یک دستگاه اینترنت اشیا IOT احتمالا حاوی یک یا چند حسگر خواهد بود که از آنها برای جمع آوری داده ها استفاده می کند. اینکه آن حسگرها چه چیزی را جمع آوری می کنند به هر دستگاه و وظیفه آن بستگی دارد. سنسورهای داخل ماشین آلات صنعتی ممکن است دما یا فشار را اندازه گیری کنند. یک دوربین امنیتی ممکن است یک سنسور مجاورتی همراه با صدا و تصویر داشته باشد، در حالی که ایستگاه هواشناسی خانه شما احتمالاً یک سنسور تشخیص رطوبت را در خود جای داده است.

همه داده های این حسگرها باید به جایی ارسال شوند. این بدان معناست که دستگاه‌ های IoT به انتقال داده نیاز دارند و این کار را از طریق Wi-Fi، 4G، 5G و موارد دیگر انجام خواهند داد. برخی از این داده‌ های اینترنت اشیا IOT همچون یک به ‌روزرسانی سریع از خواندن دما از یک سنسور، کوچک و کم حجم خواهد بود، در حالیکه دستگاه ‌های دیگر ممکن است حجم عظیمی از ترافیک داده ایجاد کنند، مانند دوربین نظارت ترافیک شهری.

IDC اعلام کرده است که میزان داده های ایجاد شده توسط دستگاه های IoT در چند سال آینده به سرعت رشد خواهد کرد. گفته می‌ شود که بیشتر داده‌ ها توسط نظارت تصویری تولید می ‌شوند، اما سایر کاربردهای صنعتی و پزشکی اینترنت اشیا IOT در طول زمان داده‌ های بیشتری تولید می‌ کنند. همچنین گفته شد پهپادها محرک بزرگی برای ایجاد داده با استفاده از دوربین خواهند بود. با نگاهی دورتر، خودروهای خودران همچنین مقادیر زیادی داده حسگر حاوی صدا و تصویر و همچنین داده های تخصصی تر حسگر خودرو تولید می کنند.

اینترنت اشیا و تجزیه و تحلیل داده های بزرگ

اینترنت اشیا IOT مقادیر زیادی داده تولید می کند: از حسگرهای متصل به قطعات ماشین گرفته تا حسگرهای محیطی یا کلماتی که ما بر سر بلندگوهای هوشمند خود فریاد می زنیم، همگی بدان معناست که اینترنت اشیا، محرک قابل توجهی برای پروژه های تجزیه و تحلیل کلان داده است، زیرا به شرکت ها اجازه می دهد مجموعه داده های گسترده ای ایجاد کرده و آنها را تجزیه و تحلیل کنند. دادن حجم وسیعی از داده ها به سازنده در مورد نحوه رفتار اجزای وسیله مربوطه در موقعیت های مختلف می تواند به سازنده آن وسیله کمک کند تا با سرعت بیشتری نقایص را بهبود بخشند.

همچنین داده های جمع آوری شده از حسگرهای اطراف یک شهر می تواند به برنامه ریزان کمک کند تا جریان ترافیک را کارآمدتر کنند.

داده ‌های اینترنت اشیا IOT به اشکال مختلف همچون درخواست‌ های صوتی، ویدیو، دما یا سایر خوانش‌ های حسگرها وجود خواهند داشت و همگی می ‌توانند به راحتی برای تجزیه و تحلیل ها استخراج شوند.

همانطور که تحلیلگر IDC اشاره می کند، دسته فراداده اینترنت اشیا منبع رو به رشدی از داده است که باید مدیریت و استفاده شود. در این بیانیه آمده است: «متادیتا کاندیدای اصلی برای وارد شدن به پایگاه ‌های داده NoSQL مانند MongoDB است تا ساختار را برای محتوای بدون ساختار تعریف کند یا به سیستم‌ های شناختی وارد شود تا سطوح جدیدی از درک، هوش و نظم را به محیط ‌های تصادفی ظاهری بیاورد».

به طور خاص، اینترنت اشیا IOT مقادیر زیادی از داده های واقعی را ارائه می دهد. سیسکو محاسبه می‌ کند که اتصالات ماشین به ماشین که از برنامه ‌های IOT پشتیبانی می ‌کنند، بیش از نیمی از مجموع 27.1 میلیارد دستگاه و اتصال را تشکیل می‌ دهند و تا سال 2023، 5٪ از ترافیک IP جهانی را تشکیل می‌ دهند.

اینترنت اشیا و فضای ابری

حجم عظیمی از داده‌ هایی که برنامه‌ های اینترنت اشیا IOT تولید می‌ کنند به این معنی است که بسیاری از شرکت‌ ها ترجیح می ‌دهند پردازش داده ‌های خود را در فضای ابری انجام دهند تا اینکه حجم عظیمی از ظرفیت داخلی ایجاد کنند. غول ‌های محاسبات ابری در حال حاضر با این شرکت ‌ها آشنا شده ‌اند: مایکروسافت مجموعه Azure IoT خود را دارد، در حالی که خدمات وب آمازون طیف وسیعی از خدمات اینترنت اشیا را ارائه می‌ کند، و همینطور Google Cloud نیز این کار را انجام می ‌دهد.

اینترنت اشیا و شهرهای هوشمند

با پخش تعداد زیادی حسگر در یک شهر یا منطقه، برنامه ریزان می توانند در زمان واقعی ایده بهتری از آنچه اتفاق می افتد به دست آورند. در نتیجه، پروژه های شهرهای هوشمند یکی از ویژگی های کلیدی اینترنت اشیا IOT هستند. شهرها در حال حاضر مقادیر زیادی داده (از دوربین های امنیتی و حسگرهای محیطی) تولید می کنند و در حال حاضر دارای شبکه های زیرساختی بزرگی هستند (مانند آنهایی که چراغ های راهنمایی را کنترل می کنند). هدف پروژه ‌های اینترنت اشیاء اتصال داده و زیرساخت ها و سپس افزودن اطلاعات بیشتر به سیستم است. یک طرح می ‌تواند شامل بخش خدمات اجتماعی منطقه‌ ای باشد که از حسگرهای اینترنت اشیا IOT برای کمک به سالمندان استفاده می‌ کند، در حالی که طرح دیگر می‌ تواند تشخیص دهد که آیا ساحل بیش از حد شلوغ شده است و جایگزین‌ هایی برای شناگران ارائه دهد. در مثالی دیگر، AT&T سرویسی را برای نظارت بر زیرساخت ‌ها مانند پل‌ ها، جاده ‌ها و راه ‌آهن‌ ها با سنسورهای مجهز به LTE برای نظارت بر تغییرات ساختاری مانند ترک ‌ها و انحراف ها‌ ها راه ‌اندازی می ‌کند.

توانایی درک بهتر نحوه عملکرد یک شهر به کمک اینترنت اشیا IOT، باید به برنامه ریزان اجازه دهد تا تغییراتی ایجاد کرده و بر بهبود زندگی ساکنان نظارت کنند. شرکت‌ های بزرگ فناوری، پروژه‌ های شهرهای هوشمند را به‌ عنوان یک منطقه بالقوه عظیم می ‌بینند و بسیاری از جمله اپراتورهای تلفن همراه و شرکت ‌های شبکه، اکنون در موقعیتی قرار دارند که می توانند مشارکت کنند. در حقیقت، این یک پروژه بهبود سرمایه به اندازه کل سیاره زمین است که یک معماری بی سیم ایجاد شده در این قرن را با معماری دیگری که هدف آن کاهش مصرف انرژی و هزینه های نگهداری است، جایگزین می کند.

اینترنت اشیا و 5G چگونه داده ها را به هم متصل و به اشتراک می گذارند

دستگاه اینترنت اشیا IOT از روش‌ های مختلفی برای اتصال و اشتراک‌ گذاری داده ‌ها استفاده می ‌کند و اکثر آنها از نوعی اتصال بی ‌سیم بهره می برند؛ خانه ‌ها و دفاتر از Wi-Fi استاندارد، Zigbee یا بلوتوث کم‌ انرژی (یا حتی اترنت) استفاده می ‌کنند. سایر دستگاه ‌ها از LTE (فناوری ‌های موجودی که شامل اینترنت اشیاء باند باریک و LTE-M هستند و عمدتاً دستگاه ‌های کوچکی را هدف قرار می‌ دهند که مقادیر محدودی داده را ارسال می ‌کنند)، یا حتی از اتصالات ماهواره ‌ای برای برقراری ارتباط استفاده می کنند. با این حال، تعداد زیادی از گزینه های مختلف پیشین باعث شده است برخی استدلال کنند که استانداردهای ارتباطات IoT باید به اندازه Wi-Fi امروزی پذیرفته شده و قابل اجرا باشند.

یکی از زمینه های رشد در چند سال آینده بدون شک استفاده از شبکه های 5G برای پشتیبانی از پروژه های اینترنت اشیا IOT خواهد بود. 5G توانایی قرار دادن یک میلیون دستگاه 5G را در یک کیلومتر مربع ارائه می دهد، به این معنی که استفاده از تعداد زیادی سنسور در یک منطقه بسیار کوچک امکان پذیر خواهد بود و استقرار اینترنت اشیاء صنعتی در مقیاس بزرگ را ممکن می کند. بریتانیا به تازگی آزمایش 5G و IoT را در دو کارخانه هوشمند آغاز کرده است. با این حال، ممکن است مدتی طول بکشد تا استقرار 5G گسترده شود. اریکسون پیش ‌بینی می‌ کند که تا سال 2025 حدود پنج میلیارد دستگاه اینترنت اشیا IOT به شبکه‌ های سلولی متصل خواهند شد، اما تنها حدود یک چهارم آن ‌ها اینترنت اشیا باند پهن خواهند بود و 4G اکثر دستگاه ‌ها را به آن متصل می ‌کند.

به گفته گارتنر، دوربین ‌های مداربسته در فضای باز، در کوتاه ‌مدت بزرگ‌ ترین بازار برای دستگاه ‌های اینترنت اشیاء 5G خواهند بود که اکثر (70 درصد) دستگاه ‌های اینترنت اشیاIOT تولیدی در سال جاری را تشکیل می ‌دهند. این شرکت تحلیلگر پیش ‌بینی می‌ کند که امسال 3.5 میلیون دستگاه اینترنت اشیاء 5G و تا سال 2023 نزدیک به 50 میلیون دستگاه استفاده می‌ شود. همچنین پیش ‌بینی می کند در درازمدت صنعت خودرو بزرگترین بخش برای موارد استفاده از اینترنت اشیاIOT 5G خواهد بود. یک روند محتمل این است که با توسعه اینترنت اشیا، ممکن است داده های کمتری برای پردازش به فضای ابری ارسال شود. می توان برای پایین نگه داشتن هزینه ها، پردازش های بیشتر را روی دستگاه انجام داد.

داده های اینترنت اشیا و هوش مصنوعی

دستگاه ‌های اینترنت اشیا مقادیر زیادی داده تولید می‌ کنند که ممکن است اطلاعاتی در مورد دمای موتور یا باز یا بسته بودن در یا خوانش یک کنتور هوشمند باشد. تمام داده های اینترنت اشیاIOT باید جمع آوری، ذخیره و تجزیه و تحلیل شوند. یکی از راه ‌هایی که شرکت‌ ها از این داده‌ ها بیشترین استفاده را می‌ کنند این است که آن ‌ها را به سیستم ‌های هوش مصنوعی (AI) منتقل می کنند تا از داده‌ های اینترنت اشیا برای پیش ‌بینی ها استفاده کنند. به عنوان مثال، گوگل یک هوش مصنوعی را مسئول سیستم خنک کننده مرکز داده خود قرار داده است. هوش مصنوعی از داده‌ های استخراج‌ شده از هزاران حسگر اینترنت اشیاIOT استفاده می ‌کند که به شبکه‌ های عصبی عمیق وارد ‌شود و پیش ‌بینی کند که انتخاب ‌های مختلف چگونه بر مصرف انرژی آینده تأثیر می گذارند. در واقع، گوگل با استفاده از یادگیری ماشین و هوش مصنوعی توانست مراکز داده خود را کارآمدتر کند و ادعا کرد که همین فناوری می تواند در سایر تنظیمات صنعتی نیز کاربرد داشته باشد.

فناوری های توانمندکننده اینترنت اشیا

سیستم های اینترنت اشیا IOT شامل بلوک های کارکردی برای تسهیل کاربردهای مختلف سیستم نظیر حسگری، شناسایی، تحریک، ارتباط و مدیریت است. بنابراین فناوری های توانمندساز اینترنت اشیا را می توان در چند دسته خلاصه کرد : فناوری های حسگری، فناوری های شناسایی و تشخیص، سخت افزار، نرم افزار و پلتفرم های ابری، فناوری های ارتباطی و شبکه ها، نرم افزار و الگوریتم ها، فناوری های موقعیت یابی، راه حل های پردازش داده، ذخیره توان و انرژی، مکانیزم های امنیتی و … .

فناوری های توانمند کننده اینترنت اشیا IOT بر طبق بلوک های کارکردی متشکل از چهار حوزه هستند. تمامی این حوزه ها شامل چندین سخت افزار، نرم افزار و فناوری با کارکردها و توانمندی های خاص می باشند. استفاده از این حوزه ها در معماری IP منجر به استفاده کامل از فناوری های اینترنت اشیا می شود. پلتفرم های اینترنت اشیا امکان یکپارچه سازی آسان فناوری های توانمندساز اینترنت اشیا را فراهم می آورد.

این پلتفرم ها را می توان به عنوان لایه ای هوشمند تعریف کرد که منجر به اتصال اشیا به شبکه با هدف توسعه خدمات می شود. آنها چارچوبی را برای اتصال اشیا به شبکه ها و برنامه های مختلف فراهم می آورند. پلتفرم های متعددی برای اینترنت اشیا IOT نظیر سخت افزار و فضای ابری وجود داشته که برای افزایش بهره وری، قابلیت استفاده و انعطاف پذیری کاربردهای اینترنت اشیا و همچنین کاهش زمان و هزینه فرآیند توسعه، مفید می باشند.

1- حوزه کاربردی
اینترنت اشیا پتانسیل بالایی برای توسعه کاربردهای هوشمند در تمام بازارهای عمودی نظیر خانه هوشمند، مراقبت های بهداشتی هوشمند، حمل و نقل هوشمند و … دارد. برای مثال، کاربردهای زیادی برای اینترنت اشیا IOT وجود داشته که از قبل به شکلی موفقیت آمیز برای سیستم های ترافیکی هوشمند، رهگیری پرواز، کنترل زنجیره لجستیک، شهرهای هوشمند، اندازه گیری هوشمند، اتوماسیون صنعتی، سیستم های جلوگیری از تصادف، کارایی انرژی خانه ها و ادارات هوشمند، نظارت بر محیط و …. پیاده سازی شده اند. کاربردهای اینترنت اشیا IOT مجموعه ای از کارکردها و توانمندی ها را فراهم نموده که می توان آن ها را بر طبق حوزه کاربرد به چهار دسته تقسیم بندی کرد: نظارت، کنترل، بهینه سازی و خودگردانی.

حوزه کاربردی، خدمات کاربردی را مدیریت نموده که به طور معمول از طریق لایه میان افزار اینترنت اشیا فراهم می شوند. فناوری های توانمندساز اینترنت اشیا بر طبق کارکردهای آنها طبقه بندی می شود و بر همین اساس نرم افزار و API ها را در این لایه شامل می کنیم. برای کارکردهای توانمندساز حوزه کاربردی، چندین سیستم عامل تعبیه شده نظیر TinyOS, Contiki, LiteOS, Android, Riot OS و … استفاده شده اند. این سیستم ها از ارتباطات اینترنتی با توان پایین پشتیبانی نموده و تنها به چند کیلوبایت رم نیازمند هستند.
مشکلات کلیدی در راستای توسعه کاربردی اینترنت اشیا IOT به موارد استفاده مختلف، دسترس پذیری، مدیریت، قابلیت اطمینان، قابلیت همکاری، مقیاس پذیری، امنیت و حریم شخصی مرتبط می باشند. همچنین چالش های تحقیقاتی شامل ایجاد الگوریتم ها و روش هایی برای ارائه، تحلیل و پردازش داده های جمع آوری شده توسط حسگرهاست. یکی از چالش های عمده مرتبط با استفاده از اشیا در معماری مبتنی بر وب، مشکلات تعمیم رویکردهای موجود نظیر SOA است. بسیاری از کاربردهای اینترنت اشیا به REST یا RESTful وابسته هستند، اما هنوز چندین مشکل وجود دارد.

2- حوزه میان افزار

ما میان افزار اینترنت اشیا IOT را به عنوان سیستمی در نظر می گیریم که به وسیله نرم افزار و زیرساخت، به عنوان واسط بین اشیا، اینترنت اشیا و لایه کاربردی به حساب می آید. در این حوزه، ما کارکردهایی نظیر جمع آوری، فیلترینگ و پردازش داده های دریافتی از تجهیزات اینترنت هوشمند، اکتشاف اطلاعات، یادگیری ماشین، مدل سازی، پیش بینی و کنترل دسترسی به تجهیزات را دسته بندی می کنیم. امروزه، تعداد اشیا به هم متصل و داده های خام که باید مدیریت و پردازش شوند افزایش یافته است. حجم عظیمی از اطلاعات نظیر داده های واقعی از منابع ناهمگن نظیر حسگرها، اشیا هوشمند و همچنین شبکه های اجتماعی و وب جمع آوری می شوند و داده ها و خدمات در بین قسمت های مختلف نظیر ذخیره داده و واحد های پردازشی تقسیم می شوند.

رایج ترین راه حل کارکردهای میان افزار اینترنت اشیا IOT به رایانش ابری تکیه دارند. پلتفرم های ابری امکان توسعه خدمات اینترنت اشیا و پردازش داده را مستقل از پلتفرم سخت افزاری فراهم می آورند. چندین پلتفرم تجاری و منبع باز وجود دارد که بر طبق پشتیبانی از گیت وی، پشتیبانی از پروتکل کاربردی، زبان برنامه نویسی و … قابل ارزیابی می باشند. پلتفرم هایی نظیر Apache Hadoop, Apache Spark,
Apache Kafka, Apache Storm, Apache Ambari, Apache HBase, Spark Streaming, Druid, Open TSDB و … برای ساخت پلتفرم موثر و مقیاس پذیر اینترنت اشیا IOT استفاده می شوند. همچنین این نکته بسیار اهمیت دارد که از سطح بالای امنیت و حریم شخصی مطمئن شویم. این سطح شامل مکانیزم هایی نظیر احراز هویت، کنترل دسترسی، مدیریت پیکره بندی، آنتی ویروس، رمز نویسی و … است.

3- حوزه شبکه

حوزه شبکه شامل سخت افزار، نرم افزار، فناوری ها و پروتکل هایی است که امکان ارتباط بین اشیا و زیر ساخت سراسری نظیر اینترنت را فراهم می آورند. سیستم های اینترنت اشیا از گستره وسیعی از فناوری های ارتباطی استفاده می کنند که البته باید برای برآورده ساختن شرایط اینترنت اشیا IOT قابلیت همکاری داشته باشند. همچنین ارضای شرایط ترافیکی با افزایش حجم ترافیک دشوارتر می شود. ITU-T Y.2060 برخی از شرایط سطح بالا برای شبکه ها جهت پشتیبانی از اینترنت اشیا نظیر اتصال مبتنی بر شناسایی، شبکه بندی خودکار، خدمات خودکار، توانمندی های مبتنی بر موقعیت، امنیت، حریم شخصی، کیفیت، plug and play، قابلیت مدیریت را فراهم می آورد. سایر مسائل باز مرتبط با این حوزه عبارتند از قابلیت همکاری، مقیاس پذیری، قابلیت اطمینان، مدیریت تحرک، مسیریابی، پوشش، کنترل استفاده از منابع و مدیریت آنها، خود پیکره بندی، کارایی انرژی، انعطاف پذیری طیف، پهنای باند، نهفتگی و … .