فناوری های اینترنت اشیاء برای سال های ۲۰۱۷ و ۲۰۱۸ از نگاه گارتنر
معماری اینترنت اشیاء
اشاره :
برای بهره برداری از پتانسیل های اینترنت اشیاء به مجموعه ای از فناوری ها نیاز است . شناخت دقیق و صحیح هر فناوری و نقش آن در اکو سیستم اینترنت اشیاء بدون وجود یک نگرش مبتنی بر معماری مشکل و گاها” غیرممکن است . بنابراین لازم است با یک رویکرد مبتنی بر معماری نگاهی داشته باشیم به اینترنت اشیاء و با لایه های مختلف آن آشنا شویم . تمامی سازمان هایی که قصد استفاده از پتانسیل اینترنت اشیاء را دارند ، در اولین مرحله می بایست نسبت به تدوین یک استراتژی مدون در این حوزه اقدام نمایند .
تدوین استراتژی با تمرکز بر معماری اینترنت اشیاء می تواند درصد موفقیت اجرای استراتژی را به میزان قابل توجهی افزایش دهد . همچنین ، توجه به معماری اینترنت اشیاء برای شرکت هایی که قصد ورود به این بازار وسوسه انگیز را دارند می تواند بسیار جذاب و تامل برانگیز باشد .چراکه تنها با آشنایی دقیق با معماری اینترنت اشیاء و شناخت ظرفیت های موجود است که می توان ضمن شناسایی فرصت ها در این حوزه ، یک مدل کسب و کار منطقی را تعریف کرد .
محمد جواد سخایی
قابلیت اتصال دنیای فیزیکی به اینترنت و سایر شبکه های داده دارای پیامدهای عمیق و گسترده ای بر جامعه و اقتصاد است . هم اینک به کمک فناوری اینترنت اشیاء می توان کارهایی نظیر مانیتورینگ و مدیریت اشیاء قرار گرفته شده در فاصله هزاران کیلومتر دورتر را انجام داد ، ردیابی کالاها در زمان حمل و نقل و گذر از اقیانوس ها و جاده ها را پوشش داد و یا تغییرات فشار خون و یا میزان قند خون که ممکن است نشانه ای از یک بیماری خاص باشد را به سرعت تشخیص داد . اینترنت اشیاء با تعریف مجدد نحوه درگیر شدن با دنیای فیزیکی شرایطی را فراهم می نماید که بتوان از روش های جدید مبتنی بر کامپیوتر برای کسب و کار استفاده کرد ، مدیریت زیرساخت های عمومی را انجام داد و یا تحولی را در شیوه زندگی بشریت ایجاد کرد . به جرات می توان گفت با تحقق موارد فوق ، با نسل جدیدی از فناوری اطلاعات مواجه خواهیم بود و در عمل شاهد حضور فعال و همه جانبه فناوری اطلاعات در متن زندگی بشریت خواهیم بود .
شکل ۱ ، مقایسه جمعیت جهان با تعداد دستگاه های متصل شده به شبکه در گذشته ، حال و آینده را نشان می دهد .
مقایسه جمعیت جهان با تعداد دستگاه های متصل شده به شبکه
شکل ۱ : مقایسه جمعیت جهان با تعداد دستگاه های متصل شده به شبکه
قطعا اکثریت مخاطبان با اهمیت اینترنت اشیاء آشنا می باشند . انتشار مطالبی با عناوین اینترنت اشیاء و تحلیل داده های عظیم ، اینترنت اشیاء و ضرورت انتخاب یک پلت فرم مناسب داده و مقدمه ای بر اینترنت اشیاء و تاثیر آن بر داده بر روی فابک با هدف تبین جایگاه برجسته اینترنت اشیاء از ابعاد مختلف خصوصا تاثیرگذاری آن بر روی زیرساخت های فعلی فناوری اطلاعات ، پلت فرم های داده و داده های عظیم انجام شده است .
برای بهره برداری از پتانسیل های اینترنت اشیاء به مجموعه ای از فناوری ها نیاز خواهد بود . شناخت دقیق و صحیح هر فناوری و نقش آن در اکو سیستم اینترنت اشیاء بدون وجود یک نگرش مبتنی بر معماری مشکل و گاها” غیرممکن است . بر همین اساس و به دلیل اهمیت شناخت معماری اینترنت اشیاء ، در ادامه با تمرکز بر این معماری با لایه های مختلف آن آشنا خواهیم شد .
معماری اینترنت اشیاء
در شکل ۲ یک معماری چهار لایه ای برای اینترنت اشیاء شامل لایه شبکه و اتصال حسگرها ، لایه شبکه و gateway ، لایه مدیریت سرویس و لایه برنامه نشان داده شده است .
معماری چهار لایه ای اینترنت اشیاء
شکل ۲ : معماری چهار لایه ای اینترنت اشیاء
همانگونه که در شکل ۲ مشاهده می گردد ، در پایین ترین سطح دارای یک شبکه حسگر هستیم که شامل حسگرها ، فعال کننده ها و تگ ها (به عنوان نمونه بارکد و یا RFID ) می باشد . در لایه شبکه و gateway ، با یک شبکه WAN ، یک شبکه ارتباطی موبایل ، یک وای فای ، اترنت و موارد دیگر نظیر کنترل gateway مواجه هستیم . در لایه سرویس با مواردی همچون مدیریت جریان داده و کنترل امنیت مواجه خواهیم بود و در نهایت به لایه برنامه می رسیم که شاهد حضور تعداد بسیار زیادی از انواع برنامه ها در حوزه های محتلفی می باشیم . در ادامه با جزئیات هر لایه بیشتر آشنا می شویم .
لایه حسگرها
این لایه اتصال حسگر و شبکه ای را فراهم می نماید و شامل فناوری ها و امکانات متعددی است که در شکل ۳ نشان داده شده است .
لایه حسگرها در معماری اینترنت اشیاء
در پایین ترین سطح تگ ها را داریم که شامل RFID و بارکد است و در روی آن ، حسگرها و فعال کننده ها قرار دارند .
در بالای حسگرها امکانات لازم شبکه ای پیش بینی شده است که می تواند به صورت شبکه های محلی ( به صورت کابلی و یا بی سیم ) و یا شبکه های شخصی با ابعاد کوچک ( به صورت کابلی و یا بی سیم نظیر UMB , ZigBee,…) باشد .
این لایه شامل حسگرها و دستگاه های هوشمند است .
اطلاعات به صورت بلادرنگ جمع آوری و پردازش می گردند .
توان مصرفی حسگرها و نرخ انتقال داده پایین است و به همین دلیل ما نیاز به یک شبکه حسگر بی سیم یا WSN ( برگرفته شده از Wireless sensor network ) داریم که بتواند پس از جمع آوری اطلاعات آنها را جهت پردازش در اختیار مقصد مورد نظر قرار دهد .
حسگرها بر اساس کاربرد و نوع های داده گروه بندی می شوند (نظیر حسگرهای محیطی ، حسگرهای نظامی ، حسگرهای بدن ، حسگرهای منزل و ….)
حسگرهای تجمیع کننده ، به منزله واحدهای gateway می باشند که امکان ارتباط آنها با شبکه وجود دارد .
حسگرهایی که نیاز به اتصال gateway ندارند ، می توانند مستیما و از طریق یک اینترفیس WAN به اینترنت متصل شوند.
لایه شبکه و gateway
این لایه امکانات شبکه ای مورد نیاز را فراهم می نماید و فناوری های متعددی را به خدمت می گیرد . شکل ۴ ، امکانات این لایه را نشان می دهد .
لایه شبکه و gateawy در معماری اینترنت اشیاء
امکانات تعبیه شده در این لایه می بایست از حجم بالای داده اینترنت اشیاء تولید شده توسط حسگرهای بی سیم و دستگاه های هوشمند حمایت کند.
عملکرد این لایه می بایست صرفنظر از ماهیت شبکه( خصوصی ، عمومی و یا ترکیبی ) ، مطمئن و مستحکم باشد.
ماژول های شبکه با هدف تامین نیازهای کیفیت سرویس (QoS ) برای تاخیر ، احتمالات خطاء ، مقیاس پذیری ، پهنای باند و امنیت با در نظر گرفتن استفاده بهینه از انرژی طرحی شده اند( مصرف پایین انرژی ).
خیلی مهم است که بتوان نوع های مختلف شبکه را درون یک پلت فرم اینترنت اشیاء یکپارچه کرد .
حسگرهای اینترنت اشیاء به کمک فناوری های مختلف قادر به حمایت از پروتکل های مختلف و شبکه های ناهمگون می باشند .
انواع پروتکل ها به همراه شبکه های ناهمگون با استفاده از فناوری های مختلف ، تجمیع می گردند.
شبکه های اینترنت اشیاء می بایست مقیاس پذیر باشند تا بتوانند از مجموعه ای گسترده از سرویس ها و برنامه ها بر روی شبکه های بسیار بزرگ بطرز موثری حمایت نمایند . برخی از این شبکه ها دارای پروتکل ها و نیاز های امنیتی مختص به خود می باشند .
لایه مدیریت سرویس
در این لایه امکانات متعددی به منظور مدیریت سرویس ارایه شده است .توجه به امکانات این لایه خصوصا از منظر معماری سرویس محور بسیار حایز اهمیت است . چراکه بسیاری از برنامه ها در لایه برنامه مستقیما تحت تاثیر این معماری قرار خواهند گرفت . شکل ۵ ، امکانات پیش بینی شده در این لایه از معماری اینترنت اشیاء را نشان می دهد .
لایه مدیریت سرویس در معماری اینترنت اشیاء
مسئولیت تجزیه و تحلیل اطلاعات ، کنترل امنیت ، مدل سازی فرآیندها و مدیریت دستگاه را برعهده دارد
داده ارسالی از سمت حسگرها می تواند به صورت متناوب و یا نامتناوب باشد .
داده حسگر اینترنت اشیاء که بطور متناوب ارسال می گردد نیازمند فیلترینگ می باشند . چراکه حجم داده ارسالی بسیار زیاد است و لازم است با توجه به نوع خواسته ، فرآیند فیلترینگ بر روی آنها اعمال شود .
داده های نامتناوب ممکن است نیازمند تحویل فوری ( ارسال سریع ) و پاسخ مناسب باشند . چراکه این نوع داده ها ممکن است در ارتباط با یک رویداد خاص باشند . مثلا داده حسگر مربوط به بیماران اورژانسی ( ضربان قلب ) می بایست با اولویت بالا سریعا ارسال گردد .
مدیریت جریان اطلاعات ، دستیابی اطلاعات ، یکپارچه سازی و مکانیزم های دستیابی به اطلاعات از دیگر وظایف مهم لایه سرویس معماری اینترنت اشیاء می باشد .
با توجه به حجم بالای داده ، نیاز به فرآیند استخراج اطلاعات وجود خواهد داشت تا بتوان بر اساس پردازش انجام شده به یک دید مناسب از داده های کلان دست یافت.
سرویس های اینترنت اشیاء می بایست امنیت ، حریم خصوصی ، محرمانگی و یکپارچگی را تضمین نمایند ( تایید هویت و مجوز اشیاء به اشیاء ، تایید هویت و مجوز کاربر به کاربر ، کنترل دستیابی شی به شی و … )
لایه برنامه
در این لایه شاهد حضور خانواده ای بزرگ از برنامه های کاربردی می باشیم که ممکن است مختص یک صنعت بخصوص (Vertical market ) و یا چندین صنعت ( Horizontal market) طراحی و پیاده سازی شده باشند . شکل ۶ ، نمونه هایی از برنامه های کاربردی را نشان می دهد.
لایه برنامه در معماری اینترنت اشیاء
صنایع مختلف می توانند با استفاده از برنامه های متنوع از اینترنت اشیاء برای بهبود خدمات خود استفاده نمایند .
برنامه ها را می توان بر اساس نوع شبکه دردسترس ، همگرایی ، اندازه ، مدل کسب و کار ، نیازهای بلادرنگ و… گروه بندی کرد .
برخی از برنامه های اینترنت اشیاء مختص استفاده فردی و یا بکارگیری در منازل طراحی و پیاده سازی می گردند . ابعاد این نوع برنامه ها کوچک است و صرفا قادر به تامین خواسته تعداد اندک و محدودی از کاربران می باشند ( برنامه های شخصی و خانگی)
برخی از برنامه های اینترنت اشیاء در ابعاد بسیار بزرگی طراحی و پیاده سازی می شوند و می توان آنها را در سطح یک سازمان به خدمت گرفت ( برنامه های سازمانی )
تلفن های هوشمند به دلیل ویژگی های برجسته ، دارای جایگاه ویژه و تعیین کننده ای در برنامه های اینترنت اشیاء می باشند.
ابعاد شبکه ، پهنای باند مورد نیاز و نوع اتصال به شبکه در برنامه های اینترنت اشیاء متفاوت است و هریک ملزومات مختص به خود را دارا می باشند . آشنایی با نیازهای هر برنامه در ایجاد زیرساخت لازم و بکارگیری فناوری مناسب در هر لایه بسیار ضروری است .
خلاصه
مهمترین هدف این مطلب آشنایی با کلیات معماری اینترنت اشیاء بود . در این راستا ، یک معماری چهار لایه ای برای اینترنت اشیاء معرفی گردید . در اولین لایه به کمک مجموعه ای از حسگرها و امکانات شبکه ای مورد نیاز ، داده جمع آوری و تجمیع می گردد تا در ادامه به کمک امکانات تعبیه شده در لایه دوم که کارکرد شبکه ای محض دارد ، داده جمع آوری شده در اختیار لایه سوم جهت مدیریت و پردازش های مورد نیاز گذاشته شود .
ماحصل خدمات ارایه شده توسط سه لایه اشاره شده ، حضور قدرتمند نرم افزار در لایه چهارم است که با ارایه برنامه های متنوع مورد نیاز یک صنعت بخصوص و یا مجموعه ای از صنایع امکان بهره برداری از مزایای اینترنت اشیاء را در عمل محقق می نماید .
تمامی سازمان هایی که قصد استفاده از پتانسیل اینترنت اشیاء را دارند ، در اولین مرحله می بایست نسبت به تدوین یک استراتژی مدون در این حوزه اقدام نمایند .
تدوین استراتژی با تمرکز بر معماری اشاره شده می تواند میزان موفقیت در اجرای استراتژی را به میزان قابل توجهی افزایش دهد . همچنین ، توجه به معماری اینترنت اشیاء برای شرکت هایی که قصد ورود به این بازار جذاب را دارند ضروری است .چراکه تنها با آشنایی دقیق با معماری اینترنت اشیاء و شناخت ظرفیت های موجود است که می توان ضمن شناسایی فرصت ها و تهدیدات ، یک مدل کسب و کار منطقی را تعریف کرد .
