اینترنت اشیا (IoT) چیست؟ کاربردها؛ مزایا و معایب آن

IoT مخفف چه کلماتی است؟

IoT مخفف عبارت Internet of Things (به فارسی اینترنت اشیا) است.

اینترنت اشیا چیست؟

اینترنت اشیا (IoT) به زبان ساده به مجموعه‌ای از وسایل الکترونیکی گفته می‌شود که کامپیوتر نیستند، اما برای ارسال اطلاعات، دریافت دستور یا هر دوی این موارد به اینترنت متصل هستند.

این وسایل می‌تواند طیف وسیعی از اشیا از لوازم خانگی گرفته تا ابزارهای صنعتی پیچیده را شامل شود. به عنوان مثال یخچال فریزر هوشمندی که به شبکه اینترنت اشیا متصل است، می‌تواند وضعیت مواد غذایی که در آن قرار گرفته را از طریق اینترنت به گوشی هوشمند مالک آن گزارش دهد.

یا مثلاً پایشگر وضعیت قلب یک بیمار می‌تواند فشار خون و میزان تپش قلب او را از طریق اینترنت به پزشک آن اطلاع دهد.

اینترنت اشیا چگونه کار می‌کند؟

اکوسیستم اینترنت اشیا از دستگاه‌های هوشمند مبتنی بر وب تشکیل شده است که از پردازنده‌ها، سنسورها و سخت‌افزار ارتباطی خود برای جمع‌آوری، ارسال و پردازش داده‌هایی که از محیط خود به دست می‌آورند، استفاده می‌کنند.

دستگاه‌های اینترنت اشیا داده‌های سنسوری را که جمع‌آوری می‌کنند با اتصال به دروازه اینترنت اشیا به اشتراک می‌گذارند که این داده‌ها یا همان جا تجزیه و تحلیل می‌شوند یا به محیط رایانش ابری ارسال می‌شوند تا در آنجا تجزیه و تحلیل شوند.

گاهی اوقات، این دستگاه‌ها با سایر دستگاه‌های مرتبط ارتباط برقرار می‌کنند و بر اساس اطلاعاتی که از یکدیگر دریافت کرده‌اند، عملکرد خود را تنظیم می‌کنند.

دستگاه‌ها در اینترنت اشیا بیشتر کار را بدون دخالت انسان انجام می‌دهند، اگرچه افراد می‌توانند با دستگاه‌ها تعامل داشته باشند؛ به عنوان مثال، برای راه‌اندازی، دادن دستورالعمل‌ها یا دسترسی به داده‌های آن‌ها.

اتصال، شبکه و پروتکل‌های ارتباطی مورد استفاده دستگاه‌ها تا حد زیادی به کاربرد خاص اینترنت اشیا مستقر شده بستگی دارد. اینترنت اشیا همچنین می‌تواند از هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشینی برای کمک به آسان‌تر و پویاتر کردن فرآیندهای جمع‌آوری داده‌ها استفاده کند.

چرا اینترنت اشیا مهم است؟

اینترنت اشیا به مردم کمک می‌کند هوشمندتر زندگی و کار کنند و همچنین کنترل کاملی بر زندگی خود به دست آورند. این دستگاه‌های هوشمند علاوه بر خودکارسازی خانه‌ها، برای فضای تجاری نیز ضروری هستند.

اینترنت اشیا به کسب‌وکارها امکان پایش آنی عملکرد سیستم‌هایشان را می‌دهد و اطلاعاتی را در مورد همه چیز از عملکرد ماشین‌ها گرفته تا زنجیره تامین و عملیات لجستیک ارائه می‌دهد.

اینترنت اشیا شرکت‌ها را قادر می‌سازد تا فرآیندها را خودکار کرده و هزینه‌های نیروی کار را کاهش دهند. همچنین اتلاف زمان و هزینه را کاهش داده و ارائه خدمات را بهبود می‌بخشد، این اکوسیستم هزینه تولید و تحویل کالا را کاهش می‌دهد و شفافیت بیشتری را به مشتریان ارائه می‌دهد.

به این ترتیب، اینترنت اشیا یکی از مهم‌ترین فناوری‌های زندگی روزمره است و همچنان که کسب‌وکارهای بیشتری به پتانسیل دستگاه‌های متصل برای رقابتی نگه‌داشتن آن‌ها پی می‌برند، به پیشرفت خود ادامه می‌دهد.

مزیت اینترنت اشیا برای سازمان‌ها چیست؟

اینترنت اشیا چندین مزیت اساسی را به سازمان‌ها ارائه می دهد. برخی از مزایا مربوط به یک صنعت خاص هستند و برخی دیگر در چندین صنعت قابل اجرا هستند. برخی از مزایای رایج اینترنت اشیا برای مشاغل:

• نظارت بر فرآیندهای تجاری آن‌ها؛
• بهبود تجربه مشتری (CX)؛
• صرفه‌جویی در زمان و هزینه؛
• افزایش بهره‌وری کارکنان؛
• ادغام و تطبیق مدل‌های کسب و کار؛
• اتخاذ تصمیمات تجاری بهتر؛
• ایجاد درآمد بیشتر.

اینترنت اشیا شرکت‌ها را تشویق می‌کند تا روش‌های برخوردشان با کسب‌وکارشان را بازنگری کنند و ابزارهایی را برای بهبود استراتژی‌های کسب‌وکارشان در اختیارشان قرار می‌دهد.

به طور کلی، اینترنت اشیا در تولید، حمل و نقل و سازمان‌های خدماتی، استفاده از حسگرها و سایر دستگاه‌های اینترنت اشیاء فراوان است. با این حال، موارد استفاده برای سازمان‌های کشاورزی، زیرساخت‌ها و صنایع اتوماسیون خانگی نیز پیدا کرده است که برخی از سازمان‌ها را به سمت تحول دیجیتال سوق می‌دهد.

اینترنت اشیاء می‌تواند با تسهیل کار کشاورزان در کشاورزی به نفع آن‌ها باشد. سنسورها می‌توانند داده‌های مربوط به بارندگی، رطوبت، دما و محتوای خاک و همچنین عوامل دیگری را جمع‌آوری کنند که به خودکارسازی تکنیک‌های کشاورزی کمک می‌کند.

توانایی نظارت بر عملیات زیرساخت نیز عاملی است که اینترنت اشیا می‌تواند به آن کمک کند. برای مثال، سنسورها می‌توانند برای نظارت بر تغییرات در ساختمان‌های سازه‌ای، پل‌ها و سایر زیرساخت‌ها استفاده شوند. این کار مزایایی مانند صرفه‌جویی در هزینه، صرفه‌جویی در زمان، تغییرات کیفیت زندگی و گزارش گردش کار بدون کاغذ را به همراه دارد.

یک کسب‌وکار اتوماسیون خانگی می‌تواند از اینترنت اشیا برای نظارت و دستکاری سیستم‌های مکانیکی و الکتریکی در یک ساختمان استفاده کند. در مقیاس وسیع‌تر، شهرهای هوشمند می‌توانند به شهروندان در کاهش ضایعات و مصرف انرژی کمک کنند.

اینترنت اشیاء هر صنعتی را تحت تأثیر قرار می‌دهد، از جمله مشاغل در حوزه مراقبت‌های بهداشتی، مالی، خرده فروشی و تولید.

مزایا و معایب اینترنت اشیا چیست؟

برخی از مزایای اینترنت اشیا شامل موارد زیر است:

• امکان دسترسی به اطلاعات از هر نقطه و در هر زمان در هر دستگاه
• بهبود ارتباط بین دستگاه‌های الکترونیکی متصل
• انتقال بسته‌های داده از طریق شبکه و صرفه جویی در زمان و هزینه
• خودکار کردن وظایف و کمک به بهبود کیفیت خدمات و کاهش نیاز به مداخله انسانی

برخی از معایب اینترنت اشیا شامل موارد زیر است:

• با افزایش تعداد دستگاه‌های متصل و به اشتراک‌گذاری اطلاعات بیشتر بین دستگاه‌ها، احتمال سرقت اطلاعات محرمانه توسط هکر نیز افزایش می‌یابد.
• شرکت‌ها ممکن است در نهایت مجبور شوند با تعداد زیادی – شاید حتی میلیون‌ها – دستگاه اینترنت اشیا دست و پنجه نرم کنند و جمع‌آوری و مدیریت داده‌ها از همه آن دستگاه‌ها چالش‌برانگیز خواهد بود.
• اگر اشکالی در سیستم وجود داشته باشد، این احتمال وجود دارد که تمام دستگاه‌های متصل از کار بیافتند.
• از آنجایی که هیچ استاندارد بین‌المللی برای سازگاری IoT وجود ندارد، ارتباط دستگاه‌های سازنده‌های مختلف با یکدیگر دشوار است.

استانداردها و فریم‌ورک‌های اینترنت اشیا

چندین استاندارد در حال ظهور اینترنت اشیا وجود دارد، از جمله موارد زیر:

• 6LoWPAN (IPv6 روی شبکه‌های شخصی بی‌سیم کم مصرف): استانداردی است که توسط کارگروه مهندسی اینترنت (IETF) تعریف شده است. استاندارد 6LoWPAN هر دستگاه بی سیمی کم مصرفی را قادر می‌سازد تا با اینترنت ارتباط برقرار کند، از جمله 804.15.4، بلوتوث کم انرژی (BLE) و Z-Wave (برای اتوماسیون خانگی).
• ZigBee یک شبکه بی‌سیم کم مصرف و با نرخ داده کم است که عمدتاً در تنظیمات صنعتی استفاده می شود. ZigBee بر اساس استاندارد 802.15.4 موسسه مهندسین برق و الکترونیک (IEEE) است. انجمن ZigBee  زبان Dotdot را ایجاد کرد، زبان جهانی اینترنت اشیا که به اشیاء هوشمند امکان می‌دهد به طور ایمن در هر شبکه‌ای کار کنند و نحوه عملکرد یکدیگر را درک کنند.
• LiteOS یک سیستم عامل شبه یونیکس (OS) برای شبکه‌های سنسور بی‌سیم است. LiteOS از گوشی‌های هوشمند، گجت‌ها، برنامه‌های کاربردی تولید هوشمند، خانه‌های هوشمند و اینترنت وسایل نقلیه (IoV) پشتیبانی می‌کند. سیستم عامل همچنین به عنوان یک پلتفرم توسعه دستگاه هوشمند عمل می‌کند.
• OneM2M یک لایه سرویس ماشین به ماشین است که می‌تواند در نرم‌افزار و سخت‌افزار برای اتصال دستگاه‌ها تعبیه شود. سازمان استانداردسازی جهانی، OneM2M، برای توسعه استانداردهای قابل استفاده مجدد ایجاد شد تا برنامه‌های اینترنت اشیاء را در سراسر عمودهای مختلف ارتباط برقرار کند.
• سرویس توزیع داده (DDS) توسط گروه مدیریت اشیاء (OMG) توسعه یافته است و یک استاندارد اینترنت اشیا برای ارتباطات M2M بلادرنگ، مقیاس‌پذیر و پرسرعت است.
• پروتکل صف پیام پیشرفته (AMQP) یک استاندارد منبع باز برای پیام‌رسانی سیمی است. AMQP پیام‌های رمزگذاری شده و قابل تعامل بین سازمان‌ها و برنامه‌ها را امکانپذیر می‌کند. این پروتکل در پیام‌رسانی سرویس گیرنده-سرور و در مدیریت دستگاه‌های اینترنت اشیا استفاده می شود.
• پروتکل برنامه محدود (CoAP) پروتکلی است که توسط IETF طراحی شده است که مشخص می‌کند دستگاه‌های کم مصرف و با محدودیت محاسباتی چگونه می‌توانند در اینترنت اشیا کار کنند.
• شبکه گسترده برد بلند (LoRaWAN) پروتکلی برای شبکه‌های WAN است که برای پشتیبانی از شبکه‌های بزرگ مانند شهرهای هوشمند با میلیون‌ها دستگاه کم مصرف طراحی شده است.

فریم‌ورک‌های اینترنت اشیا شامل موارد زیر است:

• خدمات وب آمازون (AWS) اینترنت اشیا یک پلتفرم رایانش ابری برای اینترنت اشیا است که توسط آمازون ارائه می‌شود. این فریمورک به گونه‌ای طراحی شده است که دستگاه‌های هوشمند را قادر می‌سازد تا به راحتی با ابر AWS و سایر دستگاه‌های متصل ارتباط برقرار کنند و به طور ایمن با آن تعامل داشته باشند.
• Arm Mbed IoT پلتفرمی برای توسعه اپلیکیشن‌های اینترنت اشیا بر اساس میکروکنترلرهای Arm است. هدف پلتفرم IoT Arm Mbed ارائه یک محیط مقیاس‌پذیر، متصل و امن برای دستگاه‌های اینترنت اشیا با یکپارچه‌سازی ابزارها و خدمات Mbed است.
• Microsoft Azure IoT پلتفرمی از مجموعه‌ای از خدمات است که به کاربران امکان می‌دهد با دستگاه‌های اینترنت اشیا خود تعامل داشته باشند و داده‌ها را از آن‌ها دریافت کنند، همچنین عملیات‌های مختلفی را روی داده‌ها انجام دهند، مانند تجزیه و تحلیل چند بعدی، تبدیل و تجمیع و تجسم این عملیات‌ها. به گونه ای که برای تجارت مناسب باشد.
• Brillo/Weave پلتفرمی از گوگل برای اجرای سریع اپلیکیشن‌های اینترنت اشیا است. این پلتفرم از دو ستون اصلی تشکیل شده است: Brillo، یک سیستم عامل مبتنی بر اندروید برای توسعه دستگاه های جاسازی شده کم مصرف و Weave، یک پروتکل ارتباطی مبتنی بر اینترنت اشیا که به عنوان زبان ارتباطی بین دستگاه و ابر عمل می‌کند.
• Calvin یک پلتفرم منبع باز اینترنت اشیا است که توسط اریکسون برای ساخت و مدیریت برنامه‌های کاربردی توزیع شده طراحی شده است که دستگاه ها را قادر می‌سازد با یکدیگر صحبت کنند. Calvin شامل یک فریمورک توسعه برای توسعه‌دهندگان برنامه و همچنین یک محیط زمان اجرا برای مدیریت برنامه در حال اجرا است.

کاربردهای سازمانی و خانگی IoT

کاربردهای دنیای واقعی متعددی از اینترنت اشیا وجود دارد، از اینترنت اشیاء مصرفی و اینترنت اشیاء سازمانی گرفته تا اینترنت اشیاء صنعتی (IIoT). کاربردهای اینترنت اشیاء جنبه‌های متعددی از قبیل خودروسازی، مخابرات و انرژی را در بر می گیرد.

به عنوان مثال، در بخش مصرف‌کننده، خانه‌های هوشمند مجهز به ترموستات هوشمند، لوازم هوشمند و گرمایش، روشنایی و وسایل الکترونیکی می‌توانند از راه دور از طریق رایانه و گوشی‌های هوشمند کنترل شوند.

دستگاه‌های پوشیدنی دارای سنسورها و نرم‌افزارها می‌توانند داده‌های کاربر را جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل کنند، پیام‌هایی را درباره کاربران به سایر فناوری‌ها ارسال می‌کنند تا زندگی کاربران را آسان‌تر و راحت‌تر کنند. گجت‌های پوشیدنی همچنین برای ایمنی عمومی نیز استفاده می‌شوند..

در مراقبت‌های بهداشتی، اینترنت اشیاء مزایای بسیاری را ارائه می‌دهد، از جمله توانایی نظارت دقیق‌تر بیماران با استفاده از تجزیه و تحلیل داده‌های بیماران. همچنین بیمارستان‌های پیشرفته اغلب از سیستم‌های اینترنت اشیا برای تکمیل وظایفی مانند مدیریت موجودی برای داروها و ابزارهای پزشکی استفاده می‌کنند.

برای مثال، ساختمان‌های هوشمند می‌توانند با استفاده از سنسورهایی که تعداد ساکنان یک اتاق را تشخیص می‌دهند، هزینه‌های انرژی را کاهش دهند و دما می‌تواند به طور خودکار تنظیم شود.

برای مثال، روشن کردن تهویه مطبوع در صورتی که حسگرها تشخیص دهند اتاق کنفرانس پر است یا اگر همه افراد در دفتر به خانه رفته باشند، سیستم گرمایش به طور خودکار خاموش شود.

در کشاورزی، سیستم‌های کشاورزی هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا می‌توانند به نظارت بر عواملی مانند نور، دما، رطوبت و رطوبت خاک مزارع با استفاده از حسگرهای متصل کمک کنند. اینترنت اشیا همچنین در خودکارسازی سیستم‌های آبیاری کاربردی است.

در یک شهر هوشمند، حسگرها و سامانه‌های IoT، مانند چراغ‌های هوشمند خیابان و کنتورهای هوشمند، می‌توانند به کاهش ترافیک، صرفه‌جویی در انرژی، نظارت بر شهر و رفع نگرانی‌های محیطی و بهبود بهداشت آن کمک کنند.

مسائل امنیتی و حریم خصوصی اینترنت اشیا

اینترنت اشیا میلیاردها دستگاه را به اینترنت متصل می‌کند و شامل استفاده از میلیاردها داده‌پوینت است که همه آن‌ها باید ایمن باشند. با توجه به امکان حمله گسترده به آن، امنیت اینترنت اشیا و حریم خصوصی اینترنت اشیا به عنوان نگرانی‌های اصلی این حوزه ذکر شده است.

در سال 2016، یکی از معروف‌ترین حملات اخیر به اینترنت اشیا میرای (Mirai) نام داشت، بات نتی که به شرکت Dyn ارائه دهنده DNS نفوذ کرد و بسیاری از وب‌سایت‌ها را برای مدت طولانی در یکی از بزرگترین حملات انکار سرویس (DDoS) توزیع شده از کار انداخت.

طبق بررسی‌ها مهاجمان با بهره‌برداری از دستگاه‌های IoT با امنیت ضعیف به شبکه این ارائه‌دهنده دسترسی پیدا کردند.

از آن‌جایی که دستگاه‌های اینترنت اشیا به یکدیگر متصل هستند، تنها کاری که یک هکر باید انجام دهد این است که از یک آسیب‌پذیری برای دستکاری تمام داده‌ها سوء استفاده کند و آن را غیرقابل استفاده کند.

سازندگانی که دستگاه‌های خود را به طور مرتب یا اصلاً به روز نمی‌کنند؛ آن‌ها را در برابر مجرمان سایبری آسیب‌پذیر می‌کنند.

علاوه بر این، دستگاه‌های متصل اغلب از کاربران می‌خواهند اطلاعات شخصی خود را وارد کنند، از جمله نام، سن، آدرس، شماره تلفن و حتی حساب‌های رسانه‌های اجتماعی. اطلاعاتی که برای هکرها بسیار ارزشمند است.

هکرها تنها تهدید برای اینترنت اشیا نیستند. حفظ حریم خصوصی یکی دیگر از نگرانی‌های اصلی کاربران اینترنت اشیا است. برای مثال، شرکت‌هایی که دستگاه‌های IoT مصرف‌کننده را تولید و توزیع می‌کنند، می‌توانند از این دستگاه‌ها برای به دست آوردن و فروش اطلاعات شخصی کاربران استفاده کنند.

فراتر از افشای اطلاعات شخصی، اینترنت اشیا برای زیرساخت‌های حیاتی از جمله برق، حمل و نقل و خدمات مالی خطراتی را به همراه دارد.

تاریخچه اینترنت اشیا

کوین اشتون، یکی از بنیانگذاران مرکز Auto-ID در موسسه فناوری ماساچوست (MIT)، اولین بار در ارائه‌ای که در سال 1999 به Procter & Gamble (P&G) ارائه کرد، از اینترنت اشیا نام برد. با توجه به توجه مدیریت ارشد P&G، اشتون ارائه خود را “اینترنت اشیا” نامید تا ترند جدید جالب سال 1999 را در خود جای دهد: اینترنت.

کتاب «وقتی اشیا شروع به فکر کردن می‌کنند» از پروفسور MIT، نیل گرشنفلد، نیز در سال 1999 منتشر شد. این کتاب از اصطلاح دقیقی استفاده نکرده است، اما چشم‌انداز روشنی از اینکه اینترنت اشیا به کجا می‌رود ارائه می‌دهد.

اینترنت اشیا از همگرایی فناوری‌های بی‌سیم، سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (MEMS)، میکروسرویس‌ها و اینترنت تکامل یافته است. این همگرایی به از بین بردن سیلوهای بین فناوری عملیاتی (OT) و فناوری اطلاعات (IT) کمک کرده است و امکان تجزیه و تحلیل داده‌های بدون ساختار تولید شده توسط ماشین را فراهم می‌کند.

اگرچه اشتون اولین شخصی بود که به اینترنت اشیاء اشاره کرد، ایده دستگاه‌های متصل از دهه 1970 با نام های اینترنت جاسازی شده و محاسبات فراگیر مطرح شد.

برای مثال، اولین دستگاه اینترنتی، یک دستگاه فروش نوشابه در دانشگاه کارنگی ملون در اوایل دهه 1980 بود. با استفاده از وب، برنامه نویسان می‌توانستند وضعیت دستگاه را بررسی کنند و متوجه شوند که آیا نوشیدنی خنک در دستگاه هست یا خیر.

اینترنت اشیا از ارتباطات M2M (Machine to Machine) تکامل یافته است، یعنی ماشین‌هایی که از طریق یک شبکه بدون تعامل انسانی به یکدیگر متصل می شوند. M2M به اتصال یک دستگاه به رایانش ابری، مدیریت آن و جمع‌آوری داده‌ها اشاره دارد.

اینترنت اشیاء که M2M را به سطح بعدی می‌رساند، یک شبکه سنسور متشکل از میلیاردها دستگاه هوشمند است که افراد، سیستم‌ها و سایر برنامه‌ها را برای جمع‌آوری و اشتراک‌گذاری داده‌ها به هم متصل می‌کند. M2M به عنوان پایه و اساس، اتصالی را ارائه می‌دهد که اینترنت اشیا را امکان پذیر می‌کند.

اینترنت اشیا همچنین گسترش طبیعی کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده‌ها (SCADA)، دسته‌ای از برنامه‌های کاربردی نرم‌افزار برای کنترل فرآیند، جمع‌آوری داده‌ها در زمان واقعی از مکان‌های دور تا کنترل تجهیزات و شرایط است. سیستم های اسکادا شامل قطعات سخت افزاری و نرم افزاری است. سخت‌افزار داده‌ها را جمع‌آوری می‌کند و به رایانه‌ای که نرم‌افزار SCADA نصب شده است، می‌رساند و سپس پردازش می‌شود و به موقع ارائه می‌شود.

تکامل SCADA به گونه ای است که آخرین نسل سیستم‌های SCADA به سیستم‌های IoT نسل اول تبدیل شدند.

با این حال، مفهوم اکوسیستم اینترنت اشیا تا اواسط سال 2010 به وجود نیامد، زمانی که دولت چین اعلام کرد که اینترنت اشیاء را در برنامه پنج ساله خود به یک اولویت استراتژیک تبدیل خواهد کرد.