اینترنت اشیاء چیست؟
اینترنت اشیاء دنیایی است که در آن تمام اشیاء به اینترنت متصل هستند. به بیانی شفاف‌تر، کلیه دستگاه‌هایی که به صورت روزمره با آن‌ها سر‌و‌کار داریم و به نوعی در روال زندگی ما موثر هستند، به اینترنت متصل خواهند شد امروزه، اینترنت بدون تردید مهم‌ترین تکنولوژی در زندگی بشر قرن 21 به شمار می‌رود، به گونه‌ای که خود به تنهایی بستری برای شکل‌گیری، رشد و توسعه بسیاری از تکنولوژِ و کاربردها به شمار می‌رود. با گسترش قابل توجه ارائه خدمات اینترنتی در سال‌های اخیر، شاهد افزایش چشم‌گیر ضریب نفوذ این تکنولوژی به سراسر نقاط دنیا و دورافتاده‌ترین نقاط کشورها بوده‌ایم. از سوی دیگر، موازی با این رشد، افزایش قابل توجه تولید و استفاده از دستگاه‌های متصل به شبکه اینترنت، علاوه بر بالا بردن رشد توسعه و استفاده از سخت‌افزارهای مدرن، بستری بی‌سابقه برای توسعه نرم‌افزارهای مبتنی بر این دستگاه‌ها را نیز فراهم کرده است، به گونه‌ای که صنعت نرم‌افزار تا به امروز هیچ‌گاه چنین بازار وسیعی را حوزه ارائه خدمات عمومی و خاص‌منظوره به چشم خود ندیده است.
در چنین شرایطی و با گسترش چشم‌گیر استفاده از بستر اینترنت، تصور دنیایی که در آن هر شی علاوه بر ارتباط با دیگر اشیاء از طریق شبکه، به صورت خودکار به فعالیت می‌پردازد، امری دور از ذهن نیست. به این مفهوم جدید «اینترنت اشیاء» می‌گوییم. مفهومی که توسط آن طیف وسیعی از اشیاء فیزیکی (به عنوان نمونه موتور هواپیما، دوربین‌های امنیتی، یخچال و سنسور آلودگی‌سنج دما) و منطقی (به عنوان نمونه یک واحد از نرم‌افزار) از طریق این بستر به صورت پیوسته به یکدیگر متصل و با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند.
اینترنت اشیاء یک گام تکاملی در شبکه اینترنت به شمار می‌رود که وظیفه آن ایجاد یک زیرساخت جهانی بین ماشین‌ها و انسان‌هاست. همانطور که اینترنت در اوایل دهه ۱۹۹۰ عمومی شد، اولین موج بهره‌برداری و استقرار آن عمدتا بر تاثیر خدمات و برنامه‌های روزمره متمرکز بود که مدل‌های شناخته‌شده برای معاملات مالی، خرید، تغذیه و اشتراک اطلاعات را تغییر داد. اینترنت انقلابی بود که طیف گسترده‌ای از خدماتی که ما آن‌ها را می‌شناختیم، از بانکداری و خرده‌فروشی گرفته تا ارتباط چهره‌به‌چهره و خدمات دولتی را دیجیتالی کرد. در دو دهه اول پیدایش اینترنت، تمرکز اصلی بر کسب‌و‌کارها و خدمات مصرف‌کننده قرار گرفت و محور اصلی انسان بود. بر همین اساس مدل‌های جدیدی از کسب‌و‌کار برای بانکداری، خرید آنلاین، ارتباطات ویدئویی و … برای مصرف‌کنندگان پدیدار شدند.
اینترنت اشیاء یک مرحله تکاملی طبیعی از انقلاب اینترنتی است که حدود سه دهه پیش آغاز شد. این مفهوم به صورت کاملا مشخص، ساخت یک زیرساخت جهانی است که بر تمام جنبه‌های زندگی ما، از کشاورزی گرفته تا معدن، از خدمات بهداشتی گرفته تا تولید و حمل‌و‌نقل تاثیر می‌گذارد. واضح است که این طرح زیرساختی را که انقلاب هوش مصنوعی مدرن بر آن استوار خواهد بود، فراهم خواهد کرد.
به صورت شفاف؛ ایده محوری اینترنت اشیاء، اتصال (Connectivity) شبکه‌های کامپیوتری و اشیاء (دارای قابلیت ایجاد هوشمندی (Samartness)) در سراسر دنیاست. بدین معنا که اطلاعات تولید شده از سوی این اشیاء در حوزه‌های گوناگون، مفید و قابل بهره‌برداری باشد. هنگامی که به سوی تحقق چنین ایده‌ای گام برمی‌داریم، هدف این است که علاوه بر دستگاه‌های هوشمند حاضر، دستگاه‌های فاقد هوشمندی را نیز هوشمند نماییم. در تعریف اینترنت اشیاء، دستگاه‌های فاقد هوشمندی نیز جزئی از اکوسیستم به شمار می‌روند، به عنوان نمونه در یک خانه هوشمند، برای روشن و خاموش نمودن یک چراغ روشنایی، نیازمند تشخیص‌دهنده نور به عنوان حسگر (Sensor) و یک کلید روشن/خاموش به عنوان اثرگذار روی محیط (Actuator) هستیم که هیچ یک از این دو عنصر به تنهایی یک جزء هوشمند محسوب نمی‌شوند، چرا که فاقد کارکرد پردازشی و صرفا شامل اجرای دستورالعمل‌های ساده هستند، بنابراین اینترنت اشیاء بر اساس یک تعریف ترکیبی از دستگاه‌های هوشمند، سنسورها و اثرگذارها خواهد بود.
بررسی تعاریف
اینترنت اشیا مفهومی است که به سختی می‌توان تعریف دقیقی از آن ارائه کرد. در واقع گروه‌های مختلف تعاریف مختلفی از این مفهوم ارائه کرده‌اند که در ادامه به برخی از مهم‌ترین این موارد اشاره خواهیم کرد اما قبل از آن بهتر است اشاره کوتاهی به مفهوم شی داشته باشیم. تصور عامیانه این است که یک شی متصل به شبکه صرفا شامل موارد فیزیکی نظیر تجهیزات و ملزومات روزمره زندگی انسان از جمله لوازم خانگی نظیر یخچال، تلویزیون، مایکروفر و دیگر موارد است و از کاربردهای آن می‌توان به کنترل خودکار موجودی اقلام در یخچال یا بررسی تاریخ انقضاء آن‌ها و بر همین اساس سفارش تعویض یا خرید مجدد اشاره داشت که به مجموعه کاملی از این موارد، خانه هوشمند می‌گوییم.
اما تعریف یک شی صرفا در این‌گونه کاربردها محدود نخواهد شد و علاوه بر استفاده وسیع در حوزه‌های صنعتی، کشاورزی، نظامی، پزشکی، شهری و … به عنوان مجموعه‌ای از اشیاء فیزیکی از جمله قطعات مورد استفاده در تجهیزات و بناها، اشیاء می‌توانند دارای ماهیت منطقی یا مجازی نیز باشند که به عنوان نمونه می‌توان به مفاهیم مدیریت لجستیک، اقتصادی، فرهنگی و روان‌شناسی اشاره داشت. حال به تعاریف مختلف اینترنت اشیاء می‌پردازیم:
- کوین اشتون: «اگر ما رایانه‌هایی داشتیم که همه چیز را درباره همه چیز می‌دانستند و بدون هیچ کمکی از سوی ما از داده‌هایی که خود جمع‌آوری می‌کردند، استفاده می‌کردند، در آن صورت می‌توانستیم همه چیز را ردگیری و اندازه‌گیری کنیم و با این کار تا حد زیادی از اتلاف وقت و انرژی و هزینه جلوگیری کنیم. همچنین می‌دانستیم چه چیزهایی را برای تعویض، تعمیر یا راه‌اندازی لازم داریم و آیا اشیا خود به تنهایی قادر به اجرای وظایف خود هستند یا خیر. وقتی صحبت از اتصال به میان می‌آید، بیشتر ما به رایانه، تبلت و گوشی هوشمند فکر می‌کنیم اما اینترنت اشیا جهانی را توصیف می‌کند که در آن همه چیز به صورت هوشمند به یکدیگر متصل می‌شوند و با هم ارتباط برقرار می‌کنند. به عبارت دیگر با اینترنت اشیا جهان فیزیکی به یک سیستم اطلاعاتی بزرگ تبدیل می‌شود.»
- راج‌کومار بویا – Rajkumar Buyya (استاد علوم کامپیوتر دانشگاه ملبورن استرالیا و نظریه‌پرداز حوزه محاسبات ابری): «اتصال دستگاه‌های سنجش و عملگر با توانایی به اشتراک‌گذاری اطلاعات روی بستر از طریق یک چارچوب یکپارچه و دارای امکان عملیات مشترک برای پیاده‌سازی راهکارهای نوین و خلاقانه است. این کار با سنجش یکپارچه فراگیر، تجزیه‌و‌تحلیل داده‌ها، و نمای شاطلاعات با استفاده از چارچوب یکپارچه رایانش ابری به دست می‌آید.»
- موسسه گارتنر (Gratner): «اینترنت اشیاء شبکه‌ای از اشیاء فیزیکی، شامل تکنولوژ‌های توکار / نهفته (Embedded) برای برقراری ارتباط، حس کردن و تعامل با خود یا محیط اطراف است.»
- اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU): «زیرساختی جهانی برای جامعه اطلاعاتی که بر اساس تکنولوژی‌های ارتباطی و اطلاعاتی دارای قابلیت تعامل‌پذیری رو به رشد از طریق اتصال (فیزیکی و مجازی) اشیاء، ارائه خدمات پیشرفته‌ای را ممکن می‌سازد.»
- کارگروه مهندسی اینترنت (IETF): «ایده اصلی اینترنت اشیاء این است که اشیاء پیرامون (الکترونیکی، الکتریکی و فیرالکتریکی) برای ارائه ارتباط یکپارچه و خدمات محتوایی به یکدیگر و شبکه متصل شده‌اند.»
- شورای اطلاعات ملی آمریکا (NIC): «اینترنت اشیاء به صورت کلی و جزئی به اشیاء در دسترس گفته می‌شود که قابلیت خواندن، تشخیص، مکان‌یابی، آدرس‌دهی یا قابلیت کنترل از طریق شبکه اینترنت، شبکه‌های بی‌سیم، شبکه‌های گسترده منطقه‌ای و یا دیگر ابزارها را فراهم می‌کند.»
- کمیسیون اروپا (EC: European Commission): «اینترنت اشیاء تکامل اینترنت از یک شبکه متصل کامپیوتری به شبکه‌ای از اشیاء به‌هم‌پیوسته است.»
- موسسه تحقیقاتی فورستر (Forrester Research): «یک محیط هوشمند، از اطلاعات و ارتباطات برای ایجاد اجزای زیرساخت‌های حیاتی مدیریت خدمات شهری، آموزش، سلامت، درمان، امنیت عمومی، املاک و مستغلات، حمل‌و‌نقل، و خدمات عمومی، به صورت آگاه‌تر، تعاملی‌تر و کارآمدتر استفاده می‌کند.»
- خوشه‌ی تحقیقاتی اروپا در زمینه‌ی اینترنت اشیاء (IERC-European Research Cluster on the Internet of Things): «اشیاء به عنوان عنصار فعال در حوزه کسب‌و‌کار، اطلاعات و فرآیندهای اجتماعی هستند که قادر به تعامل و ارتباط با یکدیگر و با محیط تبادل داده‌ها و اطلاعات حس‌شده محیطی هستند. این عناصر به صورت خودکار به حوادث دنیای واقعی (فیزیکی) واکنش نشان داده و توسط فرآیندعای در حال اجرا بر آن تاثیر گذاشته می‌شود و همچنین دارای قابلیت راه‌اندازی و ارائه خدمات به صورت مستقیم و بدون دخالت انسان هستند.»
- کارگروه سامانه بازشناسی با امواج رادیویی (RFID): «اینترنت اشیاء، مجموعه‌ای جهانی از اشیاء به‌هم‌پیوسته و قابل‌آدرس‌دهی به صورت یکتا در قالب پروتکل‌های ارتباطی استاندارد است.»
- شرکت سیسکو (Cisco Systems): «اینترنت اشیاء در واقع اینترنت همه‌چیز است که به عنوان اتصال هوشمند افراد، فرآیندا، داده‌ها و اشیاء مطرح می‌گردد. از آنجا که در اینترنت اشیاء، ارتباطات بین ماشین‌ها، اینترنت اشیاء و ارتباطات ماشین به ماشین گاهی اوقات به صورت مترادف در نظر گرفته می‌شود، مفهوم گسترده‌تر اینترنت همه‌چیز شامل ارتباطات ماشین به انسان و تعامل با کمک تکنولوژی انسان به انسان است.»
- مارک ویزر: «محیط هوشمند، جهانی فیزیکی نامرئی و متشکل از حسگرها، عملگرها، صفحات نمایش و عناصر محاسباتی یکپارچه است که به صورت توکار در اشیاء درهم‌آمیخته شده و از طریق یک شبکه به صورت دائمی متصل می‌گردند.»
- آتزوری و همکاران: «اینترنت اشیاء در سه الگوی اینترنت‌گرا (میان‌افزار )، اشیاء‌گرا (حسگر) و معناگرا (دانش ) تحقق بخشیده شده است».
اصطلاحات مطرح حوزه اینترنت اشیاء
در این حوزه چندین اصطلاح بسیار رایج است که در ادامه به بررسی آن‌ها می‌پردازیم:
- ارتباطات ماشین به ماشین (Machine To Machine Communication): مهم‌ترین نکته کلیدی این نوع از ارتباطات، حذف انسان به عنوان واسط تبادل داده‌ها و اطلاعات می‌باشد. به این صورت‌که ماشین‌ها با خود گفتگو و در سطوح مختلف تصمیم‌گیری می‌کنند. بر اساس مثالی که در مثال کارخانه تمام هوشمند مطرح کردیم، هنگامی‌که تمام فرآیند یک سیستم به صورت خودمختار صورت پذیرد، آن‌گاه در بالاترین سطح از ارتباطات ماشین به ماشین قرار داریم. اما گاه این ارتباطات به دلایل گوناکون از جمله حساسیت تصمیم‌ها، سطح‌بندی می‌شود و این هوشمندی سیستم است که جایگاه ماشین‌ها و انسان‌ها را در آن تعیین می‌کند. به عنوان مثال، در سیستمی دیگر، تصمیمات کوچک توسط ماشین‌ها اتخاذ می‌شود و انسان در نقش یک ناظر سطح بالا (High Level Monitoring) ظاهر می‌شود.
- داده‌های حجیم (Big Data): اینترنت اشیاء در کنار شبکه‌های اجتماعی، رکن اصلی تولید داده‌های حجیم و انفجار ترافیکی اینترنت به شمار می‌رود. در آینده هم در قالب همین دوره (سلسله مباحث اینترنت اشیاء صنعتی) و هم در قالب دوره مستقل داده‌های حجیم به صورت دقیق به بررسی این حوزه خواهیم پرداخت اما به صورت خلاصه، هنگامی‌که از داده‌های حجیم سخن می‌گوییم، سه مولفه به ما می‌گوید این داده‌ها حجیم هستند یا خیر؛ بحث اول حجم داده‌هاست (Volume)، بحث دوم سرعت تولید داده‌هاست (Velocity) و بحث سوم تنوع داده‌هاست (Variaty) که اینترنت اشیاء تمامی این سه مولفه را مورد پوشش قرار می‌دهد. مبحث داده‌های حجیم طیف وسیعی از مفاهیم و تکنولوژی‌های انتقال، ذخیره‌سازی، مدیریت و پردازش داده را مورد پوشش قرار می‌دهد.
- علم داده (Data Scinece): به واقع علم داده چتری است که مفاهیم زیادی را از جمله مورد قبل، داده‌کاوی (Data Mining) و تکنیک‌های هوش مصنوعی از جمله یادگیری ماشین (Machine Learning)، یادگیری عمیق (Deep Learning)، شبکه‌های عصبی مصنوعی (Neural Networks) و به صورت جزئی‌تر پیش‌پردازش (Pre-Processing)، خوشه‌بندی (Clustring)، دسته‌بندی (Categorization)، فیلترینگ (Filtering) و … را تحت پوشش خود قرار می‌دهد، امری که هدف آن، کشف ارزش نهفته از داده‌هاست، بستری که امکان‌پذیری آن توسط داده‌های حجیم فعلی فراهم شده است.