بخشی از مقاله
چکیده:
تحولات صورت گرفته در حوزهی فناوری شبکهای و سیستمهای حسگر هوشمند باعث شکلگیری شبکههای فراگیر و نوین شده است. اینترنت اشیاء - IoT - یک شبکه اطلاعاتی سراسری پویا شامل اشیاء متصل شده از طریق اینترنت است، که فرصت جدیدی برای ساخت سیستمهای صنعتی قدرتمند و برنامههای کاربردی با استفاده از RFID، Wireless، قابلیت تحرک و حسگرها فراهم کرده است و با هدف سنجش و کنترل از راه دور استفاده میگردد.
اینترنت اشیاء از چندین فناوری دیگر نظیرشبکه حسگر بی سیم یا WSN، ارتباطات ماشین به ماشین یا M2M، شبکههای بیسیم، فناوریهای اینترنت و دستگاههای هوشمند استفاده مینماید. امروزه انواع بسیاری از حسگرها توانایی اتصال اشیاء و تبادل اطلاعات با یکدیگر را دارند و میتوان این حسگرها را از طریق ابزارهای هوشمند مدیریت کرد. این حسگرها امکان جمعآوری اطلاعات در مناطق دورافتاده و مکانهایی که برای اکتشافات انسانی مناسب نیستند را فراهم کردهاند.
شبکههای حسگر بیسیم نسل جدیدی از شبکهها هستند که در واقع تجمع تعداد زیادی ازگرههای حسگر پراکنده در محیط میباشند و هر کدام بهطور خودمختار و با همکاری سایر گرهها هدف خاصی را دنبال میکنند. طیف گسترده ای ازکاربردهای IOT و فناوریهای مرتبط به آن نظیر WSN درصنعت در سالهای اخیر توسعه یافته و مستقرشده اند. دراین مقاله نگاهی به پتانسیلهای بالقوه IoT وWSN در صنایع مختلف میاندازیم و مزایای این فناوری در کاربردهای صنعتی، چالش ها و مسیرهای تحقیقات آینده را بررسی میکنیم. هدف این مقاله، بررسی اجمالی آخرین و به روزترین پیشرفتها و ترکیب جدیدترین ایدهها و ویژگیهای IOT در صنایع است.
.1 مقدمه
افزایش تعداد کاربران اینترنت و پی شرفتهای حا صل در محا سبات ابری ظرفیتهای لازم برای ات صال ا شیا مختلف به اینترنت را فراهم کرده ا ست. اینترنت اشیا در حقیقت نوعی بستر گفتگو بین اشیا و ماشینها، و نیز ارتباطات انسان و ماشین محسوب می شود. در سناریوی کنونی این فناوری، ا صطلاحات"" IoT و " ا شیا هو شمند" اغلب به شکل مترادف مورد ا ستفاده قرار میگیرند.
به عبارت دیگر میتوان گفت IoT همان هو شمندی اتصال بین اشیا است و هدف و ماموریت اصلی فناوری IoT شناسایی، نشانگذاری و دسترسی به شبکه توسط اشیا در هر زمان ممکن است که در حالت ایدهآل امکان مدیریت و کنترل هر گونه شی را به کاربران می دهد.اینترنت ا شیاء - IoT - درحقیقت ، شبکه ای از شبکه ها ا ست ،که تعداد زیادی از اهداف/ اشیاء/حسگرها/دستگاه ها ازطریق ارتباطات و زیرساخت اطلاعاتی برای ارائه خدمات با هدف ایجاد " یک جهان بهتر برای انسان " ، که اشیاء پیرامون ما می دانند چه چیزی ما دوست داریم ، چه چیزی ما می خواهیم ، و چه چیزی ما نیاز داریم، و بنابراین برطبق آن بدون دستورات صریح عمل می کنند، به هم متصل شدهاند.
اصطلاح Internet of Things درابتدا درسال 1998 برای اشاره به قابلیت شناسایی منحصربه فرد اشیاء سازگار متصل از طریق RFID ، مطرح شد و بعدها محققان تکنولوژی های بیشتری مثل حسگرها ، محرک ها - رله ها - ، دستگاههای GPS و دستگاههای سیار را به IOT مربوط کردند و به عنوان "اینترنت اشیاء که اجازه می دهد مردم واشیاءدرهرزمان ، مکان ، با هرشیء و هرشخص تصوراً با استفاده از هرمسیر/ شبکه و هر سرویس مت صل شوند" تعریف شد. مفاهیمی مانند پو شیدنی های هو شمند، خانه های هو شمند، شهرهای هو شمند، محیط های هو شمند، و شرکت های هوشمند قابل پیش بینی در آینده ای نزدیک ، برمبنایIOT تعریف شده است
ازIOT به عنوان یک تکنولوژی نو انتظار می رود که تأثیرخیلی زیادی در دگرگونی عملیات و نقش سیستم های صنعتی موجود مثل سیستم حمل و نقل و سی ستم های ساخت و تولید دا شته با شد. مثلاً ا ستفاده ازIOT برای ایجاد سی ستم های حمل و نقل هو شمند باعث می شود که بتوانند مکان هر خودرو را ردیابی کنند، برحرکت آن نظارت داشته باشند و مکان آینده و ترافیک احتمالی جاده را پیش بینی کنند. همچنین ، اینترنت اشیاء می تواند راه حل های حیاتی برای برنامه ریزی ، زمانبندی ، و کنترل سیستم های تولیدی درهمه سطوح فراهم کند.
به طورخاص، ادغام حسگرها/محرک ها، برچسب های RFID و تکنولوژی های ارتباطی به عنوان پایه و اساس IOT به کار می رود ونشان می دهندکه چگونه انواع ا شیاء فیزیکی و د ستگاه های اطراف ما می توانند به اینترنت مرتبط شوند و برای ر سیدن به اهداف م شترک با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
استقبال از تکنولوژی IOT درصنایع مختلف رو به افزایش است و تعدادی پروژه صنعتی در زمینه هایی مثل کشاورزی ، صنایع غذایی ، نظارت برمحیط ، نظارت امنیتی و ... انجام شده است. این مقاله فناوری های بنیادی وکاربردهای صنعتی IOT و همچنین چالش ها و فرصت های آینده تحقیقات دراین زمینه را بررسی کرده است.
.2 مرورادبیات
IOT ازتعداد زیادی دستگاه های متصل تشکیل شده که با تکیه بر حس ، فناوری های ارتباطی ، شبکه و پردازش اطلاعات کار می کند. تکنولوژی RFID یک فناوری بنیادی برای IOT ا ست که امکان شنا سایی، ردیابی و نظارت - به طورکلی انتقال اطلاعات - هرگونه ا شیاء مت صل با برچ سب RFID را به صورت اتوماتیک و ازطریق ارتباط بی سیم فراهم می کند، که این کار با ا ستفاده از RFID Reader ها انجام می شود.
شبکه های حسگر بی سیم - - WSN یکی دیگرازفناوری های بنیادی IOT است که از حسگرهای هوشمند به هم پیوسته برای حس کردن و نظارت استفاده می کند و کاربردهای آن شامل نظارت برمحیط ، نظارت بر بهدا شت و درمان ، مانیتورینگ صنعتی ، نظارت بر ترافیک،ک شاورزی،ورزش و ... ا ست. پیشرفت در هردو زمینه RFID و WSN به طور قابل توجهی به توسعه ی IOT کمک می کند. علاوه براین همان طورکه درتصویر 1 نمایش داده شده است، تکنولوژی های دیگر و دستگاه هایی مانند بارکدها، تلفن های هوشمند، شبکه های اجتماعی و رایانش ابری به شکل یک شبکه گسترده برای پشتیبانی از IOT به کار می رود
در [2] اجزای موردنیاز برای اینترنت اشیا - - IOT به طورکلی بحث شده و به صورت زیر عنوان شده است : سخت افزار؛ که از حسگرها، رله ها و سخت افزار ارتباطی جاسازی شده تشکیل شده است میان افزار ؛ شامل ابزارهای ذخیره سازی و محاسباتی برای تجزیه و تحلیل داده ها می باشد
ارائه ؛ ابزارهای تفسیرو درک و تجسم فکری که می تواند به طورگسترده ای روی زیرساخت های مختلف دیده شود را دربرمی گیرد.
در [3] روش ها، فرصت ها، و چالش های قابل بحث در راه حل های IoT مبتنی بر صنعت را با هدف تعیین چهارچوب مفهومی برای تحقیقات آینده درموردIoT شنا سایی کرده و برا ساس کاربردهای این حوزه ، آن ها را در5 طبقه متفاوت پو شیدنی های هو شمند، خانه هو شمند، شهر هوشمند، محیط هوشمند، و شرکت هوشمند طبقه بندی و بحث کرده است.
تصویر : 1 تکنولوژی های مرتبط با IOT
در [5] ا ستفاده از IoT و محا سبات ابری را در سی ستم برنامه ریزی مونتاژ خودکار برر سی کرده ا ست. برای ارائه خدمات با کیفیت بالا به کاربران نهایی باید استانداردهایی برای تعریف نحوه ی تبادل اطلاعات ، پردازش و ارتباطات میان اشیاء درIOT ، طراحی شود که قابلیت همکاری ، سازگاری ، قابلیت اطمینان و عملیات مؤثر را درمقیاس جهانی فراهم کند.
کشورها و سازمان های متعددی ازقبیل اتحادیه بین المللی مخابرات ، سازمان بین المللی استاندارد، IEEE ، موسسه استاندارد ملی آمریکا ، کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک ، کمیته استاندارد الکتروتکنیک اروپا و موسسه استاندارد الکترونیک چین روی توسعه ی استانداردهای مختلف IOT کار میکنند.[6] تعریف استانداردی برای تکنولوژی ها درIOT ، باعث گسترش وسیع تکنولوژی IOT خواهد شد و توسعه دهندگان و کاربران می توانند کاربردهای IOT و خدماتش را درمقیاس بزرگ اجرا کنند.
.3 معماری IOT
هدف IOT اتصال اشیاء متفاوت درسرتاسر شبکه است. اجزای موردنیاز برای IOT عبارتند از:
سخت افزار: که از ح سگرها، رله ها و سخت افزار ارتباطی جا سازی شده ت شکیل می شود. میان افزار : درمورد ذخیره سازی و ابزارهای محا سباتی برای تجزیه و تحلیل داده ها می باشد. ارائه :ابزارهای تفسیرو درک و تجسم فکری است که می تواند به طورگسترده ای روی زیرساخت های مختلف دیده شود. [2] د ستگاه های بی سیم مختلف ممکن ا ست پروتکل های مختلفی برای شناسایی ا شیاء مختلف ، نمایش اطلاعات، و فرمت های انتقال داده ا ستفاده کنند،که مشکل پردازش اطلاعات از منابع ناهمگن ایجاد خواهد داشت.
برای مقابله با این موضوع، محققان معماری سرویس گرا - SOA - را پیشنهاد کرده اند.علاوه براین، از دیدگاه تکنولوژی ، معماری IOT باید قابلیت توسعه ، مقیاس پذیری ، قابلیت پیمانه ای بودن و قابلیت همکاری بین د ستگاه های ناهمگن را دا شته با شدکه درب سیاری از موارد ازSOA به عنوان یک روش منا سب استفاده شده است.
ایده های مختلفی برای ایجاد معماری سرویس گرای چندلایه برای IOT براساس نوع تکنولوژی انتخابی، نیازهای کسب و کار و الزامات فنی مطرح شده است. برای مثال ، اتحادیه بین المللی مخابرات یک معماری 5 لایه رابرای IOT پی شنهاد کرده که شامل لایه های حس ، د ستر سی، شبکه ، میان افزار و کاربردی ا ست. برخی ازمحققین معماری 3 لایه برای IOT پی شنهاد کردند که شامل لایه ادراک - اح ساس - ، لایه شبکه و لایه کاربردی - خدمات - می شود. همچنین یک معماری 4 لایه برای IOT طراحی شد که شامل لایه فیزیکی ، لایه انتقال ، لایه میان افزار و لایه کاربردی بود.
ازدیدگاه قابلیت های اصلی ، یک معماری سرویس گرای 4 لایه ی IOT به صورت زیر می باشد:
لایه حس - دریافت / سنجش - : این لایه شامل سخت افزارهای موجود RFID - ، حسگرها ،رله ها و ... - به منظور حس / کنترل جهان فیزیکی و به دست آوردن اطلاعات می باشد. دراین لایه ، سیستم های هوشمند بی سیم ازطریق برچسب ها یا حسگرها می توانند به طوراتوماتیک اطلاعات را دریافت کرده و بین دستگاه های مختلف مبادله کنند.
لایه شبکه : به طورکلی وظیفه لایه شبکه اتصال همه اشیاء با یکدیگر است و اجازه می دهد که اشیاء اطلاعات را با اشیاء متصل دیگر به اشتراک بگذارند. علاوه براین، لایه شبکه می تواند اطلاعات را از زیرساخت های IT موجود مثل سیستم های سازمانی، سیستم های حمل و نقل ، شبکه های قدرت ، سیستم های بهداشت و درمان ، سیستم های ICT و ... جمع آوری کند. بنابراین ، این لایه پشتیبانی شبکه ی اصلی و انتقال داده روی شبکه بی سیم و یا سیمی را انجام می دهد.
