اینترنت اشیا چگونه کار می‌کند؟
حدیث احترامی
اینترنت اشیا
1399/9/24
15دقیقه
درست مانند اینترنت، که نحوه‌‌‌ی کار و برقراری ارتباط ما با یکدیگر را تغییر داده است، اینترنت اشیا نیز قصد دارد با اتصال همزمان چندین دستگاه به اینترنت، این ارتباط را به سطح دیگری برساند و ارتباط انسان با ماشین و همچنین ارتباط ماشین با ماشین را آسان کند. چیزی که یک شئ را جزء اینترنت اشیا می‌کند، چیپ کامپیوتری (Chip) و یا قطعه‌ای مشابه آن است که درون شئ جاسازی و یا به آن متصل شده باشد و به شئ یک شناسه منحصر بفرد (IP) می‌دهد و آن را به اینترنت متصل می‌کند. اشیاء با چنین قطعاتی اغلب هوشمند (Smart) خوانده می‌شوند مانند اندازه‌گیرهای هوشمند و یا ماشین‌های هوشمند. گاهی اوقات، این دستگاه‌ها با سایر دستگاه‌های مرتبط، ارتباط برقرار می‌کنند و براساس اطلاعاتی که از یکدیگر می‌گیرند، عمل می‌کنند. دستگاه‌ها اکثر کارها را بدون دخالت انسان انجام می‌دهند، اما افراد نیز می‌توانند با دستگاه‌ها تعامل داشته باشند، برای مثال، آنها را تنظیم کنند، به آنها دستورالعمل دهند یا به داده‌ها دسترسی پیدا کنند. اینترنت اشیا همچنین می تواند از هوش مصنوعی (Artificial Intelligence) و یادگیری ماشینی (Machine Learning) برای سهولت و پویایی بیشتر فرایند جمع آوری اطلاعات، استفاده کند.
یک سیستم IoT کامل، از چهار بخش تشکیل شده است:
  1. حسگرها / دستگاه ها (sensors/devices)
  2. قابلیت اتصال
  3. پردازش داده ها
  4. رابط کاربری
1) حسگرها/دستگاه ها
در مرحله اول، حسگرها (sensors) یا دستگاه‌ها، داده‌ها را از محیط خود جمع‌آوری می‌کنند. این اطلاعات می‌تواند به سادگی خواندن دمای محیط یا به پیچیدگی فیلم‌برداری از محیط باشد. دقیقا مانند سازوکار بدن که حواس پنج‌گانه بینایی، شنوایی، بویایی، چشایی و لامسه کمک می‌کنند تا انسان ،جهان را درک کند، حسگرها نیز به ماشین‌ها کمک می‌کنند که جهان را درک کنند.
جمع‌آوری داده‌ها، توسط سنسورها انجام می‌شود، اما یک دستگاه، ممکن است بیش از یک سنسور داشته باشد. به عنوان مثال، تلفن شما دستگاهی است که دارای چندین سنسور) دوربین ، شتاب سنج ، GPS و ...) است، به همین دلیل، در کنار استفاده از واژه "سنسور"، از واژه "دستگاه" نیز استفاده کردیم.
2) قابلیت اتصال
در این قسمت، لازم است شما را با مفاهیمی آشنا کنیم :
A: پروتکل‌های IoT (IoT Protocols): یک سیستم IoT هنگامی درست کار می‌کند و اطلاعات را جابه‌جا می‌کند که همه دستگاه‌ها با امنیت کامل به شبکه وصل باشند. چیزی که امکان برقراری این گونه از ارتباط را فراهم می‌کند، پروتکل‌ها و استانداردهای IoT هستند.
به طور کلی، دو نوع پروتکل برای اتصال دستگاه‌های IoT به هم و اتصال آن‌ها به ابر، وجود دارد:
1. پروتکل‌های شبکه IoT (IoT Network Protocols) :
این پروتکل‌ها برای اتصال دستگاه‌ها به هم و به ابر، از طریق اینترنت، استفاده می‌شوند. ارتباط داده در سرتاسر شبکه، با استفاده از این پروتکل‌ها مجاز است. تعدادی از پروتکل‌های شبکه IoT، عبارتند از:
  • HTTP
  • Lora Wan
  • Bluetooth
  • Zigbee
2. پروتکل‌های داده IoT (IoT Data Protocols):
این پروتکل‌ها برای اتصال دستگاه‌های کم‌ مصرف IoT (Low power IoT devices)، به کار می‌روند. این پروتکل‌ها، ارتباط نقطه به نقطه با سخت افزار را در سمت کاربر و بدون هیچ گونه اتصال به اینترنت، فراهم می‌کنند. اتصال در پروتکل‌های داده IoT از طریق شبکه سیمی یا شبکه تلفن همراه صورت می‌گیرد. تعدادی از پروتکل‌های داده IoT عبارتند از:
  • MQTT
  • CoAP
  • AMQP
  • Machine to machine communication protocol ( پروتکل ارتباطی ماشین به ماشین)
  • XMPP
  • WIFI
B: دروازه‌ها (Gateways): دروازه یا Gateway، دستگاه فیزیکی یا برنامه نرم افزاری است که به عنوان نقطه اتصال بین ابر و کنترل کننده‌ها، سنسورها و دستگاه‌های هوشمند عمل می‌کند. بعضی از حسگرها، ده‌ها هزار داده در ثانیه تولید می‌کنند. یک دروازه، مکانی برای پیش پردازش داده‌ها، به صورت محلی، در لبه (Edge) و قبل از ارسال به ابر، فراهم می‌کند.
C: ابر (Cloud): ابر ،یک شبکه بزرگ و متصل از سرورهای قدرتمند است که خدمات را برای مشاغل و افراد انجام می‌دهد. به طور کلی، اتفاقی که در ابر رخ می‌دهد، هر فعالیتی است که از طریق اتصال به اینترنت به جای خود دستگاه انجام می‌شود.
پروتکل ها برای اتصال دستگاه های iotبه همداده‌های جمع‌آوری شده توسط سنسورها، طبق پروتکل‌های IOT ، ابتدا به دروازه (Gateway) و سپس به ابرفرستاده می‌شوند.
هریک از این پروتکل‌ها مزایا و معایبی دارند، بنابراین، انتخاب بهترین گزینه اتصال در سیستم IOT مهم است.
3) پردازش داده ها
وقتی داده‌ها به فضای ابری رسید، نرم افزار نوعی پردازش را روی آن انجام می‌دهد.پردازش داده‌ها می‌تواند بسیار ساده باشد، مانند بررسی اینکه میزان قرائت دما در یک محدوده قابل قبول است. یا اینکه بسیار پیچیده باشد، مانند استفاده از بینایی رایانه (Computer vision) در فیلم برای شناسایی اشیا (مانند افراد متجاوز در خانه شما). اما چه اتفاقی می‌افتد اگر درجه حرارت بیش از حد بالا باشد؟ و یا اینکه یک متجاوز در خانه باشد؟ اینجاست که کاربر وارد قضیه می‌شود.
4)رابط کاربری
این اطلاعات به نوعی برای کاربر مفید واقع می‌شود. این می‌تواند از طریق هشدار به کاربر از طریق ایمیل، متن، اعلان و ... باشد. به عنوان مثال، ارسال یک پیامک هنگامی که دما در سردخانه شرکت بسیار زیاد است.همچنین، ممکن است یک کاربر رابطی داشته باشد که به آنها امکان دهد به طور منظم سیستم را بررسی کنند. مثلا، ممکن است یک کاربر بخواهد ویدیوهای دوربین امنیتی منزل خود را، از طریق یک برنامه تلفن همراه یا یک مرورگر وب بررسی کند.
این ارتباط، همیشه یک طرفه نیست. بسته به کاربرد اینترنت اشیا ، کاربر ممکن است بتواند عملیاتی را انجام دهد و سیستم را تحت تأثیر قرار دهد. به عنوان مثال، کاربر ممکن است از راه دور از طریق برنامه‌ای روی تلفن همراه خود، دما را در سردخانه تنظیم کند. برخی از اقدامات نیز می‌تواند به طور خودکار انجام شود. مثلا، به جای اینکه دما را تنطیم کنید، سیستم خود این کار را به صورت خودکار و طبق دستوراتی که از قبل به آن داده شده، انجام دهد. سیستم اینترنت اشیا به جای اینکه فقط با شما تماس بگیرد تا شما را از حضور متجاوز در خانه‌تان مطلع کند، می‌تواند به طور خودکار، نهادهای مربوطه را مطلع سازد.
ویدئوی زیر به درک بهتر شما از این موضوع کمک می کند:
صداگذاری:فروغ پورمند
چرا از دروازه (Gateway) استفاده می‌کنیم؟
هنگامی که داده‌ها در دروازه جمع‌آوری می‌شوند، خلاصه می‌گردند و به صورت تاکتیکی مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند، حجم داده‌هایی که باید به ابر ارسال شود به حداقل می‌رسد، که این تأثیر زیادی در کاهش زمان پاسخگویی و هزینه‌های انتقال شبکه دارد. یکی دیگر از مزایای دروازه این است که می‌تواند امنیت بیشتری برای شبکه IoT و داده‌های منتقل شده آن فراهم کند. از آنجا که دروازه، اطلاعات در حال حرکت درهر دو جهت را مدیریت می‌کند، می‌تواند از داده‌هایی که به ابر منتقل می‌شوند، در برابر نشت و دستگاه‌های IoT را در برابر حملات خارجی محافظت کند، با کمک ویژگی‌هایی از قبیل تشخیص دستکاری (Tamper detection)، رمزگذاری، تولید کننده شماره تصادفی سخت افزاری و موتوهای رمزنگاری.
تصور کنید که در یک اتومبیل خودران هستید و ناگهان شخصی کنترل ماشین خود را در مقابل شما از دست می‌دهد. آیا می‌خواهید منتظر بمانید تا اتومبیل خودران، داده را به فضای ابری ارسال کند تا پردازش شوند و سپس دستورالعمل‌هایی برای توقف خودرو به عملگرها ارسال شود؟ یا اینکه ترجیح می‌دهید به محض دیدن خودروی جلویی، خودروی خود را متوقف کنید؟ این میلی ثانیه‌ها حکم مرگ یا زندگی را دارند. مثال دیگر، دوربین امنیتی است. دوربین‌های مدار بسته، داده‌های زیادی را می‌گیرند، اما اکثر این فیلم‌ها ممکن است مربوط به یک راهرو خالی باشد. ارسال همه این داده‌ها به ابر، هزینه زیادی را در بر می‌گیرد درحالیکه اکثر این داده‌ها، به درد نخور هستند.
اینجاست که دروازه ها به کار می‌آیند. پردازش داده‌ها به جای ابر، در یک دروازه یا روی خود سنسور انجام می‌گیرد. به این محاسبه مه (fog computing) یا محاسبات لبه‌ای (Edge computing) گفته می‌شود (زیرا شما ابر را نزدیکتر به زمین می‌آورید و محاسبات در لبه‌های سیستم اینترنت اشیا، و نه در مرکز، انجام می‌شود).
fog computingFog computing به جای ارسال داده های iot به ابر آن ها را به لبه شبکه می آورد .
دوربین امنیتی می‌تواند از بینایی ماشین (Machine vision) برای تماشای هر چیز غیرطبیعی استفاده کند و فقط پس از آن، فیلم را به ابر بفرستد. برای اتومبیل خودران، پردازش داده‌ها، همه در رایانه خودرو (Onboard computer) انجام می‌شود که امکان تصمیم گیری سریعتر را فراهم می‌کند.
خطا

خروج
از 5
امتیاز دهید:
خطا

خروج
کامنت

برای ارسال کامنت وارد شوید

مشاهده پاسخ ها
مشاهده پاسخ ها