ارتباط بین وسایل در اینترنت اشیاء
 

اینترنت اشیاء نوید آسایش بیشتر می‌دهد
اینترنت اشیاء در مسیری که پیش رو دارد، با مخابرات نسل پنجم (۵G)و هوش مصنوعی در خواهد آمیخت و بدین ترتیب ایده‌هایی مثل شبکه‌های برق هوشمند، خانه‌های هوشمند و شهرهای هوشمند را به واقعیتی ملموس‌تر تبدیل خواهد کرد.
وسایل اینترنت اشیاء در خانه‌ها و ساختمان‌های تجاری، از جمله حسگرها و کنترل کننده‌های پنل‌های خورشیدی نصب شده در پشت‌بام‌ها، سیستم های امنیتی و سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی نحوه کنترل نیروی الکتریسیته را متحول کرده‌اند. برای مثال، به‌جای این‌که منبع برق مصرف کننده‌ها از یک واحد مرکزی مثل سدهای هیدروالکتریک و نیروگاه‌های برق مدیریت شوند، مدیران شبکه برق باید اختلاف ذخیره و تقاضا را از درون سیستم توزیع مدیریت کنند. سیستم توزیع می‌تواند شامل پنل‌های خورشیدی روی پشت‌بام‌ها، وسایل ذخیره‌کننده برق و کاربردهای جدید مثل خودروهای برقی.
مثال دیگر در کشاورزی، کنتورهای آب هوشمند هستند که بخشی از اکوسیستم اینترنت اشیاء را تشکیل می‌دهند. این کنتورها در عرض یک سال، بیش از ۲۰۰۰ محل نشت آب را شناسایی می‌کنند و صاحبان مزارع و باغ‌ها می‌توانند از هدر رفتن آب جلوگیری کرده و محصول خود را حفظ کنند. کامیون‌های خودران و یک اپلیکیشن تب‌سنج که برای تلفن‌های هوشمند طراحی شده نمونه‌های دیگر هستند. این اپلیکیشن با وارد شدن به یک دماسنج دیجیتالی افرادی را که ممکن است در معرض ابتلا به کووید-۱۹ باشند را ردیابی می‌کند.
***
اینترنت اشیاء به تعداد روزافزون وسایلی اشاره دارد که به اینترنت متصل هستند. این وسایل دامنه وسیعی دارند که از «آمازون الکسا» و «گوگل هوم» تا دستگاه قهوه ساز و مسواک مجهز به بلوتوث متغیر هستند. وقتی صحبت از وسایل اینترنت اشیاء می شود، به طور معمول منظور چیزهایی مثل حسگرهای محیطی، وسایل متصل به اینترنت، ردیاب های وسایل نقلیه یا حتی ماشین‌های خط مونتاژ هستند. اگر چه یک وسیله اینترنت اشیاء می‌تواند هر وسیله برقی با قابلیت اتصال به اینترنت باشد اما به طور معمول تلفن‌های موبایل و رایانه‌هایی که کاربرد عمومی دارند در این گروه قرار نمی‌گیرند. وسایل اینترنت اشیاء در اصل وسایلی هستند که برای یک هدف خاص‌تر ساخته شده‌اند. این هدف خاص می‌تواند کنترل و تنظیم نور خانه یا پایش سطح مواد شیمیایی داخل مخازن در یک کارخانه باشد.
اجزاء ثابت، اتصال کابلی و بی سیم
وسایل اینترنت اشیاء بسته به نیازهای کاربرها متغیر هستند و انواع گوناگونی دارند. اما در همه آنها اغلب اجزای ثابت و اساسی وجود دارد. به عنوان مثال، معمولاً دارای یک حسگر برای شناسایی عوامل فیزیکی مثل حرکت و چکه کردن آب هستند. همچنین، ممکن است عملگرهایی داشته باشند که تغییرات فیزیکی ایجاد می‌کنند؛ مثل روشن کردن لامپ یا بستن دریچه. این حسگرها و عملگرها به یک یا چند ریزپردازشگر متصل می‌شوند و منطق مورد نیاز را برای عملکرد اینترنت اشیاء تأمین می‌کنند.
این وسایل متصل به اینترنت هستند، بنابراین باید دست‌کم یک جزء ارتباط دهنده داشته باشند که می‌تواند نوعی رادیو باشد یا یک روش ارتباطی کابلی مثل اترنت (Ethernet).
تمامی این اجزاء در یک محفظه بسته که اغلب بسیار کوچک است تعبیه می‌شوند. برای استفاده در برخی محیط‌ها لازم است خوب مهر و موم شوند، آب در آنها نفوذ نکند یا باید تهویه خوبی داشته باشند تا از تجمع گرما جلوگیری شود.
هر وسیله اینترنت اشیاء نیازمند ایجاد ارتباط است. برخی از آنها فقط ارسال کننده اطلاعات هستند. بسیاری دیگر از آنها هم اطلاعات را می‌فرستند و هم دریافت می‌کنند. برخی ارتباطات به کمک خود وسایل و به طور مستقیم برقرار می‌شوند؛ در حالی که برخی دیگر، ارتباطات از راه دور هستند و باید از یک مدخل یا دروازه (gateway)عبور کنند تا بتوانند به مقصدشان برسند. هر سفر پیام‌های ارسالی یک وسیله اینترنت اشیاء با نخستین قدم آغاز می‌شود، حال مقصد آنها هر کجا که باشد.
نخستین قدم در ارتباطات اینترنت اشیاء یا به صورت کابلی است یا بی‌سیم. در ارتباطات کابلی یک پروتکل سریالی ساده استفاده می‌شود. در بیشتر مواقع یک سیستم شبکه‌ای مثل اترنت به کار می‌رود که امکان اتصال مستقیم پروتکل اینترنت به یک سرور شبکه یا اپلیکیشن ابری فراهم می‌کند.
ارتباطات کابلی سریع و قابل اطمینان هستند، اما کابل‌کشی یا خیلی پرهزینه است یا نشدنی است. طبیعی است که در مورد وسایل سیار نمی‌توان از اتصالات سیمی و کابل‌کشی حرفی زد.
بسیاری از وسایل بی‌سیم به‌ هنگام ساخته شدن، فاقد قابلیت‌های اینترنتی هستند و لازم است پس از عرضه به بازار تغییر داده شوند تا قابلیت اتصال به اینترنت را پیدا کنند. با این حال، قابلیت‌های اینترنت اشیاء به طور روز افزون در قالب وسایل جدید طراحی می‌شوند و سهم بزرگی در کاهش هزینه ها و بالابردن سطح عملکرد وسایل دارند.
با رشد انفجاری تقاضا برای طیف اینترنت اشیاء فناوری‌هایی مثل دسترسی چندگانه غیر متعامد و حسگری طیف، دو فناوری اصلی منتخب برای ارتقاء استفاده از فناوری مخابرات بی‌سیم نسل بعد محسوب می‌شوند. با این حال، با توجه به پیچیدگی سناریوهای اینترنت اشیاء در آینده، نحوه استفاده از طیف و توان عملیاتی سیستم در سناریوهای اینترنت اشیاءِ بزرگ مقیاس با چالش‌های تازه‌ای همراه خواهد بود؛ به‌ویژه زمانی‌که از هر دو فناوری به طور هم‌زمان استفاده شود.
از این رو یک تیم بین المللی متشکل از پژوهشگران مؤسسه پژوهش های پیشرفته شانگهای، آکادمی علوم چین، مرکز پژوهش های فنی فنلاند و دانشگاه ویندزور در کانادا یک فناوری حسگری طیف نوین را برای مخابرات اینترنت اشیاء هوشمند منطبق با فناوری ۶Gارائه داده‌اند تا در آینده همزیستی کاربرهای اینترنت اشیاء در مقیاس وسیع را در تعامل با ۶Gپشتیبانی کنند. این فناوری حسگری، چند لایه و بر اساس شناسایی یک ویژگی به خصوص در سناریوهای دسترسی چندگانه غیر متعامد چند کاربره است.
پروتکل ها
وسایل ارتباطی اینترنت اشیاء (IoT)با استفاده از صدها پروتکل به ده‌ها شیوه مختلف با هم ارتباط برقرار می‌کنند؛ به این دلیل که نحوه برقراری ارتباط بین آنها بستگی به این دارد که چه نوع وسیله‌ای هستند، در کجا قرار دارند، به چه وسایل دیگری برای برقراری ارتباط نیاز دارند و چه می‌خواهند بگویند. نمی‌توان گفت کدام پروتکل بهترین است. پروتکل در اصل زبان مشترکی است که پیام‌ها را در مسیرشان از یک وسیله به وسیله دیگر هدایت می‌کند. انتخاب پروتکل مناسب همیشه بستگی به نوع کاربرد دارد.
ارتباطات بی‌سیم بین وسایل اینترنت اشیاء تقریباً همیشه به طور رادیویی اتفاق می‌افتند و صدها پروتکل رادیویی وجود دارند که می‌توان از میان آنها یکی را انتخاب کرد. چند مورد از آنها بسیار رایج و کاربردی هستند. برای مثال، برخی وسایل اینترنت اشیاء با Wi-Fiوارد شبکه ارتباطی می‌شوند که تا وقتی برق آن تامین باشد و پردازش پیچیده آن مانعی ایجاد نکند، دارای مزایای زیادی است. Wi-Fi پروتکل TCPرIPرا به طور بومی به اجرا در می‌آورد. بنابراین وقتی پیکربندی شود، پیچیدگی‌های خود اینترنت را نیز می‌توان از میان برداشت.
Zigbee و Z-wave در شبکه اتوماسیون خانگی نام‌های شناخته شده‌ای هستند چون برای ارتباطاتی با مصرف برق پایین و پهنای باند پایین در آنها بهینه‌سازی شده‌اند. هر دوی این پروتکل‌ها ارتباط مستقیم دو وسیله با یکدیگر را با سرعت و امنیت مطلوب در داخل یک خانه امکان‌پذیر می‌کنند. در صورتی‌که ارتباطات غیرمحلی باشد، از طریق یک دروازه مسیریابی می‌شوند.
بلوتوث و خویشاند کم‌مصرفش BLEپروتکل‌های بسیار رایجی برای وسایل اینترنت اشیاء ساده هستند. برد هر دوی آنها کم است. بنابراین از یک وسیله دیگر که اغلب تلفن همراه است برای تسهیل در پیام‌رسانی راه دور استفاده می‌شود.
شبکه‌ها یا پروتکل‌های سلولی نیز اکنون به راحتی وسایل اینترنت اشیاء را با هم مرتبط می‌کنند. پروتکل‌های سلولی جدید مثل Cat-Mبه وسایلی که با باتری کار می‌کنند این قابلیت را می‌دهند که بدون نیاز به شارژ مجدد ماه‌ها فعال باشند. در عوض پهنای باند محدودی دارند.
پروتکل‌های دیگر مثل ۴G LTE و۵Gبرق بسیار بیشتری مصرف می‌کنند اما قابلیت انتقال داده‌های سنگین‌تر مثل ویدئوهای دیجیتالی را دارند.
دروازه‌ها
زمانی‌که یک وسیله اینترنت اشیاء قادر نباشد یک پروتکل اینترنت را به‌طور مستقیم اجرا کند، پیام‌هایش را به وسیله‌ای دیگر ارسال می‌کند که به آن دروازه (gateway)می‌گویند. دروازه پیام‌ها را پردازش و به اینترنت مخابره می‌کند یا از آن می‌گیرد.
با وجود دروازه‌ها، وسایل اینترنت اشیاء در ابعاد کوچک خود باقی می‌مانند، با باتری کار می‌کنند و هزینه زیادی ندارند چون به‌طور معمول چند وسیله را در قالب یک ایستگاه یا پایگاه محلی مدیریت می‌کنند. یک نمونه از این دروازه‌ها، وسایل پوشیدنی هستند که با بلوتوث فعال می‌شوند. دروازه اتصال بیشتر آنها به اینترنت تلفن همراه است، اما وسیله پوشیدنی و تلفن همراه تا وقتی بازده رضایت‌بخشی دارند که نزدیک به یکدیگر باشند.
پروتکل‌های اتوماسیون خانگی که یکی دیگر از آنها LoRaWANاست را نمی‌توان به‌طور مستقیم با تلفن همراه فعال کرد که البته منطقی است، چون تلفن‌های همراه در یک جا ثابت نیستند. دروازه مناسب این پروتکل‌ها به‌طور معمول دروازه محفظه‌ای است که به پریز برق، اترنت یا Wi-Fiمتصل می‌شود. آنها اطلاعات را از وسایل اینترنت اشیاء دریافت می‌کنند، آن‌چه را دریافت کرده‌اند پردازش می‌کنند و سپس از طریق اینترنت مخابره می‌کنند. محیط‌های صنعتی مثل مزارع خورشیدی و بادی نیاز به یک دروازه صنعتی قدرتمند دارند تا ارتباطات وسایل اینترنت اشیاء خود را از راه دور مسیریابی کنند.
امنیت
وسایل اینترنت اشیاء بر خلاف تلفن‌های همراه و رایانه‌ها امنیت بالایی ندارند. هکرها می‌توانند از وسیله‌ای که امنیت کمتری دارد به یک شبکه نفوذ کنند تا اطلاعات شخصی وسیله‌هایی با امنیت بالاتر را تصاحب کنند.
ایجاد امنیت برای وسایل اینترنت اشیاء آسان نیست، چون اندازه فیزیکی آنها باید کوچک باشد تا در محل مورد نظر جا بگیرند. همچنین، مصرف برق آنها کم است. اغلب این وسایل قادر به انجام محاسبات پیچیده نیستند.
وسایل اینترنت اشیاء که درون یک شبکه گره نامیده می‌شوند به یکدیگر اعتماد دارند. بدین معنی که با ارسال و دریافت سیگنال آزادانه ارتباط برقرار می‌کنند. اگر یک وسیله خارجی بخواهد با یک گره وارد تعامل شود، شبکه آن را نادیده می‌گیرد. یک راه که هکرها از طریق آن به شبکه‌ها دسترسی پیدا می‌کنند این است که یک گره مورد اطمینان را جعل می‌کنند. بنابراین، تمهیدات امنیتی باید شامل یک فرایند نیرومند برای بازبینی هویت هر وسیله‌ای باشد که در تلاش برای ایجاد ارتباط است.
راهکار معمول برای ایجاد یک سیستم امنیتی بی‌سیم از طریق نوعی مکانیسم رمزنگاری است که مستلزم قدرت محاسباتی است که برخی وسایل اینترنت اشیاء در پشتیبانی آنها با مشکل مواجه می‌شوند. اما دانشمندان از طریق شکل خاصی از مکانیسم امنیتی کم مصرف به نام «انگشت‌نگاری فرکانس رادیویی» (RFF)این مشکل را حل کرده‌اند. انگشت‌نگاری فرکانس رادیویی روشی برای شناسایی وسایل مختلف است که از اختلافات جزئی سخت افزارها استفاده می‌کند؛ علی‌رغم این که کارخانه در ساخت آنها دقت بالایی به کار برده است. این اختلافات موجب می‌شوند امواج رادیویی که وسیله مورد نظر ارسال می‌کند دارای ویژگی‌های منحصر به فردی شوند. پس از پردازش سیگنال، می‌توان از این ویژگی‌ها برای شناسایی یک وسیله اینترنت اشیاء استفاده کرد.
یک راه برای این که هکرها سخت‌تر بتوانند انگشت‌نگاری فرکانس رادیویی را شناسایی و تقلید کنند، تغییر دادن ویژگی‌های انگشت‌نگاری است. استفاده از نوعی تقویت‌کننده الکترونیکی یک راهکار برای تغییر دادن این ویژگی‌ها است.
به طور معمول، هر وسیله خصوصیات سخت‌افزاری ثابتی دارد که با قرار گرفتن در محیط و به مرور زمان ممکن است تغییر کنند. این تقویت‌کننده الکتریکی با پیکربندی مجدد خود انواعی از انگشت‌نگاری‌های فرکانس رادیویی را در یک وسیله ایجاد می‌کند. بدین ترتیب، مانع از این می‌شود که فرد هکر خصوصیات سخت افزاری آن وسیله را تقلید کند.
واسط کاربر
واسط‌های کاربر آخرین قدم در زنجیره ارتباطات وسایل اینترنت اشیاء هستند. از سوی دیگر نخستین قدم هستند، چرا که فرمان‌ها را درون سیستم به جریان می‌اندازند تا یک یا چند وسیله اینترنت اشیاء آنها را به اجرا در آورند. واسط‌های کاربر انواع گوناگونی دارند. افراد می‌توانند از طریق وب‌سایت، اپلیکیشن تلفن همراه، اپلیکیشن ویژه دسک‌تاپ یا به طور غیرمستقیم از طریق «رابط برنامه‌نویسی نرم‌افزار کاربردی» (API)با خدمات تجاری مانند یک شرکت رایانش ابری در تعامل باشند. همه تعاملات از راه دور برقرار نمی‌شوند. برخی از وسایل اینترنت اشیاء طوری طراحی شده‌اند که می‌توانند دسترسی مستقیم و پیکربندی را پشتیبانی کنند که از طریق یک صفحه لمسی یا صرفاً چند کلید باشد.

code

نسخه مناسب چاپ