اینترنت اشیا – جهان هوشمند

اینترنت اشیا internet of things که آن را به صورت مخفف IOT می‌شناسند؛ از جمله تکنولوژی‌هایی است که از زمان ظهور خود توانست شکل جهان اطراف خود را به صورت کلی تغییر دهد.

ما برای رسیدن به هدف خود، یا کنترل اشیا و به صورت کلی جهان پیرامون خود، حرف می‌زنیم یا می‌شنویم. به عبارت دیگر ما داده‌ها را به دیگران منتقل می‌کنیم یا داده‌های مربوط را دریافت می‌نماییم. زبان مورد استفاده برای ارسال و دریافت داده‌ها و در نتیجه کنترل اشیا به صورت فیزیکی، به محیط و شخصی که با او ارتباط برقرار می‌کنیم بستگی دارد. برای مثال ما برای جلوگیری از سوختن دست کودکی در اثر برخورد با جسم داغ، ممکن است فقط بگوییم “جیز”

با گفتن این جمله ما کودک را از تماس با جسم داغ باز می‌داریم و محیط را کنترل می‌کنیم و این کنترل از طریق ارسال داده به کودک، انجام می‌شود. اما زبان انتخاب شده برای انتقال این داده، با زبانی که به صورت روزمره با آن تکلم می‌کنیم؛ تفاوت دارد.

در اینترنت اشیا، فرایند کنترل اشیا و تجزیه و تحلیل آن با ارسال داده انجام می‌شود. البته نه فرستنده داده و نه گیرنده آن، انسان نیستند. زبان مورد استفاده برای انتقال داده هم زبان ماشین‌ها است. در حقیقت، در اینترنت اشیا سعی می‌شود تا تعامل میان ماشین‌ها افزایش پیدا کند.

برای مثال فرض کنید دمای یخچال هوشمندی باید همواره زیر صفر یا پایین‌تر از آن باشد؛ در این صورت حسگرهایی در یخچال نصب می‌شود و دمای یخچال را به صورت لحظه‌ای ثبت کرده و به بخش تجزیه و تحلیل گزارش می‌دهند. در صورتی که دمای یخچال در بازه‌ای بالای صفر درجه باشد؛ مرکز پردازش و تجزیه و تحلیل به عملگرها دستور می‌دهد تا گاز نیتروژن را درون یخچال اسپری کند. در طول این فرایند، حسگرها مدام داده‌های مربوط به دما را به مرکز پردازش گزارش می‌دهند و به محض این که دما به زیر صفر درجه رسید؛ مرکز پردازش به عملگرها دستور می‌دهد تا اسپری کردن گاز نیتروژن در محیط داخلی یخچال را متوقف کند.

در مثال بالا تمام فرایندها، به زبان ماشین به انجام می‌رسد؛ یعنی حسگرها اطلاعات را به زبان ماشین به مرکز پردازش منتقل می‌کنند و مرکز پردازش به زبان ماشین به عملگرها دستور می‌دهد تا گاز نیتروژن را اسپری کنند. در حقیقت تعدادی ماشین مکانیکی و محاسباتی با زبانی خاص با یکدیگر تعامل دارند و انسان در این فرایند هیچ نقشی ندارد. نتیجه هم همواره زیر صفر بودن دمای یخچال است.

تمام این مثال نمونه‌ای از اینترنت اشیا بود؛ مثلا اگر در هر بار که دما به بالای صفر می‌رسد، تنها ۳۰ ثانیه اسپری شدن گاز نیتروژن برای پایین آمدن دما کافی بود؛ ولی این بار این زمان به شصت ثانیه افزایش پیدا کرده است می‌توان حدس زد که نیمی از عملگرها به درستی کار نمی‌کنند؛ یا اگر در صورت ده بار باز و بسته شدن درب یخچال دما ۲ درجه افزایش پیدا می‌کند و نیاز به اسپری شدن نیتروژن وجود دارد و امروز پنج بار اسپری نیتروژن صورت گرفته؛ یعنی درب یخچال ۵۰ بار باز و بسته شده است. می‌بینید که این اطلاعات حتی می‌تواند رفتار انسانی (باز و بسته کردن یخچال) را پیش بینی و تجزیه و تحلیل کند. در ادامه به این مفهوم تحت عنوان اینترنت رفتارها، بیشتر خواهیم پرداخت.

تاریخچه نه چندان دور و دراز

داستان از خریدن کوکاکولا شروع شد؛ یک دانشجوی خسته و نه چندان فعال، از این که باید برای خریدن کوکاکولا مسیری طولانی را طی کند؛ ناراحت بود.داستان وقتی تلخ‌‌تر می‌شد که این دانشجوی نه چندان پرانرژی، این مسیر طولانی را طی می‌کرد و می‌دید که دستگاه فروش خالی است. حجم ناراحتی این دانشجو باعث شد تا با همکاری چند دانشجوی دیگر، دستگاه فروش کوکاکولا را با استفاده از ارپانت به اولین نمونه اینترنت اشیا تبدیل کند. او می‌خواست مطمئن باشد که هر وقت زحمت طی کردن این مسیر طولانی را به خود می‌دهد؛ دست خالی بازنگردد. این اتفاق که در سال ۱۹۸۲ در دانشگاه ملون پنسیلوانیا افتاد؛ اولین جلوه اینترنت اشیا بود.

از لحاظ تئوری، بدون آوردن نام اینترنت اشیا، آقای فیل جرشنفلد، تمام مباحث نظری مربوطه را در کتاب خود مطرح کرد اما اصطلاح اینترنت اشیا را به کار نبرد.

در ادامه داستان، به یک تولیدکننده و فروشنده لوازم آرایشی و بهداشتی به نام کوین اشتون و کمیاب شدن رژ قهوه‌ای می‌رسیم. اشتون هر قدر قفسه فروشگاه خود را بررسی کرد؛ اثری از رژ قهوه‌ای ندید؛ این موضوع را به انبار اطلاع داد و مسئول انبار به او گفت که رژ قهوه‌ای در انبار موجود است. اما کسی نمی‌دانست رژ قهوه‌ای کجای انبار وجود دارد. در اواخر قرن بیستم میلادی، اینترنت واژه به وجد آورنده‌ای محسوب می‌شد؛ اشتون هم نام اینترنت را شنید و محصولات خود را با تگ RIFD که قابلت ارسال داده‌هایی با حجم کم را دارند؛ به بازار عرضه کرد و در انبار قرار داد. نام اینترنت هم برای او حامیان مالی زیادی به وجود آورد.

همین که تا اینجای داستان، به نام گوگل نرسیده‌ایم کمی عجیب است اما اتفاق مهم بعدی در داستان نه چندان طولانی در سال ۲۰۱۰ با شرکت نست لبز افتاد که ترموستات و آشکارسازنده دود هوشمند، با قابلیت یادگیری را تولید می‌کرد و گوگل این شرکت با رقمی بیشتر از سه میلیارد دلار در سال ۲۰۱۴ خریداری کرد؛ در زمانی که اصطلاح اینترنت اشیا کاملا فراگیر شده بود.

حالا هم که اینترنت اشیا در تمام سطوح زندگی ما وجود دارد و حذف آن از زندگی امرب محال به نظر می‌رسد.

کاربرد اینترنت اشیا ، همه چیز ساده‌تر خواهد شد

چنان که دیدیم، اینترنت اشیا، باعث تعامل میان ماشین‌ها، برای کنترل و تجزیه و تحلیل فرایندها و اشیای اطراف ما شد. با چنین کارکردی، اینترنت اشیا می‌تواند در حوزه‌های بسیار زیادی ئارد شود و در این بخش به چند مورد از معروف‌ترین و کارامدترین کاربردهای آن اشاره می‌کنیم.

برای اولین مورد سراغ کاربرد در صنعت برویم. اینترنت اشیا در صنعت، می‌تواند موحودی انبار مواد اولیه را کنترل کند و در صورت نیاز به ما اطلاع دهد تا خرید مواد اولیه را انجام دهیم. روشنایی و دمای محیط را تنظیم می‌کند و این موضوع باعث می‌شود تا بهره‌وری کارگران در محیط افزایش پیدا کند. همچنین می‌تواند به ما اطلاع دهد که مثلا مواد اولیه بیشتری نسبت به قبل مصرف می‌شود و این موضوع نشان می‌دهد که دستگاه‌های ما دچار مشکل شده‌اند. به طور کلی در صنعت، هزینه‌های تولید را تا حد زیادی کاهش می‌دهد و مقرون به صرفه‌ترین حالت تولید را پدید می‌آورد.

از دیگر کاربردهای اینترنت اشیا، کشاورزی است؛ در کشاورزی با کنترل کردن رطوبت خاک و محیط، نور، دما و …بهترین شرایط را برای رشد محصول فراهم می‌کند. درواقع هر چیزی که یک کشاورز باید آن را کنترل کند؛ کنترل می‌کند و با توجه به این موضوع اصلا عجیب نیست که امروزه اصطلاح مزارع هوشمند را می‌شنویم؛ مزارعی که تمام فرایندهای آبیاری و کنترل دما و … در آنها بر اساس تجزیه و تحلیل‌های اینترنت اشیا و تصمیم‌های آن انجام می‌شود.

پزشکی و درمان از دیگر حوزه‌هایی است که اینترنت اشیا، نقش پررنگی در آن دارد؛ به وسیله اشیا و گجت‌های دیجیتالی خاصی، اطلاعاتی مانند ضربان قلب بیمار، فشار خون و … را به مرکز پردازش داده، ارسال می‌کند. این مرکز با تجزیه و تحلیل این داده‌ها، اقدامات پیشگیرانه لازم را به بیمار توصیه می‌کند؛ یا در مواقع ضروری‌تر خود با اورژانس تماس می‌گیرد و با ارسال لوکیشن بیمار، سریعا کادر پزشکی را به بالین او می‌رساند. در حقیقت در حوزه پزشکی و درمان، امکان یک نظارت همه جانبه و تمام وقت را برای پزشکان فراهم می‌کند.

طراحی خانه یکی از گسترده‌ترین حوزه‌های کاربرد اینترنت اشیا است. حتما تا کنون اصطلاح خانه‌های هوشمند را شنیده‌اید؛ خانه هوشمند خانه‌ای است که تمام اتفاقات به وسیله، اینترنت اشیا کنترل می‌شود. مثلا دمای خانه به وسیله اینترنت اشیا کنترل می‌شود یا موجودی یخچال خانه شما و حتی تاریخ مصرف اقلام داخل آن، به وسیله اینترنت اشیا به شما اطلاع داده می‌شود. خانه‌های هوشمند از جمله کاربردهای جذاب اینترنت اشیا است.

با توجه به تمام موارد ذکر شده، اینترنت اشیا، در مصرف بهینه انرژی نقش مهمی دارد و البته باعث محافظت از محیط زیست نیز می‌شود. تمام این کارکردها، باعث شده تا اینترنت اشیا به انتخابی جذاب و وسوسه‌انگیز تبدیل شود.

نحوه کار اینترنت اشیا ، لایه به لایه جلو می‌رویم

اینترنت اشیا از معماری لایه‌ای برخوردار است؛ به این معنی که در فضای اینترنت اشیا، ۴ لایه اصلی وجود دارد که هر کدام از این لایه‌ها نقش خاص خود را انجام می‌دهند و البته با یکدیگر ارتباط دارند.

لایه اول مربوط به حسگرها است؛ حسگرها در واقع لایه ارتباطی اینترنت اشیا با بیرون هستند؛ حسگرها انواع داده‌ها را از محیط جمع‌اوری می‌کنند. در واقع این داده‌ها، بنای اصلی کار اینترنت اشیا را فراهم می‌کنند. بسته به محیط و کاری که اینترنت اشیا قرار است انجام دهد؛ نوع حسگرها و اطلاعاتی که جمع‌آوری می‌نمایند متفاوت است. مثلا فرض کنید شما قرار است از اینترنت اشیا برای حفظ سکوت در یک کتابخانه استفاده کنید؛ داده‌هایی که حسگرها در این مورد باید جمع‌آوری کنند؛ میزان امواج صوتی بر اساس دسی بل است. حال اگر قرار باشد دمای این محیط را به وسیله اینترنت اشیا کنترل نماییم؛ نوع داده‌های گردآوری شده توسط حسگرها به کلی متفاوت خواهد بود.

لایه دوم وظیفه انتقال این داده‌ها را بر عهده دارد و در اصطلاح به آن لایه شبکه گفته می‌شود. این لایه می‌تواند شامل هر مجرای ارتباطی و انتقالی برای داده‌ها باشد؛ از وای فای و بلوتوث گرفته تا ارتباط ماهواره‌ای

لایه سوم وظیفه پردازش و تجزیه و تحلیل داده‌ها و البته ارسال فرمان به عملگرها را بر عهده دارد. این لایه که به لایه پردازش معروف است؛ تجزیه و تحلیل را بر اساس الگوریتم‌های هوش مصنوعی انجام می‌دهد و بر اساس این تجزیه و تحلیل، دستورات لازم را به عملگرها ارسال می‌کند.

لایه آخر لایه اپلیکیشن است؛ این لایه، رابط گرافیکی با کاربر است و پیام‌های لازم را به او منتقل می‌کند؛ گوشی‌های هوشمند نمونه خوبی از لایه چهارم اینترنت اشیا هستند.

داستان جذاب تر می‌شود

در بخش قبل و در توضیح لایه پردازش اشاره کردیم که تجزیه و تحلیل اطلاعات بر اساس الگوریتم‌های مبتنی بر هوش مصنوعی انجام می‌شود؛ هر قدر هوش مصنوعی، پیشرفته‌تر باشد طبیعتا تجزیه و تحلیل عمیق‌تری صورت خواهد گرفت و در نتیجه فرمان‌های بهتری توسط لایه پردازش صادر شده و به طور کلی عملکرد اینترنت اشیا بهبود خواهد یافت.

پیشرفت هوش مصنوعی و دقیق شدن الگوریتم‌ها سبب می‌شود که آموزش و یادگیری هم برای اینترنت اشیا امکان پذیر باشد؛ معنای این موضوع این است که اینترنت اشیا، قابلیت بررسیی و صدور فرمان درباره مواردی را خواهد داشت که برای آن برنامه ریزی نشده است و این موضوع کمی ترسناک به نظر می‌رسد. یعنی اینترنت اشیا می‌تواند مستقل از انسان و در برخی سناریوها که هنوز در حد سناریو هستند بر خلاف منافع انسان عمل کند.

سایه روشن آینده

اینترنت اشیا بر سه فرایند جمع‌آوری اطلاعات، انتقال اطلاعات و تجزیه و تحلیل آنها متکی است و پیشرفت در هر کدام از حوزه‌های یاد شده می‌تواند باعث عملکرد بهتر اینترنت اشیا شود؛ انجام پژوهش‌های جدید در حوزه ارتباطات ۵g می‌تواند فرایند انتقال اطلاعات را سریع‌تر کند یا پیشرفت حوزه هوش مصنوعی و پیچیده‌تر شدن و پیشرفته‌تر شدن الگوریتم‌های تجزیه و تحلیل اطلاعات می‌تواند منجر به بروز تصمیم‌های بهتر و کنترل هوشمندانه‌تر اشیا و رفتارها گردد.

با توجه به نکات ذکر شده، عملکرد بهتر اینترنت اشیا در آینده و فراگیری بیشتر آن، یک پیش بینی با درصد وقوع بالا محسوب می‌شود اما این که آیا این عملکرد بهتر منجر به زندگی بهتر و آسوده‌تر برای انسان خواهد شد موردی است که درباره آن شک و تردیدهای زیادی وجود دارد.

سخن آخر

اینترنت اشیا از اولین لحظه‌های به وجود آمدن خود تا همین امروز، همواره بر مفهوم ساده‌تر شدن زندگی انسان تاکید داشته و در این راستا تلاش نموده است. اولین نمونه‌های اینترنت اشیا شامل یک سیستم اطلاع رسانی ساده بود که فقط از موجودی دستگاه فروش کوکاکولا اطلاعاتی به دست می‌داد و این کار را هم با ساده‌ترین سیستم نشانه گذاری ممکن انجام می‌داد. با جلو رفتن زمان و بهبود سیستم‌های دریافت اطلاعات و انتقال داده و استفاده از الگوریتم‌های پیچیده‌تر برای تجزیه و تحلیل داده و همچنین استفاده از رابط‌های گرافیکی پیچیده‌تر و خلاقانه‌تر؛ اینترنت اشیا به پدیده‌ای جذاب و فریبنده تبدیل شد.

هر چقدر سیستم‌های پایه مانند سیستم‌های جمع‌آوری اطلاعات یا سیستم‌های انتقال داده و سیستم‌های پردازش پیشرفته‌تر و دقیق‌تر شوند؛ عملکرد اینترنت اشیا بهبود خواهد یافت و می‌تواند در حوزه‌های پیچیده‌تر و حساس‌تری وارد شود. برای مثال اینترنت اشیا می‌تواند به عنوان اپراتور برج مراقبت فرودگاه عمل کند و علت این که این امر هنوز به انجام نرسیده، حساسیت بالای این شغل است.