پروتکل‌های اینترنت اشیا (IoT Protocols) بخش مهمی از تکنولوژی اینترنت اشیا هستند و بدون آنها سختافزارها بدون استفاده می‌شوند چرا که پروتکل‌های IoT سختافزارها را قادر می‌سازد تا داده‌ها به روشی ساختاریافته و معنادار مبادله شوند. وقتی صحبت از اینترنت اشیا می‌شود، ارتباط به ذهنمان می‌رسد. تعامل بین سنسورها، دستگاه‌ها، گیت‌ها، سرورها و برنامه‌های کاربردی کاربر، ویژگی اساسی است که اینترنت اشیا را شکل می‌دهد. اما آنچه که این چیزهای هوشمند را قادر می‌سازد تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، پروتکل اینترنت اشیا است که می‌توان آن را زبانی دانست که ابزار اینترنت اشیا برای برقراری ارتباط از آن استفاده می‌کند.
به خاطر توانمندسازی اجزای مختلف برای ارتباط با یکدیگراست؛ این توانایی برقراری ارتباط همان چیزی است که داده‌ها را از دستگاه‌های مختلف خط اینترنت اشیا دریافت کرده و به سرورهای مرکزی می‌رساند. این ارتباط از طریق پروتکل‌های اینترنت اشیاء اتفاق می‌افتد که تضمین می‌کند داده‌ها از دستگاه‌های نقطه پایانی مانند سنسورها دریافت شده و توسط مراحل بعدی‌تر در این محیط متصل درک می‌شوند؛ فارغ از اینکه مراحل بعدی آن داده، یک دستگاه نقطه پایانی دیگر باشد یا یک دروازه و یا یک اپلیکیشن. به زبان ساده می‌توان گفت پروتکل های اینترنت اشیا به اندازه‌ی خود چیزها برای وجود اینترنت اشیاء حیاتی هستند.
چندین پروتکل اینترنت اشیا وجود دارد که هر کدام قابلیت‌ها یا ترکیب از ویژگی‌های خاص را ارائه می‌دهند که باعث می‌شود نسبت به دیگری برای استقرار اینترنت اشیاء خاص ترجیح داده شوند. هر پروتکل اینترنت اشیا ارتباط دستگاه به دستگاه، دستگاه به دروازه یا دستگاه به ابر / مرکز داده و یا ترکیبی از این ارتباطات را فعال می‌کند. عواملی مانندموقعیت جغرافیایی و یا موقعیت مکانی خاص، نیازهای مصرف انرژی، گزینه‌های قابل کارکرد با بارتی، وجود موانع فیزیکی و هزینه‌ها مشخص می‌کنند که کدام پروتکل برای استقرار اینترنت اشیاء بهینه است.
لایه‌های مختلف معماری اینترنت اشیا
سیستم‌های شبکه به عنوان دسته‌ای از تکنولوژی‌ها ساخته شده‌اند. این سیستم‌ها اغلب در یک مدل مرجع تجسم می‌شوند؛ نمونه‌ای از چارچوب که تکنولوژی از آن برای مفهوم‌سازی نحوه‌ی انتقال داده‌ها در کل دسته استفاده می‌کند. شناخته‌شده‌ترین آنها مدل مدل اتصال متقابل سامانه‌های باز (OSI) است که هفت لایه را فهرست می‌کند. این لایه‌ها عبارتند از:
اینترنت اشیاء نیز در مدلی چند لایه بیان می‌شود. اگرچه برخی از مدل هفت لایه OSI استفاده می‌کنند برخی دیگر شامل موارد زیر می‌شود:
پروتکل‌های مورد استفاده معمولا بر اساس لایه متفاوت هستند. به این ترتیب، یک اکوسیستم IoT می‌تواند چندین پروتکل داشته باشد و هر پروتکل امکان ارتباط در لایه‌های مختلف و یا بین پروتکل‌ها را فراهم کند. به عنوان مثال، بلوتوث و وایرلس، از ارتباط در پایین‌ترین لایه‌ها پشتیبانی می‌کنند در حالی که سرویس توزیع داده‌ها (DDS) و MQTT در لایه‌ی کاربرد کار می‌کنند.
همانطور که گفتیم تکنولوژی‌ها می‌توانند هنگام ساخت شبکه‌ای برای اکوسیستم IoT خود از چندین پروتکل استفاده کنند. پروتکل های شبکه‌ی اینترنت اشیا برای اتصال دستگاه‌ها از طریق شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مجموعه از پروتکل‌ها معمولا از طریق اینترنت استفاده می‌شوند.
درحالی که زیرساخت‌های اینترنت موجود برای تمام دستگاه‌های IoT به طور رایگان موجود و قابل استفاده است، در اکثر موارد استفاده از اینترنت اشیا بسیار سنگین و پرمصرف است. پروتکل برنامه‌های محدودشده (CoAP) برای ترجمه‌ی مدل HTTP طراحی شد تا بتوان از آن در محیط‌های محدودکننده‌ی دستگاه و شبکهاستفاده کرد. پروتکل CoAP اینترنت اشیا برای پاسخگویی به نیازهای سیستم‌های IoT مبتنی بر HTTP طراحی شده و برای برقراری ارتباط امن بین نقاط پایانی، بر پروتکل بسته داده‌ی کاربر (UDP) متکی است. با اجازه‌ی پخش و پخش چندگانه، UDP می‌تواند داده‌ها را به چندین میزبان منتقل کند درحالی که سرعت ارتباط و استفاده از پهنای باند کم را حفظ می‌کند؛ این کار باعث می‌شود این پروتکل برای شبکه‌های بی‌سیمی که معمولا در محیط‌های ماشین به ماشین (M2M) با محدودیت منابع استفاده می‌شوند، مناسب باشد.
نکته‌ی مشترک دیگر CoAP با HTTP معماری انتقال بازنمودی حالت (RESTful) است که از یک مدل تعاملی درخواست/پاسخ بین نقاط پایانی برنامه پشتیبانی می‌کند. بعلاوه، پروتکلCoAP اینترنت اشیا از روش‌های اولیه‌ی دریافت، ارسال، قرار دادن و حذف HTTP استفاده می‌کند که به لطف آن می‌توان در هنگام ارتباط بین بخش‌ها از ابهام جلوگیری کرد. پروتکل CoAP دارای کیفیت خدمات است که برای کنترل پیام‌های ارسال‌شدهاستفاده می‌شود و آنها را به عنوان «قابل تایید» یا «غیرقابل تایید» مشخص می‌کند و نشان می‌دهد آیا دریافت‌کننده باید تایید را بازگرداند یا خیر.
از دیگر ویژگی‌های جالب CoAP این است که این پروتکل از مذاکره‌ی محتوا و مکانیزم کشف منابعپشتیبانی می‌کند. جدای از انتقال داده‌های IoT، این پروتکل برای تبادل امن پیام‌ها در لایه‌ی انتقال از امنیت لایه انتقال دیتاگرام (DTLS) استفاده می‌کند. CoAP بطور کامل نیازهای یک پروتکل بسیار سبک را برای برآوردن نیازهای دستگاه‌های باتری‌دار یا کم‌انرژیبرطرف می‌کند و در مجموع زمانی که صبحت از سیستم‌های IoT مبتنی بر وب می‌شود، مناسب است.
احتمالا گسترده‌ترین استاندارد استفاده شده در اینترنت اشیاء صنعتی تا به امروز، پروتکل انتقال تله‌متری صف‌بندی پیام‌ها (MQTT) است؛ یک پروتکل پیام‌رسان سبک وزن از نوع انتشار و اشتراک (pub/sub). این پروتکل برای دستگاه‌های مبتنی بر باتری طراحی شده و معماری آن ساده و سبک‌وزن است که باعث مصرف کم‌تر انرژی در دستگاه‌ها می‌شود. پروتکل MQTT روی پروتکل TCP/IP کار شده و به ویژه برای شبکه‌های ارتباطی غیرقابل اعتماد طراحی شده است تا به مشکل تعداد فزاینده‌ی دستگاه‌های کم‌مصرف ارزان قیمت کوچک که در سال‌های اخیر در شبکه ظاهر شده‌اند، پاسخ دهد.
پروتکل MQTT مبتنی بر مدل اشتراک، انتشار و کارگذار است. در این مدل، وظیفه‌ی ناشر جمع‌اوری داده و ارسال اطلاعات به مشترکین از طریق لایه‌ی میانجی یعنی کارگذار است. از سوی دیگر نقش کارگذار تضمین امنیت با بررسی متقابل تایید ناشران و مشترکان است.
QoS0:
(حداکثر یکبار): کمترین حالت اعتماد اما همچنین سریع‌ترین حالت است. انتشار ارسال شده است اما تاییدیه دریافت نشده است.
QoS1:
(حداقل یکبار): تضمین می‌کند که پیام حداقل یکبار تحویل داده شده است اما ممکن است موارد تکراری دریافت شود.
QoS2:
(دقیقا یکبار): قابل اعتمادترین حالت که در عین حال بیشترین پهنای باند را مصرف می‌کند. تکرارها کنترل می‌شوند تا اطمینان حاصل شود پیام تنها یکبار ارسال شده است.
امنیت اینترنت اشیا چیست؟
هر روزه شاهد افزایش دستگاه‌های هوشمند هستیم که به اینترنت وصلند مثل مسواک هوشمند، آیینه هوشمند، میز ها و بالش‌ها و تخت‌های هوشند. این لیست انتهایی ندارد و دنیا در حال تبدیل به شبکه‌ای از اشیا است که اطلاعات شخصی و مهم ما را جمع می‌کنند. در این میان باید استانداردهای جهانی تولید این دستگاه‌ها برای کنترل امنیت آنها ایجاد و بهینه شود.
امنیت نرم افزارها و سخت افزارها باید تامین شود تا وسایل IoTبتوانند کار خود را به خوبی انجام دهند. بدون امنیت، هر وسیله‌ای ممکن است هک شود و کنترل آن به دست هکر بیفتد و یا اطلاعات دیجیتالی کاربر دزدیده شود. مثلا در سال ۲۰۱۶، هکری مدل خاصی از دوربین های مداربسته را هک کرد و سیصدهزار دستگاه ضبط کننده ویدئو شروع به حمله به چندین وب‌سایت شبکه اجتماعی مانند توئیتر کردند و آنها را بیش از دو ساعت با اختلال مواجه کرد. این نمونه‌ای از نتیجه امنیت ضعیف در اینترنت اشیا است.
برای تامین امنیت اینترنت اشیا باید به موارد زیر توجه کرد:
1. رعایت استانداردهای ساخت
2. مدیریت و آپدیت
3. مقاومت فیزیکی
4. دانش و آگاهی کاربر
وقتی امنیت هنگام طراحی در نظر گرفته شود دیگر نیازی نیست که پس از وقوع هک و رخنه اقدام به تامین امنیت کرد. تامین امینت در طراحی، مساله مهم و حیاتی برای مشتری و سازمان‌ها است. از آنجایی که وسایل اینترنت اشیا به اینترنت وصل هستند پتانسیل هک شدن دارند و از طرفی بسیاری از آنها به صورت تعبیه شده امنیتی ندارند و انها را تبدیل به هدف خوبی برای هک می‌کند.
برای دوری از رخنه‌های امنیتی، تولیدکنندگان باید راهکارهای مختلفی برای حفاظت از دسترسی از طریق اینترنت را پیاده سازی کنند.
دادن آموزش‌های لازم به کاربر هنگام استفاده از اینترنت اشیا، باعث می‌شود رفتارهای پرخطر را هنگام استفاده از iot بشناسند مثلا اطلاعات آنها چگونه استفاده و به اشتراک گذاشته می‌شود و یا چگونه می‌توانند جمع‌آوری برخی اطلاعات را خاموش کنند.
داشتن پسوردهای ضعیف و قابل حدس، نداشتن مکانیزم آپدیت امنیتی، نرم افزارها و سیستم عامل های قدیمی و بدون Patch، انتقال و ذخیره سازی ناامن دیتا همگی از مواردی است که امنیت اینترنت اشیا را به خطر می‌اندازد.
مزایا و معایب اینترنت اشیا
مزایای پلتفرم iot عبارتند از:
معایب اینترنت اشیا عبارتند از:
قدم بعد از اینترنت اشیا چیست؟
قدم بعدی در اینترنت اشیا این است که پیچیدگی را کاهش دهد تا استفاده از آن راحت تر شود. آیا برای سرچ، استفاده از مرورگر راحت‌تر است یا دستیار صوتی؟ برای برخی تایپ کردن راحت‌تر و قابل اطمینان‌تر است. همچنین افزایش امنیت و رعایت بیشتر حریم خصوصی از دیگر مواردی است که در اینترنت اشیا باید مورد توجه قرار گیرد
آینده اینترنت اشیا چگونه خواهد بود؟
در آینده ماشین‌ها می‌توانند حتی قدم زدن در جنگل را هم برای ما شبیه‌سازی کنند و اینترنت اشیا تا این حد می‌تواند با زندگی روزمره ما گره بخورد: سیستم‌های کامپیوتر با زندگی در دنیای واقعی یکپارچه می‌شوند. در واقع می‌توان اینگونه گفت که قدم بعد از اینترنت اشیا هوش مصنوعی است تا به آنالیز و تحلیل دیتای به دست آمده بپردازد.
ایجاد یک شبکه‌ی وای فای مستلزم دستگاه‌هایی است که بتوانند سیگنال‌های وایرلسارسال کنند؛ دستگاه‌هایی مانند تلفن، کامپیوتر و روتر. در خانه از روتر برای انتقال اتصال اینترنت از شبکه‌ی عمومی به یک شبکه‌ی خانگی یا اداری خصوصی استفاده می‌شود. پروتکل وای فای (WIFI) یک اتصال اینترنت فراهم می‌کند تا دستگاه‌های نزدیک به آن که در محدوده‌ی خاصی قرار دارند، متصل شوند. راه دیگر برای استفاده ازWiFi ایجاد یک نقطه اتصال یاHotspot وای فای است؛ یعنی تلفن‌ها یا کامپیوترها می‌توانند با پخش یک سیگنال، اتصال اینترنت بی‌سیم یا سیمی را با دستگاه‌های دیگر به اشتراک بگذارند.
وای فای از امواج رادیویی استفاده می‌کند که اطلاعات را در فرکانس‌های مشخصی مانند 2.4 گیگاهرتز یا 5 گیگاهرتز پخش می‌کند. هر دوی این محدوده فرکانس‌ها دارای تعدادی کانال هستند که دستگاه‌های بی‌سیم مختلف می‌توانند با آن کار کنند و به توزیع بار کمک می‌کنند تا اتصال‌های جداگانه قطع نشوند. این مساله تا حد زیادی از ازدیاید شبکه‌های بی‌سیم جلوگیری می‌کند. بُرد معمولی برای اتصال وای فای استاندارد حدودا 100 متر است. با این حال، معمول‌ترین برد محدود به 10 تا 35 متراست.
پوشش موثر شبکه تا حد زیادی تحت تاثیر قدرت آنتن‌دهی یا فرکانس انتقالاست. محدوده و سرعت اتصال اینترنت وای فایبستگی به محیط و پوشش داخلی یا خارجی آن دارد. بنابراین، سرعت دستگاه‌های مختلفی که از اتصال اینترنت وای فای استفاده می‌کنند با نزدیک شدن به منبع اصلی افزایش می‌یابد و در مقابل با دور شدن از منبع نیز این سرعت کاهش می‌یابد.
پلتفرم اینترنت اشیا چیست؟
پلتفرم اینترنت اشیا (IoT Platform)، با فراهم کردن ابزارها و قابلیت‌های توکار و تسهیل و ارزان‌تر کردن اینترنت اشیا برای کسب و کارها، توسعه‌دهندگان و کاربران، نقطه شروعی برای ساخت سیستم‌های اینترنت اشیا (IoT Systems) فراهم می‌کند. پلتفرم اینترنت اشیا، یک مولفه حیاتی برای اکوسیستم و بازار دارای رشد سریع اینترنت اشیا محسوب می‌شود.
پلتفرم‌های اینترنت اشیا، ارزش زیادی را برای کسب و کارها فراهم می‌کنند و به آنها امکان کمینه کردن هزینه‌ها، شتاب‌دهی راه‌اندازی و ساده‌سازی فرایندها را می‌دهند. اگرچه، برای بسیاری از فعالان این حوزه، هنوز هم مفهوم پلتفرم IoT شفاف نیست. در ادامه، تعریفی ساده شده و غیر فنی از پلتفرم اینترنت اشیا ارائه می‌شود.
برای درک آنکه پلتفرم اینترنت اشیا چیست، فرد باید درک صحیحی از آنچه در یک سیستم اینترنت اشیا به وقوع می‌پیوندد داشته باشد. در بخش پیشین آنچه در یک سیستم اینترنت اشیا به وقوع می‌پیوندد، تشریح شد. در این بخش به صورت خلاصه این موضوع و ارتباط آن با پلتفرم اینترنت اشیا نیز مورد بررسی قرار می‌گرد.
یک سیستم کامل اینترنت اشیا، به سخت‌افزار نیاز دارد. از جمله این سختافزارها می‌توان به حسگرها یا دستگاه‌ها اشاره کرد. این حسگرها و دستگاه‌ها داده‌ها را از محیط گردآوری می‌کنند (برای مثال، حسگر رطوبت) و یا اقداماتی را در محیط انجام می‌دهند (برای مثال، آبیاری زمین‌های زراعی). یک راهکار کامل اینترنت اشیا، نیاز به متصل بودن دارد. سخت‌افزار نیاز به راهی برای انتقال همه داده‌ها به ابر (مانند ارسال داده‌های رطوبت) و یا نیاز به راهکاری برای دریافت دستورات از ابر دارد (مانند، آب دادن مزرعه در لحظه). این کار با استفاده از اشکال بلوغ یافته اتصالات مانند سلولی، ماهواره یا وای‌فای و یا روش‌های اتصالات نوین‌تر و با تمرکز بیشتر روی اینترنت اشیا، مانند رنج گسترده(Long Range) باشد.
استانداردها و پروتکل‌های طراحی رابط کاربری
صفحات وب در حال حاضر از قالب HTML با برگه سبک نگارش (Style Sheet) آبشاری استفاده می‌کنند. این مورد موجب می‌شود تا سرویس برای استفاده قابل اعتمادتر شود. استانداردها و پروتکل‌هایی در طراحی رابط کاربردی دارای بیشترین میزان استفاده هستند که رابط کاربری را نه تنها کاربر پسند، بلکه به راحتی قابل پذیرش می‌کنند.
اگرچه، اینترنت اشیا این استاندارد را ندارد. انتخاب پلتفرم اینترنت اشیا (IoT Platform) مسئله بسیار حائز اهمیتی است. اینترنت اشیا می‌تواند به تشخیص روشی که پلتفرم با سیستم تعامل دارد کمک کند. بنابراین، کاربر قادر به آن می‌شود که با دستگاه‌ها و شبکه‌ها با استانداردهای خودش تعامل داشته باشد. داشتن پروتکل‌های مشابه برای داشتن یک تعامل موفق، مسئله مهمی است.
حریم خصوصی و اینترنت اشیا
با وجود حجم انبوه داده‌هایی که حسگرها از همه چیز گردآوری می‌کنند، اینترنت اشیا با مشکلات گسترده حریم خصوصی و امنیت دست و پنجه نرم می‌کند. برای مثال، یک خانه هوشمند مفروض است. این خانه هوشمند می‌تواند بگوید که ساکنان چه زمانی از خواب بیدار می‌شوند (وقتی قهوه‌جوش خودکار فعال می‌شود)، و اعضای خانه چگونه دندان‌های خود را مسواک می‌زنند (به لطف مسواک هوشمند)، ساکنان خانه به کدام کانال رادیویی گوش می‌دهند (به وسیله اسپیکرهای هوشمند)، چه نوع غذایی را می‌خورند (به لطف گاز یا یخچال هوشمند)، کودکان ساکن خانه چه افکاری دارند (به وسیله اسباب‌بازی‌های هوشمند) و چه کسانی به آن خانه رفت و آمد دارند (به کمک زنگ درهای هوشمند). در حالی که شرکت‌ها در جایگاه اول با فروش دستگاه‌های هوشمند کسب درآمد می‌کنند، در جایگاه بعدی با فروش داده‌های کاربران دستگاه‌های خود به کسب درآمد می‌پردازند.
انقلاب اینترنت اشیا: آینده اینترنت اشیا چیست؟
با کاهش قیمت حسگرها و ارتباطات، افزودن دستگاه‌های جدید به اینترنت اشیا، مقرون به صرفه‌تر است؛ حتی اگر در برخی موارد، مزایای کمی مشهود باشد. استقرار اینترنت اشیا در اغلب موارد در گام‌های اولیه است. اغلب شرکت‌ها حوزه اینترنت اشیا در حال حاضر در گام آزمایشی (Trial Stage) به سر می‌برند، زیرا فناوری‌های لازم، برای آنها شامل فناوری حسگر، اتصالات 5G و تحلیل‌های قدرت گرفته از اینترنت اشیا، خودشان همچنان در مراحل آزمایشی به سر می‌برند. این امر نشان‌گر بازار بکر این حوزه و اشباع نشدن آن و در عین حال، آینده درخشان و اقبال عمومی است که برای اینترنت اشیا وجود دارد.
اینترنت اشیا و داده‌ها
یک دستگاه اینترنت اشیا ممکن است دارای یک یا تعداد بیشتری حسگر باشد که برای گردآوری داده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنچه که این حسگرها گردآوری می‌کنند بستگی به دستگاه و وظایف آن دارد. حسگرهای درون ماشین‌های صنعتی، می‌توانند درجه حرارات یا فشار را اندازه‌گیری کنند.
یک دوربین امنیتی، ممکن است یک حسگر مجاورتی (Proximity Sensor) همراه با حسگر صدا و فیلم باشد؛ در حالیکه ایستگاه آب و هوای خانگی، احتمالا دارای حسگر رطوبت است. همه این داده‌ها و داده‌های بیشتر، باید به جایی ارسال شوند. این یعنی دستگاه‌های اینترنت اشیا نیاز به انتقال داده‌ها دارند و این کار را با استفاده از وای-فای، 5G ،4G و دیگر موارد انجام دهند.
تحلیلگران فناوری در شرکت بین‌المللی داده(International Data Corporation | IDC) پیش‌بینی کرده‌اند که طی پنج سال، دستگاه‌های اینترنت اشیا ۷۹٫۴ زتابایت(Zettabytes) داده ایجاد خواهند کرد. برخی از این داده‌های اینترنت اشیا کوچک و متناوب هستند. به روز رسانی‌های سریع مانند خواندن یک حسگر یا خواندن از یک کنتور دیجیتال. دیگر دستگاه‌ها ممکن است حجم انبوهی از ترافیک‌های داده‌ای را ایجاد کنند که به عنوان مثالی برای این مورد، می‌توان به دوربین‌های نظارتی با استفاده از بینایی کامپیوتری (Computer Vision) اشاره کرد.
شرکت بین‌المللی داده می‌گوید که حجم داده‌های ساخته شده با دستگاه‌های اینترنت اشیا، طی چند سال آینده به سرعت رشد خواهند کرد. بیشتر داده‌های تولید شده توسط نظارت ویدئویی تولید می‌شود، اما دیگر کاربردهای صنعتی و پزشکی، داده‌های بیشتری را در طول زمان تولید می‌کند. هواپیماهای بدون سرنشین(Drones) پیشران بزرگی برای ساخت داده‌ها با استفاده از دوربین‌ها هستند. با نگاهی وسیع‌تر، می‌توان مشاهده کرد که وسایل نقلیه خودران نیز حجم انبوهی از داده‌های غنی حسگرها شامل صوت و تصویر و داده‌های اختصاصی حسگرهای خودرو را تولید می‌کنند.
وجود پروتکل‌های iot نیز برای توانمندسازی ارتباط امن بین اجزای مختلف این سیستم استفاده می‌شود. در واقع ارتباط از طریق پروتکل‌های درون سیستم تضمین می‌کند که داده‌های ارسالی از یک نقطه به نقطه دیگر مانند سنسورها دریافت شده و در مراحل بعدی نیز استفاده شوند. فارغ از اینکه مراحل بعدی آن داده، یک اپلیکیشن باشد یا یک دستگاه نقطه پایانی دیگر یا یک دروازه.
پروتکل‌های اینترنت اشیا از اهمیت بالایی برخوردارند اما همه آنها کارایی و عملکرد یکسانی ندارند. به‌عنوان مثال برخی از این پروتکل‌ها برای استفاده درون ساختمان مناسب هستند و برخی دیگر برای استقرار در بین ساختمان به خوبی کار می‌کنند. همچین نمونه‌های دیگری نیز وجود دارند که از آنها برای استفاده از اینترنت اشیا ملی یا جهانی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
هر کدام از پروتکل‌های اینترنت اشیا قابلیت‌های منحصربه‌فردی دارند و نسبت به دیگری برای استقرار اینترنت اشیا نسبت به دیگر ترجیح داده شوند. در واقع هر پروتکل iot می‌تواند ارتباط دستگاه به دستگاه، دستگاه به دروازه یا دستگاه به مرکز داده یا ترکیبی از این ارتباطات پیچیده را فعال نمایند.
به همین خاطر برای استقرار اینترنت اشیا به‌صورت بهینه، عواملی مانند موقعیت مکانی خاص، وجود موانع فیزیکی، هزینه‌ها، نیازهای مصرف انرژی و گزینه‌های قابل کارکرد نیز اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کنند. در ادامه با انواع پروتکل‌های اینترنت اشیا آشنا می‌شویم:
- MQTT – Message Queue Telemetry Transport Protocol
- AMQP – Advanced Message Queuing Protocol
-CoAP – Constrained Application Protocol
-DDS – Data Distribution Service
-WIFI
-Bluetooth
-ZigBee
1- MQTT – Message Queue Telemetry Transport Protocol
2-AMQP – Advanced Message Queuing Protocol
پروتکلMQTT توسط آی‌بی‌ام طراحی شد جزء مهم‌ترین پروتکل‌های اینترنت اشیا محسوب می‌شود. این پروتکل که به ارتباط ماشین به ماشین معروف است به نوعی به ماشین‌های داخل سیستم اجازه می‌دهد که با یکدیگر به طور خودکار ارتباط برقرار کنند. پروتکل MQTT، پروتکل ساده‌ای است که داده‌ها را از سنسورها دریافت می‌کند، تحویل دستگاه‌های پردازشگر می‌دهد و سپس نتیجه را به سمت شبکه منتقل می‌کند.
مدل پروتکل MQTT بر پایه مدل اشتراک، انتشار و کارگزار است. به این معنی که این پروتکل وظیفه جمع‌آوری اطلاعات و ارسال آنها را به کاربران از طریقه لایه میانجی یعنی کارگزار برعهده دارد. همچنین پروتکل MQTT وظیفه دارد تا با بررسی متقابل تأیید ناشران و مشترکان امنیت شبکه را تضمین کند. نکته قابل توجه این است که این پروتکل روی پروتکل TCP/IP قادر به فعالیت است و نمی‌تواند برای تمامی اپلیکیشن‌های اینترنت اشیا مورد استفاده قرار گیرد.
از پروتکلAMQP برای محیط‌های مبتنی بر پیام استفاده می‌شود. این پروتکل برمبنای رویکرد صف‌بندی کار می‌کند و وظیفه ارسال پیام‌ها را به شکل مطمئن و ایمن برعهده دارد و اطلاعات را با ضریب اطیمنان بسیار بالا به مقصد ارسال می‌کند.
3-CoAP – Constrained Application Protocol
پروتکل CoAP یکی از کاربردی‌ترین پروتکل‌های اینترنت اشیا است که در تعدادی از گجت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. زمانی که این پروتکل طراحی شد از آن برای ارتباطات ماشین به ماشین استفاده و به عنوان پروتکل جایگزین HTTP انتخاب شد.
این پروتکل تکنیکی مؤثر برای ارسال و دریافت اطلاعات بر مبنای قالب‌بندی XML ارائه می‌کند. همچنین از چهار پیام non-confirmable، confirmable، reset و acknowledgment که به اختصار به آن (ack) استفاده می‌کند.
در تکنولوژی اینترنت اشیا پروتکل CoAP بسیار کاربرد دارد؛ زیرا این پروتکل امکان ارتباط امن با قابلیت اطمینان بالا روی UDP را فراهم می‌کند. همچنین این امکان را دارد تا پیام ACK را به عنوان پاسخی استفاده کند تا گیرنده متوجه شود که پیامش به مقصد رسیده یا خیر.
4-DDS- Data-Distribution Service
پروتکل‌های اینترنت اشیا انواع مختلفی دارند که هر کدام برای یک سیستم کاربرد دارد. پروتکل DDS که به سرویس توضیع داده‌ها مشهور است، براساس روش انتشار و اشتراک داده توسعه داده شده است.
مهم‌ترین کاربرد اینترنت اشیا با استفاده از این پروتکل خودش را نشان می‌دهد. استفاده از این پروتکل برای ارتباط سریع ماشین به ماشین است. در واقع پروتکل DDS به راحتی داده‌های مقایس‌پذیر، قابل اعتماد و با کارایی بالا را بین دستگاه‌هایی مانند سختافزارها و پلتفرم‌های نرم‌افزاری امکان‌پذیر کرده است؛ زیرا این پروتکل برای ارسال و دریافت اطلاعات از معماری بدون واسطه و چند بخش برای ارائه QoS با اطمینان و کیفیت بالا استفاده می‌کند.
5-پروتکل وای فای (WiFi)
امروزه وای فای (WIFI) یکی از جدیدترین و پرکاربردترین پروتکل‌های اینترنت اشیا محسوب می‌شود. ایجاد چنین پروتکلی نیازمند دستگاه‌هایی هستند که بتوانند سیگنال‌های وایرلس را ارسال و دریافت کنند. دستگاه‌هایی مانند روتر، تلفن و لپ تاپ یا کامپیوتر.
برای مصارف خانگی معمولاً از روتر برای متصل شدن به اینترنت و انتقال اطلاعات به یک شبکه خانگی یا اداری استفاده می‌شود. در این شرایط دستگاه‌های نزدیک به هم که در یک محدوده خاصی قرار دارند به وسیله پروتکل وای فای به یکدیگر وصل می‌شوند.
به‌غیر از این روش یکی دیگر از راه های استفاده از پروتکل وای فای ساخت یک Hotspot وای فای یا نقطه اتصال است؛ به این معنی که یک کامپیوتر یا موبایل هوشمند سینگال را در محیط پخش می‌کند تا یک اتصال بی‌سیم یا بی سیم را با دیگر دستگاه ها به اشتراک بگذارند.
بلوتوث یکی از شناخته شده ترین انواع پروتکل های اینترنت اشیا است. این پروتکل به دستگاه‌های مختلف امکان ارسال و دریافت متن، عکس یا هر اطلاعات دیگری را می‌دهد. پروتکل بلوتوث شامل سه کلاس توان انتقال در فضا باز است. در واقع تکنولوژی بلوتوث یک استاندارد باز است که برای موارد با برد کوتاه با محدوده 1، 10 و 100 متر در فضای باز کاربرد دارد.
رایج‌ترین کلاس پروتکل بلوتوث مورد دوم یعنی 10 متر است. این کلاس به کاربران اجازه می‌دهد تا به دستگاه‌های یکدیگر در اتاق یا حتی طبقات مختلف متصل شود. این پروتکل برای ارسال و دریافت اطلاعات از امواج رادیویی استفاده می‌کند. در واقع دستگاه‌هایی با فرکانس 2.4 گیگاهرتز مانند آداپتور بلوتوث قابلیت این کار دارد که باید در دستگاه های مختلف وجود داشته باشد.
7-پروتکل زیگبی (ZigBee)
طرح اولیه ZigBee در سال ۹۸ میلادی ایجاد، در سال ۲۰۰۳ استاندارد‌سازی و در سال ۲۰۰۶ مورد بازبینی قرار گرفت. نام این پروتکل از نوعی رقص که زنبور‌ها در زمان بازگشت به خانه انجام می‌دهند، الهام گرفته شده است.
این پروتکل بر اساس استاندارد IEEE 802.15.4 ساخته شده که برای پروتکل‌های ارتباطی رده بالا می‌باشد. این سیستم از رادیو‌های دیجیتال کم مصرف و کوچک برای ساخت شبکه‌های بی‌سیم شخصی کمک می‌گیرد. از آنها در دستگاه‌های پزشکی، اتوماسیون‌های خانگی و سایر نیاز‌هایی که دارای مقیاس و پهنای باند کم و همچنین ارتباط بی‌سیم هستند مورد استفاده قرار می‌گیرد.
هدف اصلی پروتکل زیگبی ارزان‌تر و ساده‌تر بودن نسبت به شبکه‌های بی‌سیم دیگر مانند وای فای و بلوتوث است.
پروتکل MQTT، AMQP، CoAP جزء مهم‌ترین پروتکل‌های IOT به حساب می‌آیند.
پروتکل WIFI یکی از پرکاربردترین پروتکل‌های IOT است که در هوشمندسازی منزل نیز کاربرد دارد.
پروتکل‌های اینترنت اشیا بخشی جدایی ناپذیر از معماری آن هستند. بدون پروتکل‌ها و استانداردهای اینترنت اشیا، سخت افزار بی فایده تلقی می‌شود زیرا به دلیل وجد آنها، تبادل داده توسط سخت افزار امکان‌پذیر می‌گردد و از بین این داده‌های منتقل شده، اطلاعات مفید می‌تواند توسط کاربر نهایی استخراج شود.
در اینترنت اشیا، پروتکل‌ها به دو دسته ارتباطی و داده‌های تقسیم می‌شوند.
پروتکل های ارتباطی
هر شبکه یا بستر ارتباطی اینترنت اشیا نیاز به پروتکل یا پروتکل‌های خاص خود را دارد و با استفاده از آنها می‌توان انتقال داده را انجام داد.
پروتکل های داده ای اینترنت اشیا (IoT )
ما باید داده ها را بین دستگاه های خود و سیستم های دیگر مانند پلت فرم IoTانتقال دهیم. برخی از دستگاه ها دارای سنسورهایی هستند که داده ها را با فاصله زمانی منظم فشار می دهند. سنسورهای دیگر با یک مدل کشش در جایی که شما باید اطلاعات را درخواست کنید کار می کنند. چندین پروتکل داده وجود دارد که می توانیم در IoT استفاده کنیم.
استفاده از فناوری‌های نوین در شهرها، به‌منظور بهینه‌سازی کاربرد زیرساخت‌های فیزیکی شهرها (مانند شبکه های جاده‌ای، شبکه قدرت و غیره) و ارتقاء کیفیت زندگی شهروندان می‌باشد. فناوری اینترنت اشیاء می‌تواند کاربردهای متنوعی در حوزه شهرهای هوشمند بیابد. به‌عنوان یک مطالعه موردی، این فناوری می‌تواند سیستم های پیشرفته کنترل ترافیک را فراهم آورد. از طریق هوشمندسازها می‌توان ترافیک در شهرهای بزرگ و بزرگراه ها را پایش و با استقرار سرویس‌هایی که توصیه های مسیریابی ترافیک را ارائه می‌دهد از ازدحام جلوگیری کرد. در این دیدگاه، اتومبیل‌ها «ابزاری هوشمند» به‌حساب می‌آیند. علاوه بر این، سیستم هوشمند پارکینگ، بر اساس فناوری سنسور و RFID، فضای پارکینگ در دسترس را پایش می‌کند و توصیه هایی برای پارکینگ خودکار به رانندگان ارائه می‌دهد، درنتیجه باعث بهبود تحرک در مناطق شهری می‌شود. در این فناوری حسگرها قادرند جریان ترافیک وسایط نقلیه در بزرگراه ها و بازیابی اطلاعات انبوه مانند سرعت متوسط و تعداد اتومبیل‌ها را پایش نمایند. این حسگرها همچنین می‌توانند سطح آلودگی هوا و گازهای شیمیایی موجود در آن مانند سطح دی‌اکسید کربن،PM10، و غیره را شناسایی و این اطلاعات را به سازمان‌های بهداشتی ارائه دهند. علاوه بر این، می‌توانند در تشخیص تخلفات و انتقال داده های مربوط به سازمان‌های اجرای قانون به‌منظور شناسایی متخلفین و یا برای ذخیره اطلاعاتی که از تجزیه‌وتحلیل صحنه تصادف فراهم‌شده است، به کار روند.
-زنجیره تامین مبتنی بر اینترنت اشیا
با ایجاد ارتباط بین اقلام با فناوری اطلاعات از طریق دستگاه‌های هوشمند تعبیه‌شده و یا از طریق استفاده از شناسه های منحصربه‌فرد و داده های حامل که می‌توانند ارتباط هوشمند با حمایت از زیرساخت های شبکه و سیستم‌های اطلاعاتی برقرار کنند، کل فرآیندهای تولید را می‌توان بهینه‌سازی کرد و کل چرخه حیات محصول را می‌توان از تولید به مصرف کنترل نمود. با برچسب اقلام و محتواها، اطلاعات بیشتری در مورد وضعیت کارگاه، محل وضعیت ماشین‌آلات تولید می‌توان به دست آورد. اطلاعات مفید برچسب‌ها به‌عنوان داده های ورودی می‌تواند برای تولید برنامه تصفیه‌شده و بهبود تدارکات عمل کند. خودسازمان‌دهی و راه‌حل‌های هوشمند تولید می‌تواند در کنار آیتم‌های طراحی شناسایی شود.
اطلاعات متصل شده به یک شی و ریز پردازش از تولید تا پایان چرخه حیات ممکن است جدایی‌ناپذیر باشد، تاریخ تولید یک شیء و وضعیت فعلی آن می‌تواند تحت نظارت مداوم باشد و یا بر روی برچسب ذخیره شود و یا در داخل سیستم اطلاعات قرار بگیرد. اطلاعات نشان‌دهنده سابقه استفاده از یک محصول, که شامل اطلاعات ارزشمندی برای طراحی محصول، بازاریابی و طراحی خدمات مربوط به محصول است و همچنین باعث تصمیم‌گیری نهایی برای بازیافت، تولید دوباره یا دفع محصول به‌طور ایمن و سازگار با محیط‌زیست می‌شود.
مدیریت اطلاعات:
اینترنت اشیاء با هوشمندسازی کالاها این امکان را برای مشتریان فراهم می‌آورد تا اطلاعات کامل کالا را از مواد خام تا تولید از طریق اینترنت در اختیار داشته و برای تصمیم‌گیری خرید از آنها استفاده نماید. این اطلاعات می‌تواند شامل اطلاعات مواد تشکیل‌دهنده، اطلاعات فرایند تولید، اطلاعات مربوط به شرکت تولیدکننده، اطلاعات توزیع‌کنندگان، ضمانت کالا و یا سایر اطلاعات موردنیاز مشتری باشد.
پیگیری و ردیابی سفارشات :
اینترنت اشیاء با کدگذاری هر سفارش و تعبیه اطلاعات موردنیاز در آن، این حوزه از تجارت الکترونیک را پوشش داده است. اطلاعات تعبیه‌شده در سفارشات، با استفاده از تکنولوژی شناسایی امواج رادیویی در هر نقطه از فرایند تولید تا تحویل خوانده‌شده و به سیستم متمرکز جمع‌آوری داده‌ها ارسال می‌گردد. بنابراین، مشتریان قادرند سفارشات خود را در زمان واقعی ردیابی کرده، و از سرنوشت سفارش خود باخبر شوند.
حمل‌ونقل و جابه‌جایی کالا:
از مهم‌ترین بخش‌های تجارت الکترونیک، حمل‌ونقل و جابه‌جایی کالا می‌باشد. این بخش را می‌توان به شکلی مدیریت نمود که جابجایی‌ها به‌طور کامل و دقیق قابل‌رؤیت باشد. با هوشمندسازی کالاها و تجهیز وسایل نقلیه به سیستم‌های موقعیت‌یاب جهانی، فناوری اینترنت اشیاء قادر خواهد بود مقدار کالای در حال حمل و نیز مبدأ و مقصد سفارش را مشخص نماید.
تحلیل و پیش‌بینی بازارهای رقابتی:
با اجرای فناوری اینترنتی از اشیاء، شرکت‌ها قادرند به‌تمامی محصولات خود به‌صورت آنلاین نظارت داشته و اطلاعات کاملی نسبت به فرایندهای طی شده توسط کالا گردآوری نمایند. باوجود یک پایگاه اطلاعات قوی و یکپارچه، آنها نه‌تنها برگردش اطلاعات در فرایندهای تجاری و اشتراک‌گذاری اطلاعات میان طرف‌های معامله اشراف دارند، بلکه قادرند این داده‌های تجاری را به‌صورت دقیق و درلحظه مورد تجزیه و تحلیل قرار دهند. شرکت‌ها همچنین از این طریق می‌توانند بازارهای رقابتی خود را مورد تحلیل قرار داده و روند تجاری آینده خود را برای تصاحب سهم بازار از تولیداتشان به بهترین نحو پیش‌بینی نمایند، در حقیقت این امر می‌تواند توانایی شرکت‌ها را در پاسخ به بازار بهبود بخشد.
اتوماسیون تولید:
از مهم‌ترین کاربردهای فناوری اینترنتی از اشیاء در بخش تولید، فعال‌سازی سیستم اتوماسیون می‌باشد که در آن شناسایی و ردیابی مواد و محصولات امکان‌پذیر می‌گردد. درنتیجه این قابلیت هزینه اشتباهات نیروی انسانی تا حد قابل‌توجهی کاهش خواهد یافت. با هوشمند سازی کالاها در بخش تولید، علاوه بر شناسایی و ردیابی دقیق مواد اولیه و قطعات یدکی در طول فرایند تولید، میزان ضایعات و خرابی‌ها نیز به‌صورت دقیق قابل‌سنجش می‌باشد. این قابلیت امکان شناخت گلوگاهها و نقاط ضعف در تجارت الکترونیک را برای مدیران فراهم می‌آورد.
تکنولوژی IOT کاربرد بسیار زیادی در برنامه های مهم در بخش بهداشت و درمان را خواهد داشت به طوری که امکان استفاده از تلفن همراه باقابلیت حسگر RFID به‌عنوان یک پلت فرم برای نظارت بر پارامترهای پزشک و تحویل دارو مورداستفاده قرار می‌گیرد. در این حوزه مزایای بسیاری در پیشگیری و نظارت آسان دیده می‌شود و بنابراین تأثیر اساسی در نظام اجتماعی ما دارد و در مرحله دوم در صورت بروز حوادث و نیاز برای تشخیص به کار برده شود.
دستگاه‌های شناسایی بی‌سیم می‌تواند منجر به ذخیره پرونده سلامت و رکوردها مورداستفاده قرار گیرد که می‌تواند زندگی بیمار را در شرایط اضطراری نجات دهد به‌ویژه برای افراد با بیماری‌های خاص(مثل سرطان, دیابت،، آلزایمر و غیره ) و همچنین دستگاه‌های پیچیده پزشکی مانند ضربان‌ساز قلب، استنت، تعویض مفصل و پیوند عضو ممکن است به‌طور خودکار قادر به برقراری ارتباط با خود بیمار باشند.
از اشیایی که در داخل بدن انسان استفاده شده است انتظار می‌رود که بتوانند شبکه هایی در بدن تشکیل دهند و آنها را با درمان پزشکان، خدمات اورژانس، برقراری ارتباط و مراقبت از افراد مسن هماهنگ کنند. به‌عنوان‌مثال دستگاه نشان دادن وضعیت فعلی داخلی بدن به‌صورت کاملاً خودکار و وسیلهٔ اندازه‌گیری سایز قلب انسان ساخته‌شده است ودرزمانی که نیاز به شوک با دستگاه شوک برقی باشد می‌تواند به‌صورت خودکار تصمیم‌گیری کند و همچنین یک پزشک می‌تواند وضعیت بیمار خود را پیگیری و پایش کند.
برخی از مزایای استفاده از IoT:
- کاهش مراجعه به بیمارستان و هزینه های بستری افزایش استقلال بیماران
-ردیابی تجهیزات بیمارستانی
- اعمال کنترل و نظارت بر فرایندهای درمانی و مراقبتی
-افزایش ایمنی و امنیت مراکز بیمارستانی
برای جلوگیری از به خطر انداختن سلامت بیماران ایمنی و امنیت محصولات دارویی از اهمیت زیادی برخوردار است. به‌عنوان‌مثال اقلامی که نیاز به شرایط نگهداری خاص دارند، مثل نگهداری از یک زنجیره دارویی در شرایط خنک، اگر شرایط در طول حمل‌ونقل این داروها نقض شد این داروها طی یک فرآیند بررسی شده و در صورت لزوم دور انداخته شوند. ردیابی داروها و تاریخچه الکترونیکی برای تشخیص محصولات تقلبی , حفظ زنجیره تأمین به صورت رایگان از تقلب را امکان‌پذیر می‌کند.
برچسب‌های هوشمند در داروها نیز می‌تواند به‌طور مستقیم به نفع بیماران باشد، به‌عنوان‌مثال ذخیره‌سازی بسته‌بندی، اطلاع‌رسانی دوز مصرفی، تاریخ انقضاء و اطمینان از اصالت داروها نمونه ای از آنها می باشد. یک کابینه درمان هوشمند که اطلاعات منتقل‌شده توسط برچسب دارو را می‌خواند، می‌تواند بیماران را با یادآوری درمانشان در فواصل زمانی مناسب کنترل کند.
برنامه های کاربردی و خدماتی IoT که با استفاده از سنسورهای پوششی و محاصره‌شده قادر به تشخیص فعالیت‌های زندگی روزمره افراد هستند, تأثیر زیادی در زندگی مستقل افراد دارند و به‌عنوان پشتیبانی, برای افزایش سن جمعیت می‌باشند. نظارت بر تعاملات اجتماعی با استفاده از سنسورهای پوششی و محدود، نظارت بر بیماری‌های مزمن با استفاده از سنسورهای پوششی امکان پذیر می باشد.
پایان
