مقاله نقش فناوری نوین اینترنتی از اشیاء در حوزه مصرف انرژی خانه های هوشمند

بخشی از مقاله

نقش فناوری نوین اینترنتی از اشیاء در حوزه مصرف انرژی خانه های هوشمند

چکیده

اینترنتی از اشیاء، از طریق تجهیزات سنجشی، میان تمامی اشیاء و اینترنت ارتباط برقرار کرده بگونـهای کـه امکـان شناسایی و مدیریت هوشمند را فراهم میسازد. تمامی این تجهیزات برای کنترل و مـدیریت از راه دور بـه اینترنـت متصل هستند. در این تحقیق ابتدا مفهوم اینترنتی از اشیاء ارائه گردیده و پس از آن کاربردهـا و حـوزههـای تحـت تأثیر این فناوری شرح داده شده است. در بخش دیگر مقاله، خانـههـای هوشـمند بـه عنـوان یکـی از زمینـه هـای کاربردی اینترنتی از اشیاء که از ضروریات عصر حاضر برای بهتر زیستن در جوامع محسوب میشـود، مـورد بررسـی قرار گرفته و نقش اینترنتی از اشیاء بعنوان زیرساخت فناوری و نقـش سیسـتم مـدیریت سـاختمان جهـت کنتـرل هوشمند، کنترل سرگرمی و کنترل دمای ساختمان در خانههای هوشمند مورد توجه قـرار داده شـد. همچنـین بـا توجه به اهمیت بهینه سازی مصرف انرژی که سازمانها را متحمل هزینههای اجتماعی، اقتصادی و زیسـت محیطـی فراوانی نموده است، به توضیح نتایج برخی از تحقیقات در این باره پرداختهایـم. مباحـث اجتمـاعی و تکنولـوژیکی و تناقض در تکنولوژیکی که پس از ظهور تکنولوژی خانههای هوشمند نمود یافتهاند، در قسـمت آخـر مقالـه بـا یـک رویکرد کاربرمحور مورد بحث و بررسی و قرار گرفته است.

واژههای کلیدی:

اینترنتی از اشیاء، خانه و ساختمان هوشمند، کنترل هوشمند وسایل الکترونیکی، مدیریت هوشمند انرژی

-1 مقدمه

امروزه حدود دو میلیارد انسان در سرتاسر دنیا، از اینترنت برای جستجوی در وب، ارسال و دریافت ایمیل، دسترسی به محتوا و خدمات چند رسانه ای، بازیهای کامپیوتری، شبکههای اجتماعی و بسیاری از کارهای دیگر، استفاده مینمایند. پیشبینی می-شود که در دهه آینده، اینترنت به عنوان سیستم یکپارچهای از اشیاء کلاسیک و به هم مرتبط باشد که در آن خدمات و مفاد مورد نیاز همه جا در دسترس باشد . در دهه آینده، اینترنت مسیر لازم برای کاربریهای جدید را میسر ساخته، راههای جدید کار کردن را ارائه داده همچنین روشهای جدید برقراری تعامل را ممکن ساخته، سرگرمی های جدید ایجاد نموده، و شیوههای نوین زندگی کردن را امکان پذیر نموده است. در چنین رویکردی، نگریستن به اینترنت به عنوان زیرساختی که پایانههای مربوط به استفاده کنندگان نهایی را به هم متصل مینماید با شکست روبرو است و به سمت ایده "اشیاء هوشمند" که به هم مرتبطند، حرکت میکند

تا محیطهای کامپیوتری را شکل دهد.[1] به نظر میرسد که زیرساخت اینترنت از میان نخواهد رفت و نقش حیاتی خود را به عنوان ستون اصلی برای اشتراک و توزیع اطلاعات، ایجاد ارتباط میان اشیاء فیزیکی از طریق کامپیوتری کردن قابلیتهای ارتباطی میان گسترهای از خدمات و تکنولوژیهای بهم پیوسته ایفا مینماید. در چنین دیدگاهی، عبارت اینترنتی از اشیاء بطور گستردهای استفاده میشود و به دو موضوع زیر اشاره دارد: :(1) ایجاد ارتباط میان اشیاء هوشمند در شبکه جهانی بوسیله ابزارهای موجود در تکنولوژیهای اینترنتی :(2) مجموعه تکنولوژیهای ضروری برای حمایت از این چشمانداز که عبارتند از: ردفاشگر1، سنسور، ابزارهای برقراری ارتباط از ماشین به ماشین و غیره. تمامی برنامههای کاربردی و خدمات، نقش اهرم را برای تکنولوژیها بر عهده دارند تا موجب گشایش فرصتهای جدید برای بازار و تجارت شوند3]،.[4 این نوآوری با قرار دادن تجهیزات الکترونیکی در اشیاء فیزیکی، هوشمند ساختن اشیاء و میسر نمودن یکپارچهسازی در زیرساخت جهانی که منتج به سایبرفیزیکال میگردد، توانمند می-گردد.[2]شکل (1) ارتباطات میان حوزه های مختلف در اینترنتی از اشیاء را نمایش میدهد.

-2 تعریف جامع »اینترنتی از اشیاء«2
اینترنتی از اشیاء به عنوان یکی از روندهای اصلی شکل دهنده توسعه تکنولوژی در فناوری اطلاعات و ارتباطات در حال ظهور است. تغییر در کاربری اینترنت از استفاده به منظور برقراری ارتباط میان ابزارها که مورد استفاده نهایی قرار میگرفتند به سمت اینترنتی که برای برقراری ارتباط میان اشیاء فیزیکی مورد استفاده قرار میگیرد و اشیاء را به هم و به انسان وصل میکند تا یک خدمت معین را ارائه نماید نیازمند نواندیشی در برخی از رویکردهای سنتی در زمینه مدیریت شبکه، محاسبات و ارائه خدمات است3]،4،5،.[6 از نقطه نظر مفهومی، اینترنتی از اشیاء بر اساس سه پایه قرار دارد که مربوط به توانمندی اشیاء هوشمند است (1) قابل شناسایی بودن (هر چیزی خود را شناسایی میکند) (2) قابلیت برقراری ارتباط (هر شیئی ارتباط موثر برقرار میکند) (3) قابلیت برقراری تعامل در میان خودشان، با شبکههایی از اشیاء مرتبط به هم، یا با استفاده کنندگان نهایی یا دیگر اشیاء در شبکه (هر چیزی تعامل برقرار می کند). از این دیدگاه، اینترنتی از اشیاء در مورد اشیائی است که در کار تهیه یا مصرف دادههای مربوط

2

به دنیای فیزیکی هستند. تمرکز اصلی در اینترنتی از اشیاء بر دادهها و اطلاعات است تا اینکه بر ارتباطات نقطه به نقطه باشد. این واقعیت میتواند در جهتاصول و معماری شبکه محتوا محور که اخیراً پیشنهاد شده، تطابق داده شود.[12] برای توانمندسازی چنین رویکردی، چالش اصلی پیش روی ما، توسعه تکنولوژی ها و راه حل ها میباشد. در سطح اجزاء واحد، اینترنتی از اشیاء، بر اساس ایده "اشیاء هوشمند" یا به طور ساده"اشیاء" خواهد بود که اجزاء واقع در حیطه اینترنت (میزبان، پایانه ها، مسیرها و غیره) را تکمیل مینماید.[7] اشیاء هوشمند(یا اشیاء) به شیوههای زیر تعریف میشوند:

· دارای شکل فیزیکی هستند و مجموعهای از ویژگیهای فیزیکی را دارا هستند.

· دارای مجموعهای محدود از کارکردهای ارتباطی هستند: مانند توانایی کشف شدن و دریافت پیام ها و پاسخ دادن به پیامها.

· دارای یک شناساییکننده منحصربفرد هستند.

· حداقل به یک نام و یک آدرس مرتبط هستند.

· دارای برخی قابلیتهای حسابگری است.

· ممکن است دارای ابزارهایی برای لمس پدیدههای فیزیکی باشد (مانند: دما، نور، سطح امواج الکترومغناطیس).

نکته آخری که در تعاریف بالا ذکر شد، نکته کلیدی است و اشیاء هوشمند را از سایر اشیاء در سیستمهای شبکهای مجزا مینماید. بطور ویژه، طبقهبندی پیشنهاد شده شامل ابزارهایی است که در مطالعات مربوط به ردفاشگر و شبکههای حسگر بیسیم و شبکههای حسگر در نظرگرفته میشود8]،9،.[10 بکارگیری چنین ابزارهایی در سیستم شبکهای جهانی، اصول الگوریتمی و معماری مربوط به طراحی اینترنت را زیر سوال میبرد. مانند اصل هم پایانی عملیات شبکه .[11] از دیدگاه سیستمی، اینترنتی از اشیاء میتواند به عنوان یک سیستم شبکهای که به طور اساسی گسترش یافته و پویا است، نگریسته شود که از تعداد بسیار زیادی از اشیاء هوشمند که تولیدکننده و مصرفکننده اطلاعات میباشند، تشکیل شده است. 13]،.[14

-1-2 حوزههای تحت تأثیر و کاربردهای فناوری" اینترنتی از اشیاء"

شش مورد از مزایایی که اینترنتی از اشیاء بعنوان نقش رهبری میتواند تأمین نماید عبارت خواهند بود از: پایش زیست محیطی، شهرهای هوشمند، کسب و کار هوشمند/ مدیریت تولید و موجودی، خانههای هوشمند/ مدیریت ساختمان هوشمند؛ مراقبتهای بهداشتی و امنیتی و نظارت.[2]

حوزه های مختلف کاربردهای »اینترنتی از اشیاء« را میتوان در گروه های زیر دسته بندی کرد(که نمایش نموداری آن در شکل شماره 2 آمده است): - 1 حوزه حمل و نقل1 و پشتیبانی2، -2 حوزه سلامت3، -3 حوزه محیطهای هوشمند4 (خانه، محل کار، کارخانه)، -4 حوزه شخصی5 و اجتماع6، -5 حوزه کاربردهای مربوط به آینده

3

شکل -2 نمایش نموداری حوزه های کاربردی فناوری اینترنتی از اشیاء
❖ حوزه حمل و نقل و پشتیبانی

ماشینها، قطارها، اتوبوسهای پیشرفته همچنین دوچرخهها همراه با جادهها و ریلها به حسگرهای مناسب، محرکها و قدرت پردازش مجهز شدهاند. همچنین جادهها و کالاهای منتقل شده به برچسبها و حسگرهایی مجهز شدهاند که اطلاعات مهم را به اماکن کنترل ترافیک و وسایل حمل و نقل ارسال میکنند تا کنترل بهتری بر ترافیک داشته باشند.
❖ حوزه سلامت

استفاده از فناوری »اینترنتی از اشیاء« در حوزه سلامت فواید زیادی به همراه دارد. کاربردهای مختلف این فناوری در این حوزه را میتوان به صورت زیر دسته بندی کرد:.1 رهگیری1 اشیاء و افراد (کارکنان و بیماران)، .2 شناسایی2 و تصدیق افراد3، .3 دریافت و جمع آوری دادهها به طور خودکار.
❖ حوزه محیطهای هوشمند4
کار و فعالیت در این محیطها با توجه به وجود وسایل هوشمند در آنها آسان و راحت میباشد. این محیطها میتوانند محل کار، خانه، کارخانجات صنعتی و حتی محیطهای تفریحی باشند.
❖ حوزه محیطهای شخصی و جامعه
کاربرد این حوزه کاربر را قادر میسازد تا با سایر افراد جامعه به منظور حفظ و ساختن رابطه اجتماعی تعامل داشته باشد. در واقع این محیطها به طور خودکار آغازگر انتقال پیام به دوستان میباشند به طوری که به آنها اجازه میدهد تا از کاری که انجام میدهیم و یا کارهایی که در گذشته انجام دادهایم آگاهی پیدا کنند .

4

❖ حوزه کاربردهای مربوط به آینده
کاربردهای بیان شده در قسمتهای قبلی واقعبینانه هستند چرا که یا از قبل گسترش یافتهاند یا اینکه میتوانند در کوتاه مدت به خاطر نیازمندی به فناوریهای موجود به اجرا درآورده شوند. خارج از همه اینها، ممکن است کاربردهای دیگری را در رویا ببینیم که در این باره به آینده تعبیر میکنیم. زیرا این کاربردها به فناوریهایی از قبیل ارتباطات، حواس، مواد و یا فرایندهای صنعتی که هنوز عرضه نشدهاند یا پیچیدگی زیادی دارند نیازمند هستند.[3]

-2-2 الزامات بکارگیری فناوری "اینترنتی از اشیاء"
هدف از این بخش ایجاد یک دید کلی از نقش هر یک از فناوریهای موجود در »اینترنتی از اشیاء« است.
شبکه های حسگر بیسیم1 همچون ردفاشگرها نقش تعیینکنندهای در »اینترنتی از اشیاء« دارند. در واقع این شبکهها می توانند با ترکیبی از سیستمهای ردفاشگر اطلاعات بیشتر و بهتری از اشیاء موجود در » اینترنتی از اشیاء« مانند مکان، درجه حرارت، جابجایی و غیره را در اختیار ما قرار دهند. این نوع شبکهها آگاهیهای ما از محیط را تکمیل میکند بنابراین میتوان آن را پل ارتباطی بین دنیای فیزیکی و مجازی در آینده تصور کرد. حسگرهای ردفاشگر، اجازه ساختن »شبکههای حسگر ردفاشگر« را به ما میدهند. این شبکهها شامل دستگاههای محاسباتی و حسگرهایی بر پایه ردفاشگر و همچنین قرائتگرهای2 ردفاشگر است که اطلاعات جمعآوری شده توسط چاهکها که از برچسبهای حسگر ردفاشگر دریافت شدهاند را پیمایش کرده و انرژی مورد نیاز آن ها را تأمین میکند.

-3 ظهور خانههای هوشمند

به نظر میرسد که ایده خانههای هوشمند از هالیوود نشأت گرفته است. در حقیقت فیلم خانه هوشمند در سال 1999، یک خانواده آمریکایی را نشان میدهد که برنده یک خانه هوشمند میشوند. امروزه خانههای ما دارای انواع وسایل الکترونیکی هستند که ما هر روزه استفاده میکنیم ولی به اینکه در درون آنها کامپیوتر یا سیستم الکترونیکی نصب شده و کار اندازهگیری، محاسبات و هماهنگی را انجام میدهند توجهی نداریممردم. معمولاً بطور دقیق نمیدانند چه مقدار انرژی برای مقاصد مختلف استفاده میکنند وهمینطور دقیفاً نمیدانند که با رفتار خود میتوانند چه تغییراتی در بهرهوری انرژی ایجاد نمایند. مشکلات کلیدی در این زمینه عبارتند از: نبود اطلاعات مربوط به زمان واقعی مصرف انرژی، و تأثیر اطلاعات مربوط به مصرف انرژی بر بهینه استفادهکردن مصرف کنندگان. بنابراین اهمیت بازخورد گرفتن از انرژی بطور گستردهای بر رفتار مصرفکنندگان بطوریکه تأثیرگذاری انرژی مشهودتر باشد، آشکار میگردد. هنگامیکه سیستمهای تکنولوژی اطلاعات و ارتباطات، به زندگی انسانها نفوذ کنند، ماهیت مستقل و موثر و ادغام آنها چالشبرانگیزتر میشود. خانههای هوشمند آینده، قادر خواهند بود تا با تعداد زیادی از عوامل بیرونی همکاری و تعامل داشته باشند. این عوامل عبارت خواهند بود از منابع انرژی، شرکت ها، تأمینکنندگان انرژی، بازارها و غیره. .[15]

-1-3 خانههای هوشمند "پس از ظهور اینترنتی از اشیاء"

اینترنتی از اشیاء آینده ای را مجسم میکند که در آن موجودیتهای فیزیکی و دیجیتالی میتوانند با یکدیگر ارتباط داشته باشند، بدین معنی که فناوریهای اطلاعاتی و ارتباطی مناسب قادرند دسته بندی جدیدی از برنامههای کاربردی و خدماتی ایجاد کنند.[2] اینترنتی از اشیاء بعنوان یک فناوری زیرساختی مناسب برای سیستمهای کنترل خانه با برد پایین بیسیم در نظر گرفته شده است. در حال حاضر کنترل از راه دور اطلاعات لوازم خانگی مبتنی بر زیرسیستمهای اینترنتی از اشیاء نظیر نسخه 6 پروتکل