اینترنت اشیاء

اینترنت به‌عنوان شبکه‌ای برای برقراری اتصال میان کامپیوترها در نقاط مختلف ابتدا خاستگاه نظامی داشت. پس از پایان جنگ سرد و عمومی شدن اینترنت در دهه 1990 میلادی (۱۳۷۰ شمسی)، این شبکه به تدریج در سراسر دنیا گسترش یافت و به‌عنوان بستری برای تبادل اطلاعات و برقراری ارتباطات میان کاربران مورد استفاده قرار گرفت. اما آیا نمی‌شود علاوه‌بر کاربران، اشیا و دستگاه‌ها نیز به شبکه اینترنت متصل شوند و با یکدیگر در ارتباط باشند؟ برای مثال دوربین داخل یخچال تعداد تخم‌مرغ‌ها را بشمارد و در صورت کمبود، آن را از طریق سایت فروش اینترنتی سفارش دهد. یا سیستم گرمایش و روشنایی خانه از روی موقعیت «جی‌پی‌اس» تلفن‌همراه نزدیک شدن صاحب خانه را متوجه شده و فعال شود. این‌گونه بود که ایده «اینترنت اشیا» (IoT)[1] از اوایل دهه ۲۰۰۰ میلادی (۱۳۸۰ شمسی) آغاز شد.

B       طرزکار اینترنت اشیا

اینترنت اشیا یک شبکه جدا از اینترنت معمولی نیست. در عوض صرفاً پروژه‌ای‌ست که می‌خواهد علاوه‌بر کامپیوترهایی که در اینترنت فعلی به هم متصل‌اند، اشیایی مانند ساعت، یخچال، خودرو، لامپ و دوربین را نیز از طریق افزودن حسگر و پردازنده به آنها هوشمند کرده و از بستر همان شبکه اینترنت به یکدیگر متصل کند. براین‌اساس داده‌ها از طریق حسگرهای نصب شده روی شیء (مثل حسگر دما، نور، جرم، حرکت، چهره و …) دریافت شده و از طریق شبکه اینترنت به سرورهای مربوطه ارسال می‌شوند. سرور نیز پس از پردازش داده‌ها، دستورات لازم را به شیء مذکور ارسال می‌کند.

B       زیرساخت‌های موردنیاز اینترنت اشیا

C شناسه آی‌پی نسخه ۶ (IPv6)

همان‌طور که تمام کامپیوترهایی که به اینترنت وصل می‌شوند، با کمک شناسه «آی‌پی» (IP) شناخته شده و از آن به‌مثابه کد پستی برای برقراری ارتباطات در شبکه استفاده می‌کنند، اشیایی هم که ذیل پروژه اینترنت اشیا قصد اتصال به شبکه را دارند، باید صاحب آی‌پی شوند.

اما چالشی که در ابتدا وجود داشت این بود که ساختار شناسه آی‌پی (IPv4) فقط به اندازه 4.3 میلیارد آدرس یکتا ظرفیت داشت. در حالی که این مقدار حتی برای اتصال کامپیوترهای سراسر دنیا به اینترنت نیز کم بود و شرکت‌های ارائه‌دهنده خدمات اینترنت مجبور بودند هر آی‌پی را میان تعدادی از کاربران به اشتراک بگذارند. ازاین‌رو مسلماً اتصال اشیا به اینترنت نیازمند تعداد آی‌پی به مراتب بیش از این داشت و این موضوع ایجاب می‌کرد که تغییراتی در ساختار آی‌پی لحاظ شود.

بنابراین از سال ۱۳۹۱/2012 تصمیم گرفته شد که ساختار جدید شناسه آی‌پی (IPv6) به تدریج جایگزین ساختار قبلی گردد تا محدودیت تعداد دستگاه متصل رفع شود. ساختار جدید، ظرفیت 10³⁸× 3.4 آدرس دارد که این امکان را می‌دهد تا هر وسیله‌ای که به اینترنت متصل می‌شود شناسه آی‌پی یکتای خود را داشته باشد. طبق برخی برآوردها تا سال ۱۴۰۲/2023 بیش از 15 میلیارد دستگاه (شامل کامپیوتر، سرور و اشیا) به اینترنت متصل شده‌اند.[2]

جدول 17: مقایسه نسخه‌های چهار و شش شناسه آی‌پی

C شبکه مخابراتی نسل پنجم (5G)

تقریباً تمام دستگاه‌ها برای متصل‌شدن به اینترنت اشیا از اتصال بی‌سیم استفاده می‌کنند. در برخی موارد این اتصال از طریق امواج «Wi-Fi» مودمی که دستگاه در نزدیکی آن قرار دارد، صورت می‌گیرد. مودم نیز از طریق سیم تلفن به اینترنت وصل است و واسطه اتصال اشیا به اینترنت می‌شود.

اما در مواردی ممکن است مودم یا دستگاه‌ها اینترنت را از طریق «شبکه سلولی»[3] سیم‌کارت‌های مخابراتی دریافت کنند. برای این منظور، در طی زمان نسل‌های مختلفی از شبکه مخابراتی توسعه پیدا کرده‌اند.

به طور خاص با گسترش اینترنت اشیا، تعداد دستگاه‌های متصل به اینترنت در هر منطقه افزایش چشمگیری خواهد یافت و هر دستگاه حجم اطلاعات زیاد و متنوعی (اعم از تصویر، صدا، ویدیو و …) را ارسال و دریافت می‌کند. به همین دلیل، نسل پنجم شبکه مخابراتی (5G) به‌خاطر سرعت و ظرفیت بالاتر انتقال اطلاعات و همچنین قابلیت پوشش یک میلیون دستگاه در هر کیلومترمربع، زیرساخت مهم دیگری‌ست که برای تحقق اینترنت اشیا در دنیا درحال‌توسعه است.

جدول 18: مشخصات نسل‌های مختلف مخابراتی [4] و [5] و [6] و [7]

باتوجه به جدول چند نکته حائز اهمیت است:

• مقدار عملی سرعت متوسط انتقال داده در هر نسل به علت کیفیت اتصالات و تجهیزات می‌تواند از مقدار نظری متفاوت باشد.
• با پیشرفت نسل‌های مخابراتی، فرکانس امواج مخابراتی افزایش یافته است. با افزایش محدوده فرکانسی، نرخ تبادل اطلاعات سریع‌تر می‌شود اما برد و میزان نفوذ موج در موانع کاهش می‌یابد.[8]
• پهنای باند به مقدار داده‌ای اطلاق می‌شود که می‌تواند در یک محدوده فرکانسی خاص منتقل شود.

شکل 56: نمای مفهومی برقراری ارتباط میان تلفن‌های همراه در «شبکه سلولی»[9] توسط دکل‌های مخابراتی

شکل 57: سامانه «نت‌سنج+»[10] سازمان تنظیم مقررات و ارتباطات رادیویی، وضعیت اپراتورهای مخابراتی مختلف را از حیث کیفیت آنتن‌دهی، میزان شکایات کاربران و حد مجاز سلامت سیگنال در سرتاسر ایران رصد کرده و در صورت لزوم تذکرات لازم را به اپراتور ارسال می‌کند.

B       کاربردهای اینترنت اشیا

اینترنت اشیا اگر به معنی هوشمند و قابل‌تعامل شدن همه چیز گرفته شود، می‌تواند تحول شگرفی در محیط زندگی روزمره ایجاد کند. ازاین‌رو ورود آن به هر عرصه‌ای نظارت، ردیابی و نگهداری در آن حوزه را آسان‌تر می‌کند:

C خانه‌های هوشمند

تصور خانه‌ای که در آن با یک دستور صوتی ساده، در پارکینگ باز شود، چراغ‌ها روشن شوند، چای آماده شود و دمای اتاق به طور خودکار تنظیم گردد با وجود اینترنت اشیا رؤیا نیست. تمام این اتفاقات صرفاً حاصل متصل‌شدن لامپ‌ها، دستگاه چای‌ساز و سیستم گرمایشی به یکدیگر و تعامل آنها با دستیار صوتی یک اپلیکیشن تلفن همراه از بستر اینترنت است. این امر نه‌تنها زندگی را آسان‌تر می‌کند، بلکه به صرفه‌جویی در مصرف انرژی و افزایش امنیت خانه نیز کمک می‌کند.

C شهرهای هوشمند

با استفاده از حسگرها و دستگاه‌های متصل‌به‌هم، می‌توان ترافیک را به‌صورت زنده رصد کرد، آلودگی را کاهش داد، مصرف انرژی را بهینه کرد و خدمات عمومی را به طور مؤثرتری ارائه کرد. به‌عنوان‌مثال، سنسورهای هوشمند می‌توانند برای نظارت بر سطح آب موجود در مخازن و هشدار به مقامات شهری در زمان نشت لوله‌ها استفاده شوند و در جلوگیری از هدررفتن آب کمک کنند.

C پزشکی و سلامت

فناوری‌های پوشیدنی (مانند ساعت‌ها و عینک‌های هوشمند یا تراشه‌هایی که داخل بدن کاشته می‌شوند) می‌توانند ضربان قلب، فشارخون و سایر علائم حیاتی را به طور مداوم رصد کنند و در صورت بروز مشکل به طور خودکار هشدار دهند. این امر به پزشکان کمک می‌کند تا از راه دور بر وضعیت بیماران خود نظارت کنند و در صورت نیاز مداخله زودهنگام انجام دهند. همچنین، ربات‌های جراحی از دور می‌توانند برای روستاهایی که دسترسی به خدمات تخصصی ندارند یا معالجه سربازان زخمی روی ناوهای اقیانوس‌پیما مورداستفاده قرار گیرد.

شکل 58: ربات جراحی از راه دور ایرانی «سینا» که به جراح این امکان را می‌دهد بدون حضور در اتاق عمل، بیماری که در شهر یا روستای دوری قرار دارد، جراحی کند.[11]

C کشاورزی

سیستم‌های آبیاری هوشمند می‌توانند به طور خودکار میزان رطوبت محیط و خاک را بسنجند و در صورت لزوم به گیاهان آب بدهند و از این طریق مانع هدررفت آب شوند. همچنین حسگرها می‌توانند سلامت خاک و محصولات را رصد کنند و به کشاورزان در شناسایی و درمان آفات و بیماری‌ها به‌موقع کمک کنند. علاوه‌براین پهپادها این قابلیت را دارند که برای نظارت بر سطح کشت مزارع استفاده شوند.

شکل 59: گلخانه تمام مکانیزه پارک فاوای البرز که در آن فرایند آبیاری، تنظیم دما، رطوبت، کوددهی، بازگشت آب پسماند به چرخه آبیاری، تشخیص آفت و در نهایت برداشت محصول توسط حسگرها، سیستم‌های خودکار و ربات انجام می‌شود.[12]

C صنعت

حسگرها می‌توانند ماشین‌آلات را برای علائم خرابی رصد کنند و قبل از اینکه مشکلی ایجاد شود، به اپراتورها هشدار دهند. این امر به جلوگیری از خرابی‌های پرهزینه و ازکارافتادن ناخواسته و طولانی‌مدت خط تولید کمک می‌کند. همچنین، ربات‌ها می‌توانند وظایف تکراری یا دارای خطر را انجام دهند و کارگران را از صدمات دور نگه دارند.

C حمل‌ونقل

یکی از کاربردهای مهم اینترنت اشیا می‌تواند هوشمند و متصل‌شدن خودروها، چراغ‌های راهنمایی‌ورانندگی و تابلوهای ترافیکی به یکدیگر باشد. از این طریق می‌توان خودروها را خودران و بدون نیاز به راننده کرد که می‌تواند سهم بسزایی در کاهش جرائم رانندگی، تصادفات و تلفات جاده‌ای داشته باشد.

شکل 60: ردیاب‌های خودرو می‌توانند اطلاعاتی نظیر موقعیت، سرعت، وضعیت درها وپنجره‌ها، زمان تعویض قطعات و … را از طریق نرم‌افزار موبایل به صاحب آن اطلاع دهند.

C هوش مصنوعی

«یادگیری ماشین» یکی از روش‌های پایه‌ای و اصلی توسعه هوش‌های مصنوعی است. در این روش انبوهی از اطلاعات و داده‌ها (مثل کتاب‌ها، تصاویر، فیلم‌ها، اخبار و …) به برنامه کامپیوتری داده می‌شود و برنامه طبق الگوریتمی شروع به یادگیری از روی داده‌های اولیه می‌کند. پس از تکمیل فرایند آموزش، هوش مصنوعی شکل گرفته و می‌تواند با ترکیب داده‌های آموخته شده، پاسخ‌های جدید تولید کند. براین‌اساس، کلان‌داده‌هایی که از طریق اشیاء هوشمند محیط زندگی افراد در پروژه اینترنت اشیا جمع‌آوری می‌شود، در واقع ماده اصلی توسعه پروژه هوش مصنوعی است.

B       چالش‌های اینترنت اشیا

متصل‌شدن همه چیز به یکدیگر در پروژه اینترنت اشیا به‌موازات مزایایی که ایجاد می‌کند، تهدیدات را هم بالا می‌برد. به‌طورکلی چالش‌های اینترنت اشیا را به دو دسته می‌توان تقسیم کرد:

C چالش‌های فنی

• هماهنگی و استانداردسازی: اینترنت اشیا مجموعه‌ای از دستگاه‌ها و فناوری‌های ناهمگون را از شرکت‌های مختلف گرد هم می‌آورد و آنها را با یکدیگر در تعامل می‌کند. ازاین‌رو قابلیت همکاری این دستگاه‌ها با هم شرط لازم موفقیت اینترنت اشیا است و تدوین استانداردهای مشترک و مورد توافق میان همه بازیگران منطقه‌ای و بین‌المللی (اعم از شرکت‌های فناوری و دولت‌ها) یکی از چالش‌های جدی گسترش این حوزه به شمار می‌رود.
• حفظ امنیت: حسگر ابزارهای متصل به اینترنت اشیا در بسیاری موارد داده‌های حساسی مانند تصویر چهره، ضربان قلب، اثرانگشت، نقشه‌ی خانه، کارهای روزانه فرد و … را گردآوری می‌کند. امن نگه داشتن این اطلاعات برای کسب و حفظ اعتماد مصرف‌کنندگان مسئله‌ای بسیار حیاتی است.

ضمن اینکه به علت ارتباط بی‌سیم اشیا با یکدیگر، امکان هک و نفوذ در آنها نیز بالاتر می‌رود. ازاین‌رو جعل هویت دستگاه توسط هکر (مثلاً اینکه کامپیوتر خودش را جای تلویزیون یا یخچال معرفی کند تا کاربر به آن متصل شود) می‌تواند از جمله شگردهای جرائم سایبری در اینترنت اشیا باشد. همچنین باتوجه‌به شبکه بودن و اتصال همه چیز به همه چیز در پروژه اینترنت اشیا، هر گونه نفوذ به یک دستگاه می‌تواند تبعات امنیتی ادامه‌داری برای صاحب دستگاه ایجاد کند. برای مثال هکرها با نفوذ به خودروهای خودران، می‌توانند کنترل مسیر حرکت خودرو را به‌دست گرفته و با قفل‌کردن درها و پنجره‌ها، صاحب خودرو را داخل خودرویش گروگان بگیرند!

این موضوع در سطح نزاع‌های بین‌المللی می‌تواند عواقب وخیم‌تری داشته باشد. هکرها می‌توانند با نفوذ به اشیاء متصل به اینترنت، زیرساخت‌های حیاتی یا نظامی یک کشور را هدف قرار دهند و جنگ‌های سایبری رقم بزنند.

شکل 61: احتمال هک و دزیده شدن خودروهای برقی شرکت تسلا در زمان شارژ شدن[13]

C چالش‌های اجتماعی

• حریم خصوصی و نظارت: از ویژگی‌های مهم دستگاه‌های متصل به اینترنت اشیا، قابلیت ردیابی آنهاست. علاوه‌براین، سوابق فعالیت آنها مثل تعداد، مدت و چگونگی استفاده از وسیله روی سرورهای ابری نیز ذخیره می‌شود. لذا این خطر وجود دارد که در صورت نبود قوانین و ضوابط سخت‌گیرانه برای حفاظت از داده‌های شخصی، شرکت صاحب فناوری یا دولت‌ها (مثلاً دولتی که شرکت صاحب فناوری ذیل قوانین آن فعالیت می‌کند، یا دولتی که داده‌ها در سرورهای کشورش ذخیره می‌شود) رفتار شهروندان را تحت نظر قرار دهد و اقدام به نقض حریم خصوصی شهروندان کند.
• داده‌کاوی: یکی از قابلیت‌های بالقوه اینترنت اشیا تشکیل کلان‌داده از افراد است؛ یعنی اینکه افراد چه زمانی می‌خوابند و بیدار می‌شوند (از طریق داده‌های لامپ هوشمند)، چه مواد غذایی می‌خورند (از طریق یخچال هوشمند)، چه کسانی به خانه آنها رفت‌وآمد دارند (از طریق زنگ درهای هوشمند)، چه عقاید و نگرش‌های فکری دارند (از طریق تلویزیون، رادیو و بلندگوی هوشمند) و … . ترکیب این داده‌ها می‌تواند جزئیات حیرت‌انگیزی از سبک‌زندگی افراد نمایش دهد. ازاین‌رو کسب‌وکارهای اینترنت اشیا علاوه‌برفروش دستگاه هوشمند خود، ممکن است از فروش داده کاربران به نهادهای دیگر (مثل دولت‌ها، احزاب سیاسی، شرکت‌های فناور و شرکت‌های بازاریابی) نیز کسب درآمد کنند.

[1] Internet of Things

[2] https://explodingtopics.com/blog/number-of-iot-devices

[3] Cellular Network

[4] https://www.researchgate.net/figure/Throughput-and-latency-in-1G-to-5G_tbl1_346066286

[5] https://unstats.un.org/wiki/display/MPDMIS/a.+Flat+method

[6] https://dgtlinfra.com/cell-tower-range-how-far-reach/

[7] https://www.statista.com/statistics/1183690/mobile-broadband-connection-density/

[8] https://www.javatpoint.com/difference-between-bandwidth-and-frequency

[9] Cellular Network

[10] https://netsanjplus.ir

[11] https://www.mehrnews.com/news/5242579

[12] https://irna.ir/xjHrFS

[13] https://futurism.com/the-byte/teslas-stolen-wifi-charging-research