اینترنت اشیا و کاربرد های آن در زمینه های مختلف

چکیده

اینترنت اشیا یک رویکرد انقلابی برای گسترش فن‌آوری آینده است، اینترنت اشیا یک پارادایم جدید است که روش سنتی زندگی را به سبک زندگی با فن‌آوری بالا تغییر داده‌است . شهر هوشمند , خانه‌های هوشمند , کنترل آلودگی , حفظ انرژی , صرفه‌جویی در انرژی , حمل و نقل هوشمند , صنایع هوشمند , به دلیل اینترنت IoT دست‌خوش تحولاتی شده‌اند . بسیاری از مطالعات و تحقیقات مهم و حیاتی برای ارتقا فناوری از طریق اینترنت اشیا انجام شده است. با این حال , هنوز چالش‌های بسیاری وجود دارند که باید برای دستیابی به پتانسیل کامل از IOT مورد توجه قرار گیرند . این چالش‌ها و مشکلات باید از جنبه‌های مختلف IOTمانند کاربردها ، چالش‌ها ، فن‌آوری توانمند سازی ، اثرات اجتماعی و محیطی و غیره در نظر گرفته شوند . هدف اصلی این مقاله , ارائه یک بحث مفصل از دیدگاه فن‌آوری و اجتماعی است . این مقاله در مورد چالش‌ها و موضوعات کلیدی IoT ، معماری و برنامه‌های کاربردی مهم بحث می‌کند. همچنین ، این مقاله مقالات موجود را روشن کرده و سهم آن‌ها را در جنبه‌های مختلف اینترنت نشان داده‌است . علاوه بر این , اهمیت داده‌های بزرگ و تحلیل آن با توجه به IoTمورد بحث قرار گرفته‌است . این مقاله به خوانندگان و محقق برای درک اینترنت و کاربرد آن در دنیای واقعی کمک خواهد کرد .

معرفی

اینترنت اشیا یک پارادایم نوظهور است که ارتباط بین دستگاه‌های الکترونیکی و سنسورها را از طریق اینترنت به منظور تسهیل زندگی ما فراهم می‌کند .ازاینترنت اشیا برای ارائه راه‌حل‌های مبتکرانه برای چالش‌های مختلف و مسائل مربوط به صنایع مختلف ، دولتی و عمومی / خصوصی در سراسر جهان استفاده می‌شود . اینترنت اشیا به به تدریج جنبه مهمی از زندگی ما می‌شود که می‌تواند در همه جا در اطراف ما احساس شود . در کل , اینترنت اشیا یک نوآوری است که انواع گسترده سیستم‌های هوشمند , چارچوب‌ها و دستگاه‌های هوشمند و سنسورها را کنار هم قرار می‌دهد شکل 1

علاوه بر این , از لحاظ ذخیره‌سازی , کاوش و سرعت پردازش که قبلا ً قابل‌تصور نبود , از کوانتوم و نانو تکنولوژی بهره می‌برد . مطالعات گسترده ای در زمینه مقالات علمی ، گزارش مطبوعات در اینترنت و به صورت مواد چاپی انجام شده و در دسترس است تا اثر بالقوه و کاربرد تحولات اینترنت اشیا را نشان دهد. تحول بزرگ را می‌توان در زندگی روزمره ما همراه با افزایش فزاینده تجهیزات IoT و تکنولوژی مشاهده کرد. یکی از این توسعه ها از iot ، مفهوم سیستم‌های خانگی هوشمند ( SHS ) و لوازم خانگی است که شامل دستگاه‌های مبتنی بر اینترنت ، سیستم اتوماسیون برای خانه‌ها و سیستم مدیریت انرژی قابل‌اعتماد است. علاوه بر این ، یک دستاورد مهم دیگر ازIot سیستم سنجش سلامت هوشمند است ( SHSS ) . SHSS تجهیزات و دستگاه‌های هوشمند کوچک را برای حمایت از سلامت انسان به کار می‌برد.

این وسایل می‌توانند هم در داخل و هم بیرون خانه برای کنترل و نظارت بر مشکلات مختلف بهداشتی و یا میزان کالری مصرف‌شده در مرکز تناسب , مورد استفاده قرار گیرند . هم چنین از آن برای نظارت بر شرایط بحرانی سلامت در بیمارستان‌ها و مراکز اورژانس استفاده می‌شود .

بنابراین ، کل سناریوی حوزه پزشکی را با تسهیل آن با فن‌آوری بالا و دستگاه‌های هوشمند تغییر داده‌است [ ۴ ، ۵ ] .

علاوه بر این، توسعه دهندگان IoT و محققان به طور فعال در بهبود سبک زندگی افراد معلول و افراد مسن در سنین بالا دست دارند .

IoT عملکرد شدیدی را در این زمینه نشان داده‌است و مسیری جدید برای زندگی عادی چنین افرادی فراهم کرده‌است .

از آنجا که این دستگاه‌ها و تجهیزات از نظر هزینه بسیار مقرون‌به‌صرفه هستند و به راحتی در محدوده قیمت معمولی موجود هستند، بیشتر مردم از آن‌ها استفاده می‌کنند [ ۶ ] . به لطف IoT ، آن‌ها می‌توانند زندگی عادی داشته باشند .

جنبه مهم دیگر زندگی ما حمل و نقل است . اینترنت IoT پیشرفت‌های جدیدی را ایجاد کرده‌است تا آن را کارآمدتر ، راحت‌تر و قابل‌اطمینان کند . حسگرهای هوشمند ، دستگاه‌های بدون سرنشین در حال حاضر کنترل ترافیک را در تقاطع‌ها در شهرهای اصلی کنترل می‌کنند .

علاوه بر این ، وسایل نقلیه در حال راه‌اندازی در بازارها با ابزارهای سنجش از پیش نصب‌شده هستند که قادر به درک مسیرهای ترافیک سنگین آتی بر روی نقشه هستند و ممکن است مسیر دیگری با تراکم ترافیک پایین را پیشنهاد کنند [ ۷ ] .

بنابراین IoT کارهای زیادی برای خدمت در جنبه‌های مختلف زندگی و فن‌آوری دارد . ممکن است نتیجه بگیریم که اینترنت اشیا از نظر پیشرفت فن آوری و تسهیل نوع بشر، از حوزه وسیعی برخوردار است.

IoT همچنین اهمیت و پتانسیل خود را در رشد اقتصادی و صنعتی یک منطقه در حال توسعه نشان داده‌است .

هم چنین در بازار مبادله سهام و بازار بورس به عنوان یک گام انقلابی در نظر گرفته می‌شود .

با این حال ، امنیت داده ها و اطلاعات یک نگرانی مهم و بسیار مطلوب است ، که یک مسئله چالش برانگیز، برای Iot است.

اینترنت به عنوان بزرگ‌ترین منبع تهدیدات امنیتی و حملات سایبری ، درهای مختلفی را برای هکرها گشوده‌است و در نتیجه داده‌ها و اطلاعات را ناامن کرده‌است .

با این حال ، اینترنت IoT متعهد به ارائه بهترین راه‌حل‌های ممکن برای رسیدگی به مسائل امنیتی داده‌ها و اطلاعات است .

از این رو ، مهم‌ترین نگرانی Iot در تجارت و اقتصاد ، امنیت است .

بنابراین ، توسعه یک مسیر امن برای هم‌کاری بین شبکه‌های اجتماعی و نگرانی‌های حریم خصوصی یک موضوع داغ در IoT است و توسعه دهندگان IoT برای این مساله سخت کار می‌کنند .

بخش باقی مانده این مقاله به شرح زیر سازماندهی شده‌است :

· بررسی ادبیات

· معماری و فن‌آوری‌های اینترنت

· برنامه‌های کاربردی عمده

بررسی ادبیات

IoT یک دیدگاه چند رشته‌ای برای ارائه مزیت آن به چندین حوزه از قبیل محیط‌زیست ، صنعتی ، پزشکی ، حمل و نقل و غیره دارد.

محققان مختلف اینترنت اشیا را با توجه به علایق و جنبه‌های خاص، به طور متفاوت توضیح داده‌اند . پتانسیل و قدرت اینترنت IoT را می‌توان در چندین حوزه کاربردی مشاهده کرد . شکل ۲ تعداد کمی از حوزه‌های کاربردی پتانسیل IoT را نشان می‌دهد .

چند سال گذشته طرح‌های مهم IoT بر روی بازار کار تاثير گذاشته است . برخی از طرح‌های مهم IoT که اکثر بازار را تسخیر کرده‌اند در شکل ۳ نشان‌داده شده‌است .

در شکل ۳ ، توزیع جهانی از پروژه‌های IoT در میان کشورهای آمریکایی ، اروپایی و آسیا / اقیانوس آرام نشان‌داده شده‌است .

می ‌توان مشاهده کرد که قاره آمریکا بیشتر در بخش مراقبت‌های بهداشتی و برنامه‌های هوشمند عرضه اندام می‌کند، در حالی که سهم قاره اروپا در پروژه‌های هوشمند شهری بیشتر است.

شکل ۴ , سهم بازار جهانی پروژه‌های IoT در سراسر جهان را نشان می‌دهد [ 8 ] .

واضح است که صنعت ، شهر هوشمند ، انرژی هوشمند و وسایل نقلیه هوشمند براساس پروژه‌های IoT سهم بازار بزرگی در مقایسه با دیگران دارند .

این شهر هوشمند یکی از قسمت‌های کاربردی امروزی از IoT است که خانه‌های هوشمند را نیز در بر می‌گیرد . خانه هوشمند متشکل از تجهیزات خانگی ، سیستم تهویه هوا ، تلویزیون ، دستگاه‌های پخش صوتی / ویدیویی ، و سیستم‌های امنیتی است که با یکدیگر در ارتباط هستند تا بهترین راحتی و امنیت را به وجود بیاورند و مصرف انرژی را کاهش دهند

تمام این ارتباط از طریق واحد کنترل مرکزی IoT با استفاده از اینترنت صورت می‌گیرد .

مفهوم شهر هوشمند در دهه گذشته محبوبیت کسب کرد و فعالیت‌های تحقیقاتی بسیاری را به خود جلب کرد .

اقتصاد مشاغل خانگی هوشمند در شرف عبور از 100 میلیارد دلار تا سال 2022 است .

خانه هوشمند نه تنها راحتی خانه را تامین می‌کند بلکه به صاحب خانه نیز در کاهش هزینه در چندین بخش یعنی مصرف انرژی کم کمک می‌کند .

علاوه بر خانه‌های هوشمند ، طبقه دیگری که در داخل شهر هوشمند قرار می‌گیرد وسایل نقلیه هوشمند است .

ماشین‌های مدرن مجهز به وسایل و سنسورهای هوشمند هستند که کنترل بیشتر اجزا را از چراغ‌های جلوی ماشین تا موتور کنترل می‌کنند.

اینترنت IoT متعهد به توسعه سیستم‌های خودروی هوشمند جدید است که ارتباط بی‌سیم بین ماشین ها و راننده خودرو را به منظور تضمین نگهداری پیشگیرانه با تجربه رانندگی راحت و ایمن ، در بر می‌گیرد.

Khajenasiri و همکارانش، یک بررسی بر روی راه‌حل‌های IoT برای کنترل انرژی هوشمند برای بهره‌مند شدن از برنامه‌های کاربردی شهر هوشمند انجام دادند.

آن‌ها اظهار داشتند که در حال حاضر IoT در چند حوزه کاربردی برای خدمت به فن‌آوری و مردم مستقر شده‌است .

آن‌ها اشاره کردند که ذخیره انرژی یکی از بخش‌های مهم جامعه است و اینترنت می‌تواند در توسعه یک سیستم کنترل انرژی هوشمند که هم انرژی و هم پول را حفظ می‌کند ، کمک کند .

آن‌ها یک معماری IoT را با توجه به مفهوم شهر هوشمند توصیف کردند .

نویسندگان همچنین در مورد آن بحث کردند که یکی از مساعل چالش برانگیز دستیابی به این ، عدم بلوغ سخت‌افزار و نرم‌افزار IOT است .

آن‌ها پیشنهاد دادند که این مسائل باید حل و فصل شوند تا اطمینان حاصل شود که یک سیستم IoT، قابل‌اطمینان ، کارآمد و کاربر پسند است .

Alavi و همکارانش، مساله شهرنشینی را در شهرها مطرح کردند .

حرکت مردم از مناطق روستایی به جو شهری منجر به رشد جمعیت شهرها می‌شود .

بنابراین ، نیاز به ارائه راه‌حل‌های هوشمندانه برای تحرک ، انرژی ، بهداشت و زیرساخت وجود دارد .

این شهر هوشمند یکی از زمینه‌های کاربردی مهم توسعه دهندگان اینترنت است . این تحقیق چندین مساله مانند مدیریت ترافیک ، مدیریت کیفیت هوا ، راه‌حل‌های ایمنی عمومی ، پارکینگ هوشمند را مورد بررسی قرار می‌دهد .

برق هوشمند و جمع‌آوری زباله هوشمند ( شکل ۵ ) .

آن‌ها ذکر کردند که IoT برای مقابله با این مسائل چالش برانگیز سخت تلاش می‌کند .

نیاز به بهبود زیرساخت شهر هوشمند با رشد شهرنشینی ، درها را برای کارآفرینان در زمینه فن‌آوری‌های شهر هوشمند باز کرده‌است .

نویسندگان به این نتیجه رسیدند که فن‌آوری تولید شده IoT برای توسعه شهرهای هوشمند پایدار بسیار مهم است .

مسئله مهم دیگر اینترنت اشیا که نیاز به توجه و تحقیقات زیادی دارد ، امنیت و حفظ حریم خصوصی است.

وبر بر روی این موضوعات تمرکز کرد و پیشنهاد داد که یک سازمان خصوصی با استفاده از IoT باید اعتبار سنجی, کنترل دسترسی , انعطاف‌پذیری در برابر حملات و حریم خصوصی مشتری را در فعالیت‌های تجاری خود ترکیب کند که یک مزیت اضافی است .

وبر پیشنهاد کرد که برای تعریف مسایل امنیت و حریم خصوصی ، توسعه دهندگان IoT باید محدودیت‌های جغرافیایی کشورهای مختلف را در نظر بگیرند .

یک چارچوب عمومی باید طوری طراحی شود که متناسب با نیازهای جهانی در زمینه حفظ حریم خصوصی و امنیت باشد .

بعدا , هیر و همکارانش، ذکر کرده‌اند که اینترنت ستون فقرات ارتباطی میان وسایلی است که در یک سیستم اینترنت اشیا به اجرا در می‌آیند . بنابراین ، مسایل امنیتی در سیستم‌های IoT مبتنی بر IP ، یک نگرانی مهم هستند .

به علاوه ، معماری امنیتی باید با در نظر گرفتن چرخه حیات و قابلیت‌های هر شی در سیستمIoT طراحی شود .

همچنین شامل مشارکت طرف سوم مورد اعتماد و پروتکل‌های امنیتی نیز می‌شود .

معماری امنیتی با قابلیت مقیاس پذیری برای خدمت به مقیاس کوچک تا مقیاس بزرگ درIoT بسیار مطلوب است .

این مطالعه نشان داد که اینترنت اشیا یک راه جدید برای برقراری ارتباط از طریق چند چیز در سراسر شبکه ایجاد کرده است ، زیرا پروتکل اینترنت پایان یافته و به طور سنتی قادر به پشتیبانی از این ارتباط نیست.

بنابراین ، پروتکل‌های جدید باید با در نظر گرفتن ترجمه‌ها در دروازه‌ها برای تضمین امنیت نهایی ، طراحی شوند . علاوه بر این ، تمام لایه‌های مسئول، ارتباطات ، مسائل و الزامات امنیتی خودشان را دارند .

بنابراین برآورده کردن الزامات برای یک لایه خاص ، سیستم را به حالت آسیب‌پذیر خواهد برد و امنیت باید برای همه لایه‌ها تضمین شود .

تایید هویت و کنترل دسترسی یک مساله دیگر در IoT است که به راه‌حل‌های امیدوار کننده برای تقویت امنیت نیاز دارد .

لیو و همکارانش، یک راه‌حل را برای کنترل احراز هویت و کنترل دسترسی ایجاد کردند .

تایید هویت برای تایید طرفین ارتباط برای جلوگیری از از دست دادن اطلاعات محرمانه بسیار مهم است .

لیو و همکارانش یک طرح احراز هویت را بر اساس سیستم رمزنگاری منحنی بیضوی ارائه داند و آن را در مورد تهدیدهای امنیتی مختلف مانند شنود ، حمله در وسط ، کنترل کلید و حمله مجدد تأیید کرند.

آن‌ها ادعا کردند که طرح‌های پیشنهادی قادر به ارائه تصدیق و کنترل دسترسی بهتر در ارتباطات مبتنی بر اینترنت اشیا هستند .

بعدا ً، Kothmayr و همکارانش یک طرح تایید دوطرفه مبتنی بر امنیت لایه انتقال داده ( DTLS ) را برای IoT پیشنهاد کردند .

مهاجمان بر روی اینترنت همیشه فعال هستند تا اطلاعات امن را بدزدند .

رویکرد پیشنهادی قادر به ارائه امنیت ، یکپارچگی ، صحت و قابلیت اعتماد ، حافظه سربار و تاخیر پایان در شبکه ارتباطی مبتنی بر اینترنت اشیا را فراهم میکند.

Olivier و همکارانش مفهوم معماری تعریف‌شده ( SDN ) معماری مبتنی بر نرم‌افزار را توضیح دادند که حتی اگر یک معماری خوب تعریف‌شده موجود نباشد , عملکرد خوبی داشته باشد. آن‌ها پیشنهاد کردند که معماری امنیت مبتنی بر SDN انعطاف‌پذیر و کارآمدتر است.

Luk و همکارانش اظهار داشتند که وظیفه اصلی یک شبکه حسگر امن (SSN) تامین حریم داده‌ها, حفاظت از حملات پاسخ و تایید اعتبار است.

آن‌ها درباره دو خدمات عمومی به نام‌های Tiny Sec و ZigBee بحث و تبادل نظر کردند.

آن‌ها ذکر کردند که گرچه هر دو سرویس SSN کارآمد و قابل‌اعتماد هستند، اما ZigBee نسبتاً امنیت بالاتری را ارایه می‌دهد اما انرژی زیادی مصرف می‌کند در حالی که Tiny Sec انرژی کم مصرف می‌کند اما به اندازه ZigBee ایمن نیست.

آن‌ها یک معماری دیگر برای پشتیبانی از امنیت بالا و مصرف انرژی پایین پیشنهاد کردند و عملکرد خود را برای پلت فرم telos نشان دادند.

یان و سایرین اظهار داشتند که مدیریت اعتماد یک مساله مهم در IOT است. مدیریت اعتماد به افراد در درک و اطمینان خدمات و برنامه‌های IoT بدون نگرانی در مورد مسایل و خطرات عدم اطمینان کمک می‌کند.

آن‌ها مسایل مختلف را در مدیریت اعتماد مورد بررسی قرار دادند و اهمیت آن را با توجه به توسعه دهندگان و کاربران اینترنت مورد بحث قرار دادند.

Noura و همکارانش اهمیت قابلیت هم‌کاری در iot را بعنوان امکان یکپارچه‌سازی دستگاه‌ها، خدمات از پلت فرم‌های مختلف ناهمگن برای ارایه خدمات کارآمد و قابل‌اعتماد بیان کردند.

چندین مطالعه دیگر بر اهمیت قابلیت همکاری تمرکز کرده و چندین چالش را مورد بحث قرار دادند که مساله قابلیت هم‌کاری در اینترنت IoT با آن رو به رو است.

کیم و سایرین ، مساله تغییر آب و هوا را بررسی کردند و یک سیستم نظارت بر محیط‌زیست IoT را پیشنهاد کردند .

آن‌ها اشاره کردند که رویکردهای موجود زمان بر هستند و نیاز به مداخله انسانی زیادی دارند .

همچنین ، یک بازدید روتین برای جمع‌آوری اطلاعات از سنسورهای نصب‌شده در سایت تحت بررسی لازم است .

همچنین ، برخی از اطلاعات هنوز پیدا نشده اند که منجر به تجزیه و تحلیل بسیار دقیقی نمی‌شود .

بنابراین ، چارچوب اینترنت IoT قادر به حل این مشکل است و می‌تواند دقت بالایی در تجزیه و تحلیل و پیش‌بینی فراهم کند .

بعدا ً، وانگ و سایرین [ ۳۰ ] نگرانی خود را برای تصفیه فاضلاب خانگی نشان دادند .

آن‌ها در مورد چندین کاستی در فرآیند تصفیه آب و سیستم نظارت پویا بحث و تبادل نظر کردند و راه‌حل‌های موثر بر مبنای اینترنت IoT پیشنهاد کردند .

آن‌ها اظهار داشتند که IoT می‌تواند در تصفیه آب و نظارت بر فرآیند بسیار موثر باشد .

کشاورزی یکی از حوزه‌های مهم در سراسر جهان است . کشاورزی به عوامل متعددی بستگی دارد .

Geographical و همکارانش، اظهار داشتند که تکنولوژی که برای کنترل اکوسیستم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد ، با سطح هوشی پایین ، نابالغ است .

آن‌ها ذکر کردند که این می‌تواند یک منطقه کاربردی خوب برای توسعه دهندگانIoT و محققان باشد .

Qiu و همکارانش یک چارچوب برنامه نظارت هوشمند برای اکو سیستم کشاورزی ساختمان براساسIoT را پیشنهاد کردند که متشکل از چهار مکانیزم لایه برای مدیریت اکوسیستم کشاورزی است .

هر لایه مسئول کار خاص است و چارچوب قادر به رسیدن به یک اکوسیستم بهتر با کاهش مداخله انسانی است .

نگرانی مهم دیگر در سراسر جهان تغییرات آب و هوایی ناشی از گرم شدن جهانی هوای کره زمین است .

فنگ و همکارانش یک سیستم اطلاعات یکپارچه IIS) ) را که IoT  , ژئو انفورماتیک , محاسبه ابری , سیستم موقعیت یاب جهانی ( GPS ) , سیستم اطلاعات جغرافیایی ( GIS ) و الکترونیک را با هدف فراهم کردن یک سیستم نظارت و کنترل زیست‌محیطی موثر ترکیب کردند و آن را معرفی کردند .

آن‌ها اشاره کردند که موسسه مطالعات اسماعیلی، مجموعه داده بهبود یافته، تحلیل و تصمیم‌گیری برای کنترل آب و هوا را فراهم می‌کند .

آلودگی هوا یک نگرانی مهم دیگر در سراسر جهان است .

ابزارها و تکنیک‌های مختلفی برای اندازه‌گیری و کنترل کیفیت هوا در دسترس هستند .

چنگ و همکارانش Air Cloud را پیشنهاد کردند که یک کیفیت هوا مبتنی بر ابر و سیستم پایش است .

آن‌ها Air Cloud را مستقر کرده و عملکرد خود را با استفاده از داده‌های ۵ ماه برای مدت پیوسته ۲ ماه اجرا کردند .

Temglit و همکارانش کیفیت خدمات ( QoS ) را به عنوان یک چالش مهم و یک کار پیچیده در ارزیابی و انتخاب دستگاه‌های بسته‌بندی ، پروتکل‌ها و سرویس‌ها در نظر گرفتند .

QoS معیارهای بسیار مهمی برای جذب و به دست آوردن اعتماد کاربران نسبت به خدمات و دستگاه‌های بسته‌بندی است.

آن‌ها با یک رویکرد انتخاب QoS با توزیع جالبی مواجه شدند .

یکی دیگر از جنبه‌های مهم اینترنت قابلیت کاربرد آن در استانداردهای زیست‌محیطی و کشاورزی است .

تالاورا و همکارانش بر این جهت تمرکز داشت و تلاش‌های بنیادی اینترنت برای جنبه‌های زیستی - صنعتی و زیست‌محیطی در یک مطالعه بررسی و آن را ارائه کرد .

آن‌ها به این نکته اشاره کردند که تلاش‌های اینترنت اشیا در این موارد قابل‌توجه است.

اینترنت IoT در حال تقویت فن‌آوری کنونی و بهره‌گیری از کشاورزان و جامعه است .

Jara و همکارانش اهمیت نظارت بر IoT بر سلامت بیماران را مورد بحث قرار دادند .

آن‌ها پیشنهاد کردند که دستگاه‌های بسته‌بندی و سنسورها با کمک اینترنت می‌تواند به پایش سلامتی بیماران کمک کند .

آن‌ها همچنین یک چارچوب و پروتکل برای رسیدن به هدف خود را پیشنهاد کردند .

معماری و فناوری های اینترنت اشیا

معماری اینترنت IoT شامل پنج لایه مهم است که تمام کارکردهای سیستم‌هایIoT را تعریف می‌کند .

این لایه‌ها عبارتند از لایه ادراک ، لایه شبکه ، لایه میان افزار ، لایه کاربرد ، لایه کسب‌وکار .

لایه ادراک

در پایین معماری IoT ، لایه ادراک وجود دارد که متشکل از وسایل فیزیکی مثل حسگرها ، تراشه‌های RFID ، بارکدها و سایر اشیا فیزیکی متصل در شبکه اینترنت است .

این دستگاه‌ها اطلاعات را جمع‌آوری می‌کنند تا آن را به لایه شبکه برسانند .

لایه شبکه

لایه شبکه به عنوان واسط انتقال کار می‌کند تا اطلاعات را از لایه ادراک به سیستم پردازش اطلاعات برساند . این انتقال اطلاعات می‌تواند از هر رسانه بی‌سیم مثل G۳G / ۴ ، Wi - Fi ، بلوتوث و غیره استفاده کند .

لایه میان افزار

لایه سطح بعدی به عنوان لایه میان افزار شناخته می‌شود . وظیفه اصلی این لایه پردازش اطلاعات دریافتی از لایه شبکه و تصمیم‌گیری براساس نتایج بدست‌آمده از محاسبات همه جا در دسترس است.

لایه کاربرد

سپس ، این اطلاعات پردازش‌شده توسط لایه کاربرد برای مدیریت ابزار جهانی استفاده می‌شود

لایه تجاری(کسب و کار)

در بالای معماری ، یک لایه تجاری وجود دارد که سیستم اینترنت IoT ، کاربردها و خدمات آن را کنترل می‌کند .

لایه کسب‌وکار اطلاعات و آمار دریافت‌شده از لایه برنامه را تایید می‌کند و از این دانش برای برنامه‌ریزی اهداف و استراتژی‌های آینده استفاده می‌کند .

به علاوه ، معماری IoT را می ‌توان براساس نیاز و دامنه برنامه اصلاح کرد .

علاوه بر چارچوب لایه‌ای ، سیستم اینترنت IoT متشکل از چندین بلوک عملکردی است که از فعالیت‌های مختلف IoT مانند مکانیسم حسی ، تایید و شناسایی ، کنترل و مدیریت پشتیبانی می‌کند.

شکل ۶ چندین بلوک‌های عملکردی معماری IoT را نشان می‌دهد .

چندین بلوک عملکردی مهم مسئول، عملیات ورودی / خروجی ، مسائل اتصال ، پردازش ، نظارت صوتی / ویدیو و مدیریت ذخیره وجود دارد .

همه این بلاک ‌های عملکردی با هم یک سیستم IoT کارآمد را در بر دارند که برای عملکرد بهینه مهم هستند .

اگرچه ، چندین معماری مرجع با مشخصات فنی پیشنهاد شده‌اند ، اما هنوز هم از معماری استاندارد که برای اینترنت جهانی مناسب است ، فاصله دارند .

بنابراین ، یک معماری مناسب هنوز نیاز است تا طراحی شود که بتواند نیازهای جهانی IoT را ارضا کند.

ساختار کلی کار سیستم IoT در شکل ۷ نشان‌داده شده‌است . شکل ۷ وابستگی IoT بر پارامترهای کاربردی خاص را نشان می‌دهد .

دروازه‌های IoT نقش مهمی در ارتباط IoT دارند چرا که امکان اتصال بین سرورهای اینترنت IoT و دستگاه‌های IoT مربوط به چندین کاربرد را امکان پذیر می‌سازد .

مقیاس پذیری , واحد بندی , قابلیت همکاری و پذیرا , مسایل طراحی کلیدی برای معماری کارآمد IoT در یک محیط ناهمگن هستند .

معماری IoT باید با هدف برآورده کردن، الزامات تعاملات دامنه متقابل ، ادغام چند سیستم با پتانسیل عملکرد مدیریت ساده و مقیاس پذیر ، تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ و برنامه‌های کاربردی کاربر طراحی شود .

همچنین ، این معماری باید بتواند عملکرد را بهبود بخشیده و مقداری اطلاعات و اتوماسیون را در میان دستگاه‌های IoT در سیستم اضافه کند .

علاوه بر این، افزایش مقدار داده‌های حجیم که از طریق ارتباط بین حسگرهای تعبیه‌شده و دستگاه‌ها ایجاد می‌شود ، یک چالش جدید است .

بنابراین ، یک معماری کارآمد برای سروکار داشتن با مقادیر انبوهی از داده‌های جاری در سیستم اینترنت مورد نیاز است .

دو معماری سیستم IoT محبوب , رایانش ابری و مه / لبه هستند که از کنترل , نظارت و تجزیه و تحلیل حجم عظیم داده‌ها در سیستم‌های اینترنت پشتیبانی می‌کند .

بنابراین ، یک معماری مدرن اینترنت می‌تواند به عنوان یک معماری ۴ مرحله‌ای که در شکل ۸ نشان‌داده‌شده ، تعریف شود .

مرحله ۱

معماری ، حسگرها و عملگرها نقش مهمی ایفا می‌کنند . دنیای واقعی از محیط‌زیست ، انسان‌ها ، حیوانات ، ابزارهای الکترونیکی ، وسایل نقلیه هوشمند و ساختمان‌ها و غیره تشکیل شده‌است .

سنسورها , سیگنال‌ها و جریان داده‌ها را، از این موجودیت های دنیای واقعی تشخیص می‌دهند و به داده‌هایی تبدیل می‌شوند که می‌توان از آن‌ها برای آنالیز استفاده کرد .

علاوه بر این، عملگرها قادر به مداخله در واقعیت هستند ، به عنوان مثال

دمای اتاق را کنترل می کند، سرعت خودرو را کم میکند ، موسیقی و نور را خاموش کند میکند.

بنابراین ، مرحله ۱ به جمع‌آوری داده‌ها از دنیای واقعی کمک می‌کند که می‌تواند برای تحلیل بیشتر مفید باشد .

مرحله ۲

مسئول همکاری با سنسور و محرک‌ها در کنار دروازه‌ها و سیستم‌های کسب داده می‌باشد .

در این مرحله ، مقدار زیادی داده تولید شده در مرحله ۱ جمع‌آوری و به روش ساختاریافته برای پردازش بهینه شده‌است .

هنگامی که مقدار زیادی داده جمع‌آوری و ساختار بندی شده باشد ، آماده است تا به مرحله ۳ برسد که محاسبات لبه است .

محاسبه لبه می‌تواند به عنوان یک معماری باز در مد توزیعی تعریف شود که اجازه استفاده از فن‌آوری‌های IoT و قدرت محاسبه گسترده از نقاط مختلف جهان را می‌دهد .

مرحله ۳

تکنولوژی‌های محاسباتی لبه با حجم عظیمی از داده‌ها سر و کار دارند و کارکردهای مختلفی مثل تصویرسازی ، یکپارچه‌سازی داده‌ها از منابع دیگر ، تحلیل با استفاده از روش‌های یادگیری ماشین و غیره را فراهم می‌کند .

مرحله 4

آخرین مرحله شامل چندین فعالیت مهم مانند پردازش عمق و آنالیز ، ارسال بازخورد برای بهبود دقت و دقت کل سیستم است . همه چیز در این مرحله بر روی سرور یا مرکز داده‌ها اجرا خواهد شد .

چارچوب داده‌های بزرگ مانند هادوپ و اسپارک برای رسیدگی به این داده‌های جاری و رویکردهای یادگیری ماشینی، می‌تواند برای توسعه مدل‌های پیش‌بینی بهتر استفاده شود که می‌تواند به یک سیستم IoT دقیق‌تر و قابل‌اطمینان برای پاسخگویی به تقاضای زمان حاضر کمک کند .

عمده برنامه های اینترنت اشیا

IoT به طور کامل وقف تامین منافع عمومی ، اقتصاد نوظهور ، محیط‌زیست و بهداشت، توسعه جامعه و مردم شده‌است .

این شامل طیف گسترده‌ای از امکانات عمومی مانند توسعه اقتصادی ، نگهداری کیفیت آب ، رفاه ، صنعتی شدن و غیره است .

به طور کلی ، اینترنت IoT برای رسیدن به اهداف اجتماعی ، بهداشتی و اقتصادی در جهت پیشرفت سازمان ملل تلاش می‌کند .

پایداری محیط‌زیست یک نگرانی مهم دیگر است .

توسعه دهندگان اینترنت باید نگران تاثیر زیست‌محیطی سیستم‌های اینترنت و وسایل برای غلبه بر اثرات منفی باشند.

مصرف انرژی توسط دستگاه‌های بسته‌بندی IoT یکی از چالش‌های مرتبط با اثرات زیست‌محیطی است .

مصرف انرژی با نرخ بالای ناشی از خدمات فعال اینترنت و دستگاه‌های برش لبه ، رو به افزایش است .

این منطقه نیاز به تحقیق برای توسعه مواد، با کیفیت بالا به منظور ایجاد دستگاه‌های IoT جدید با نرخ مصرف انرژی پایین‌تر دارد .

همچنین ، فن‌آوری‌های سبز را می‌توان برای ساخت وسایل موثر انرژی برای استفاده آینده اتخاذ کرد .

این نه تنها برای محیط‌زیست مفید است بلکه برای سلامت انسان نیز مفید است .

محققان و مهندسان در حال توسعه دستگاه های بسیار کارآمد اینترنت اشیا برای نظارت بر چندین مسئله بهداشتی مانند دیابت ، چاقی یا افسردگی هستند .

چندین موضوع مرتبط با محیط‌زیست ، انرژی و مراقبت بهداشتی مورد مطالعه قرار گرفته شده است .

شهر هوشمند ، حمل و نقل و وسایل نقلیه IoT ساختار مدنی سنتی جامعه را به ساختار فن‌آوری پیشرفته با مفهوم شهر هوشمند ، خانه هوشمند و وسایل نقلیه هوشمند و حمل و نقل تبدیل می‌کند .

پیشرفت سریع با کمک فن‌آوری‌های پشتیبان مثل یادگیری ماشین ، پردازش زبان طبیعی، برای درک نیاز و استفاده از فن‌آوری در خانه انجام می‌شود [ ۵۸ ] .

فن‌آوری‌های مختلفی از قبیل فن‌آوری سرور ابر ، شبکه‌های حسگر بی‌سیم که باید برای ایجاد یک شهر هوشمند برای سرورهای IoT استفاده شوند به وجود آمده است.

مساله مهم دیگر ، تفکر درباره جنبه زیست‌محیطی شهر هوشمند است .

بنابراین ، تکنولوژی‌های کارآمد انرژی و فن‌آوری‌های سبز باید برای طراحی و برنامه‌ریزی زیرساخت شهر هوشمند در نظر گرفته شوند .

علاوه بر این ، دستگاه‌های هوشمند که در خودروهای تازه راه‌اندازی شده بکار گرفته می‌شوند قادر به تشخیص مسیرهای ترافیک در جاده هستند و در نتیجه می‌توانند یک مسیر جایگزین بهینه را به راننده پیشنهاد کنند .

این می‌تواند به کاهش ازدحام در شهر کمک کند .

علاوه بر این، دستگاه‌های هوشمند با هزینه بهینه باید طوری طراحی شوند که در همه وسایل نقلیه برای نظارت بر فعالیت موتور نصب شوند .

IoT نیز در حفظ سلامت این وسیله بسیار موثر است .

خودروهای خود محرک دارای پتانسیل برقراری ارتباط با دیگر وسایل نقلیه با استفاده از سنسورهای هوشمند هستند .

این باعث می‌شود که جریان ترافیک روان تر از ماشین‌های انسان باشد که برای توقف و حرکت به سمت جلو حرکت می‌کنند .

این روش در سراسر جهان به اجرا در خواهد آمد .

بنابراین ، یک شرکت تولید حمل و نقل باید وسایل IoT را در وسایل نقلیه ساخته آن‌ها ترکیب کند تا مزیت خود را به جامعه ارایه دهد .

کشاورزی و اتوماسیون صنعت ، جمعیت رو به رشد جهان تا سال ۲۰۵۰ به حدود ۱۰ میلیارد نفر می‌رسد .

کشاورزی نقش مهمی در زندگی ما بازی می‌کند .

به منظور تغذیه این جمعیت عظیم ، ما باید روش‌های کنونی کشاورزی را توسعه دهیم .

بنابراین ، نیاز به ترکیب کشاورزی با تکنولوژی وجود دارد به گونه‌ای که تولید را می‌توان به روشی کارآمد بهبود بخشید .

فن‌آوری گلخانه‌ای یکی از روش‌های ممکن در این جهت است .

این روش راهی برای کنترل پارامترهای محیطی به منظور بهبود تولید فراهم می‌کند .

با این حال ، کنترل دستی این فن‌آوری کم‌تر موثر است ، نیاز به اقدامات دستی و هزینه دارد و منجر به اتلاف انرژی و تولید کم‌تر می‌شود .

با پیشرفت اینترنت ، دستگاه‌های هوشمند و سنسورهای هوشمند ، آب و هوای داخل اتاق را راحت‌تر کنترل می‌کنند و در فرآیندی که منجر به صرفه‌جویی در انرژی و تولید بهبود یافته می‌شود ( شکل ۹ ) .

نتیجه‌گیری

پیشرفت‌های اخیر در اینترنت IoT توجه محققان و توسعه دهندگان در سراسر جهان را جلب کرده‌است .

توسعه دهندگان Iot و محققان بر روی هم تلاش می‌کنند تا این فن‌آوری را در مقیاس بزرگ گسترش دهند و از جامعه تا بالاترین سطح ممکن بهره‌مند شوند .

با این حال ، پیشرفت تنها در صورتی امکان پذیر است که مسائل و کاستی‌های مختلف در رویکردهای تکنیکی فعلی را در نظر بگیریم .

در این مقاله تحقیقی ، ما چندین مساله و چالش‌هایی را ارایه دادیم که توسعه دهندگان اینترنت باید در نظر داشته باشند تا یک مدل بهبود یافته ایجاد شود .

همچنین ، مناطق کاربردی مهم IoT نیز مورد بحث قرار گرفته‌است که توسعه دهندگان Iot و محققان در آن مشغول هستند .

IoT تنها ارائه خدمات نمی‌کند ، بلکه مقدار بسیار زیادی از داده‌ها را تولید می‌کند .

از این رو ، اهمیت تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ نیز مورد بحث قرار گرفته‌است که می‌تواند برای توسعه یک سیستم IoT بهبود یافته از تصمیمات درست استفاده کنیم .

مخفف ها

IoT: Internet of Things

QoS: Quality of Service

WoT: Web of Things

CoT: Cloud of Things

SHS: Smart Home System

SHSS: Smart Health Sensing System

منبع: springeropen.com