فرارو-امروز، عبارت «اینترنت اشیاء» (IoT) همه‌ی دنیای فناوری اطلاعات و ارتباطات را فراگرفته است. انرژی هوشمند، کشاورزی هوشمند، دامپروری هوشمند، خانه و ساختمان هوشمند، حمل‌ونقل هوشمند، سلامت هوشمند و به‌طور کلی شهر و محیط‌زیست هوشمند، اصطلاحاتی هستند که شمار بسیاری از سیاستمداران، مدیران، متخصصان و کسب‌وکارها را در سراسر جهان، شیفته‌ی ویژگی‌های بی‌مانند این جلوه‌ی نوپیدای فناوری کرده‌اند. امروز اینترنت اشیاء با راهکارهای هوشمند خود در همه‌ی ابعاد زندگی بشر رخنه کرده و نویدبخشِ آینده‌ای بهره‌ور، دلپذیر و آسوده است.
اینترنت اشیا، یا اینترنت چیزها (Internet of Things) یک پارادایم نسبتاً جدید است که در سناریوهای ارتباطات بی‌سیم و مدرن به سرعت در حال رشد است. ایده اصلی این مفهوم، حضور فراگیر انواع اشیاء در اطراف ما است، از جمله تگ‌های RFID، سنسورها، محرک‌ها، تلفن‌های همراه و غیره - که از طریق طرح‌های آدرس‌دهی منحصربه‌فرد قادر هستند با برقراری ارتباط با یکدیگر و همکاری برای دستیابی به اهداف مشترک هماهنگ شوند. عبارت اینترنت اشیاء، نخستین بار در ۱۹۹۹ میلادی توسط کوین اشتون بریتانیایی معرفی شد. اشتون این مفهوم را در قالب دنیایی که در آن هر چیز و هر شی‌ای، دارای هویت دیجیتال باشد و کامپیوترها آنها را کنترل و مدیریت نمایند، مطرح نمود.
اینترنت اشیا یا IoT به میلیاردها دستگاه فیزیکی در سراسر جهان اشاره دارد که اکنون به اینترنت متصل شده اند و همگی در حال جمع آوری و به اشتراک گذاری داده ها هستند. به لطف ورود تراشه های رایانه ای بسیار ارزان و همچنین فراوانی شبکه های بی سیم، امکان تبدیل هر شیئی، به بخشی از IoT فراهم شده است. اتصال همه این اشیاء مختلف و اضافه کردن حسگر به آنها، سطحی از هوش دیجیتالی را به این دستگاه ها اضافه می کند که به آنها این امکان را می دهد تا داده های جهان واقعی را بدون درگیر کردن انسان دریافت و اجرا کنند. اینترنت اشیاء باعث می شود که جهان پیرامون ما هوشمند تر و واکنش پذیرتر شود و رویای ادغام دو جهان دیجیتال و فیزیکی را محقق کند.
به عبارت ساده هر شیئی فیزیکی را می توان به اینترنت اشیا تبدیل کرد به شرطی که آن را به اینترنت وصل کنیم تا کنترل شود و اطلاعات و برنامه لازم را به آن بدهیم.
یک لامپ کم مصرف که می تواند با استفاده از برنامه تلفن های هوشمند روشن شود یک دستگاه IoT است، همانطور که یک سنسور درب منزل یا یک خنک کننده هوشمند در دفتر شما یا یک چراغ خیابان که به اینترنت متصل است. یک دستگاه IoT می تواند به اندازه یک اسباب بازی کودک یا به اندازه یک کامیون بدون راننده باشد. برخی از اشیاء بزرگتر مانند موتور جت هواپیما ممکن است متشکل از تعداد زیادی اجزای کوچکتر IoT باشند. در مقیاس بزرگتر، پروژه هایی مانند شهرهای هوشمند با تعداد بیشماری از IoT پر می شوند تا به ما در درک و کنترل محیط کمک کنند.
در اصطلاح IoT برای دستگاه هایی که فقط امکان ارتباط اینترنتی دارند به کار برده نمی شود بلکه در مورد دستگاه هایی است که می تواند مستقل از دخالت انسانی با شبکه ارتباط برقرار كند. به همین دلیل، رایانه شخصی یا یک گوشی هوشمند معمولاً دستگاه های IoT محسوب نمی شود. با این وجود یک ساعت هوشمند، یک کمربند تناسب اندام یا دستگاه هایی این چنینی ممکن است به عنوان یک دستگاه IoT شمرده شوند.
ایده اضافه کردن سنسورها و هوش به اشیاء در طول دهه 1980 و 1990 مورد بحث جدی قرار گرفت هرچند که برخی پیش نمونه های قدیمی تر نیز وجود داشت. با این همه جدای از برخی پروژه های اولیه - از جمله یک دستگاه فروش متصل به اینترنت – پیشرفت کند بود چرا که تراشه ها خیلی بزرگ و حجیم بودند و هیچ راهی برای ارتباط موثر اشیا وجود نداشت.از طرف دیگر پردازنده هایی که ارزان و مقرون به صرفه باشند و بتوانند میلیاردها دستگاه را به هم متصل کنند، هنوز وجود نداشتند.
بکارگیری تگ هایRFID -تراشه های کم مصرف که قادر به برقراری ارتباط بی سیم هستند- به همراه افزایش دسترسی اینترنت پهن باند و شبکه های سلولی و بی سیم، بخشی از این مسئله را حل کرد. همچین اتخاذ IPv6 -که می بایست آدرس IP کافی را برای هر دستگاهی در جهان فراهم کند -نیز دیگر گام ضروری برای تحقق اینترنت اشیا IoT بود.
این «کوین اشتون» بود که عبارت «اینترنت اشیاء» (IoT) را در سال 1999 ابداع کرد، اگرچه حداقل یک دهه دیگر طول کشید تا این فناوری به طور واقعی وارد عرصه جهان جدید شد. افزودن تگ های RFID به تجهیزات گران قیمت برای کمک به ردیابی موقعیت مکانی آنها، اولین برنامه IoT بود. اما از آن زمان، هزینه افزودن سنسورها و اتصال اینترنتی به اشیاء همچنان در حال كاهش است و متخصصان پیش بینی می كنند كه این امر باعث می شود تقریباً همه چیز به اینترنت متصل شود.
بزرگ و بزرگتر می شود؛ در حال حاضر اشیای متصل بیشتری نسبت به مردم در جهان وجود دارند. شرکت تحلیلگر فناوری IDC پیش بینی کرده است که در کل تا سال 2025 بیش از 41.6 میلیارد دستگاه IoT متصل وجود داشته باشد. همچنين تخمین زده مي شود كه تجهيزات صنعتي و صنعت خودروسازي، بزرگترين بهره گیرنده از اینترنت اشیا را تشکیل دهند. این در حالی است که سازندگان خانه هاي هوشمند نیز روز به روز به اینترنت اشیا وابسته تر می شوند.
یکی دیگر از تحلیلگران فناوری، گارتنر، پیش بینی کرده است که بخش های بنگاه اقتصادی و خودروسازی امسال 5.8 میلیارد را صرف به کارگیری دستگاه های IoT کرده اند. تولید کنندگان الکریسیته و برق نیز به لطف ادامه روند فعالیت کنتورهای هوشمند، از بالاترین کاربران IoT خواهند بود. دستگاه های امنیتی نیز، در قالب شناسایی مجرمان، استفاده کنندگان بزرگ از دستگاه های IoT خواهند بود. اتوماسیون ساختمان - مانند روشنایی - سریع ترین بخش در حال رشد در زمینه IoT خواهد بود و پس از آن خودروها (اتومبیل های متصل) و مراقبت های بهداشتی (نظارت بر شرایط بیمار) نیز هستند.
مزایای IoT برای تجارت به اجرای خاص بستگی دارد. چابکی و کارآیی معمولاً مورد توجه است. ایده این است که شرکت ها باید به داده های بیشتری در مورد محصولات خود و سیستم های داخلی خود و توانایی بیشتری برای ایجاد تغییر در نتیجه دسترسی داشته باشند.
تولیدکنندگان در حال اضافه کردن سنسورها به اجزای مختلف محصولات خود هستند تا بتوانند اطلاعات کامل تری را در مورد عملکرد خود در قبال مشتری به دست آورند. این امر می تواند برای مثال به شرکتها کمک کند تا پیش از خرابی یک محصول و تعویض، آن را تشخیص دهند و از ضرر بیشتر جلوگیری کنند. شرکت ها همچنین می توانند از داده های تولید شده توسط این سنسورها برای کارآمد تر کردن سیستم ها و زنجیره های تأمین استفاده کنند.
بر اساس گزارش گارتنر اگر چه مصرف کنندگان دستگاه های IoT بیشتری را در سال 2019 خریداری کرده اند، اما کماکان تولید کنندگان و مشاغل هزینه بیشتری برای این دستگاه ها خرج کرده اند. این گروه تحلیلگر می گوید در حالی که هزینه مصرف کننده برای دستگاه های IoT در سال گذشته حدود 725 میلیارد دلار بود، هزینه تولید کنندگان و مشاغل برای IoT به 964 میلیارد دلار رسید. تا سال 2020 ، هزینه های تجاری و مصرف کننده برای سخت افزار IoT تقریباً 3 تریلیون دلار خواهد بود.
IDC پیش بینی کرد که هزینه صنایع برتر برای IoT به این ترتیب باشد: تولید گسسته (119 میلیارد دلار)، تولید فرآیند (78 میلیارد دلار)، حمل و نقل (71 میلیارد دلار) و خدمات (61 میلیارد دلار). برای تولید کنندگان، پروژه هایی که از مدیریت دارایی پشتیبانی می کنند، در درجه اول اهمیت در خصوص به کار گیری IoT است. در حمل و نقل نیز نظارت بر حمل و نقل و مدیریت ناوگان در اولویت اول قرار دارد. هزینه های IoT در صنعت آب و برق نیز متوجه پروژه های شبکه هوشمند برای برق، گاز و آب است.
این در حالی است که پیش بینی می شود هزینه های مصرف کننده IoT به 108 میلیارد دلار برسد که خانه هوشمند، سلامتی شخصی و دسترسی به وسایل نقلیه متصل، بخش عمده ای از این هزینه ها را در بر خواهد گرفت.
اینترنت اشیا صنعتی (IIoT) یا چهارمین انقلاب صنعتی یا صنعت 4.0 همه نام هایی است که به استفاده از فناوری IoT در یک محیط تجاری داده می شود. این مفهوم، مشابه همان مورد استفاده از دستگاه های IoT در خانه است، اما در این حالت هدف از این کار استفاده از ترکیبی از سنسورها، شبکه های بی سیم، داده های بزرگ (Big Data)، هوش مصنوعی و آنالیز برای اندازه گیری و بهینه سازی فرایندهای صنعتی است.
اگر این تکنولوژی در کل زنجیره تأمین شرکتهای به کار گرفته شود، می تواند با تحویل به موقع کالا و مدیریت تولید از ابتدا تا انتها، تحول بسیار شگرفی ایجاد کند. افزایش بهره وری نیروی کار یا صرفه جویی در هزینه دو هدف بالقوه است، اما IIoT همچنین می تواند جریان های جدید درآمد برای مشاغل ایجاد کند. به جای اینکه فقط یک محصول مستقل بفروشید - برای مثال، مانند یک موتور - تولید کنندگان می توانند تعمیر و نگهداری موتور را نیز به فروش برسانند.
IoT قرار است محیط زندگی ما - خانه ها و دفاتر و وسایل نقلیه ما – را باهوش تر، قابل اندازه گیری و سریع تر کند. بلندگوهای هوشمند مانند Echo آمازون و گوگل هوم امکان پخش موسیقی ، تنظیم تایمر یا کسب اطلاعات را آسان تر می کنند. سیستم های امنیتی خانگی امکان نظارت بر اتفاقات داخل و خارج یا مشاهده و گفتگو با بازدید کنندگان را آسان تر می کنند. در همین حال، سیستم های هوشمند می تواند به ما کمک کند تا خانه هایمان را قبل از بازگشت به خانه گرم کنیم. لامپ های هوشمند نیز می توانند حتی وقتی ما خارج از خانه هستیم، به گونه ای عمل کننده که به نظر برسد در خانه هستیم.
وقتی ما به دنبال خرید یا اجاره یک خانه هستیم، دستگاه های IoT می توانند به ما كمك كنند تا بفهمیم كه در محیط مورد نظر چه میزان سر و صدا دارد و یا میزان آلودگی آن را به ما نشان دهد. اتومبیل های خودران و شهرهای هوشمند نیز می توانند نحوه ساخت و مدیریت فضاهای عمومی خود را تغییر دهند. با این حال، بسیاری از این نوآوری ها می توانند پیامدهای عمده ای بر حریم شخصی ما داشته باشند.
برای مصرف کنندگان، خانه هوشمند احتمالاً جایی است با اشیایی که از طریق اینترنت کار می کنند و می توان با آن ها در تماس بود. این عرصه زمینه ای است که شرکت های بزرگ فناوری (بخصوص آمازون ، گوگل و اپل) به سختی در حال رقابت درباره آن هستند.
عینی ترین مثال ها درباره خانه های هوشمند که از فناوری IoT بهره می گیرند، می تواند اسپیکرهای هوشمند مانند Echo آمازون باشد، اما همچنین می توان از لامپ هایی با قابلیت تنظیم نور، دوربین ها، سنسورهای تنظیم دما و یخچال های هوشمند نیز یاد کرد. اما علاوه بر اینها هنوز یک فاکتور بسیار جدی تر برای برنامه های خانه هوشمند وجود دارد. این خانه ها از این پس می توانند به سالمندان کمک کنند تا به تنهایی در خانه های خود زندگی کنند و به خانواده آن ها نیز این امکان را می دهد تا در هر زمان و از راه دور مراقب آنها باشند.
امنیت یکی از بزرگترین مسائل مربوط به IoT است. این سنسورها در بسیاری از موارد داده های بسیار حساس را جمع آوری می کنند - مثلاً آنچه در خانه خود می گویید و انجام می دهید. حفظ امنیت برای اعتماد مصرف کننده بسیار حیاتی است ، اما تاکنون سابقه امنیتی IoT بسیار ضعیف بوده است. بسیاری از دستگاه های IoT به اصول اولیه امنیت نظیر رمزگذاری داده ها در هنگام ترانزیت توجهی ندارند.
نقص در نرم افزار، حتی در نمونه هایی که مدت زیادی بدون مشکل کار کرده اند، به طور مرتب مشاهده شده که به این معنی است که آنها برای همیشه در معرض خطر هستند. هکرها اکنون به طور جدی دستگاههای IoT مانند روتر و وب کم را هدف قرار می دهند، زیرا عدم امنیت ذاتی آنها باعث می شود تا به راحتی هک شوند. محققان بیش از صدهزار وب کم را تا کنون یافتند که می توان به سهولت هک شوند. این در حالی است که برخی از ساعت های هوشمند متصل به اینترنت برای کودکان حاوی آسیب پذیری های امنیتی است که به هکرها اجازه می دهد تا محل سکونت کاربر را ردیابی کنند، مکالمات را شنود کنند و یا حتی با کاربر ارتباط برقرار کنند.
دولت ها نیز در مورد خطرات امنیتی دستگاه های IoT ابراز نگرانی کرده اند. دولت انگلستان دستورالعملهای خاص خود را در مورد امنیت دستگاه های IoT مصرف کننده منتشر کرده است. تلاش های جدیدی صورت گرفته تا دستگاه ها دارای رمزهای عبور منحصر به فرد باشند و شرکت ها شرایطی را فراهم کرده اند تا هرکسی بتواند نقص در عملکرد دستگاه های IoT را گزارش کند. تولید کنندگان همچنین در خصوص دریافت به روز رسانی های امنیتی دستگاه ها، زمانبندی مشخصی را در نظر گرفته اند. با این حال این اقدامات هنوز در ابتدای راه خود قرار دارد.
همه این دغدغه های امنیتی در تجارت و صنعت نیز صادق است. اتصال ماشین آلات صنعتی به شبکه IoT خطر احتمالی هکرها را برای کشف و حمله به این دستگاه ها افزایش می دهد. جاسوسی صنعتی یا حمله مخرب به زیرساخت های مهم هر دو خطرات بالقوه هستند. این بدان معناست که مشاغل باید اطمینان حاصل کنند که این شبکه ها محافظت شده اند.
IoT پلی بین دنیای دیجیتال و دنیای فیزیکی ایجاد می کند، به این معنی که هک شدن در دستگاه ها می تواند عواقب خطرناکی در دنیای واقعی داشته باشد. هک شدن سنسورهای کنترل دما در یک نیروگاه می تواند اپراتورها را به اتخاذ تصمیمی فاجعه بار هدایت کند. هک کردن کنترل یک اتومبیل بدون راننده نیز می تواند به فاجعه ختم شود.
IoT با داشتن همه سنسورها داده هایی را برای هر کاری که انجام می دهید جمع آوری می کند. به خانه هوشمند بروید: این می تواند بگوید چه زمانی از خواب بیدار می شوید (وقتی دستگاه قهوه هوشمند فعال شده است) و چه خوب دندان های خود را مسواک می زنید (به لطف مسواک هوشمند شما) ، چه ایستگاه رادیویی را به شما گوش می دهد (به لطف بلندگوی هوشمند شما) ، چه نوع غذایی را می خورید (به لطف اجاق گاز هوشمند یا یخچال شما) ، چه فکر می کنید فرزندانتان (به لطف اسباب بازی های هوشمندشان) و چه کسی به شما مراجعه کرده و از خانه شما می گذرد (به لطف درب هوشمند شما). در حالی که شرکت ها در وهله اول از فروش شما شیء هوشمند درآمد کسب می کنند ، مدل تجاری IoT آنها احتمالاً شامل فروش حداقل برخی از آن داده ها نیز می شود.
یک دستگاه IoT حاوی یک یا چند سنسور است که از آن برای جمع آوری داده استفاده می کند. آنچه که این سنسورها جمع می کنند به دستگاه و وظیفه آن بستگی دارد. سنسورهای داخل ماشین آلات صنعتی ممکن است دما یا فشار را اندازه گیری کنند. یک دوربین امنیتی ممکن است دارای سنسور مجاورتی همراه با صدا و فیلم باشد، در حالی که احتمالاً ایستگاه هواشناسی منزل شما دارای یک سنسور رطوبت است. تمام این داده ها - و خیلی چیزهای دیگر - باید در جایی ارسال شوند. این بدان معناست که دستگاه های IoT نیاز به انتقال داده ها دارند و این کار را از طریق Wi-Fi ، 4G ، 5G و موارد دیگر انجام می دهند.
تحلیلگر فناوری IDC محاسبه می كند كه ظرف 5 سال اسباب بازی هایIoT حدود 79.4 ZB داده ایجاد می كنند. IDC می گوید: برخی از این داده هایIoT کوچک و پراکنده خواهند بود اما سایر دستگاه ها، مانند دوربین های نظارتی ممکن است ترافیک داده بزرگی ایجاد کنند. IDC پیش بینی می کند که میزان داده های ایجاد شده توسط دستگاه های IoT به سرعت در چند سال آینده رشد خواهد کرد. بر اساس این پیش بینی، بیشتر داده ها در ابتدا توسط دوربین های نظارتی تولید می شوند، اما سایر کاربردهای صنعتی و پزشکی به مرور زمان داده های بیشتری تولید خواهند کرد.
IoT مقادیر زیادی از داده ها را تولید می کند: این بدان معناست که IoT محرک مهمی در پروژه های تجزیه و تحلیل داده های بزرگ است زیرا به شرکت ها اجازه می دهد مجموعه های وسیعی از داده ها را ایجاد کرده و آنها را تجزیه و تحلیل کنند. تهیه اطلاعات زیادی از سازنده در مورد چگونگی رفتار اجزای سازنده آن در شرایط دنیای واقعی می تواند به آنها کمک کند تا سریعتر پیشرفت کنند، در حالی که داده های جمع آوری شده از سنسورها در سطح شهر می تواند به برنامه ریزان کمک کند تا کارها را با سرعت بیشتری انجام دهند.
این داده ها به اشکال مختلفی ارائه می شوند - درخواست های صوتی، ویدئو، دما یا سایر اشکال دیگر، که همه آنها را می توان برای استفاده استخراج کرد. همانطور که تحلیلگر IDC می گوید ، طبقه بندی ابرداده های IoT ، یک منبع در حال رشد داده ای است که می توان آن را مدیریت و استفاده کرد. Metadata یک نامزد اصلی است که از پایگاه داده های NoSQL مانند MongoDB تغذیه می شود تا ساختاری را برای محتواهای بدون ساختار ارائه دهد یا در سیستم های شناخت تغذیه می شود تا سطح جدیدی از درک، هوش و نظم را برای محیط های تصادفی خارج فراهم کند.
حجم عظیمی از داده هایی که برنامه های IoT ایجاد می کنند به این معنی است که بسیاری از شرکت ها به جای ایجاد مقادیر عظیمی از ظرفیت داخلی، تصمیم می گیرند که پردازش داده های خود را در «ابر» انجام دهند. غول های رایانش ابری در حال حاضر مشغول این زمینه هستند. مایکروسافت مجموعه Azo IoT خود را دارد، در حالی که خدمات وب آمازون نیز مانند Google Cloud سرویس های IoT را ارائه می دهد.
دستگاه های IoT از روشهای مختلفی برای اتصال و به اشتراک گذاری داده استفاده می کنند، اگرچه بیشتر آنها به نوعی از اتصال بی سیم استفاده می کنند. خانه ها و دفاتر از Wi-Fi ، Zigbee یا Bluetooth Low Energy (یا حتی اترنت اگر بویژه موبایل نیستند) استفاده می کنند. سایر دستگاه ها از LTE یا حتی اتصالات ماهواره ای برای برقراری ارتباط استفاده خواهند کرد. با وجود این، در حال حاضر برخی معتقدند که استانداردهای ارتباطات IoT باید مطابق با Wi-Fi امروزی پذیرفته و قابل تعامل باشند.
یکی از زمینه های رشد در چند سال آینده بدون شک استفاده از شبکه های 5G برای پشتیبانی از پروژه های IoT خواهد بود. 5G این امکان را دارد که بیش از یک میلیون دستگاه را در یک کیلومتر مربع پشتیبانی کند و این بدان معناست که استفاده از تعداد زیادی سنسور در یک منطقه بسیار کوچک امکان پذیر خواهد بود و باعث می شود استقرارهای صنعتی IoT در مقیاس بزرگ امکان پذیر شود. انگلیس به تازگی بکارگیری 5G و IoT را در دو کارخانه هوشمند آغاز کرده است. با این حال هنوز فناوری 5G در همه جا مستقر نشده است. اریکسون پیش بینی می کند که تا سال 2025 حدود 5 میلیارد دستگاه IoT به شبکه های سلولی متصل شود، اما حدوداً یک چهارم از آنها را 4G به هم متصل خواهد کرد.
دوربین های مداربسته در فضای باز، در آینده نزدیک بزرگترین بازار برای دستگاه های 5G IoT خواهند بود. همچنین پیش بینی می شود که 3.5 میلیون دستگاه 5G IoT در حال استفاده در سال جاری به نزدیک به 50 میلیون دستگاه تا سال 2023 خواهد رسید. این در حالی است که در دراز مدت، صنعت خودروسازی، بزرگترین استفاده کننده از 5G IoT باشد.
از آنجا که قیمت سنسورها و ارتباطات همچنان رو به کاهش است، افزودن دستگاه های بیشتر به IoT روز به روز مقرون به صرفه می شود - حتی اگر در بعضی موارد فواید آشکاری برای مصرف کنندگان نداشته باشد. استقرار در مراحل اولیه است و اکثر شرکت هایی که با IoT درگیر هستند در حال حاضر در مراحل آزمایشی بهره برداری خود هستند. بسیاری از سیستم های عامل و استانداردهای رقیب، از سازندگان دستگاه گرفته تا شرکت های نرم افزاری و اپراتورهای شبکه، در حال رقابت در این عرصه هستند.
با اینکه هنوز دغدغه های اصلی فناوری اینترنت اشیا (IoT) یعنی عدم امنیت آن، به طور کامل برطرف نشده، بشر امروز بی صبرانه منتظر عمومیت یافتن آن در تمام شئون زندگی خود است. این انگیزنه نه تنها باعث می شود که نگرانی ها درباره فناوری اینترنت اشیا دیده نشود بلکه موجب افزایش سرعت همه گیر شدن آن خواهد شد. به نظر می رسد زودتر از آنچه که کارشناسان عرصه فناوری انتظار دارند باید خود را برای فناوری اینترنت اشیا (IoT) آماده کنیم.
