عنوان مدل مرجع اینترنت اشیاء (1)
نوع منبع مقاله
گروه اینترنت اشیاء
تاریخ انتشار ۱۴ / ۰۳ / ۱۳۹۵
خلاصه اینترنت اشیاء یک جنبش صنعتی جهانی است که با گردهم آوردن افراد ، فرآیندها ، داده و اشیاء ، نوع جدیدی از ارتباطات شبکه ای را ایجاد می کند که نسبت به گذشته مرتبط تر و از درجه ارزش به مراتب بیشتری برخوردار هستند . امروزه بیش از 99 درصد از اشیاء موجود در جهان متصل نیستند .برآورد شده است که تا سال 2020 ، بیش از 37 میلیارد شی جدید به اینترنت ملحق شوند . در آینده نزدیک ، رشد و همگرایی اطلاعات ، افراد و اشیاء بر روی اینترنت فرصت های بی سابقه ای را برای کشورها ، صنایع و اشخاص حقیقی فراهم نماید . تاکنون مطالب و بحث های متعددی در ارتباط با اینترنت اشیاء بیان شده است . در این مطلب ، ضمن اشاره به ضرورت وجود یک مدل مرجع برای اینترنت اشیاء ، به تشریح کلیات مدل مرجع اینترنت اشیاء معرفی شده توسط شرکت های سیسکو ، آی . بی . ام و اینتل در سال 2014 خواهیم پرداخت .

 در گذشته ای نه چندان دور افراد ، فرآیندها ، داده و اشیاء بطور مستقل از هم کار می کردند . امروزه  به کمک فناوری اینترنت اشیاء (IoT) و یا اینترنت همه چیز (IoE) و فراهم شدن اتصالات ماشین به ماشین (M2M) ، فرد با ماشین (P2M) و فرد به فرد (P2P)  ، امکان تعامل آنها با یکدیگر بیش از گذشته و در یک مجموعه کاملا هدفمند و سیستماتیک فراهم شده است . با استخراج اطلاعات از این اتصالات شبکه ای شده ، قابلیت های جدید ، تجارب بیشتر و فرصت های اقتصادی بیشماری ایجاد می گردد .  امروزه بسیاری از شرکت های بزرگ و پیشگام در حوزه فناوری با ارایه معماری ها ، راه حل ها ، فناوری ها و خدمات مشاوره ای امکان بهره برداری و خلق ارزش از IoT را در اختیار سازمان های علاقه مند قرار می دهند . شکل 1 ، تعامل چهار عنصر کلیدی افراد ، فرآیندها ، اشیاء و داده را در کلان بحث اینترنت همه چیز و یا اینترنت اشیاء نشان می دهد .

 تعامل چهار عنصر کلیدی افراد ، فرآیندها ، اشیاء و داده در اینترنت همه چیز
شکل 1 : تعامل چهار عنصر کلیدی افراد ، فرآیندها ، اشیاء و داده در اینترنت همه چیز
اینترنت اشیاء ، همه جا
اینترنت شیاء در حال افزایش اتصالات بین افراد ، اشیاء و داده تولید شده به میزان غیرقابل تصوری است . با رشد بی سابقه استفاده از دستگاه های مختلف و همچنین برنامه های کاربردی جدید به همراه قدرت دستیابی به اینترنت ، امکان تعاملات هوشمند بین اشیاء در ابعاد بسیار گسترده ای فراهم شده است .هم اینک، تعداد دستگاه ها به مراتب بیش تر از انسان ها است( نسبت  5 / 1  به   1 ) .
تاثیر اینترنت اشیاء بر روی کسب و کار باعث تحریک شدید بازار در صنایع مختلف می گردد . ایجاد یک زیرساخت تطبیق پذیر ، قابل توسعه و ایمن که بتواند علاوه بر سرعت مناسب توان پاسخگویی به خواسته های محاسباتی ، برنامه ها و مدیریت داده را  دارا باشد ، یکی از مهمترین نیازهای سازمان هایی است که به دنبال بهره برداری از فرصت های ایجاد شده در حوزه اینترنت اشیاء می باشند . به عنوان نمونه ، اینترنت اشیاء دارای پتانسیل لازم جهت خلق فرصت های بیشماری برای ارایه دهندگان تجهیزات شبکه ای و برنامه ها است .
در طی سالیان گذشته ، اتفاقات متعددی باعث شکل گیری یک بازار نوظهور وسیع در حوزه اینترنت اشیاء شده است:
  • رشد سریع داده و قابلیت های تحلیلی با توجه به جایگاه برجسته محاسبات رایانش ابری
  •  رشد سریع دستگاه های موبایل هوشمند
  •  رشد ارتباطات در هم تنیده بین صنایع ، واحدهای عملیاتی و دستگاه های هوشمند موبایل
  • همگرایی صنایع و شبکه های سازمانی که امکان بکارگیری سرویس های مختلفی نظیر  نظارت تصویری ، اندازه گیری هوشمند ، ردیابی دارایی ها ، مدیریت ناوگان ، مانیتورینگ سلامتی دیجیتال و ... را فراهم آورده است .
ایجاد زیرساخت دیجیتالی با سرعتی معادل پنج برابر تلفن و یا برق در حال شکل گیری است . پیش بینی شده است که تا سال 2020 ، تعداد دستگاه های هوشمند از مرز 50 میلیارد عبور کند . در حال حاضر ، نزدیک به 46 میلیون دستگاه اندازه گیری هوشمند در امریکا فعالیت می کنند که   1 / 1 میلیارد نقطه داده را تولید می کنند ( نیم ترابایت روزانه ) . به زودی شاهد سبقت گرفتن تعداد اتصالات شبکه و میزان ترافیک تولید شده توسط اینترنت اشیاء نسبت به وضعیت امروز خواهیم بود . مثلا ، در یک پرواز 30 دقیقه ای  ، یک هواپیمای مسافربری چیزی حدود 10 ترابایت داده را تولید خواهد کرد . با توجه به انجام بیش از 25 هزار پرواز در طی روز ، روزانه چندین پتابایت داده  و صرفا توسط هواپیماهای مسافربری تولید خواهد شد .
تغییر میزان و نوع ترافیک اینترنت ، یکی از مهم ترین ویژگی های اینترنت در آینده ای نه چندان دور خواهد بود :
  • تعداد دستگاه های بیشتری به اینترنت متصل خواهند شد . مهم ترین ویژگی این دستگاه ها ، استقلال آنها و نیاز به تعاملات انسانی کمتر است .
  • دستگاه های هوشمند عموما دارای قدرت پردازشی محدودی می باشند . همین موضوع باعث می شود که میزان تعاملات این نوع دستگاه ها با شبکه به مراتب بیش تر از وضعیت فعلی باشد .
  • حجم  داده تولید شده در جهان
ضرورت یک مدل مرجع جدید
 شبکه ، محاسبات ، برنامه ها و معماری های مدیریت داده که آماده اینترنت اشیاء هستند نیازمند یک مدل ارتباطی و پردازشی متفاوت می باشند . امروزه ، استانداردی برای شناخت و یا تشریح این مدل ها برای اینترنت اشیاء وجود ندارد .مثلا محدوده عملکرد و شیوه ارتباط بین دستگاه های اینترنت اشیاء و سیستم ها و دستگاه های غیراینترنت اشیاء دقیقا مشخص نیست . حقیقت این است ، نه هر شبکه ای ، یک شبکه اینترنت اشیاء است و نه لازم است که باشد . همچنین ، لازم نیست که هر برنامه ای یک برنامه اینترنت اشیاء  باشد . در حالت کلی ، زمانی که داده تحت کنترل ماشین و یا تجیهزات تولید می شود و در طول شبکه ارسال می گردد احتمالا با یک سیستم اینترنت اشیاء مواجه هستیم .البته ممکن است استثنائاتی در این رابطه نیز وجود داشته باشد .
هدف از ایجاد یک مدل مرجع ، ارایه تعاریف شفاف و توضیحاتی است که بتوان آنها را در رابطه با عناصر ، برنامه ها و سیستم های اینترنت اشیاء به کار گرفت . این چنین مدل مرجعی می بایست دارای مجموعه ای از ویژگی های منحصربفرد باشد تا موفقیت آن را در عمل تضمین نماید : 
  • ساده : باید بتوان سیستم های پیچیده را به بخش های متعدد و کوچک تری تقسیم کرد تا با شناخت بیشتری آنها را مطالعه و بررسی کرد .
  • روشن : با ارایه اطلاعات مناسب و تکمیلی ،  امکان شناسایی سطوح مختلف اینترنت اشیاء را فراهم نماید و یک واژگان مشترک را ایجاد نماید .
  • شناسایی : امکان شناسایی نیاز به نوع خاصی از پردازش بهینه شده در طول بخش های مختلف سیستم را فراهم نماید.
  • استاندارد :امکان ایجاد و تعامل محصولات اینترنت اشیاء توسط تولید کنندگان متعدد را فراهم نماید.
  • سازماندهی : امکان برخورد واقعی در مقابل برخورد صرف مفهومی با اینترنت اشیاء را فراهم می نماید .
مدل مرجع اینترنت اشیاء
یکی از چالش های مهم بکارگیری اینترنت اشیاء ، فقدان وجود یک مدل مرجع است که خوشبختانه در اکتبر سال 2014  در کنفرانس انجمن جهانی اینترنت اشیاء  ، سیسکو با همکاری شرکت هایی نظیر IBM و Intel مدل مرجع اینترنت اشیاء را همانگونه که در شکل 2 نشان داده شده است ، معرفی کرد . در مدل فوق ، ایده جمع آوری ، مدیریت و تحلیل داده به بخش های کوچک تر متعددی تقسیم شده است . در این مدل مرجع ،  فناوری های مختلف ، اجزاء سخت افزاری و نرم افزاری مربوطه ، نحوه ارتباط با یکدیگر ، محدوده های هر لایه به همراه اینترفیس های لایه های مختلف شناسایی تا امکان کار با محصولات چندین تولید کننده و تعامل بین لایه های مختلف به سادگی فراهم گردد . با مطالعه این مدل ، اولین چیزی که به ذهن خطور پیدا می کند شباهت ایده و نگرش چندلایه ای آن با مدل معروف OSI است .
 
  مدل مرجع اینترنت اشیاء
شکل 2 : مدل مرجع اینترنت اشیاء ( منبع سیسکو )  

در پایین ترین لایه ( لایه edge ) ، ارتباط بین اشیاء تشریح می گردد . اشیاء به هر نوع دستگاه عملیاتی و یا عنصر اطلاق می گردد . یک سنسور دما و یا فشار در یک کارخانه ، یک دوربین امنیتی در یک فروشگاه خرده فروشی ، یک دستگاه نظارت بر فعالیت های پوشیدنی ، یک تلفن موبایل و یا هر نوع دستگاهی که از آن توسط یک فرآیند داخلی و یا یک مشتری و یا کانال شرکای تجاری به منظور هدایت کسب و کار و یا تعامل با دیگران استفاده می شود ، نمونه هایی در این زمینه می باشند .
لایه بعدی ، امکان اتصال بین تمامی این سنسورها و یا دستگاه های edge را با استفاده از یک gateway و یا یک لایه اتصال فراهم می نماید تا دستگاه های محلی را به یکدیگر متصل نماید .
در لایه بعد ، مفهوم edge-computing معرفی شده است. در این لایه ، کاربران داده بخصوصی را از دستگاه های edge و بر اساس مجموعه ای از قواعد به دست می آورند . این لایه دارای توانمندی لازم جهت هدایت تحلیل های محلی و تولید نتایج است که می تواند منجر به واکنش های محلی و بدون نیاز به ارسال داده به یک لایه بالاتر برای تحلیل آتی، گردد . این لایه را نمی توان به منزله یک لایه تحلیل در نظر گرفت . در واقع لایه فوق ،  یک لایه واکنش محلی است که امکان واکنش سریع و بلادرنگ را بر اساس داده در حال حرکت ( data in motion ) فراهم می نماید . در صورتی که فرآیندی به یک حد آستانه خاص که برای آن تعریف شده است نزدیک گردد، این لایه یک هشدار اولیه را و قبل از این که داده در لایه بالاتر پردازش گردد ( لایه های تحلیلی ) ، ارایه می نماید. در بازه زمانی فوق  ، این لایه اقدام به ارسال یک واکنش مناسب به سمت لایه های پایین به منظور ضبط داده اضافی جهت بهبود نمونه ها و یا تشخیص روندها با درجه بالایی از صحت و دقت خواهد کرد .

  Data-in-motion and data-at-rest
شکل 3 : Data-in-motion and data-at-rest ( منبع سیسکو )  
 
لایه های بالایی  با مدیریت داده عملیاتی ، پردازش و توزیع آن برای تحلیل  به نهادهای تجزیه و تحلیل جهت استخراج بینش سرو کار دارند. در اینترنت اشیاء ، جریان داده در دو جهت است . در یک الگوی کنترلی ، جریان اطلاعات کنترلی از بالا به پایین (سطح 7 ) به سمت پایین ( سطح یک )  است و در یک الگوی مانیتورینگ ، جریان اطلاعات در اکثر سیستم ها بر عکس است و جهت جریان دو طرفه خواهد بود .

خلاصه
با توجه به رشد فراگیر و فزاینده اینترنت اشیاء ، نیاز به یک مدل مرجع بیش از همیشه احساس می شود . در پاسخ به این نیاز ، شرکت های پیشگام در حوزه فناوری بیکار ننشسته و تاکنون تلاش های متعددی را در این راه انجام داده اند . ارایه مدل مرجع اینترنت اشیاء در کنفرانس انجمن جهانی اینترنت اشیاء  ، توسط سیسکو و شرکت های دیگری نظیر IBM و Intel یکی از تلاش های موفقیت آمیز اخیر است . در یک سیستم IoT، داده توسط دستگاه های مختلفی تولید  و با روش مختلفی پردازش و به مکان های مختلفی ارسال می گردد تا با توجه به نوع و ماهیت برنامه بر روی آنها کار شود . مدل مرجع اینترنت اشیاء پیشنهادی ، از چندین سطح مختلف تشکیل شده است . هر سطح دارای واژگان اختصاصی مختص به خود که به نوعی استاندارد لازم جهت تعامل با سایر سطوح را در مدل مرجع مشخص می نماید . در این بخش ضمن اشاره به ضرورت وجود یک مدل مرجع برای اینترنت اشیاء با کلیات مدل مرجع ارایه شده توسط سیسکو آشنا شدیم . در بخش های  بعدی با تمرکز بر روی هر لایه با ماموریت آن و همچنین شیوه تعامل با لایه های قبلی و بعدی آشنا خواهیم شد . 
 
منابع  :

Bil Dry and Hazim Dahir. People, Processes, Services, and Things:Using Services Innovation to Enable the Internet of Everything. Business Expert Press, LLC, 2015
www.cisco.com
www.iotwf.com