اینترنت اشیا (IoT) چیست؟ تعریف، کاربرد و آینده آن در ۲۰۲۶

اینترنت اشیا یا Internet of Things (IoT)، سیستمی متشکل از دستگاه‌های رایانه‌ای، ماشین‌های مکانیکی و دیجیتالی، اشیا، حیوانات یا افراد مرتبط به هم می‌باشد که با استفاده از شناسه‌های مشخص با نام UID تعیین شده‌اند و امکان انتقال داده را در یک شبکه، بدون نیاز به ارتباط مستقیم انسان با انسان و یا انسان با کامپیوتر فراهم می‌کند. طبق برآوردهای جدید، تعداد دستگاه‌های متصل به اینترنت اشیا در سال ۲۰۲۶ از مرز چند ده میلیارد دستگاه عبور کرده و این حوزه به یکی از ستون‌های اصلی تحول دیجیتال در صنایع مختلف تبدیل شده است.

این دستگاه‌ها، که معمولاً دستگاه‌های “متصل” یا “هوشمند” نامیده می‌شوند، در بعضی از موارد می‌توانند با سایر دستگاه‌های مرتبط نیز صحبت کنند، که به این فرآیند ارتباط ماشین به ماشین (Machine-to-Machine=M2M) گفته می‌شود. همچنین این دستگاه‌ها براساس اطلاعاتی که از یکدیگر دریافت می‌کنند، فعالیت خواهند کرد.

افراد می‌توانند با این دستگاه‌ها تعامل برقرار کنند، آن‌ها را تنظیم کنند، دستورالعمل‌هایی را به آن‌ها بدهند یا به داده‌های آن‌ها دسترسی پیدا کنند، اما نکته قابل توجه این است که این دستگاه‌ها بیشتر فعالیت‌های خود را به تنهایی و بدون دخالت انسان انجام می‌دهند.

تعریف کامل اینترنت اشیا و اجزای اصلی آن

در تعریف دقیق‌تر، اینترنت اشیا شبکه‌ای از اشیای فیزیکی است که هرکدام یک شناسه یکتا (UID) دارند و بدون نیاز به دخالت انسان قادرند داده جمع‌آوری کنند و آن را از طریق اینترنت با دستگاه‌ها یا سامانه‌های دیگر رد و بدل کنند. هر سامانه اینترنت اشیا از چهار جزء اصلی تشکیل شده:

• سنسورها و دستگاه‌ها: داده خام را از محیط (دما، رطوبت، حرکت، نور و …) جمع‌آوری می‌کنند.
• اتصال (Connectivity): داده جمع‌آوری‌شده را از طریق وای‌فای، بلوتوث، ZigBee یا شبکه سلولی به فضای ابری یا سرور محلی می‌فرستد.
• پردازش داده: نرم‌افزار داده دریافتی را تحلیل می‌کند و تصمیم‌گیری هوشمند انجام می‌دهد.
• رابط کاربری: اطلاعات پردازش‌شده در قالب اپلیکیشن یا داشبورد در اختیار کاربر قرار می‌گیرد تا امکان نظارت و کنترل داشته باشد.

زیرساخت اینترنت اشیا شامل چه بخش‌هایی است؟

زیرساخت اینترنت اشیا معمولاً در چهار لایه طراحی می‌شود:

1. لایه ادراک (Perception Layer): شامل سنسورها و تجهیزات فیزیکی که داده را از دنیای واقعی می‌گیرند.
2. لایه شبکه (Network Layer): مسئول انتقال امن داده بین دستگاه‌ها و دروازه‌های IoT (IoT Gateway).
3. لایه پردازش (Processing/Edge-Cloud Layer): جایی که داده در ابر یا نزدیک به منبع تولید (Edge Computing) تحلیل می‌شود.
4. لایه اپلیکیشن (Application Layer): رابطی که کاربر نهایی از طریق آن با سامانه اینترنت اشیا تعامل می‌کند.

طراحی درست همین زیرساخت است که تعیین می‌کند یک پروژه اینترنت اشیا در عمل قابل اتکا، امن و مقیاس‌پذیر باشد یا نه.

نگرانی های امنیتی در حوزه IOT

دستگاه‌های اینترنتی متصل  به یکدیگر، حجم ترافیک اینترنتی زیادی را ایجاد می‌کنند، از جمله این موارد می‌توان به حجم زیاد داده‌ها اشاره کرد، داده‌هایی که که می‌توانند عملکرد دستگاه‌ها را مفید و موثر سازند، و حتی می‌توانند برای اهداف دیگر نیز مورد بهره‌برداری قرار گیرند. تمام این داده‌های جدید و ماهیت اینترنتی بودن این دستگاه‌ها، نگرانی‌هایی را در خصوص حریم شخصی و امنیت مطرح می‌کنند. مبحث امنیت در حوزه IOT نگرانی های زیادی را ایجاد کرد اما راهکارهای بسیاری نیز برای امنیت اینترنت اشیا توسط کارشناسان پیشنهاد شده است. برای آشنایی کامل با امنیت در این حوزه می‌توانید مقاله امنیت اینترنت اشیا را مطالعه فرمایید.

نمونه هایی از اینترنت اشیا

وسایل مختلفی می توانند در اینترنت اشیا حضور داشته باشند، از بیماری با کاشت مانیتور قلب گرفته تا حیوانی در یک مزرعه که جهت پیگیری او یک ترانسپوندر با تراشه بیولوژیک به او نصب شده است. همچنین خودرویی که برای آن حسگرهای داخلی نصب شده که در صورت پایین آمدن فشار باد لاستیک یا هر حادثه دیگری به راننده هشدار می دهد، می تواند در IOT وجود داشته باشد. به هر شیئی می توانند آدرس پروتکل اینترنت (IP=internet protocol) تخصیص دهند که قادر به ارسال و دریافت داده ها از طریق شبکه اینترنت گردد.

برای مثال در آینده خودروی شما می‌تواند به منزل شما بگوید که شما تا دقایقی دیگر به منزل می‌رسید و خانه شما باید چراغ‌ها رو روشن کند و تهویه گرمایشی یا سرمایشی مناسب را در نظر بگیرد. و یا برای مثال در مقیاس بزرگتر لوله‌های آب یا گاز می‌تواند به شما اطلاع دهند که دچار سوراخ و یا نشتی شده‌اند و یا حسگرهایی که درون چوب‌ها قرار گرفته‌اند از وقوع آتش‌سوزی شما را مطلع می‌کند.

خانه هوشمند با اینترنت اشیا

در گذشته وجود خانه های هوشمند محدود به فیلم های سینمایی و امری محال و رویایی بود؛ خانه هایی که وسایل منزل به طور خودکار و طبق برنامه معین وظایف روزانه خود را انجام میدهند. مثلا زمانی که شما می‌خواهید روز خود را آغاز کنید، زنگ هشداری به صدا در می‌آید و دستگاه قهوه جوش به صورت اتوماتیک شروع به دم کردن قهوه می‌کند و در حالی که در منزل خود راه می‌روید، چراغ‌های خانه به صورت هوشمند روشن می‌شوند.  در حالی که برای رفتن به محل کار آماده می‌شوید، برخی از دستگاه‌های رایانه‌ای جاسازی شده نیز به دستورات صوتی شما پاسخ می‌دهند و برنامه روزانه و پیام‌های شما را می‌خوانند و یا اخبار تلویزیونی را روشن می‌‍کنند. خودروی سواری هوشمند، شما را از مسیری با کم‌ترین ترافیک، به محل کارتان می‌رساند. در طول مسیر شما می‌توانید مطالعه کرده و یا برای دستور جلسات صبح خود آماده شوید.

امروزه این اتفاقات به اموری ممکن تبدیل شده است و بسیاری از این امور عملیاتی شده است و باقی آنها نیز در آستانه به وجود آمدن هستند. تمام این فناوری‌ها در حال شکل‌دهی به پایه و اساس حوزه‌ای در علوم کامپیوتر به نام  اینترنت اشیا هستند.

اینترنت اشیا چگونه کار می کند؟

یک سامانه اینترنت اشیا شامل دستگاه‌های هوشمند مبتنی بر وب می‌باشد که از سیستم‌های جاسازی شده مانند پردازشگرها، حسگرها و سخت افزارهای ارتباطی جهت جمع ‌آوری، ارسال و پردازش بر روی داده ‌هایی که از محیط خود به دست می‌آورند، تشکیل شده است.

دستگاه‌های اینترنت اشیا، داده‌های جمع‌آوری شده از حسگرها را با اتصال به یک دروازه IOT به اشتراک می‌گذارد تا در آنجا داده‌ها به محل پردازش ابری یا محلی فرستاده شوند. برخی از مواقع، این دستگاه‌ها با سایر دستگاه‌ها نیز در ارتباط هستند و بر روی داده‌هایی که میان آن‌ها تبادل می‌شود، عملیات‌ها و پردازش‌هایی را انجام می‌دهند. و نکته قابل تامل این است که این دستگاه‌ها بیشتر این فعالیت‌ها را بدون دخالت انسان اجرا می‌کنند (تنها در مواردی مانند تنظیم کردن اولیه آن‌ها، دادن دستورالعمل‌ها و یا دسترسی به داده‌ها دخالت انسانی صورت می‌گیرد). پروتکل‌های اتصال، شبکه و ارتباطات که توسط این دستگاه‌های مبتنی بر وب استفاده می‌شوند، به شدت به برنامه‌های اینترنت اشیای بارگزاری شده بر روی آن‌ها وابسته است.

اینترنت اشیا همچنین می‌تواند از هوش مصنوعی و یادگیری ماشین (Machine learning) برای کمک به جمع‌آوری داده‌ها و پردازش ساده‌تر و پویاتر آن‌ها استفاده کند. به این ترکیب، اینترنت اشیای هوشمند یا AIoT گفته می‌شود که یکی از پررنگ‌ترین روندهای فناوری در سال‌های اخیر بوده است.

کاربرد اینترنت اشیا در کامپیوتر و سیستم‌های رایانه‌ای

یکی از سوال‌های رایج این است که اینترنت اشیا چه ارتباطی با علوم کامپیوتر و برنامه‌نویسی دارد. در عمل، هسته هر دستگاه IoT یک سیستم کامپیوتری کوچک (میکروکنترلر) است که برنامه‌نویسی می‌شود تا داده سنسور را بخواند، پردازش کند و از طریق شبکه ارسال کند. کاربردهای اصلی اینترنت اشیا در حوزه کامپیوتر شامل موارد زیر است:

• برنامه‌نویسی میکروکنترلرها و بردهایی مانند آردوینو و ESP32 برای دریافت و ارسال داده
• توسعه اپلیکیشن‌های موبایل و وب برای نمایش و کنترل داده دستگاه‌های متصل
• ذخیره‌سازی و پردازش داده در پایگاه‌داده‌های ابری (Cloud Database)
• پیاده‌سازی الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای تحلیل و پیش‌بینی روی داده‌های جمع‌آوری‌شده

به همین دلیل، آموزش اینترنت اشیا معمولاً با مبانی برنامه‌نویسی و الکترونیک شروع می‌شود و کودکان و نوجوانانی که این مسیر را دنبال می‌کنند، هم‌زمان مهارت کدنویسی و تفکر سیستمی را یاد می‌گیرند.

IOT به شرکت‌ها اجازه می‌دهد تا پردازش‌ها را به صورت اتوماسیون و خودکار درآورده و هزینه‌های کارگران را کاهش دهند. همچنین ارسال خدمات را بهبود می‌دهد و هزینه‌های حاصل از آن را به صورت چشم‌گیری کم می‌کند و به تراکنش‌های مشتریان شفافیت می‌بخشد و در نتیجه اینترنت اشیا یکی از مهم‌ترین تکنولوژی‌های زندگی روزمره ما محسوب می‌شود. بنابراین، IoT یکی از مهمترین تکنولوژی های زندگی عصر حاضر به حساب می آید. مشاغل از پتانسیل های دستگاه‌ های متصل به شبکه استفاده بیشتری می برند و رقابت بین مشاغل بیشتر می گردد.

اهمیت IoT برای ارگان ها چیست؟

اینترنت اشیا (Internet of Things) مزایای فراوانی را برای سازمان‌ها به همراه می‌آورد. به صورت کلی، سازمان‌های مختلف در صنایع گوناگون به صورت فزاینده‌ای به استفاده از اینترنت اشیا روی آورده‌اند. هدف تمامی آن‌ها دستیابی به عملکرد موثرتر و درک بهتر از خواسته‌های مشتریان خود بوده است تا بتوانند خدمات بهتر و پیشرفته‌تری را به مشتریان ارائه دهند و ارزش تجاری خود را بالا ببرند.

برخی از این مزیت‌ها مختص به صنایع خاص می‌شود و برخی از آن‌ها نیز صنایع مختلفی را در بر می‌گیرد. برخی از منافع استفاده از اینترنت اشیا به صورت خلاصه به صورت زیر می‌باشد:

• مشاهده و مدیریت پروسه های کلی کسب و کار
• بهینه سازی خدمات مشتری (CX)
• صرفه جویی در زمان و هزینه ها
• بالا رفتن بهره وری پرسنل
• ترکیب و انطباق مدل های بیزینس
• تصمیم گیری های بهتر برای کسب و کار

اینترنت اشیا در سنسورها

کاربرد IoT با استفاده از سنسورها را میتوان در تولید، حمل و نقل، ارگان ‌های خدماتی، و دیگر دستگاه ‌های IoT مشاهده کرد. موارد کاربردی آن برای سازمان‌ های کشاورزی، زیرساخت‌ ها و صنایع اتوماسیون خانگی نیز رواج یافته است. به طوریکه بعضی از سازمان ‌ها را به سوی تحولات دیجیتالی کشانده است.

اینترنت اشیا در کشاورزی

اینترنت اشیا در کار کشاورزی نیز تسهیلاتی فراهم کرده است. سنسورها امکان گردآوری داده ‌های مربوط به میزان و زمان بارندگی، مقدار رطوبت، میزان دما، مواد تشکیل دهنده خاک و دیگر موارد را دارند. این اطلاعات به اتوماسیون روش ‌های کشاورزی کمک می‌­کند.

اینترنت اشیا در زیرساخت

همچنین توانایی رصد عملیات‌های زیرساخت نیز یکی از جایگاه‌های استفاده از اینترنت اشیا می‌باشد. برای نمونه، حسگرها می‌توانند در رصد کردن وقایع و تغییرات یک ساختمان سازه‌ای، پل و … بسیار موثر باشند و می‌تواند در ذخیره هزینه‌ها، زمان یا جلوگیری از فرآیندهای کاری کاغذی کاربرد فراوانی داشته باشد.

مشاغل اتوماسیون خانگی قادرند جهت نظارت و دستکاری ماشین های مکانیکی و سخت افزارهای الکتریکی با کمک اینترنت اشیا در یک ساختمان به صورت خودکار فعالیت کنند. در ابعاد بزرگتر، شهرهای هوشمند قادرند در کم کردن ضایعات و صرفه جویی انرژی به شهروندان یاری برسانند.
اینترنت اشیاء قادر است بر تمامی صنایع، از جمله خدمات درمانی در بخش مراقبت­های بهداشتی، امور مالی، خرده فروشی و صنایع تولیدی تاثیر گذار باشد.

مزایا و معایب اینترنت اشیا

از مزایای اینترنت اشیا می توان موارد زیر را برشمرد:

• قابلیت دستیابی به داده ها از هر مکان و هر زمان و از هر دستگاه،
• بهینه سازی برقراری ارتباط میان سخت افزارهای الکترونیکی متصل به شبکه،
• نقل و انتقال بسته های اطلاعات از راه شبکه و صرفه جویی در وقت و بودجه
• اتوماسیون فعالیت ها در جهت کمک به بهبود کیفیت خدمات مشاغل و کاهش نیاز به نیرو و مداخله گری انسانی.
• با کمک هوش مصنوعی (AI) و ماشین های هوشمند با قابلیت یادگیری، اینترنت اشیا قادر است به روش های ساده ‌تر و پویاتر پروسه گرد‌آوری داده ‌ها را به انجام رساند.
• اینترنت اشیا باعث ترغیب شرکت ‌ها به بازنگری در مورد روش ‌های برخورد با تجارتشان می شود. همچنین ابزارهای جدیدتری را برای بهینه سازی استراتژی ‌های بیزینس در اختیار آنها می گذارد.

مهم‌ترین مشکلات و چالش‌های اینترنت اشیا

در کنار مزایای فراوان، اینترنت اشیا با چالش‌های جدی هم روبروست که هر کاربر و سازمانی باید پیش از ورود به این حوزه از آن‌ها آگاه باشد:

• امنیت و حریم خصوصی: هرچه تعداد دستگاه های مرتبط با شبکه بیشتر شده و اطلاعات میان دستگاه ها بیشتر ردوبدل شوند، احتمال سرقت داده های محرمانه به واسطه نفوذ هکرها بیشتر می شود.
• حجم بالای داده: امکان دارد در آینده این اجبار برای شرکت ها حاصل شود که با چندین میلیون دستگاه متصل به اینترنت اشیا سروکار داشته باشند و به جمع ‌آوری حجم زیادی از اطلاعات و کنترل آنها با مشکل روبرو شوند.
• اتکای بیش از حد به شبکه: احتمال دارد با ایجاد اشکالی در سیستم یا قطعی اینترنت، هر کدام از دستگاه ها که متصل به شبکه هستند، از کار بیفتند.
• نبود استاندارد یکپارچه: در حال حاضر هیچ استاندارد بین المللی واحدی جهت تطابق کامل با IoT وجود ندارد، بنابراین ایجاد ارتباط بین دستگاه هایی که سازندگان مختلفی دارند، با یکدیگر دشوار می باشد.
• مصرف انرژی: تعداد بالای سنسورها و دستگاه‌های همیشه‌روشن، مدیریت مصرف انرژی را در مقیاس بزرگ به چالشی جدی تبدیل کرده است.

روند اینترنت اشیا در سال ۲۰۲۶

حوزه اینترنت اشیا هر سال با فناوری‌های جدید همراه می‌شود. مهم‌ترین روندهایی که در سال ۲۰۲۶ شکل‌دهنده آینده IoT هستند عبارتند از:

• AIoT (ترکیب هوش مصنوعی و اینترنت اشیا): دستگاه‌ها دیگر فقط داده جمع‌آوری نمی‌کنند، بلکه با مدل‌های یادگیری ماشین به صورت لحظه‌ای تصمیم می‌گیرند.
• Edge Computing: پردازش داده نزدیک‌تر به منبع تولید انجام می‌شود تا تاخیر کاهش یابد و وابستگی به ابر کمتر شود.
• شبکه‌های 5G و آغاز 6G: سرعت و پهنای باند بالاتر، اتصال هم‌زمان میلیون‌ها دستگاه در هر کیلومتر مربع را ممکن کرده است.
• امنیت مبتنی بر Zero Trust: به دلیل افزایش حملات سایبری، سازمان‌ها به سمت معماری‌های امنیتی سخت‌گیرانه‌تر برای دستگاه‌های IoT حرکت کرده‌اند.

قوانین و استانداردهای IoT کدامند؟

استانداردهایی که در شرایط فعلی برای IoT در حال گسترش، تعریف شده شامل موارد زیر می باشد:
استاندارد IPv6 روی شبکه ‌های شخصی وایرلس کم مصرف به واسطه گروه مهندسی اینترنت (IETF) ایجاد شده است. استاندارد 6LoWPAN یک استاندارد باز است که امکان برقراری ارتباط با هر موج رادیویی کم مصرف را فراهم می سازد. از جمله آنها می توان BLE (بلوتوث کم انرژی) و Z-Wave (اتوماسیون خانگی) را نام برد.

استاندارد ZigBee یک شبکه وایرلس کم مصرف است که نرخ داده های آن کم می باشد و بیشتر در تنظیمات صنعتی به کار می رود. استاندارد ZigBee توسط موسسه مهندسین برق و الکترونیک (IEEE) ایجاد شده است. این استاندارد زبان Dotdot را ابداع کرد که زبان جهانی برای اینترنت اشیا می باشد که برای اشیاء هوشمند این امکان را فراهم می کند که با امنیت در هر شبکه ای کار کنند و با یکدیگر تعامل داشته باشند.

پروتکل ها و سیستم عامل های اینترنت اشیا کدامند؟

سیستم عامل LiteOS مشابه یونیکس (OS) است که برای شبکه های سنسور دار وایرلس ایجاد شده است. این سیستم عامل از موبایل های هوشمند، لباس های هوشمند، اپلیکیشن های هوشمند، منازل هوشمند، و اینترنت وسایل نقلیه (IoV) حمایت می کند. لایت اُ اس در حکم یک پلتفرم توسعه دستگاه های هوشمند کار می کند.

لایه OneM2M یک سرویس ماشین به ماشین است که می توان جهت اتصال دستگاه ها در نرم افزار و سخت افزار آن نصب نمود. سازمان استانداردسازی بین المللی، OneM2M، جهت گسترش استانداردهایی به وجود آمد که بتوانند دوباره استفاده گردند و برنامه ‌های IoT در بخش ‌های مختلف ارتباط ایجاد کنند.

پروتکل صف پیام پیشرفته (AMQP) به صورت یک استاندارد متن باز انتشار یافته و جهت پیام رسانی ناهمزمان با سیم به کار می رود. این پروتکل، پیام های کدگذاری شده با قابلیت تعامل میان سازمان ها و برنامه ها را فعال می سازد. پروتکل AMQP در پیام رسانی کلاینت و سرور، و در کنترل دستگاه های IoT کاربرد دارد.
پروتکل برنامه محدود (CoAP) توسط IETF طراحی شده و مشخص می کند دستگاه های کم مصرف و با قدرت محاسباتی کم چگونه قادرند در اینترنت اشیا کار کنند.

استفاده از اینترنت اشیا در محیط‌های آموزشی

همانند سایر حوزه‌ها، استفاده از اینترنت اشیا در محیط‌های آموزشی نیز به شدت رو به افزایش است. از کلاس های معکوس (Flipped classroom) و دوره‌های آنلاین تا روش‌های آموزشی جدید مانند مانیتور‌های هوشمند، تخته‌های هوشمند و یا ابزارهای هوشمند برای آموزش دانش‌آموزان دچار ناتوانایی‌های جسمی، همگی تحت تاثیر این تکنولوژی قرار گرفته‌اند.

مفهوم اینترنت اشیا در مدارس به معنای ارتباط بهتر و آینده تعاملی بیشتر در آموزش می‌باشد. دستگاه‌های اینترنت اشیا به دانش‌آموزان اجازه می‌دهد تا دسترسی بهتری به منابع آموزشی و کانال‌های ارتباطی داشته باشند و به مربیان نیز اجازه می‌دهد تا پیشرفت یادگیری دانش‌آموزان را به صورت بلادرنگ بررسی نمایند.

دوره اینترنت اشیا در آکادمی یاسان

اینترنت اشیا طبق نظر کارشناسان در آینده ای نه چندان دور به بخشی غیر قابل جایگزین در زندگی روزمره ما و همچنین کسب و کارها و مشاغل تبدیل خواهد شد. با مشاهده کاربردهای اینترنت اشیا در حوزه های مختلف به راحتی می‌توان به صحت این موضوع پی برد. از این رو کودکان و نوجوانان باید با مسئله اینترنت اشیا و کاربردهای آن اشنایی کلی داشته باشند تا در آینده با ورود این تکنولوژی به تمامی بخش های زندگی، مشاغل و کسب و کار آنها تحت تاثیر قرار نگیرد و اشیا جایگزین مشاغل آنها نشوند. پس آشنایی کودکان و نوجوانان با این حوزه در اینده به نقطه قوتی برای آنها تبدیل خواهد شد. برای آشنایی بیشتر با دوره IOT در آکادمی یاسان به صفحه دوره اینترنت اشیا مراجعه کنید.