بخشی از مقاله
چکیده:
اینترنت اشیا - IoT - هنوز در مراحل اولیه حیات خود قرار دارد یکی از دلایل آن ظرفیتهای پردازندههای تعبیه شده در این سیستم هاست که محدود میباشند. در عین حال تحقیقات انجام شده در زمینه هوش مصنوعی پیشرفت فراوانی داشته است. کاربرد AI در IoT میتواند به میزان قابل توجهی تواناییهای IoT را افزایش داده و باعث پیشرفتهای اقتصادی و اجتماعی بیشتر شود مثلا می تواند بازدهی پردازش را افزایش دهد .
در این مقاله مفاهیم اولیه و فناوریهای AI توضیح داده شده و موارد کاربردی IoT هوشمند یا I2oT نیز که از نتیجه ترکیب آن با IoT بدست میآیند مطرح خواهند شد . باید توجه داشت که I2oT نسخه برتر IoT خواهد بود. در نهایت پیشنهاداتی برای مطالعه بیشتر و استانداردسازی I2oT ارائه میشود.
-1 مقدمه
در واقع دو دلیل اصلی برای حرکت از اینترنت عادی به اینترنت اشیا - IoT - وجود دارد. اولین دلیل گسترش میزان اطلاعات به اشتراک گذاشته شده توسط اشیا در جهان واقعی میباشد. دومین دلیل ایجاد این قابلیت برای کاربران است که نه تنها اطلاعات را به اشتراک بگذارند بلکه بتوانند اشیا در دنیای واقعی را کنترل کنند. این قابلیتها IoT را در اجتماع بسیار جذاب می-کنند
به عبارت دیگر IoT پیشرفت مناسبی برای فن آوری اطلاعات کنونی به شمار میآید. اما از نظر پیشرفتهای فناوری IoT, هنوز در مراحل اولیه خود قرار دارد و میتواند از جایگزین کردن مفاهیم IoT با موارد هوشمندتر سود فراوانی ببرد. تمامی فنآوری های مرتبط با هوشمند کردن IoT در حال حاضر موجود میباشد اما نگرانی های مربوط به چگونگی درک و استفاده از AI در سیستم های IoT وجود دارد .
در این مقاله در ابتدا مفاهیم کلیدی در اصول هوش مصنوعی را بیان می کنیم در بخش 3 مفاهیم Iot را شرح داده در بخش 4 چکونگی مدل سازی AI در IoT را شرح می دهیم و در بخش 5 هوشمند سازی IOT در کاربردها مختلف آن با ارائه پیشنهادهایی تجزیه و تحلیل خواهد شد.
-2 مفاهیم کلیدی و اصول هوش مصنوعی
یادگیری هسته کلیدی فناوریهای AI بوده و فناوریهای یادگیری کلید حل مسائل خواهند بود. ساده ترین مدل برای AI از چهار عنصر اصلی اشیا موجود در محیط، اطلاعات هستی شناسی، شی و عملیات هر شی هستند که اطلاعات هستی شناسی - OI - نمایش داده شده در شکل 1 اطلاعاتی در خصوص حالت و الگوی تغییرات حالت است که توسط اشیا در محیط دنیای بیرونی ارائه شده و شامل منابع و سر نخها برای یادگیری و درک مسائل میباشند. از طرف دیگر اعمال و یا عکس العمل-های انجام شده توسط اشیا میتوانند بر اساس درک موجود از مسئله یادگیری شوند. یک مدل کاربردی دقیقتر از فناوریهای AI در شکل 1نمایش داده شده است. در شکل 1 فناوریهای AI به هم متصل بوده و با هم بر هم کنش دارند.
-1-2 دسته بندیهای فناوری AI
فن آوری مطرح هوش مصنوعی که در اینترنت هوشمند اشیا کاربرد خواهد داشت عبارتند از :تعریف نقش و جایگاه اشیا ،ادراک حالات . شرایط و احساسات ،تصمیم گیری ،برنامه ریطی راهبردی و مادی ،بهیته سازی و شبکه های عصبی باز جریانی
-3 اینترنت اشیا چیست؟
اصطلاح " اینترنت اشیا - IoT - "اولین بار توسط کوین اشتون در سال 1999 مطرح گردید. او جهانی را توصیف کرد که در آن هر چیزی، برای خود هویت دیجیتال داشته باشد و به کامپیوترها اجازه دهد آنها را سازماندهی و مدیریت کنند. از دید کوین اشتون "اینترنت اشیا "ابزاری است برای غلبه بر سلطه زمان و مکان. این دیدگاه برای نخستین بار توسط مرکز شناسایی خودکار و نشریات تحلیل بازار مرتبط با آن مشهور گردید .
مثلا شاید در ابتدا RFID بهعنوان یک پیششرط در این فنآوری در نظر گرفته میشده در حالی که اکنون اینگونه نیست و تنوع سنسورها بسیار فراتر از RFID رفته است همچنین از دیدگاهی دیگر "اینترنت اشیا" به محیطی اطلاق میشود که هر چیز اعم از انسان، حیوان و یا وسایل بیجان در آن دارای یک شناسه یکتا یا پروتکل اینترنتی - IP - میباشند که توانایی شناسایی، کنترل، انتقال داده به یکدیگر و پایگاه داده مربوطه را دارند.
دادههای جمعآوریشده از اشیا توسط ابزارهای مختلفی از قبیل گوشیهای تلفن همراه، انواع رایانهها و تبلتها قابل مشاهده خواهند بود .در صورت پیاده سازی "اینترنت اشیا" قابلیت انتقال اطلاعات میان اشیا گوناگون بوجود می آید. "اینترنت اشیا" حاصل همگرایی و تکامل سه عنصر اینترنت، اشیا فیزیکی ، حس گرها و پردازنده ها است .
مهمترین نتیجه همهگیر شدن "اینترنت اشیا" قابلیت اتصال انواع اشیا و وسایل به دنیای مجازی است. لذا همه لوازم خانگی، اتومبیلها، نوشتافزار و هر آنچه شما تمایل داشته باشید به اینترنت متصل میشود.8,7]این ابزارها با اتصال به اینترنت، داده مورد نظر خود را ارسال و داده لازم را دریافت میکنند و در صورت نیاز به تغییر، یا خود شی و یا با اطلاع به مخاطب خود، تغییر لازم اعمال میشود .[3]علاوه بر این ویژگی، امکان اتصال دو یا چند شی به یکدیگر از دیگر ویژگیهایی هست که میتوان از آن یاد کرد. پیامد اصلی "اینترنت اشیا "ارتباط درونی دستگاهها است. در این حالت دستگاهها با سازگاری و امنیت، به هوشمندی بالایی می رسند.
-1-3 معماری لایه به لایه اشیااینترنت
از یک دیدگاه منطقی IoT یک مجموعه از تجهیزات هوشمند است که با یکدیگر برای رسیدن به یک هدف مشخص همکاری می کنند اما از دیدگاه فنی چنین سیستمی متشکل از ماژول های مختلف ،معماری های متفاوت و آیتم های متفاوت مربوط به پردازش داده ها و حتی ارتباطات بین اجزا مختلف می باشد
قبل از صحبت کردن در مورد دغدغه ها و جنبه های خاص معماری سیستم های IOT ، ابتدا نیاز به شناخت ارکان و مفاهیم اصلی که پایه اصلی برای طراحی و زیر ساخت چنین سیستمی مناسب است اشاره کرد: در هر زمان، هر مکان، برای کاربردی ما
شکل :2 معماری لایه به لایه اینترنت اشیا
اتصالی برای هر چیزی خواهیم داشت.معماری های مختلفی برای اینترنت اشیا مطرح شده است یک معماری پایه و مبنی که برای اینترنت اشیا مطرح شده و مورد توجه قرار گرفته است
معماری سه لایه ای است که شامل لایه های ادراکی ،لایه انتقال یا شبکه ،لایه کاربردی می باشد که این معماری اصولا به عنوان معماری پایه برای اینترنت اشیا شناخته می شود
.همچنین در [6] یک معماری پنج لایه شامل لایه ادراکی ، دسترسی به درگاهها لایه شبکه ،لایه مجازی و لایه کاربردی است .اتحادیه بین المللی ارتباطات - ITU - یکی از مراجع جهانی در حوزه ارتباطات ، معماری شکل 3 را برای اینترنت اشیا پیشتهاد کرده است.این معماری لایه های با کاربردها - اپلیکیشن - ،پشتیبانی ،شبکه ،وسیله ها به کمک قابلیت ومدیریتی های امنیتی و با استفاده از کاربردهای اینترنت اشیا شامل توسعه شهر هوشمند، حمل و نقل هوشمند، انرژی هوشمند، صنعت هوشمند، ساختمان هوشمند زندگی هوشمند و سلامت هوشمند، گسترش داده است .
مسولیت اصلی لایه اول ،جمع آوری اطلاعات و داده ها از محیط است همانگونه که در شکل .. 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 gatewayدروازه ها ، با یک شبکه وسیع ، 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 حس گرها
دلیل ما نیاز به یک شبکه حسگر بی سیم یا WSN1 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 مانند آن -
• لایه شبکه وGATEWAY
این لایه امکانات شبکه ای مورد نیاز را فراهم می نماید و فناوری های متعددی را به خدمت می گیرد . 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.ماژول های لایه شبکه با هدف تامین نیازهای کیفیت سرویس - QoS - برای تاخیر ، احتمالات خطا ، 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 انواع مختلف شبکه را درون یک بستر مشترک 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 .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
این لایه اتصال حسگر و شبکه را فراهم می نماید و شامل فناوری ها و امکانات متعددی است که در شکل 3 نشان داده شده است در پایین ترین سطح تگ ها را داریم که مثلا شامل RFID و بارکد است و در بالای 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 و غیره - باشد . این لایه شامل حسگرها و دستگاه های هوشمند است . در این لایه اطلاعات به صورت بلادرنگ جمع آوری و پردازش می گردند .
توان مصرفی حسگرها و نرخ انتقال داده پایین است و به همین دلیل 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
