آموزش اینترنت اشیاء (IOT)

آموزش اینترنت اشیا

آنچه در این صفحه می خوانید:

معرفی اینترنت اشیاء (IOT)

Internet of Things یا به اختصار IoT سیستمی از دستگاه های محاسباتی بهم پیوسته، ماشین های مکانیکی و دیجیتال، اشیاء، حیوانات یا افراد است که با شناسه های منحصر به فرد (UID) و امکان انتقال داده از طریق شبکه بدون نیاز به تعامل انسانی یا تعامل انسان با کامپیوتر، ارائه می شود.

تعریف اینترنت اشیاء به دلیل همگرایی چندین فناوری، تجزیه و تحلیل در زمان واقعی، یادگیری ماشین، حسگر اشیا و سیستم های تعبیه شده تکامل یافته است. زمینه های سنتی سیستم های تعبیه شده، شبکه های حسگر بی سیم، سیستم های کنترل، اتوماسیون (از جمله اتوماسیون در منزل و ساختمان) و سایر موارد در ایجاد اینترنت اشیاء نقش دارند. در بازار مصرف، فناوری IoT مترادف ترین محصولاتی است که به مفهوم "خانه هوشمند" مربوط می شود، وسایل و وسایل را پوشش می دهد (مانند وسایل روشنایی، ترموستات، سیستم های امنیتی خانگی و دوربین ها و سایر لوازم خانگی) که از اکوسیستم های متداول تر و از طریق دستگاه های مرتبط با آن اکوسیستم مانند تلفن های هوشمند و بلندگوهای هوشمند قابل کنترل است.

اینترنت اشیاء (IoT) را می توان به عنوان شبکه ای از اشیاء فیزیکی یا افراد به نام "چیزهایی" تعریف کرد که با نرم افزار، الکترونیک، شبکه و حسگرها تعبیه شده اند که به این اشیاء امکان جمع آوری و تبادل داده ها را می دهد. هدف IoT گسترش اتصال به اینترنت از دستگاه های استاندارد مانند رایانه، موبایل، تبلت به دستگاه های نسبتاً گنگ مانند توستر است. IoT با بهبود جنبه های زندگی ما با قدرت جمع آوری داده ها، الگوریتم های هوش مصنوعی و شبکه ها، تقریبا همه چیز را "هوشمند" می کند. ویژگی های موجود در IoT همچنین می تواند برای شخص دارای کاشت مانیتور دیابت، حیوان با دستگاه ردیابی و غیره استفاده شود.

نگرانی های جدی در مورد خطرات در رشد IoT به ویژه در زمینه های حفظ حریم خصوصی و امنیت وجود دارد. و به تبع آن، اقدامات صنعت و دولت ها را برای شروع به بررسی این موارد را بر انگیخته است.

تاریخچه اینترنت اشیاء (IOT)

مفهوم شبکه دستگاه های هوشمند از اوایل سال 1982 مورد بحث قرار گرفت، که دستگاه فروش خودکار در دانشگاه کارنگی ملون تبدیل به اولین دستگاه متصل به اینترنت شد که توانست گزارش موجودی خود را ارائه دهد و اینکه آیا نوشیدنی های تازه بارگیری شده سرد بوده یا خیر. مقاله مارک ویزر در سال 1991 در مورد رایانه همه جا، "کامپیوتر قرن 21"، و همچنین مکان های دانشگاهی مانند UbiComp و PerCom چشم انداز معاصر IoT را تولید کرد. در سال 1994، رضا راجی مفهوم موجود در IEEE Spectre را به عنوان "انتقال بسته های کوچک داده به مجموعه بزرگی از گره ها، به منظور ادغام و اتوماسیون همه چیز از لوازم خانگی به کل کارخانه ها" توصیف کرد. بین سال های 1993 و 1997، چندین شرکت راه حل هایی مانند مایکروسافت را در محل کار یا شرکت نول ارائه دادند. هنگامی که بیل جوی ارتباط بین دستگاه به دستگاه را به عنوان بخشی از چارچوب "شش شبکه" خود، که در سال 1999 در مجمع جهانی اقتصاد در داووس ارائه شد، تصور کرد.

اصطلاح "اینترنت چیزها" احتمالاً در سال 1999 توسط کوین اشتون از Procter & Gamble، بعداً مرکز خودکار شناسایی MIT ابداع شده است، اگرچه این عبارت را "اینترنت برای چیزها" ترجیح می دهد. در آن مرحله، وی شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) را برای اینترنت اشیا ضروری دانست، که به کامپیوترها امکان می دهد همه چیزهای شخصی را مدیریت کنند.سیسك سامسونگ تخمین می زند كه اینترنت اشیاء به عنوان "صرفاً نقطه ای از زمان اتصال چیزها یا اشیاء به اینترنت بیش از مردم" است. سیسكو سیستمیس تخمین می زند كه IoT بین سال های 2008 و 2009 "متولد شده" است و نسبت چیزها / مردم رو به رشد است.

نیروی محرک اصلی اینترنت اشیاء MOSFET (ترانزیستور اثر میدان فلزی- اکسید نیمه هادی یا ترانزیستور MOS) است که در ابتدا توسط محمد م. آتالا و داون کهنگ در آزمایشگاه های بل در سال 1959 اختراع شد. MOSFET ساختمان اصلی ترین الکترونیک مدرن، از جمله رایانه ها، تلفن های هوشمند، تبلت ها و خدمات اینترنتی. کوچک سازی MOSFET با سرعت پیش بینی شده توسط مقیاس بندی Dennard و قانون مور از اواخر قرن بیستم عامل اصلی پیشرفت های فناوری در صنعت الکترونیک بوده است. مقیاس گذاری MOSFET در اوایل قرن بیست و یکم با پیشرفت هایی مانند کاهش مصرف برق، تولید دستگاه نیمه هادی سیلیکون روی عایق (SOI) و فناوری پردازنده چند هسته ای، منجر به اینترنت چیزهایی شده است که توسط آن هدایت می شود. MOSFET با کاهش مصرف انرژی در مقیاس نانوالکترونیکی قرار می گیرند.

کاربرد اینترنت اشیاء (IOT)

مجموعه گسترده برنامه های کاربردی برای دستگاه های IoT اغلب به فضاهای مصرفی، تجاری، صنعتی و زیربنایی تقسیم می شود.

برنامه های مصرف کننده

بخش فزاینده ای از دستگاه های IoT برای کاربرد مصرف کننده ایجاد می شود، از جمله وسایل نقلیه متصل، اتوماسیون منزل، فناوری پوشیدنی، بهداشت متصل و وسایل دارای قابلیت نظارت از راه دور.

خانه هوشمند

دستگاه های IoT بخشی از مفهوم بزرگتر اتوماسیون منزل است که می تواند شامل روشنایی، گرمایش و تهویه مطبوع، رسانه ها و سیستم های امنیتی باشد. مزایای بلند مدت می تواند با صرفه جویی خودکار چراغ ها و الکترونیک، موجب صرفه جویی در مصرف انرژی شود.

خانه هوشمند یا خانه اتوماتیک می تواند مبتنی بر سکوی یا مراکز مستقر در کنترل دستگاه ها و لوازم هوشمند باشد. به عنوان مثال، با استفاده از HomeKit اپل، تولید کنندگان می توانند محصولات خانگی و لوازم جانبی خود را توسط برنامه در دستگاه های iOS مانند iPhone و Apple Watch کنترل کنند. این می تواند برنامه اختصاصی یا برنامه های بومی iOS مانند Siri باشد. این امر را می توان در مورد Smart Home Essentials Lenovo نشان داد، که این مجموعه ای از دستگاه های خانگی هوشمند است که بدون نیاز به پل Wi-Fi از طریق اپلیکیشن Home Apple یا Siri کنترل می شوند. همچنین مراکز خانگی هوشمند اختصاصی وجود دارد که به عنوان سیستم عامل های مستقل برای اتصال محصولات مختلف خانه هوشمند ارائه می شوند و از جمله آنها می توان به Amazon Echo ،Google Home ،HomePod اپل و SmartThings Hub سامسونگ اشاره کرد. علاوه بر سیستم های تجاری، بسیاری از اکوسیستم های اوپن سورس غیر اختصاصی نیز وجود دارند.

نگهداری از سالمندان

یکی از کاربردهای مهم خانه هوشمند، کمک به افراد معلول و افراد سالخورده است. این سیستم های خانگی برای رفع ناتوانی های خاص مالک از فناوری کمکی استفاده می کنند. کنترل صدا می تواند به کاربران در محدودیت های دید و تحرک کمک کند در حالی که سیستم های هشدار می توانند به طور مستقیم به کاشت حلزون که توسط کاربران کم شنوا پوشیده می شود متصل شوند. همچنین می توانند به ویژگی های ایمنی اضافی مجهز شوند. این ویژگی ها می تواند شامل حسگرهایی باشد که در مواقع اضطراری پزشکی مانند افتادن یا تشنج نظارت می کنند. فناوری خانه هوشمند که از این طریق استفاده می شود، می تواند آزادی و کیفیت زندگی بیشتری را در اختیار کاربران قرار دهد. اصطلاح "Enterprise IoT" به دستگاه های مورد استفاده در تنظیمات تجاری و سازمانی اطلاق می شود. تا سال 2019، تخمین زده می شود کهEIoT تعداد 9.1 میلیارد دستگاه را به خود اختصاص دهد.

خدمات پزشکی و بهداشتی

اینترنت اشیاء پزشکی (IoMT)، (همچنین به آن اینترنت چیزهای سلامت گفته می شود)، برنامه IoT برای اهداف پزشکی و بهداشتی، جمع آوری داده ها و تجزیه و تحلیل برای تحقیق و نظارت است. IoMT به عنوان فناوری ایجاد سیستم مراقبت بهداشتی دیجیتالی، اتصال منابع پزشکی موجود و خدمات بهداشتی درمانی، به عنوان "هوشمند درمانی" معرفی شده است.

علامت محدودیت سرعت دیجیتال

IoT می تواند در ادغام ارتباطات، کنترل و پردازش اطلاعات در سیستم های حمل و نقل مختلف کمک کند. کاربرد IoT به کلیه جنبه های سیستم های حمل و نقل (یعنی وسیله نقلیه، زیرساخت ها و راننده یا کاربر) گسترش می یابد. تعامل پویا بین این مؤلفه های سیستم حمل و نقل، ارتباطات درون و داخل خودرو، کنترل ترافیک هوشمند، پارکینگ هوشمند، سیستم های جمع آوری عوارض الکترونیکی، تدارکات و مدیریت ناوگان، کنترل وسیله نقلیه، ایمنی و کمک های جاده ای را امکان پذیر می کند. به عنوان مثال، در تدارکات و مدیریت ناوگان ، پلتفرم IoT می تواند از طریق سنسورهای بی سیم بطور مداوم بر مکان و شرایط بار و دارایی نظارت کند و هنگام وقوع استثنائات مدیریت، هشدارهای ویژه ای ارسال کند (تأخیر، خسارت، سرقت و غیره). این امر تنها با IoT و اتصال بی سیم آن بین دستگاه ها امکان پذیر است. سنسورهایی مانند GPS، رطوبت و دما داده ها را به سکوی IoT ارسال می کنند و سپس داده ها را تجزیه و تحلیل کرده و سپس برای کاربران ارسال می کند. به این ترتیب، کاربران می توانند وضعیت واقعی وسایل نقلیه را ردیابی کنند و می توانند تصمیمات مناسبی بگیرند. اگر با Machine Learning همراه باشد، با معرفی هشدار خواب آلودگی به رانندگان و تهیه اتومبیل های خودران نیز به کاهش تصادفات منجر می شود.

اتوماسیون ساختمان و خانه

از دستگاه های IoT می توان برای نظارت و کنترل سیستم های مکانیکی، برقی و الکترونیکی مورد استفاده در انواع مختلف ساختمان ها (به عنوان مثال عمومی و خصوصی، صنعتی، مؤسسات یا مسکونی) در سیستم های اتوماسیون منزل و اتوماسیون ساختمان استفاده کرد. در این زمینه، سه حوزه اصلی در ادبیات تحت پوشش قرار می گیرد:

  • ادغام اینترنت با ساختمان های سیستم های مدیریت انرژی به منظور ایجاد "ساختمان های هوشمند" با انرژی و کارآمد برای IOT.
  • ابزار ممکن برای نظارت بر زمان واقعی برای کاهش مصرف انرژی و نظارت بر رفتارهای سرنشینان.
  • ادغام دستگاه های هوشمند در محیط ساخته شده و نحوه استفاده آن ها در برنامه های آینده.

کاربردهای صنعتی

همچنین با عنوان IIoT شناخته می شود، دستگاه های صنعتی IoT داده های مربوط به تجهیزات متصل، فناوری عملیاتی، مکان ها و افراد را به دست آورده و آنالیز می کنند. IIOT همراه با دستگاه های مانیتورینگ فناوری عملیاتی (OT)، IIOT به تنظیم و نظارت بر سیستم های صنعتی کمک می کند.

کشاورزی

چندین کاربرد IoT در کشاورزی وجود دارد مانند جمع آوری داده ها در مورد دما، بارندگی، رطوبت، سرعت باد، آلودگی به آفات و محتوای خاک. از این داده ها می توان برای اتوماسیون تکنیک های کشاورزی، اتخاذ تصمیمات آگاهانه برای بهبود کیفیت و کمیت، به حداقل رساندن ریسک و ضایعات و کاهش تلاش مورد نیاز برای مدیریت محصولات زراعی استفاده کرد. به عنوان مثال، کشاورزان هم اکنون می توانند دمای خاک و رطوبت را از دور مشاهده کنند و حتی داده های به دست آمده از IoT را نیز در برنامه های لقاح دقیق اعمال کنند.

برنامه های زیرساختی

نظارت و کنترل عملیات زیرساخت های پایدار شهری و روستایی مانند پل ها، مسیرهای ریلی و مزارع بادی درون و برون مرزی برنامه اصلی IoT است. از زیرساخت IoT می توان برای نظارت بر وقایع یا تغییر در شرایط ساختاری استفاده کرد که می تواند ایمنی را به خطر اندازد و خطر را افزایش دهد. IoT با صرفه جویی در هزینه، کاهش زمان، روز کاری با کیفیت بهتر، گردش کار بدون کاغذ و افزایش بهره وری می تواند از صنعت ساخت و ساز بهره مند شود. این نرم افزار می تواند در تصمیم گیری سریعتر و صرفه جویی در هزینه با تحلیل داده Real-Time کمک کند. همچنین با هماهنگی انجام وظایف بین ارائه دهندگان خدمات مختلف و استفاده کنندگان از این امکانات، می تواند برای برنامه ریزی فعالیت های تعمیر و نگهداری به شیوه ای کارآمد نیز مورد استفاده قرار گیرد. برای دسترسی به کشتی ها می توان از دستگاه های IoT نیز استفاده کرد که زیرساخت های حساس مانند پل ها را کنترل می کند. استفاده از دستگاه های IoT برای نظارت و زیرساخت های عملیاتی احتمالاً باعث بهبود مدیریت حوادث و هماهنگی واکنش اضطراری و کیفیت خدمات ، به روز رسانی و کاهش هزینه های بهره برداری در کلیه مناطق مرتبط با زیرساخت ها خواهد شد. حتی مناطقی مانند مدیریت پسماند می توانند از اتوماسیون و بهینه سازی لازم توسط IoT بهره مند شوند.

استقرار در مقیاس کلان شهر

چندین استقرار برنامه ریزی شده یا در مقیاس بزرگ از IoT وجود دارد، تا بتوانید مدیریت بهتری در شهرها و سیستم ها داشته باشید. به عنوان مثال، Songdo، کره جنوبی، اولین شهر از نوع هوشمند و کاملاً مجهز و سیمی است که به تدریج ساخته می شود و تقریباً 70 درصد از منطقه تجاری تا ژوئن سال 2018، با دخالت اندک و یا هیچ انسانی به اتمام رسیده است.

مدیریت انرژی

تعداد قابل توجهی از دستگاه های مصرف کننده انرژی (به عنوان مثال سوئیچ ها، پریز برق، لامپ ها، تلویزیون ها و غیره) در حال حاضر اتصال به اینترنت را یکپارچه کرده اند، که می تواند به آنها امکان برقراری ارتباط با برنامه ها را برای تعادل تولید برق و مصرف انرژی و بهینه سازی مصرف انرژی به صورت کلی فراهم کند. این دستگاه ها امکان کنترل از راه دور توسط کاربران و یا مدیریت مرکزی را از طریق رابط مبتنی بر ابر فراهم می کنند و عملکردهایی مانند برنامه ریزی (به عنوان مثال، از راه دور روشن یا خاموش کردن سیستم های گرمایش، کنترل اجاق ها، تغییر شرایط روشنایی و غیره) را فعال می کنند. شبکه هوشمند برنامه IoT در کنار ابزار است. سیستم ها با استفاده از انرژی و اطلاعات مرتبط با انرژی و انرژی برای بهبود بهره وری در تولید و توزیع برق اقدام می کنند. با استفاده از دستگاه های پیشرفته اندازه گیری (AMI) متصل به اینترنت، ابزارهای برقی نه تنها اطلاعات را از کاربران نهایی جمع می کنند بلکه مدیریت توزیع دستگاه های اتوماسیون مانند ترانسفورماتورها را نیز دارند.

نظارت بر محیط زیست

برنامه های نظارت بر محیط زیست از IoT به طور معمول از سنسورهایی برای کمک به حفاظت از محیط زیست با نظارت بر کیفیت هوا یا آب، شرایط جوی یا خاک استفاده می کنند و حتی می تواند مناطقی مانند نظارت بر حرکات حیوانات وحشی و زیستگاه های آنها را نیز شامل شود. توسعه دستگاه های محدود به منابع متصل به اینترنت همچنین بدان معنی است که سایر برنامه ها مانند سیستم های هشدار دهنده اولیه زلزله یا سونامی نیز می توانند توسط خدمات اضطراری برای ارائه کمک های مؤثرتر مورد استفاده قرار گیرند. دستگاه های IoT در این برنامه به طور معمول از منطقه جغرافیایی وسیع استفاده می کنند و همچنین قابل حمل هستند. استدلال شده است که استانداردسازی IoT به سنجش بی سیم باعث تحول در این منطقه خواهد شد.

آزمایشگاه زنده

نمونه دیگر از ادغام IoT، آزمایشگاه زنده است که یکپارچه سازی و ترکیب فرآیند تحقیق و نوآوری و ایجاد مشارکت عمومی-خصوصی-افراد است. در حال حاضر 320 آزمایشگاه زنده وجود دارد که از IoT برای همکاری و به اشتراک گذاری دانش بین ذینفعان برای ایجاد محصولات نوآورانه و فناوری استفاده می کند. برای اینکه شرکت ها بتوانند خدمات IoT را برای شهرهای هوشمند پیاده سازی و توسعه دهند، باید مشوق هایی داشته باشند. دولت ها در پروژه های شهرهای هوشمند نقش اساسی دارند زیرا تغییر در سیاست ها به شهرها کمک می کند تا IoT را اجرا کنند که اثربخشی، کارآیی و صحت منابع مورد استفاده را فراهم می آورد. به عنوان مثال، دولت مشوق های مالیاتی و اجاره ارزان قیمت را فراهم می کند، حمل و نقل عمومی را بهبود می بخشد و محیطی را فراهم می کند که شرکت های نوپا، صنایع خلاق و چند ملیتی بتوانند با هم همکاری کنند، زیرساخت های مشترک و بازار کار را به اشتراک بگذارند و از فن آوری های داخلی استفاده کنند. ، فرایند تولید و هزینه های معامله ارتباط بین توسعه دهندگان فناوری و دولت هایی که دارایی های شهر را مدیریت می کنند، مهم است که دسترسی آزاد به منابع را به روشی کارآمد فراهم کند.

معماری اینترنت اشیاء (IOT)

معماری سیستمIoT، از نظر ساده، از سه لایه تشکیل شده است: لایه اول Devices، لایه دوم Edge Gateway ولایه سوم Cloud است. دستگاه ها شامل مواردی در شبکه هستند، مانند سنسورها و محرک های موجود در تجهیزاتIIoT، به ویژه آن هایی که از پروتکل هایی مانند Modbus ،Zigbee یا پروتکل های اختصاصی استفاده می کنند تا به Edge Gateway وصل شوند. Edge Gateway از سیستم های جمع آوری داده های حسگر به نام Edge Gateways تشکیل شده است که قابلیت هایی مانند پیش پردازش داده ها، امنیت اتصال به ابر، استفاده از سیستم هایی مانند WebSockets، مرکز رویدادها و حتی در برخی موارد تجزیه و تحلیل لبه یا محاسبات مه ردیف نهایی شامل برنامه ابری است که برای IIoT با استفاده از معماری میکروسرویس ها ساخته شده است، که معمولاً با استفاده از HTTPS / OAuth، در طبیعت چندضلعی و ذاتاً ایمن هستند. این شامل سیستم های مختلف بانک اطلاعاتی است که داده های حسگر مانند داده های سری زمانی یا فروشگاه دارایی ها را با استفاده از سیستم های ذخیره داده بک اند (به عنوان مثال کاساندرا، پستگرس کیو ال) ذخیره می کنند. ردیف ابر در اکثر سیستم های مبتنی بر ابر IoT دارای ویژگی های صف وقایع و پیام رسانی است که ارتباطاتی را که در همه ردیف ها انجام می شود، مدیریت می کند. برخی از کارشناسان سه ردیف را در سیستم IIoT به عنوان لبه، سکو و شرکت طبقه بندی کرده اند و اینها به ترتیب توسط شبکه مجاورت، شبکه دسترسی و شبکه خدمات به هم وصل می شوند.

با استفاده از اینترنت اشیاء، وب سایت ها معماری برای لایه کاربرد اینترنت چیزهایی هستند که به همگرایی داده ها از دستگاه های IoT به برنامه های وب برای ایجاد موارد استفاده خلاقانه می پردازند. به منظور برنامه ریزی و کنترل جریان اطلاعات در اینترنت اشیاء، جهت معماری پیش بینی شده با نام BPM Everywhere خوانده می شود که ترکیبی از مدیریت فرایند سنتی با استخراج فرآیند و قابلیت های ویژه برای خودکارسازی کنترل تعداد زیادی دستگاه هماهنگ است.

بررسی برخی از تکنولوژی های اینترنت اشیا

این میکروکنترلر از خانواده ریزپردازنده های جدید است که شرکت اتمل آن را روانه بازار کرده است که در زمینه اینترنت اشیا بسیار کاربرد دارد.

ARM نوعی از معماری پردازنده های کامپیوتری است که دستور العمل های 32 بیتی را پردازش می کند که در اینترنت اشیا کاربرد فراوانی دارد.

کورتکس یکی از معروفترین هسته های معماری ARM می باشد که مدل های مختلفی را شامل می شود.

روباتیک،علم مطالعه فن آوری مرتبط با طراحی ساخت و اصول کلی و کاربرد روبات ها است. روباتیک علم و فن آوری ماشین های قابل برنامه ریزی، با کاربردهای عمومی می باشد.

مکاترونیک تلفیق سه رشته مهندسی مکانیک، مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر است و هدف آن ارتباط سازی میان رشته های مهندسی مرتبط با اتوماسیون خودکارسازی است.

رزبری پای رایانه تک برد کوچک در اندازه کارت اعتباری است که در اینترنت اشیا بسیار کاربرد دارد.

آردوینو میکروکنترلر تک بردی است که به منظور تولید راحت‌تر برنامه‌هایی که با اشیاء یا محیط تعامل داشته باشند طراحی شده‌ است.

FPGA مدار مجتمع قابل برنامه ریزی است، که می توان بعد از اتمام فرآیند آن را مطابق نیاز طراح، برنامه ریزی نمود.

اساسا برنامه نویسی گرافیکی است که برای تولید محصولات الکترونیکی مرتبط یا اینترنت اشیا مانند طراحی مدار استفاده می شود. برای کسب اطلاعات و آشنایی بیشتر، مقاله آشنایی با اینترنت اشیا (IoT) را مطالعه کنید.

آیا این نوشته را دوست داشتید؟