا تبدیل شود.

اینترنت اشیا صنعتی (IIoT) چیست؟

به کاربرد اینترنت اشیا در صنعت، اینترنت اشیا صنعتی، انقلاب صنعتی چهارم یا Industry 4.0 گفته می‌شود. اینترنت اشیا صنعتی با فراهم کردن امکان دسترسی به مقادیر بسیار بیشتری از داده‌ها (نسبت به گذشته)، امکان پردازش آنها را با سرعت بالاتر و بهره‌وری بیشتر فراهم می‌کند. هدف از به کارگیری این سیستم، استفاده از ترکیبی از سنسورها، شبکه‌های بی سیم، داده‌های بزرگ، هوش مصنوعی و آنالیزی برای اندازه‌گیری و بهینه سازی فرایندهای صنعتی است.

مثال‌هایی از اینترنت اشیا

اکنون به ارائه چند مثال واقعی و ملموس از کاربردهای اینترنت اشیا (IoT) در زندگی روزمره و صنایع مختلف می‌پردازیم.

• مثال1: خانه‌های هوشمند

 

• ترموستات هوشمند: تنظیم خودکار دمای خانه
• لامپ‌های هوشمند: کنترل تغییر رنگ و شدت نور
• قفل‌های هوشمند: کنترل ورود و خروج افراد با گوشی

 

• مثال2: شهرهای هوشمند

در شهرهای هوشمند، اینترنت اشیا در مقیاس بزرگ عمل می‌کند.

• چراغ‌های خیابانی هوشمند: تنظیم شدت نور متناسب با حضور افراد یا خودروها
• سیستم مدیریت ترافیک: آنالیز جریان ترافیک در لحظه و تنظیم هوشمند چراغ‌ها
• سیستم بازیافت هوشمند: وجود سطل‌های زباله مجهز به حسگر برای اندازه گیری سطح پر شدگی

 

• مثال3: کشاورزی هوشمند

IoT در کشاورزی یعنی افزایش بازده با کاهش مصرف منابع.

• سنسورهای رطوبت خاک: تشخیص اینکه گیاه چه زمانی به آب نیاز دارد.
• پهپادهای نظارتی: بررسی وضعیت رشد گیاهان یا آفات
• سیستم آبیاری هوشمند: تنظیم سیستم آبیاری خودکار بر اساس داده‌های هواشناسی و خاک شناسی

تاریخچه اینترنت اشیا چیست؟

«Kevin Ashton» در سال 1999 برای اولین بار عبارت «اینترنت اشیا» را مطرح کرد، تا از طریق فناوری RFID (برچسب‌های شناسایی با امواج رادیویی) بتوان اشیا را به دنیای دیجیتال متصل کرد. با گسترش اینترنت پرسرعت، شبکه‌های بی‌سیم و کاهش هزینه‌ی حسگرها در دهه‌های ۲۰۰۰ و ۲۰۱۰، این مفهوم از یک ایده‌ی علمی به واقعیت تبدیل شد.

مزایای اینترنت اشیا چیست؟

قبل از بیان مزایای IoT این را بدانید که سازمان‌ها و شرکت‌ها باید در مورد محصولات و سیستم‌های داخلی خود به داده‌های زیادی دسترسی داشته باشند تا تغییرات را بیشتر و سریع‌تر اعمال کنند. بنابراین،چابکی و کارآمدی از مهم‌ترین مزایای اینترنت اشیا برای کسب و کارها به شمار می‌رود.

اینترنت اشیا مزایای دیگری هم دارد که در ادامه به تعدادی از آن‌ها به طور مختصر اشاره می‌کنیم. به کمک IoT سازمان‌ها می‌توانند:

• بر فرآیندهای کلی کسب و کار خود به خوبی نظارت داشته باشند.
• با استفاده از ابزارهای موثر، راهبردهای کسب و کار و همچنین تجربه مشتری را بهبود دهند.
• از داده‌های تولید شده به وسیله سنسورها، برای کارایی بیشتر سیستم و زنجیره تامین (scm) استفاده کنند.
• در زمان و هزینه صرفه جویی قابل توجهی داشته باشند.
• بهره‌وری کارکنان را افزایش دهند.
• مدل‌های متعدد کسب و کار را ادغام و هماهنگ کرده و تصمیمات بهتر و دقیق‌تری بگیرند.
• و در نهایت سود بیشتری به دست آورند.

کاربرد اینترنت اشیا چیست؟

اکنون 4 جنبه مهم از کاربردهای اینترنت اشیا (IoT) را بررسی می‌کنیم:

• نقش اینترنت اشیا در تجارت و اقتصاد

اینترنت اشیا به کسب و کارها کمک می‌کند عملیات خود را دقیق‌تر، سریع‌تر و کم‌هزینه‌تر انجام دهند. با اتصال دستگاه‌ها، ماشین‌آلات، انبارها و وسایل حمل‌ونقل به شبکه، کسب‌وکارها می‌توانند در لحظه  عملکرد خود را رصد کنند و تصمیمات داده‌محور بگیرند.

• اینترنت اشیا، داده‌ها و تحلیل داده‌ها

IoT، از بزرگ‌ترین منابع تولید داده در جهان محسوب می‌شود. میلیاردها حسگر در خانه‌ها، خودروها و صنایع، داده‌های متنوعی (دما، صدا، حرکت، مصرف انرژی، و…) را جمع‌آوری می‌کنند. اما ارزش واقعی زمانی ایجاد می‌شود که این داده‌ها تحلیل شوند.

با تکنیک‌هایی مثل تحلیل کلان‌داده (Big Data Analytics) و یادگیری ماشین (Machine Learning)، می‌توانید ضمن تحلیل داده‌ها، از آنها برای پیش‌بینی رفتار مصرف‌کنندگان، بهبود عملکرد محصولات یا حتی طراحی محصولات جدید استفاده کنید.

• اینترنت اشیا و رایانش ابری (Cloud Computing)

دستگاه‌های IoT معمولا توان پردازش زیادی ندارند، بنابراین داده‌ها را به محیط ابری (Cloud) می‌فرستند تا در آنجا ذخیره، پردازش و تحلیل شوند. فناوری ابری به IoT سه امکان کلیدی می‌دهد:

• ذخیره‌سازی نامحدود داده‌ حسگرها
• قدرت محاسباتی بالا برای تحلیل پیچیده داده‌ها
• دسترسی جهانی و سریع برای کاربران و سیستم‌ها

• اینترنت اشیا و شهرهای هوشمند

یکی از مهم‌ترین و اثرگذارترین کاربردهای IoT، مدیریت هوشمند شهرها است.

در شهرهای هوشمند:

• سنسورهای ترافیکی مسیرها را بهینه سازی می‌کنند.
• چراغ‌ها و پسماندها به صورت خودکار کنترل می‌شوند.
• سیستم‌های آب و مصرف انرژی، رصد و مدیریت می‌شوند.
• و مدیران شهری با داده‌های زنده، تصمیمات دقیق‌تری می‌گیرند.

در نتیجه، شهری ایمن‌، کارآمد و سازگار با محیط زیست شکل می‌گیرد.

اینترنت اشیا چگونه کار می‌کند؟

همان طور که اشاره کردیم، اینترنت اشیا (IoT)، مجموعه‌ای از دستگاه‌های هوشمند مبتنی بر وب است که با استفاده از پردازنده‌های جاسازی شده، سنسورها و سخت افزارهای ارتباطی به گردآوری، ایجاد تغییرات لازم بر روی داده‌های دریافت شده از محیط و همچنین تبادل این اطلاعات می‌پردازد.

داده‌های جمع‌آوری شده از طریق اتصال به یک درگاه IoT یا دستگاه لبه (Edge Device)، توسط حسگرها برای تحلیل و بررسی به فضای ابری ارسال شده و یا به صورت محلی تحلیل می‌شوند.

برخی مواقع، یک دستگاه‌ با سایر دستگاه‌ها ارتباط برقرار کرده و بر اساس اطلاعات دریافتی از یکدیگر، عمل می‌کنند. هر چند که افراد می‌توانند با این دستگاه‌ها تعامل داشته باشند، به عنوان مثال، آن‌ها را تنظیم کنند یا به آن‌ها برنامه بدهند، اما این دستگاه‌ها بیشتر کارها را بدون دخالت انسان‌ها انجام می‌دهند.

خوب است بدانید که دستورالعمل‌های اتصال، ارتباطات و شبکه که با دستگاه‌های مبتنی بر وب کار می‌کنند، معمولا به اپلیکیشن‌های خاص IoT بستگی دارند.

پلتفرم اینترنت اشیا چیست؟

پلتفرم اینترنت اشیا (IoT Platform) را می‌توان مغز متفکر و مرکز فرماندهی کل عملیات IoT در نظر گرفت. این پلتفرم‌ها مجموعه‌ای از نرم‌افزارها و خدمات هستند که پل ارتباطی بین دستگاه‌های فیزیکی (سنسورها، ماشین‌ها) و دنیای نرم‌افزاری (اپلیکیشن‌ها، تحلیل داده‌ها، فضای ابری) را فراهم می‌کنند.

در واقع، پلتفرم IoT مانند یک لایه میانی عمل می‌کند و وظایف پیچیده زیر را انجام می‌دهد:

• اتصال و مدیریت دستگاه
• دریافت و پردازش داده‌ها
• تحلیل و تجسم داده‌ها
• قوانین و اقدامات
• امنیت

مولفه‌های اینترنت اشیا چیست؟

سیستم اینترنت اشیا از 6 مولفه‌ زیر تشکیل شده است.

• حسگرها: چشم‌ها و گوش‌های سیستم IoT هستند که وظیفه جمع‌آوری داده‌های فیزیکی محیط (مانند دما، فشار، نور، موقعیت) و تبدیل آن‌ها به سیگنال‌های دیجیتال را بر عهده دارند.

• اتصالات: این لایه شامل شبکه‌های ارتباطی (مانند وای‌فای، بلوتوث، 5G یا LPWAN) است که داده‌های جمع‌آوری شده توسط حسگرها را به صورت امن و قابل اعتماد به پلتفرم مرکزی منتقل می‌کند.

• سیستم ابری: محیط ابری، جایی است که داده‌های دریافتی از میلیاردها دستگاه ذخیره، مدیریت و پردازش می‌شوند و زیرساخت مقیاس‌پذیر مورد نیاز برای اجرای سرویس‌های IoT را فراهم می‌سازد.

• تحلیل داده: در این مرحله، الگوریتم‌ها و مدل‌های هوش مصنوعی بر روی داده‌های خام اجرا می‌شوند تا الگوها، بینش‌ها و هشدارهای معنادار استخراج شوند.

• رابط کاربری: این بخش شامل داشبوردها، اپلیکیشن‌های موبایل یا وب است که اطلاعات تحلیل‌شده را به شکلی بصری و قابل فهم برای کاربران نهایی نمایش می‌دهد.

• عملگرها: بر اساس دستورات دریافتی از سیستم، اقدام فیزیکی در دنیای واقعی انجام می‌دهند (مانند باز و بسته کردن شیر، روشن و خاموش کردن لامپ یا تنظیم دمای دستگاه).

به طور کلی باید این طور بگوئیم که داده‌ها و اطلاعات به وسیله حسگرها گردآوری شده و از طریق سیستم اتصالات به پایگاه داده یا سیستم ابری منتقل در آن‌جا پردازش می‌شوند. در مرحله بعد این داده‌ها تحلیل و بررسی می‌شوند و اطلاعات و دانشی که از آن‌ها به دست آمده با استفاده از رابط کاربری در اختیار کاربران قرار می‌گیرد. کاربر با استفاده از همان رابط کاربری اقدامات لازم را انجام می‌دهد. به این ترتیب یک جریان انتقال اطلاعات معکوس از سمت کاربر به سمت دستگاه اینترنت اشیا اتفاق می‌افتد.

دلایل اهمیت اینترنت اشیا چیست؟

اما کاربرد اینترنت اشیا چیست که تا این اندازه اهمیت دارد؟ اشیا با اتصال به اینترنت می‌توانند اطلاعات را ارسال کنند، دریافت کنند و یا هر دو کار را به طور همزمان انجام دهند. توانایی ارسال و دریافت اطلاعات، اشیا را هوشمند می‌کند و هوشمندسازی همان ویژگی مثبتی است که انسان‌ها به دنبال آن هستند.

به عنوان مثال، با وجود گوش‌های هوشمند امروزی شما می‌توانید به هر موزیکی که دوست دارید گوش دهید. چرا که گوشی هوشمند شما درخواستتان را برای دریافت یک موسیقی خاص، دریافت کرده و در محیط اینترنت به جستجوی آن می‌پردازد. پس از پیدا شدن آهنگ مورد نظر شما، آن را روش گوشی استریم می‌کند. حالا شما می‌توانید از موسیقی مورد علاقه‌تان لذت ببرید.

اینترنت همه چیز (IoE) چیست؟

حالا که با IoT آشنا شدیم و دانستیم اینترنت اشیا چیست، خوب است به بررسی اینترنت همه چیز (Internet of Everythings) یا IoE بپردازیم.

دو عبارت اینترنت اشیا (IoT) و اینترنت همه چیز (IoE)، با وجود تفاوت‌هایی که دارند، گاهی اوقات به جای هم به کار می‌روند. در این بخش به بررسی اینترنت همه چیز می‌پردازیم، تا تفاوت آن با اینترنت اشیا به خوبی مشخص شود.

مفهوم اینترنت اشیا گاهی با عنوان ارتباط ماشین به ماشین( Machine-to-Machine) نیز شناخته می‌شود. این مفهوم در حال گسترش، موضوع جدیدی با عنوان اینترنت همه چیز

(Internet of Everythings) یا IoE را مطرح کرده است. این مفهوم جدید علاوه بر ارتباط بین دستگاه‌ها، ارتباط میان افراد و ماشین‌ها و همچنین ارتباط میان افراد با افراد به واسطه ابزارهای فناوری را شامل می‌شود.

اینترنت همه چیز، در طی توسعه و تکامل طبیعی اینترنت اشیا شکل گرفت. این مفهوم به هر نوع ارتباط یا تعاملی که از طرف کاربر صورت می‌گیرد و به یکپارچگی جهانی دستگاه‌های متصل، ارتباط پیدا می‌کند، گفته می‌شود. یکی از سازمان‌هایی که به واسطه محصول شبکه هوشمند خود به شکل تخصصی روی مفهوم IoE کار می‌کند، شرکت سیسکو است. اینترنت همه چیز، شامل 4 عنصر کلیدی متشکل از همه انواع اتصالات است که عبارتند از افراد، اشیا، فرآیندها و داده‌ها.

خوب است این نکته را هم بدانید که IoE، یک اکوسیستم انتها به انتها (End-to-End) از اتصالات شامل فناوری‌ها، فرآیندها و مفاهیم به کار رفته در سرتاسر موارد استفاده از اتصالات است. سایر دسته‌بندی‌های موجود مانند Internet of Humans، Internet of Digital، Industrial Internet of Things و… نیز به مرور به عنوان زیرمجموعه‌ای از اینترنت همه چیز در نظر گرفته می‌شوند. به بیان دیگر، نسل بعدی شبکه‌ها به نوعی اینترنت همه چیز را شکل می‌دهند. شبکه ایجاد شده به واسطه ترکیب اشیا با فرآیندها، تحولات کسب و کارها و افراد ایجاد می‌شوند. حاصل این موارد نیز حداکثر بهره‌وری و کسب بیشترین سود برای سازمان است.

تفاوت اینترنت همه چیز و اینترنت اشیا چیست؟

حالا که با هر دو مفهوم IoT و IoE آشنا شدیم، خوب است تفاوت‌ آن‌ها را نیز بررسی کنیم.

• اینترنت اشیا، تنها بر روی اشیای فیزیکی تمرکز دارد در حالی که اینترنت همه چیز، 4 مولفه کلیدی اشیا، فرآیندها، داده‌ها و افراد را در بر می‌گیرد.

• اینترنت اشیا در واقع همان اتصال متقابل (Inter-Connectivity) اشیای فیزیکی برای دریافت و ارسال داده‌ها است. در حالی که اینترنت همه چیز مفهومی گسترده‌تر است و علاوه بر اینترنت اشیا، فناوری‌ها و افراد را نیز شامل می‌شود.

برنامه نویسی اینترنت اشیا با چه زبان‌هایی امکان‌پذیر است؟

برنامه‌نویسی در اکوسیستم اینترنت اشیا (IoT) بسیار متنوع است و به محل اجرای کد (روی خود دستگاه یا روی ابر) بستگی دارد.

اکنون به چند زبان کلیدی اشاره می‌کنیم:

C

Python

Java

JavaScript (Node.js)

Go (Golang)

معرفی شرکت‌های فعال در حوزه اینترنت اشیا در جهان

شرکت‌های فعال در حوزه اینترنت اشیا (IoT) در سطح جهان، حوزه‌های بسیار گسترده‌ای را در بر می‌گیرد. این شرکت‌ها در لایه‌های مختلف زنجیره ارزش IoT فعال هستند.

• غول‌های زیرساخت و پلتفرم ابری (Cloud & Platform Providers)

Amazon Web Services (AWS IoT)

Microsoft Azure IoT

Google Cloud IoT

• تولیدکنندگان نیمه‌هادی و تراشه (Semiconductors & Chipsets)

Intel

Qualcomm

NXP Semiconductors

• تولیدکنندگان تجهیزات و محصولات نهایی (Hardware & Device Manufacturers)

Samsung / LG

Siemens / Schneider Electric:

• شرکت‌های تخصصی نرم‌افزار و امنیت IoT

PTC

Cisco

چالش‌های اینترنت اشیا چیست؟

برخی چالش‌های IoT به شرح زیر است:

• امنیت: آسیب‌پذیری دستگاه‌ها در برابر حملات سایبری.

• حریم خصوصی: نگرانی‌ها پیرامون جمع‌آوری و استفاده از حجم عظیم داده‌های شخصی.

• قابلیت همکاری و استانداردسازی: عدم وجود یک استاندارد واحد برای ارتباط بین دستگاه‌های مختلف از سازندگان متفاوت.

• مدیریت داده‌ها و تحلیل: حجم عظیم، تنوع و سرعت بالای داده‌های تولید شده.

• مقیاس‌پذیری: مدیریت میلیون‌ها دستگاه متصل به صورت همزمان و پایدار.

• مصرف انرژی و عمر باتری: نیاز به دستگاه‌های کم‌مصرف برای کارکرد طولانی ‌مدت.

• اتصال و شبکه: تضمین اتصال پایدار و کم‌تأخیر برای همه دستگاه‌ها، به ویژه در محیط‌های گسترده.

• هزینه پیاده‌سازی و نگهداری: هزینه اولیه سخت‌افزار، نرم‌افزار و مدیریت زیرساخت.

سوالات متداول

اینترنت اشیا چیست؟

اینترنت اشیا (IoT)، شبکه‌ای از اشیای فیزیکی (مثل خانه‌های هوشمند، خودروها، سنسورهای صنعتی و … ) است که با استفاده از حسگرها، نرم‌افزارها و سایر فناوری‌ها به اینترنت متصل شده‌اند و می‌توانند با یکدیگر و با سیستم‌های دیگر داده‌ها را جمع‌آوری و تبادل کنند.

اجزای اصلی اینترنت اشیا چیست؟

• سنسورها و دستگاه‌ها
• اتصال
• پردازش داده‌ها
• رابط کاربری

۴ نوع اینترنت اشیا چیست؟

انواع اینترنت اشیا عبارت است از: مصرفی، تجاری، صنعتی و زیرساختی

هر کدام از انواع اینترنت اشیا، مزایا و کاربردهای منحصر به فردی را ارائه می‌دهند. درک آنها به کسب ‌و کارها امکان می‌دهد که از فناوری‌های اینترنت اشیا به طور مؤثر بهره ببرند، نیازهای خاص را برطرف کنند و نوآوری را در مسیر درست هدایت کنند.

سطوح اینترنت اشیا چیست؟

7 سطح IoT عبارت است از:

1. حسگرها
2. حسگرها به شبکه دروازه
3. دروازه‌ها
4. دروازه‌ها به شبکه اینترنت
5. دریافت داده‌ها و پردازش اطلاعات
6. شبکه اینترنت به کاربر
7. اطلاعات ارزش افزوده

سخن پایانی

اینترنت اشیا که گاهی به آن اینترنت چیزها هم گفته می‌شود، به میلیاردها دستگاه از سراسر جهان اشاره می‌کند که به اینترنت متصل هستند و داده‌ها را با هم به اشتراک می‌گذارند. اینترنت اشیا با ادغام جهان دیجیتال و جهان فیزیکی، دنیای اطراف ما را هوشمندتر می‌کند.