اینترنت اشیا (IoT) چیست؟ راهنمای جامع معماری، اجزا و ارتباط با بلاک چین

تصور کنید خانه‌ای کاملا هوشمند دارید؛ سیستم گرمایشی دمای مطلوب را تنظیم می‌کند و قهوه‌ساز پیش از بیداری شما روشن می‌شود. در همین حین، تمام این دستگاه‌ها در حال ثبت دقیق‌ترین الگوهای زندگی خصوصی شما هستند و یک هکر، کیلومترها دورتر، به دلیل ضعف امنیتی یک لامپ هوشمند، به شبکه خانگی شما نفوذ می‌کند. این رویای راحتی می‌تواند به سرعت به یک چالش جدی برای حریم خصوصی تبدیل شود. ما در این مقاله، علاوه بر بررسی دقیق نحوه کارکرد اینترنت اشیا و کاربردهای شگفت‌انگیز آن، به سراغ چالش‌های امنیتی و پیوند نجات‌بخش این فناوری با بلاک‌چین می‌رویم تا تصویر کاملی از آینده این شبکه‌های هوشمند به دست آورید.

مفهوم اینترنت اشیا به زبان ساده

دنیای فناوری پر از اصطلاحات تخصصی و گاهی پیچیده است، اما وقتی به هسته‌ی آن‌ها نگاه می‌کنیم، متوجه می‌شویم که مفاهیم بسیار ساده‌ای دارند. یکی از این مفاهیم که این روزها زیاد در مقالات و اخبار تکنولوژی به گوش می‌رسد، اینترنت اشیا است. بیایید با هم این مفهوم را به ساده‌ترین شکل ممکن و دور از کلمات سنگین مهندسی بررسی کنیم و ببینیم چطور قرار است آینده‌ی زندگی روزمره‌ی ما را تغییر دهد.

اینترنت اشیا یا IoT دقیقا چیست؟

عبارت IoT مخفف سه کلمه انگلیسی Internet of Things به معنی اینترنت اشیا است. به زبان خیلی ساده، اینترنت اشیا یعنی اتصال وسایل روزمره‌ی زندگی ما به شبکه‌ی اینترنت، تا این وسایل بتوانند داده‌ها را دریافت کنند، بفرستند و با هم یا با ما ارتباط برقرار کنند.

تصور کنید یک گروه ارکستر دارید. در حالت عادی، هر ساز برای خودش نواخته می‌شود و صدای مستقلی دارد. اما وقتی یک رهبر ارکستر (شبکه‌ی اینترنت) حضور داشته باشد، تمام سازها (دستگاه‌ها و اشیا) با هم هماهنگ می‌شوند و یک موسیقی بی‌نقص و زیبا (زندگی هوشمند) خلق می‌کنند.

در دنیای اینترنت اشیا، هر وسیله‌ای از ساعت مچی شما گرفته تا یخچال خانه‌ی شما، یا حتی ماشین‌آلات سنگین یک کارخانه، به حسگرها (سنسورها، قطعاتی کوچک برای اندازه‌گیری و درک محیط مانند دماسنج یا دوربین) مجهز می‌شوند. این دستگاه‌ها اطلاعات محیط اطراف خود را جمع‌آوری می‌کنند و از طریق اینترنت به یک سیستم مرکزی می‌فرستند. در آنجا، این اطلاعات تحلیل می‌شوند تا دستگاه‌ها بتوانند بدون نیاز به دخالت مستقیم انسان، بهترین تصمیم را بگیرند. برای مثال، وقتی در زمستان از محل کار خارج می‌شوید، سیستم گرمایشی خانه‌ی شما به طور خودکار روشن می‌شود تا وقتی به منزل می‌رسید، خانه کاملا گرم و مطبوع باشد.

تفاوت اینترنت اشیا و اینترنت همه چیز در چیست؟

شاید در کنار اینترنت اشیا، اصطلاح دیگری به نام اینترنت همه چیز یا IoE (مخفف Internet of Everything) را هم شنیده باشید. اگرچه این دو شبیه به هم به نظر می‌رسند و گاهی به اشتباه به جای هم استفاده می‌شوند، اما تفاوت‌های ظریفی با یکدیگر دارند.

برای درک این تفاوت، به این نکات توجه کنید:

• تمرکز اینترنت اشیا: این مفهوم بیشتر روی اتصال فیزیکی دستگاه‌ها متمرکز است. یعنی نقطه‌ی توجه اصلی روی سخت‌افزارها، ماشین‌ها و حسگرهایی است که از طریق اینترنت با هم در ارتباط هستند تا یک کار مشخص را انجام دهند.
• تمرکز اینترنت همه چیز: این مفهوم یک قدم فراتر می‌رود. در اینجا، ما فقط دستگاه‌ها را به هم متصل نمی‌کنیم، بلکه انسان‌ها، داده‌ها، فرآیندها و اشیا را به صورت یک شبکه‌ی عظیم، زنده و یکپارچه در نظر می‌گیریم.

برای روشن‌تر شدن موضوع، اینترنت اشیا را مانند شبکه‌ی جاده‌ای و ریلی یک کشور در نظر بگیرید که شهرها را به هم وصل می‌کند. اما اینترنت همه‌ چیز، علاوه بر جاده‌ها و قطارها، شامل مسافران، سیستم فروش بلیت، قوانین راهنمایی و رانندگی و حتی وضعیت آب‌وهوای مسیر هم می‌شود. در واقع، اینترنت همه‌ چیز تصویر بزرگ‌تر و کامل‌تری از دنیای متصل فردا است.

داستان پیدایش و تاریخچه مختصر اینترنت اشیا

ایده‌ی اتصال وسایل به شبکه‌های کامپیوتری، ریشه‌ی نسبتا قدیمی دارد و یک شبه به وجود نیامده است. جالب است بدانید در اوایل دهه‌ی هشتاد میلادی، گروهی از دانشجویان خلاق در دانشگاه کارنگی ملون آمریکا، یک دستگاه فروش نوشابه‌ی کوکاکولا را به شبکه‌ی کامپیوتری داخلی دانشگاه متصل کردند. هدف آن‌ها خیلی ساده بود؛ آن‌ها می‌خواستند بدون اینکه از جای خود بلند شوند و تا راهرو بروند، از طریق کامپیوترشان بدانند آیا دستگاه نوشابه دارد و آیا نوشابه‌ها خنک هستند یا خیر! این اتفاق، اولین نمونه‌ی غیررسمی و عملی از اینترنت اشیا بود.

اما نام‌گذاری رسمی این فناوری سال‌ها بعد اتفاق افتاد. در سال ۱۹۹۹ میلادی، یک مهندس بریتانیایی به نام کوین اشتون (Kevin Ashton) در حال کار روی بهبود سیستم‌های زنجیره‌ی تامین (مسیر گام‌به‌گامی که یک محصول از کارخانه طی می‌کند تا به دست مشتری برسد) بود. او برای اولین بار اصطلاح اینترنت اشیا را در یک ارائه‌ی کاری به کار برد تا به مدیران خود نشان دهد که اتصال برچسب‌های هوشمند به شبکه‌ی اینترنت، چقدر می‌تواند در ردیابی کالاها و کاهش هزینه‌ها کمک کند.

از آن زمان تا امروز، با پیشرفت سریع اینترنت بی‌سیم، کوچک‌تر شدن قطعات الکترونیکی و ارزان‌تر شدن حسگرها، رویای کوین اشتون به یک واقعیت جهانی تبدیل شده است و حالا میلیاردها دستگاه در سراسر کره‌ی زمین به این شبکه‌ی نامرئی متصل هستند.

اینترنت اشیا چگونه دنیای فیزیکی را به اینترنت متصل می‌کند؟

برای اینکه یک جسم بی‌جان و معمولی به یک وسیله‌ی هوشمند تبدیل شود، به یک فرآیند منظم و مرحله‌به‌مرحله نیاز داریم. کارکرد سیستم‌های اینترنت اشیا را می‌توانیم به بدن انسان تشبیه کنیم. همان‌طور که بدن ما ابتدا از طریق حواس پنج‌گانه اطلاعات محیط را دریافت می‌کند، سپس این پیام‌ها را از طریق سیستم عصبی به مغز می‌رساند تا پردازش شوند و در نهایت واکنشی فیزیکی نشان می‌دهد، دستگاه‌های مبتنی بر اینترنت اشیا نیز دقیقا از همین منطق پیروی می‌کنند. این چرخه‌ی جذاب در چهار گام اصلی انجام می‌شود که در ادامه آن‌ها را با هم بررسی می‌کنیم.

گام اول: جمع‌آوری داده‌ها از طریق حسگرها و دستگاه‌ها

در قدم اول، دستگاه‌ها باید بتوانند محیط اطراف خودشان را به درستی درک کنند. این کار به کمک قطعاتی به نام حسگر (Sensor - ابزاری الکترونیکی و کوچک برای تشخیص تغییرات فیزیکی محیط مانند تغییرات دما، نور یا حرکت) انجام می‌شود.

در این مرحله، حسگرها به طور مداوم در حال جمع‌آوری اطلاعات یا همان داده‌های خام از محیط هستند. برای مثال، در یک گلخانه‌ی هوشمند، دماسنج‌ها مدام دمای هوا را اندازه می‌گیرند، یا در یک خودروی مدرن، سنسورهای فشار باد وضعیت لاستیک‌ها را بررسی می‌کنند. این داده‌ها به تنهایی شاید معنی خاصی نداشته باشند، اما در واقع ماده‌ی اولیه‌ی سیستم اینترنت اشیا محسوب می‌شوند تا در مراحل بعدی مورد استفاده قرار بگیرند.

گام دوم: انتقال اطلاعات به فضای ابری یا سیستم‌های لبه (Edge)

اطلاعاتی که جمع‌آوری شده‌اند باید به مقصدی فرستاده شوند تا روی آن‌ها فکر و تصمیم‌گیری شود. برای این انتقال، دستگاه‌ها از راه‌های ارتباطی مختلفی مانند وای‌فای، بلوتوث یا شبکه‌های اینترنت موبایل استفاده می‌کنند.

مقصد نهایی این اطلاعات معمولا فضای ابری (Cloud - شبکه‌ای از سرورهای قدرتمند اینترنتی که برای ذخیره و پردازش حجم عظیمی از اطلاعات استفاده می‌شوند) است. اما گاهی اوقات ارسال تمام اطلاعات به سرورهای دوردست زمان‌بر است. در این شرایط از فناوری محاسبات لبه (Edge Computing - پردازش اطلاعات در همان محل فیزیکی دستگاه و بدون نیاز به ارسال به اینترنت برای افزایش سرعت واکنش) استفاده می‌شود. برای مثال، یک ماشین خودران نمی‌تواند منتظر بماند تا اطلاعات ترمز به فضای ابری برود و برگردد؛ بلکه باید در همان لحظه و در لبه‌ی شبکه (یعنی درون خود ماشین) تصمیم‌گیری کند تا از تصادف جلوگیری شود.

گام سوم: پردازش داده‌ها و تحلیل هوشمند

وقتی داده‌ها به مقصد رسیدند، نوبت به مغز سیستم می‌رسد تا آن‌ها را به دقت تحلیل کند. در این مرحله، نرم‌افزارها و الگوریتم‌ها (Algorithm - مجموعه‌ای از دستورالعمل‌های ریاضی و منطقی برای حل یک مسئله در کامپیوتر) وارد عمل می‌شوند.

سیستم با بررسی داده‌ها مشخص می‌کند که آیا شرایط فعلی نیازمند یک واکنش است یا خیر. مثلا سیستم گلخانه‌ی ما بررسی می‌کند که آیا دمای ۳۵ درجه برای رشد گیاهان خطرناک است؟ در این مرحله است که سیستم با استفاده از قوانینی که از قبل برای آن تعریف شده، یک تصمیم هوشمندانه می‌گیرد و آماده‌ی اجرای آن می‌شود.

گام چهارم: رابط کاربری و انجام واکنش یا اقدام نهایی

پس از اینکه سیستم تصمیم خود را گرفت، باید نتیجه‌ی نهایی را عملی کند. این واکنش معمولا به یکی از دو شکل زیر انجام می‌شود:

• انجام یک کار فیزیکی: در این حالت، سیستم به یک عملگر (Actuator - قطعه‌ای مکانیکی که فرمان‌های کامپیوتری را به حرکت فیزیکی تبدیل می‌کند) دستور می‌دهد تا کاری را انجام دهد. مثلا موتور سیستم تهویه روشن می‌شود یا شیر آب گلخانه به صورت خودکار باز می‌شود.
• اطلاع‌رسانی به کاربر: گاهی سیستم فقط باید نتیجه را به انسان گزارش دهد تا خود او تصمیم نهایی را بگیرد. این کار از طریق رابط کاربری (User Interface یا UI - صفحه‌ی نمایش یا نرم‌افزاری که انسان از طریق آن با دستگاه کار می‌کند) انجام می‌شود. به عنوان مثال، یک پیامک هشدار یا اعلانی روی برنامه‌ی گوشی شما ارسال می‌شود که به شما می‌گوید دمای گلخانه بیش از حد بالا رفته است.

با طی شدن این چهار مرحله، چرخه‌ی ارتباط دنیای فیزیکی و شبکه‌های دیجیتال کامل می‌شود و ما می‌توانیم مدیریت بهتری روی وسایل و محیط اطرافمان داشته باشیم.

اجزای سازنده و معماری سیستم‌های IoT

همان‌طور که یک شهر پیشرفته و مدرن برای فعالیت روان به ساختمان‌ها، جاده‌های ارتباطی و یک سیستم مدیریت مرکزی (مانند شهرداری) نیاز دارد، یک سیستم اینترنت اشیا نیز از بخش‌های مختلفی تشکیل شده است که باید در کنار هم و با هماهنگی کامل کار کنند. به این ساختار منظم و لایه‌بندی شده، معماری اینترنت اشیا می‌گوییم. بیایید نگاهی دقیق‌تر به سه جزء اصلی این معماری بیندازیم تا ببینیم این سیستم‌ها چگونه ساخته می‌شوند.

نقش سخت‌افزارها و دستگاه‌های هوشمند

سخت‌افزارها (Hardware - بخش فیزیکی و قابل لمس دستگاه‌های الکترونیکی) در واقع چشم‌ها، گوش‌ها و دست‌های یک سیستم اینترنت اشیا هستند. این لایه همان ساختمان‌ها و ابزارهای فیزیکی شهر ما را تشکیل می‌دهد. در این بخش با دو گروه مهم از ابزارها سروکار داریم:

• حسگرها و عملگرها: پیش‌تر با این دو مورد آشنا شدیم؛ قطعاتی که اطلاعات محیط را جمع‌آوری کرده و در نهایت کارهای فیزیکی (مانند روشن کردن موتور) را انجام می‌دهند.
• میکروکنترلرها: در قلب این دستگاه‌های هوشمند، قطعاتی به نام میکروکنترلر (Microcontroller - کامپیوترهای بسیار کوچک و ارزان‌قیمت که برای کنترل یک کار خاص درون دستگاه‌ها نصب می‌شوند) قرار دارند. این تراشه‌های کوچک وظیفه دارند اطلاعات خام را از حسگرها تحویل بگیرند، یک پردازش اولیه و ساده روی آن‌ها انجام دهند و برای ارسال به شبکه‌ی ارتباطی آماده کنند.

از یک ساعت هوشمند روی مچ دست شما تا یک ربات جوشکار در یک کارخانه‌ی بزرگ خودروسازی، همگی جزو این لایه‌ی فیزیکی و سخت‌افزاری محسوب می‌شوند.

شبکه‌های ارتباطی و پروتکل‌های انتقال داده

حالا که داده‌ها توسط سخت‌افزارها جمع‌آوری شدند، به جاده‌هایی نیاز داریم تا این پیام‌ها را به مقصد برسانند. این جاده‌ها همان شبکه‌های ارتباطی هستند. دستگاه‌ها برای صحبت با یکدیگر و ارسال اطلاعات به فضای ابری، از مسیرهای مختلفی مانند شبکه‌ی وای‌فای، بلوتوث یا شبکه‌های تلفن همراه (مانند 4G و 5G) استفاده می‌کنند.

اما برای اینکه دستگاه‌های مختلف از برندهای متفاوت بتوانند زبان یکدیگر را بفهمند، به مجموعه‌ای از قوانین مشترک نیاز دارند که به آن پروتکل (Protocol - زبان مشترک و دستورالعمل‌های استاندارد کامپیوتری برای برقراری ارتباط بین دستگاه‌ها) می‌گویند. انتخاب نوع شبکه و پروتکل به نیاز ما بستگی دارد و معمولا بر اساس دو عامل مهم زیر انتخاب می‌شود:

• میزان مصرف انرژی: یک حسگر کوچک که در میانه‌ی یک مزرعه‌ی کشاورزی نصب شده است، باید سال‌ها با یک باتری کوچک کار کند؛ بنابراین به یک شبکه‌ی ارتباطی خاص نیاز دارد که انرژی بسیار کمی مصرف کند.
• پهنای باند: (Bandwidth - ظرفیت یا گنجایش یک شبکه برای انتقال مقدار مشخصی از اطلاعات در یک زمان معین) دوربینی که قرار است ویدیوهای زنده و باکیفیت از ترافیک جاده‌ها ارسال کند، به شبکه‌ای قدرتمندتر با ظرفیت انتقال بالای اطلاعات نیاز دارد.

پلتفرم‌های مدیریت نرم‌افزاری و کاربرد آن‌ها

در بالاترین سطح از این معماری، مغز متفکر و مرکز فرماندهی سیستم قرار دارد. پلتفرم (Platform - یک بستر نرم‌افزاری جامع که تمام دستگاه‌ها را به هم متصل کرده و به عنوان پایه‌ای برای مدیریت برنامه‌ها استفاده می‌شود) همان جایی است که تمام داده‌ها جمع‌آوری، ذخیره و به دقت تحلیل می‌شوند.

این نرم‌افزارهای قدرتمند معمولا در سرورهای ابری قرار دارند و کاربردهای بسیار حیاتی و مهمی را به عهده می‌گیرند، از جمله:

• تحلیل و یادگیری: پلتفرم‌ها با استفاده از هوش مصنوعی، کوهی از داده‌های خام را بررسی می‌کنند تا الگوهای پنهان را کشف کرده و تصمیمات هوشمندانه‌ای بگیرند.
• مدیریت دستگاه‌ها: از طریق این بستر نرم‌افزاری می‌توانیم وضعیت سلامت قطعات، میزان شارژ باتری و امنیت هزاران حسگر را از راه دور بررسی و کنترل کنیم.
• ارائه‌ی داشبورد: (Dashboard - یک صفحه‌ی نمایش گرافیکی که اطلاعات پیچیده را به صورت نمودارها و تصاویر ساده به کاربر نشان می‌دهد) پلتفرم‌ها در نهایت نتایج تحلیل‌ها را به شکلی زیبا و ساده روی گوشی موبایل یا کامپیوتر به ما نشان می‌دهند تا بتوانیم وضعیت را ببینیم، تصمیم‌گیری کنیم یا فرمان‌های جدیدی صادر کنیم.

کاربردهای جذاب اینترنت اشیا در زندگی روزمره و صنایع

تا اینجای کار متوجه شدیم که این فناوری شگفت‌انگیز چگونه کار می‌کند و از چه بخش‌هایی ساخته شده است. اما شاید بپرسید این دستگاه‌های متصل به هم دقیقا در کجای دنیای واقعی به درد ما می‌خورند؟ اینترنت اشیا دیگر فقط یک ایده‌ی علمی‌تخیلی در فیلم‌ها نیست؛ بلکه همین الان در بخش‌های مختلف زندگی شخصی و صنایع بزرگ در حال استفاده است. بیایید با هم چند نمونه از کاربردهای هیجان‌انگیز آن را که چهره‌ی جهان را تغییر داده‌اند، بررسی کنیم.

خانه‌های هوشمند و ابزارهای پوشیدنی

ملموس‌ترین و آشناترین بخش اینترنت اشیا برای بسیاری از ما، وسایلی هستند که هر روز در محیط شخصی خود با آن‌ها سروکار داریم. در این بخش با دو مفهوم بسیار پرکاربرد روبه‌رو هستیم:

• خانه‌ی هوشمند (Smart Home - خانه‌ای که لوازم آن مانند لامپ‌ها، قفل‌ها و ترموستات‌ها به اینترنت متصل هستند و شما می‌توانید آن‌ها را از راه دور کنترل کنید یا برنامه‌ریزی کنید تا به صورت خودکار کار کنند). برای مثال، دستیار صوتی خانه‌ی شما متوجه می‌شود که شما در حال تماشای فیلم هستید و به صورت خودکار نور لامپ‌ها را کم می‌کند.
• ابزارهای پوشیدنی (Wearables - گجت‌های الکترونیکی کوچکی که روی بدن پوشیده می‌شوند مانند ساعت‌ها و مچ‌بندهای هوشمند). این دستگاه‌ها به طور مداوم قدم‌های شما، میزان کالری مصرفی و حتی کیفیت خوابتان را می‌سنجند و اطلاعات را برای تحلیل به برنامه‌ی موبایل شما می‌فرستند تا سبک زندگی سالم‌تری داشته باشید.

تحول در بهداشت، سلامت و نظارت بر بیماران

یکی از ارزشمندترین کاربردهای این فناوری، کمک به حفظ جان انسان‌ها و بهبود کیفیت درمان است. در گذشته، یک بیمار باید حتما در بیمارستان بستری می‌شد تا پزشک بتواند به طور مداوم علائم حیاتی او را بررسی کند؛ اما امروز اینترنت اشیا این مشکل را حل کرده است.

به کمک مفهومی به نام نظارت از راه دور بیمار (Remote Patient Monitoring - استفاده از دستگاه‌های دیجیتال و سنسورها برای جمع‌آوری اطلاعات پزشکی بیمار در خارج از بیمارستان و ارسال لحظه‌ای آن به پزشک)، کادر درمان می‌توانند وضعیت افراد را از کیلومترها دورتر بررسی کنند. به عنوان مثال، اگر ضربان قلب یک بیمار سالمند که در خانه‌ی خود استراحت می‌کند به طور ناگهانی تغییر کند، سنسورهای متصل به بدن او بلافاصله یک پیام هشدار برای اورژانس و پزشک معالج ارسال می‌کنند.

مدیریت ترافیک و ساخت شهرهای هوشمند

تصور کنید در یک شهر بزرگ رانندگی می‌کنید، اما پشت هیچ چراغ قرمزی معطل نمی‌شوید و جای پارک را به راحتی پیدا می‌کنید. این دیگر یک رویا نیست، بلکه دستاورد شهر هوشمند (Smart City - شهری که از شبکه‌ی گسترده‌ای از حسگرها برای جمع‌آوری داده و مدیریت بهتر منابع، ترافیک و خدمات شهری استفاده می‌کند) است.

در یک شهر هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا، اتفاقات جالبی می‌افتد:

• چراغ‌های راهنمایی بر اساس حجم ترافیک واقعی خودروها زمان سبز و قرمز بودن خود را تغییر می‌دهند، نه بر اساس یک زمان‌بند ثابت.
• سطل‌های زباله‌ی شهری وقتی پر می‌شوند، خودشان به ماشین‌های شهرداری پیام می‌دهند تا برای تخلیه مراجعه کنند که این کار باعث کاهش هزینه‌ی سوخت ماشین‌های خدماتی می‌شود.
• سنسورهای تعبیه شده در خیابان‌ها، فضاهای خالی پارک خودرو را از طریق یک اپلیکیشن به رانندگان نشان می‌دهند و از ایجاد ترافیک برای پیدا کردن جای پارک جلوگیری می‌کنند.

کشاورزی نوین و اینترنت اشیای صنعتی (IIoT)

اینترنت اشیا فقط محدود به محیط‌های شهری و خانه‌ها نیست، بلکه در دل مزارع و کارخانه‌های غول‌پیکر هم انقلاب بزرگی به پا کرده است.

در بخش کشاورزی، ما با کشاورزی هوشمند (Smart Agriculture - استفاده از فناوری و سنسورها برای بهینه‌سازی مصرف آب، کود و افزایش کیفیت محصول) روبه‌رو هستیم. در این روش، سنسورهایی که در خاک مزرعه قرار دارند میزان دقیق رطوبت و مواد مغذی را می‌سنجند. سیستم آبیاری تنها زمانی روشن می‌شود که گیاه واقعا به آب نیاز داشته باشد، که این کار به حفظ منابع آب کمک بزرگی می‌کند.

در بخش صنعت نیز مفهومی به نام اینترنت اشیای صنعتی (Industrial Internet of Things یا IIoT - استفاده از شبکه‌ی سنسورها در کارخانه‌ها و خطوط تولید برای نظارت بر ماشین‌آلات، افزایش ایمنی و جلوگیری از خرابی دستگاه‌ها) وجود دارد. برای مثال، سنسورهای لرزش‌سنج روی یک موتور صنعتی نصب می‌شوند و قبل از اینکه موتور به طور کامل خراب شود و خط تولید را متوقف کند، به مدیر کارخانه هشدار می‌دهند که این قطعه نیاز به تعمیر دارد. این پیش‌بینی هوشمندانه از ضررهای چند میلیارد تومانی جلوگیری می‌کند.

پیوند اینترنت اشیا با دنیای بلاک چین و رمزارزها

تا اینجای مقاله متوجه شدیم که اینترنت اشیا چگونه می‌تواند وسایل روزمره‌ی ما را هوشمند کند و کیفیت زندگی را ارتقا دهد. اما با بزرگ‌تر شدن این شبکه‌ی هوشمند، یک نگرانی بسیار جدی به وجود می‌آید: چه کسی امنیت این حجم عظیم از اطلاعات شخصی و حساس را تضمین می‌کند؟ اینجاست که یک فناوری نوآورانه و انقلابی دیگر به نام بلاک چین وارد میدان می‌شود تا به عنوان یک سپر دفاعی و یک دفترچه‌ی ثبت امن، به کمک اینترنت اشیا بیاید. ترکیب این دو فناوری، یکی از جذاب‌ترین بخش‌های بازار ارزهای دیجیتال را شکل داده است.

چرا اینترنت اشیا به امنیت بلاک چین نیاز دارد؟

در سیستم‌های معمولی، اینترنت اشیا به یک سرور مرکزی (Centralized Server - یک کامپیوتر اصلی و قدرتمند که تمام اطلاعات سایر دستگاه‌ها در آن جمع‌آوری و مدیریت می‌شود) وابسته است. این یعنی تمام داده‌های خانه‌ی هوشمند شما یا اطلاعات یک کارخانه‌ی بزرگ در یک مکان مشخص ذخیره می‌شود. مشکل اینجاست که اگر یک هکر بتواند به این سرور نفوذ کند، به تمام دستگاه‌های متصل به آن دسترسی پیدا می‌کند و می‌تواند فاجعه بیافریند.

برای حل این مشکل بزرگ، ما از فناوری بلاکچین (Blockchain - یک دفتر کل دیجیتال، امن و غیرقابل تغییر که اطلاعات را به جای یک سرور، در شبکه‌ای از هزاران کامپیوتر در سراسر جهان ذخیره می‌کند) استفاده می‌کنیم. بلاک چین دو مزیت بسیار مهم برای اینترنت اشیا دارد:

• تمرکززدایی: با استفاده از ویژگی تمرکززدایی (Decentralization - حذف واسطه‌ها و پخش کردن اطلاعات در کل شبکه به جای ذخیره در یک نقطه)، دیگر یک نقطه‌ی مرکزی برای هک شدن وجود ندارد. اگر کسی بخواهد تغییری در شبکه ایجاد کند، باید همزمان به هزاران کامپیوتر نفوذ کند که عملا غیرممکن است.
• اعتماد دستگاه‌ها به یکدیگر: در دنیای بلاک چین، دستگاه‌ها می‌توانند بدون نیاز به یک مدیر انسانی، با هم قراردادهای هوشمند (Smart Contracts - کدهای برنامه‌نویسی شده‌ای که به محض برآورده شدن یک شرط خاص، به طور خودکار اجرا می‌شوند) تنظیم کنند. مثلا خودروی برقی شما می‌تواند به طور خودکار هزینه‌ی شارژ خود را به دستگاه شارژر پرداخت کند، بدون اینکه نیازی به کارت بانکی یا تایید شما داشته باشد.

معرفی برترین پروژه‌ها و ارزهای دیجیتال حوزه اینترنت اشیا

دنیای رمزارزها خیلی سریع متوجه پتانسیل ترکیب این دو فناوری شد و پروژه‌های بسیار جذابی برای پیوند آن‌ها متولد شدند. در ادامه با سه مورد از مشهورترین آن‌ها آشنا می‌شویم:

• پروژه‌ی آیوتا (IOTA): این شبکه یکی از قدیمی‌ترین و معروف‌ترین پروژه‌های این حوزه‌ی جذاب است. آیوتا به جای استفاده از بلاک چین سنتی، از معماری خاصی به نام تنگل (Tangle - یک شبکه‌ی درهم‌تنیده که در آن برای تایید تراکنش خود، باید دو تراکنش قبلی دیگران را تایید کنید) استفاده می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود که شبکه‌ی آیوتا هیچ‌گونه کارمزدی نداشته باشد و برای پرداخت‌های بسیار کوچک بین دستگاه‌ها (مثلا پرداخت یک سنت توسط یخچال به فروشگاه برای خرید شیر) فوق‌العاده مناسب باشد.
• پروژه‌ی وی‌چین (VeChain): این رمزارز تمرکز خود را روی زنجیره‌ی تامین کالا گذاشته است. وی‌ چین با استفاده از حسگرهای اینترنت اشیا، تمام مراحل حرکت یک محصول (مثلا یک داروی حساس یا یک کیف برند گران‌قیمت) را از لحظه‌ی تولید در کارخانه تا رسیدن به دست مشتری رهگیری کرده و اطلاعات آن را به صورت غیرقابل تقلب در بلاک چین ثبت می‌کند.
• پروژه‌ی هلیوم (Helium): هلیوم یک ایده‌ی بسیار خلاقانه دارد. این پروژه به کاربران عادی پاداش (در قالب ارز دیجیتال HNT) می‌دهد تا با خرید و نصب مودم‌های مخصوص در خانه‌ی خود، یک شبکه‌ی اینترنت بی‌سیم و ارزان برای دستگاه‌های اینترنت اشیا در سطح شهر بسازند.

موانع و چالش‌های ادغام شبکه‌های غیرمتمرکز با دستگاه‌های فیزیکی

درست است که ترکیب بلاک چین و اینترنت اشیا روی کاغذ فوق‌العاده به نظر می‌رسد، اما در دنیای واقعی، توسعه‌دهندگان هنوز با چالش‌های فنی مهمی روبه‌رو هستند که باید برای آن‌ها راه‌حل پیدا کنند:

• مشکل مقیاس‌پذیری: شبکه‌های بلاک چینی در حال حاضر توانایی محدودی در پردازش تراکنش‌ها دارند. در سوی دیگر، شبکه‌ی اینترنت اشیا شامل میلیاردها دستگاه است که در هر ثانیه میلیون‌ها پیام و داده ارسال می‌کنند. این یعنی بلاک چین باید به شدت سرعت خود یا همان مقیاس‌ پذیری (Scalability - توانایی یک شبکه برای پاسخگویی سریع به تعداد بسیار زیادی از کاربران و تراکنش‌های همزمان) را افزایش دهد تا زیر این بار سنگین فلج نشود.
• هزینه‌ی ذخیره‌سازی داده‌ها: ذخیره‌ی اطلاعات روی بلاک چین کار گران‌قیمتی است. از آنجایی که حسگرهای اینترنت اشیا به طور مداوم در حال تولید داده (مثلا دمای هوا در هر دقیقه) هستند، ذخیره‌ی تمام این داده‌های خام روی بلاک چین از نظر اقتصادی اصلا منطقی نیست.
• چالش اوراکل‌ها: بلاک چین به تنهایی از دنیای بیرون بی‌خبر است و برای دریافت اطلاعات محیطی به برنامه‌هایی به نام اوراکل (Oracle - پل ارتباطی که اطلاعات دنیای فیزیکی را جمع‌آوری کرده و وارد بلاک چین می‌کند) نیاز دارد. چالش اینجاست که اگر حسگر فیزیکی در دنیای واقعی خراب باشد یا کسی آن را دستکاری کند، اطلاعات غلط وارد بلاک چین می‌شود و تصمیمات اشتباهی گرفته خواهد شد. این موضوع به مشکل زباله ورودی، زباله خروجی معروف است.

این موانع نشان می‌دهند که ما هنوز در ابتدای این مسیر هیجان‌انگیز هستیم، اما سرعت رشد فناوری نویدبخش آینده‌ای روشن برای این شبکه‌های هوشمند و امن است.

بررسی مزایا و چالش‌های Internet of Things

هر فناوری جدیدی که وارد زندگی ما می‌شود، شبیه به یک شمشیر دو لبه عمل می‌کند؛ یعنی در کنار تمام امکانات شگفت‌انگیز و راحتی‌هایی که به ارمغان می‌آورد، دردسرها و چالش‌های خاص خودش را هم دارد. اینترنت اشیا نیز از این قاعده‌ی کلی مستثنی نیست. برای اینکه درک بهتر و واقع‌بینانه‌تری از این تکنولوژی داشته باشیم، باید هر دو روی سکه را با دقت بررسی کنیم.

جدول مقایسه نقاط قوت و ضعف اینترنت اشیا

برای شروع، بیایید نگاهی سریع و خلاصه‌وار به مهم‌ترین مزایا و معایب این شبکه‌ی گسترده بیندازیم. این جدول به شما کمک می‌کند تا در یک نگاه، تصویر کلی روشنی از قابلیت‌ها و البته نقاط ضعف اینترنت اشیا به دست آورید:

مزایای اصلی اینترنت اشیا	معایب و چالش‌های جدی
خودکارسازی فرآیندها و کاهش نیاز به نیروی انسانی	آسیب‌پذیری در برابر هک و حملات سایبری
صرفه‌جویی در زمان و هزینه‌های عملیاتی	نگرانی‌های جدی پیرامون حریم خصوصی داده‌ها
جمع‌آوری داده‌های دقیق برای تصمیم‌گیری بهتر	پیچیدگی در یکپارچه‌سازی دستگاه‌ها از برندهای مختلف
افزایش رفاه و کیفیت زندگی در خانه‌ها و شهرها	وابستگی شدید به اتصال مداوم اینترنت و برق

مزایای اقتصادی برای کاربران و کسب‌وکارها

اگر بخواهیم از زاویه‌ی مالی به قضیه نگاه کنیم، اینترنت اشیا یک ماشین تولید ثروت و صرفه‌جویی است. این مزیت هم برای کاربران عادی در خانه‌هایشان و هم برای شرکت‌های بزرگ تجاری به وضوح قابل لمس است.

• اقتصاد در خانه‌ی هوشمند: برای یک کاربر عادی، بزرگ‌ترین مزیت اقتصادی، کاهش قبض‌های مصرفی است. وقتی ترموستات هوشمند (Thermostat - دستگاهی هوشمند برای تنظیم خودکار دمای محیط) تشخیص می‌دهد که کسی در خانه نیست و سیستم گرمایشی را به طور موقت خاموش می‌کند، در واقع در حال کاهش هزینه‌های ماهیانه‌ی شما و جلوگیری از هدررفت انرژی است.
• تحول در کسب‌وکارها: برای شرکت‌ها، ماجرا بسیار بزرگ‌تر است. به کمک این فناوری، کارخانه‌ها می‌توانند به قابلیت تعمیر و نگهداری پیشگیرانه (Predictive Maintenance - پیش‌بینی زمان خرابی دستگاه‌ها قبل از وقوع آن با استفاده از تحلیل داده‌های سنسورها) دست یابند. این یعنی یک دستگاه صنعتی قبل از اینکه کاملا خراب شود و کل خط تولید را برای چند روز متوقف کند، به مهندسان هشدار می‌دهد که نیاز به سرویس دارد. علاوه بر این، کنترل دقیق موجودی انبارها با استفاده از سنسورها، جلوی ضررهای مالی سنگین را می‌گیرد.

خطرات امنیتی، جنگ سایبری و نگرانی‌های حریم خصوصی

با وجود تمام این مزایای جذاب و سودآور، نمی‌توانیم چشم‌هایمان را روی خطرات جدی این حوزه ببندیم. واقعیت این است که هر دستگاهی که به اینترنت متصل می‌شود، در واقع یک در ورودی جدید به شبکه‌ی خصوصی ما باز می‌کند که اگر قفل محکمی نداشته باشد، فاجعه‌بار خواهد بود.

• کابوس حریم خصوصی: دستگاه‌های هوشمند ما به صورت شبانه‌روزی در حال جمع‌آوری اطلاعات از خصوصی‌ترین بخش‌های زندگی ما هستند؛ اینکه چه زمانی می‌خوابیم، چه برنامه‌هایی تماشا می‌کنیم و حتی چه زمانی در خانه حضور نداریم. اگر شرکتی که این دستگاه‌ها را ساخته است، استانداردهای محافظت از داده‌ها را رعایت نکند، اطلاعات شخصی ما به راحتی می‌تواند به دست شرکت‌های تبلیغاتی یا افراد سودجو بیفتد.
• هک و نفوذ سایبری: متاسفانه بسیاری از دستگاه‌های ارزان‌قیمت اینترنت اشیا، از نظر امنیتی بسیار ضعیف هستند. هکرها می‌توانند به راحتی کنترل دوربین‌های مداربسته یا قفل‌های هوشمند یک ساختمان را در دست بگیرند. آن‌ها گاهی هزاران دستگاه ضعیف را هک می‌کنند تا یک بات‌نت (Botnet - شبکه‌ای بزرگ از دستگاه‌های هک‌شده که هکرها از آن‌ها برای از کار انداختن سایت‌ها و سرورهای مهم استفاده می‌کنند) بسازند.
• جنگ سایبری (Cyber Warfare): در سطح کلان و ملی، نفوذ به سیستم‌های مبتنی بر اینترنت اشیا می‌تواند به یک سلاح مخرب بین کشورها تبدیل شود. تصور کنید یک گروه هکری بتواند به سیستم مدیریت هوشمند شبکه‌ی برق یک شهر یا سنسورهای یک تصفیه‌خانه‌ی آب نفوذ کند. خاموش کردن زیرساخت‌های حیاتی یک کشور از راه دور، دیگر داستان فیلم‌های علمی‌تخیلی نیست و یکی از تهدیدات واقعی و ترسناک در دنیای امروز به شمار می‌رود.

نگاهی به آینده اینترنت اشیا در جهان و ایران

فناوری هرگز در یک نقطه متوقف نمی‌شود. وقتی به مسیر پیش روی اینترنت اشیا نگاه می‌کنیم، متوجه می‌شویم که این شبکه‌ی عظیم تازه در ابتدای راه خود قرار دارد. در سال‌های پیش رو، تکنولوژی‌های جدیدی به کمک این سیستم می‌آیند تا آن را سریع‌تر، باهوش‌تر و گسترده‌تر کنند. البته این مسیر، هم در سطح جهانی و هم در داخل ایران، با فرصت‌ها و چالش‌های خاص خودش همراه است که در ادامه آن‌ها را با زبانی ساده بررسی می‌کنیم.

ظهور هوش مصنوعی اشیا یا AIoT

احتمالا تا اینجای مقاله متوجه شده‌اید که اینترنت اشیا به تنهایی بیشتر وظیفه‌ی جمع‌آوری و انتقال داده‌ها را بر عهده دارد. اما وقتی این شبکه را با هوش مصنوعی ترکیب کنیم، به یک مفهوم فوق‌العاده جذاب به نام هوش مصنوعی اشیا (AIoT - ترکیب فناوری اینترنت اشیا با هوش مصنوعی برای ساخت دستگاه‌هایی که قدرت یادگیری و تصمیم‌گیری مستقل دارند) می‌رسیم.

برای درک بهتر، سیستم اینترنت اشیا را شبیه به شبکه‌ی عصبی بدن انسان در نظر بگیرید که پیام‌ها را از طریق پوست و چشم دریافت می‌کند؛ در این حالت، هوش مصنوعی دقیقا نقش مغز را بازی می‌کند که این پیام‌ها را می‌فهمد، الگوها را کشف می‌کند و بهترین واکنش را نشان می‌دهد. با ورود AIoT، لوازم خانه‌ی ما دیگر فقط به دستورات ما عمل نمی‌کنند، بلکه عادت‌های روزمره‌ی ما را یاد می‌گیرند و حتی قبل از اینکه ما درخواستی داشته باشیم، شرایط ایده‌آل را برایمان فراهم می‌کنند.

نقش اینترنت 5G و ارتباطات ماهواره‌ای در توسعه پلتفرم‌ها

برای اینکه میلیاردها دستگاه هوشمند بتوانند در یک ثانیه با هم صحبت کنند، شبکه‌های اینترنت فعلی پاسخگو نیستند. اینجاست که نسل پنجم شبکه‌های تلفن همراه یا همان اینترنت 5G وارد بازی می‌شود. بزرگ‌ترین مزیت اینترنت 5G برای این فناوری، کاهش چشمگیر تاخیر شبکه (Latency - مدت زمانی که طول می‌کشد تا یک پیام از دستگاه شما به سرور برود و پاسخ آن برگردد) است. این سرعت واکنش بالا برای سیستم‌های حساسی مثل ماشین‌های خودران که باید در کسری از ثانیه موانع را تشخیص داده و ترمز کنند، بسیار حیاتی است.

از طرف دیگر، ارتباطات ماهواره‌ای به ما کمک می‌کنند تا پوشش اینترنت اشیا را به نقاطی ببریم که هیچ آنتن موبایلی وجود ندارد. مثلا یک کشتی باربری در وسط اقیانوس یا یک مزرعه‌ی بزرگ در مناطق دورافتاده، به لطف اینترنت ماهواره‌ای می‌توانند اطلاعات خود را بدون قطعی به سیستم‌های مرکزی و پلتفرم‌های مدیریتی ارسال کنند.

بررسی واقع‌بینانه فرصت‌ها و محدودیت‌های توسعه اینترنت اشیا در ایران

وقتی صحبت از توسعه‌ی این فناوری در ایران می‌شود، باید با نگاهی منطقی و همه‌جانبه به شرایط نگاه کنیم. از یک سو، فرصت‌های بسیار بی‌نظیری برای پیشرفت در کشور وجود دارد:

• مدیریت بحران آب: با استفاده از حسگرهای هوشمند رطوبت‌سنج در مزارع، می‌توانیم مصرف آب را در بخش کشاورزی به شدت کاهش داده و بازدهی را بالا ببریم.
• کنترل ترافیک و آلودگی هوا: کلان‌شهرهای ایران می‌توانند با هوشمندسازی چراغ‌های راهنمایی، ناوگان حمل‌ونقل عمومی و پارکینگ‌ها، بخش بزرگی از گره‌های ترافیکی را حل کنند.

اما در کنار این فرصت‌های عالی، توسعه‌دهندگان و کسب‌وکارهای ایرانی با موانع و محدودیت‌های مهمی هم دست‌وپنجه نرم می‌کنند:

• چالش‌های زیرساخت اینترنت: قطعی‌های مکرر، محدودیت‌های دسترسی و سرعت پایین اینترنت، ارتباط مداوم و لحظه‌ای دستگاه‌ها با سرورها را دچار اختلال می‌کند.
• تحریم‌های اقتصادی: تامین تجهیزات سخت‌افزاری پیشرفته، میکروکنترلرهای باکیفیت و سرورهای قدرتمند به دلیل محدودیت‌های تحریم و نوسانات نرخ ارز بسیار پرهزینه است.
• مسدود بودن سرویس‌های بین‌المللی: بسیاری از شرکت‌های بزرگ ارائه‌دهنده‌ی خدمات ابری، به دلیل تحریم‌ها به کاربران و برنامه‌نویسان ایرانی خدمات نمی‌دهند که این موضوع کار یکپارچه‌سازی سیستم‌ها را سخت‌تر می‌کند.

مهارت‌های مورد نیاز برای ورود به بازار کار مشاغل آینده

با رشد روزافزون این شبکه‌ی هوشمند در دنیا، بازار کار به شدت تشنه‌ی نیروهای متخصص جدید است. اگر دوست دارید در آینده‌ی این تکنولوژی نقش داشته باشید و مسیر شغلی درخشانی بسازید، یادگیری مهارت‌های زیر می‌تواند یک شروع عالی برای شما باشد:

• برنامه‌نویسی و توسعه‌ی نرم‌افزار: تسلط بر زبان‌های برنامه‌نویسی مانند پایتون یا زبان‌های نزدیک به سخت‌افزار مانند سی‌پلاس‌پلاس برای برنامه‌ریزی قطعات هوشمند بسیار ضروری است.
• امنیت شبکه سایبری: با توجه به خطرات هک شدن دستگاه‌ها که در بخش‌های قبلی بررسی کردیم، متخصصان امنیت سایبری (Cybersecurity - علم و مهارت محافظت از شبکه‌ها، دستگاه‌ها و اطلاعات مهم در برابر حملات هکرها و بدافزارها) جایگاه بسیار ویژه‌ای در این بازار کار دارند.
• تحلیل داده‌های بزرگ: توانایی استخراج اطلاعات مفید از میان میلیاردها داده‌ی خام و تبدیل آن‌ها به الگوهای قابل فهم، یکی از پردرآمدترین شغل‌های این حوزه‌ی نوظهور است.
• آشنایی با تکنولوژی بلاک چین: با توجه به نیاز شدید اینترنت اشیا به بسترهای امن و غیرمتمرکز، داشتن دانش پایه‌ای از نحوه‌ی کار شبکه‌های رمزارزی و قراردادهای هوشمند، شما را از بسیاری از رقبای کاری‌تان متمایز خواهد کرد.

منابع:

IBM

TechTarget

Coursera