نرم افزار اینترنت اشیا (IoT).

شکل 1: اینترنت اشیا (IoT) به شبکه رو به رشد اشیاء فیزیکی تعبیه شده با حسگرها و متصل به اینترنت اشاره دارد. 

اینترنت اشیا (IoT) به شبکه رو به رشد اشیاء فیزیکی تعبیه شده با حسگرها و متصل به اینترنت، پراکنده در سراسر جهان اشاره دارد. این دستگاه‌ها و نرم‌افزاری که آنها را کار می‌کند، امکان جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل حجم زیادی از داده‌ها را برای اهداف مختلف فراهم می‌کند. دستگاه های متصل از اشیاء معمولی خانگی تا ابزار پیچیده صنعتی را شامل می شود. داده‌های جمع‌آوری‌شده و برنامه‌هایی که در آن دستگاه‌های IoT استفاده می‌شوند، از معمولی تا حیاتی متفاوت هستند.

نمایش تمام تولیدکنندگان نرم افزار اینترنت اشیا (IoT).

تئوری عملیات

نرم افزار اینترنت اشیا برای اتصال دستگاه هایی کار می کند که داده ها را در زمان واقعی جمع آوری، مبادله و تجزیه و تحلیل می کنند. این اشتراک‌گذاری بی‌درنگ داده‌ها به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد وظایف را خودکار کرده و تصمیم‌گیری را به سرعت بهبود بخشند. نرم افزار اینترنت اشیا را می توان به چند عملکرد کلیدی تقسیم کرد:

جمع آوری داده ها

دستگاه های اینترنت اشیا با حسگرهایی تعبیه شده اند تا داده ها را از محیط خود جمع آوری کنند. دما، کیفیت هوا، رطوبت، فشار، ولتاژ، ضربان قلب و نور تنها چند گزینه از پارامترهایی هستند که دستگاه های اینترنت اشیا می توانند اندازه گیری کنند. این داده ها باید جمع آوری و در دستگاه ذخیره شود تا زمانی که قابل انتقال باشد. برخی از دستگاه‌ها همچنین داده‌هایی را که قبل از انتقال جمع‌آوری می‌شوند، اغلب برای حذف نویز یا کمک به سرعت بخشیدن به تجزیه و تحلیل بعدی، تمیز یا اصلاح می‌کنند.

انتقال داده

پس از آماده شدن داده ها برای انتقال، دستگاه های IoT باید به یک ابر یا یک پایگاه داده مرکزی برای ارسال داده ها متصل شوند. این معمولاً از طریق پروتکل های بی سیم مانند Wi-Fi، بلوتوث یا شبکه های سلولی انجام می شود. برخی از دستگاه ها داده ها را به طور مداوم انتقال می دهند در حالی که برخی دیگر فقط داده ها را در زمان های از پیش تعیین شده یا پس از وقوع یک رویداد خاص انتقال می دهند.

ذخیره سازی داده ها

با میلیاردها دستگاهی که داده‌ها را جمع‌آوری می‌کنند، ذخیره همه داده‌های جمع‌آوری‌شده به طور کارآمد بسیار مهم است. در حالی که ممکن است برخی از داده ها توسط خود دستگاه پیش پردازش شوند، بیشتر داده ها برای پردازش بعدی در یک پایگاه داده ابری ذخیره می شوند. هنگامی که در فضای ابری قرار می گیرند، داده ها ممکن است برای تعیین اقدامات بعدی تجزیه و تحلیل و پردازش شوند.

تجزیه و تحلیل داده ها

همه این داده‌های جمع‌آوری‌شده تنها در صورتی مفید هستند که بتوان از آنها برای شناسایی روندها یا تعیین اقدامات استفاده کرد. برنامه های کاربردی نرم افزار اینترنت اشیا از الگوریتم هایی برای تجزیه و تحلیل داده های جمع آوری شده از دستگاه های اینترنت اشیا استفاده می کنند تا آن داده ها را به اقدامات تبدیل کنند. نرم‌افزار اینترنت اشیا می‌تواند در محیط‌های فیزیکی که دستگاه‌ها در آن نصب شده‌اند، تصمیم‌گیری کند و اقداماتی را انجام دهد. این اقدامات می تواند هر چیزی باشد، از تغییر سرعت موتور، اطلاع رسانی به خدمات اضطراری، تغییر زمان بندی چراغ های راهنمایی، یا تنظیم نقاط تنظیم دما.

شکل 2: برخی از دستگاه ها داده ها را به طور مداوم منتقل می کنند در حالی که برخی دیگر فقط داده ها را در زمان های از پیش تعیین شده یا پس از وقوع یک رویداد خاص انتقال می دهند. 

مشخصات

مشخصات نرم افزار اینترنت اشیا به دلیل تنوع گسترده ای از دستگاه ها و برنامه های کاربردی که برای آن دستگاه های اینترنت اشیا وجود دارد، مهم هستند. در اینجا برخی از مشخصات رایجی که برای نرم افزار اینترنت اشیا اعمال می شود آورده شده است:

قابلیت همکاری

مسلماً مهمترین مشخصات، مهم است که بدانیم نرم افزار اینترنت اشیا چگونه با دستگاه ها و پلتفرم های مختلف موجود در اینترنت اشیا کار می کند. پروتکل های ارتباطی و قالب داده ها برای درک بسیار مهم هستند.

امنیت

دستگاه های IoT در معرض خطر حملات سایبری هستند. نرم افزار اینترنت اشیا باید مکانیزم های امنیتی قوی برای محافظت از داده ها و دستگاه ها در برابر حملات سایبری داشته باشد. رمزگذاری، احراز هویت و کنترل دسترسی بسیار مهم هستند، به خصوص زمانی که دستگاه های اینترنت اشیا قادر به تعامل با دنیای فیزیکی هستند.

مقیاس پذیری

دستگاه های اینترنت اشیا داده های زیادی تولید می کنند و دستگاه ها به سرعت در حال تکثیر هستند. نرم افزار اینترنت اشیا باید بتواند تعداد زیادی دستگاه و جریان داده را مدیریت کند. با توجه به استقرار سریع دستگاه‌ها، نرم‌افزار اینترنت اشیا باید بتواند در صورت نیاز، مقیاس را افزایش یا کاهش دهد.

قابلیت اطمینان و تاخیر کم

کیفیت داده برای عملی کردن داده های اینترنت اشیا بسیار مهم است. نرم افزار اینترنت اشیا باید قابل اعتماد و 24 ساعته در دسترس باشد، با تایم بالا و حداقل خرابی. نرم افزار اینترنت اشیا باید بتواند داده ها را به سرعت و کارآمد، با تاخیر کم و حداقل تاخیر پردازش کند.

تجزیه و تحلیل داده ها

بیرون کشیدن بینش از داده ها چیزی است که باعث ایجاد ارزش از دستگاه های IoT می شود. نرم افزار اینترنت اشیا باید بتواند داده ها را در زمان واقعی تجزیه و تحلیل کند، الگوها را شناسایی کند و پیش بینی کند، به ویژه با یادگیری ماشین یا سایر الگوریتم های پیشرفته.

بهره وری انرژی

برای دستگاه های اینترنت اشیا با باتری، درک بهره وری انرژی نرم افزار اینترنت اشیا مهم است. نرم افزار اینترنت اشیا باید به گونه ای طراحی شود که مصرف انرژی را به حداقل برساند تا عمر باتری دستگاه را در میدان افزایش دهد.

انواع

نرم افزار اینترنت اشیا بسته به کاربرد و نتیجه مورد نظر، برای اهداف مختلف وجود دارد. در اینجا چند نوع رایج نرم افزار اینترنت اشیا آورده شده است:

مدیریت دستگاه

این نرم افزار برای مدیریت و نظارت بر دستگاه های اینترنت اشیا از جمله به روز رسانی نرم افزار، کنترل از راه دور دستگاه و مدیریت امنیت استفاده می شود. به‌روزرسانی‌های Over the Air (OTA) ممکن است از طریق یک نوع مدیریت دستگاه از نرم‌افزار اینترنت اشیا کنترل شوند.

تجزیه و تحلیل داده ها

پس از جمع آوری و ذخیره، برخی از بسته های نرم افزاری فقط برای ارائه تجزیه و تحلیل وجود دارند. این نرم افزار الگوها و روندها را به منظور پیش بینی یا به دست آوردن بینش شناسایی می کند.

پلتفرم ابری

این نرم افزار یک زیرساخت مبتنی بر ابر برای ذخیره و پردازش داده ها از دستگاه های IoT فراهم می کند. پلتفرم های ابری همچنین می توانند ابزارهایی برای تجزیه و تحلیل داده ها و یادگیری ماشینی ارائه دهند.

ترجمه پروتکل

ترجمه داده ها از یک پروتکل به پروتکل دیگر برای قابلیت همکاری و ذخیره سازی کارآمد داده مهم است. نرم افزار ترجمه پروتکل به کارآمدتر کردن این فرآیندها کمک می کند.

ویژگی ها

ویژگی‌های نرم‌افزار اینترنت اشیا اغلب به کاربرد نهایی که در آن دستگاه‌ها استفاده می‌شوند بستگی دارد. دو دسته وسیع از ویژگی ها در مدیریت دستگاه و تجزیه و تحلیل داده ها قرار می گیرند.

مدیریت دستگاه

متمرکز کردن مدیریت دستگاه های اینترنت اشیا، راه اندازی و راه اندازی آنها را بسیار ساده تر می کند. درک ویژگی‌های نرم‌افزار اینترنت اشیا مانند گزارش‌دهی هم‌زمان و اتصال ابری مهم است. توانایی به‌روزرسانی آسان دستگاه‌ها و افزایش و کاهش استقرار دستگاه‌ها به مقاوم‌سازی سیستم در آینده کمک می‌کند.

تجزیه و تحلیل داده ها

از آنجایی که در اینجا ارزش از داده ها استخراج می شود، درک توانایی ها و محدودیت های تجزیه و تحلیل داده ها برای نرم افزار اینترنت اشیا بسیار مهم است. درک اینکه آیا تجزیه و تحلیل در زمان واقعی انجام می شود یا نه، می تواند برای یک برنامه کاربردی بسیار مهم باشد. برنامه های کاربردی دیگر مانند تعمیر و نگهداری پیش بینی ممکن است به چنین پاسخ سریعی نیاز نداشته باشند.

محاسبات لبه به خود دستگاه اینترنت اشیا اجازه می‌دهد تا داده‌ها را پردازش کند و بدون اینکه داده‌ها ابتدا به ابر برگردند، تصمیم‌گیری کند. این نوع دستگاه‌ها قوی‌تر هستند و می‌توانند تصمیم‌گیری کنند و روندها را خیلی سریع‌تر پیش‌بینی کنند، زیرا محاسبات به‌جای اینکه در فضای ابری انجام شود، به‌صورت فیزیکی در دستگاه اینترنت اشیا انجام می‌شود.

شکل 3: محاسبات لبه به خود دستگاه اینترنت اشیا اجازه می دهد تا داده ها را پردازش کند و تصمیم بگیرد بدون اینکه داده ها ابتدا به ابر برگردند. 

برنامه های کاربردی

نرم افزار اینترنت اشیا کاربردهای متعددی در صنایع مختلف دارد. برخی از کاربردهای رایج نرم افزار اینترنت اشیا عبارتند از:

• خانه های هوشمند

• شهرهای هوشمند

• مراقبت های بهداشتی

• اتوماسیون صنعتی

• خرده فروشی

• کشاورزی

چه نظارت بر ترموستات‌ها، چراغ‌ها یا الگوهای ترافیک شهری، دستگاه‌های IoT به سرعت در حال استفاده هستند. خانه‌های هوشمند و شهرها در حال استقرار سریع در دستگاه‌های IoT برای بهبود همه چیز از مصرف انرژی گرفته تا سلامت انسان هستند. کارخانه‌ها همچنین می‌توانند از دستگاه‌های IoT استفاده کنند تا فرآیندهای خود را ایمن‌تر و کارآمدتر کنند و همچنین خرابی تجهیزات را قبل از وقوع پیش‌بینی کنند.

تنظیمات مراقبت های بهداشتی حجم زیادی از داده ها را تولید می کنند و خطاها می توانند ویرانگر باشند. دستگاه های اینترنت اشیا با ردیابی داروها و علائم حیاتی بیمار برای بهبود نتایج بیمار به تجزیه و تحلیل این داده ها کمک می کنند. به طور مشابه در کشاورزی، نرم افزار اینترنت اشیا می تواند رطوبت خاک، دما و سایر عوامل را برای بهینه سازی عملکرد محصول و کاهش مصرف آب بررسی کند.

با افزایش سریع تعداد دستگاه های اینترنت اشیا، کاربردهای بالقوه ای که می توان از آنها استفاده کرد نیز در حال افزایش است. به طور کلی، نرم افزار اینترنت اشیا دارای طیف گسترده ای از کاربردها در صنایع مختلف است که باعث بهبود کارایی، کاهش هزینه ها و ارائه تجربیات بهتر برای کاربران می شود.

استانداردها

استانداردهای مختلفی برای نرم افزار اینترنت اشیا اعمال می شود. این استانداردها به بهبود امنیت و قابلیت همکاری کمک می کند تا استقرار دستگاه اینترنت اشیا را کارآمدتر و ایمن تر کند.

دستگاه های اینترنت اشیا از پروتکل های ارتباطی مختلفی برای تبادل داده ها از جمله MQTT، CoAP و HTTP استفاده می کنند. دستگاه های اینترنت اشیا نیز از انواع فرمت های مختلف برای داده ها از جمله JSON، XML و CSV استفاده می کنند.

دستگاه های اینترنت اشیا در برابر حملات سایبری آسیب پذیر هستند و بنابراین، نرم افزار اینترنت اشیا باید با استانداردهای امنیتی مانند ISO/IEC 27001 و چارچوب امنیت سایبری NIST مطابقت داشته باشد.

برای قابلیت همکاری، دستگاه‌های IoT از فروشندگان مختلف می‌آیند و ممکن است از پروتکل‌های ارتباطی و فرمت‌های داده متفاوتی استفاده کنند. استانداردهای قابلیت همکاری مانند بنیاد اتصال باز (OCF) و کنسرسیوم اینترنت صنعتی (IIC) چارچوب مشترکی را برای دستگاه های اینترنت اشیا برای برقراری ارتباط با یکدیگر فراهم می کنند. استانداردهایی مانند Matter همچنین قول می دهند که به قابلیت همکاری بین دستگاه های IoT کمک کنند

دستگاه های اینترنت اشیا معمولاً از محاسبات ابری برای ذخیره و پردازش داده ها استفاده می کنند. استانداردهای رایانش ابری مانند رابط رایانش ابری باز (OCCI) و رابط مدیریت داده ابری (CDMI) تضمین می‌کنند که داده‌ها می‌توانند به راحتی بین پلتفرم‌های ابری مختلف منتقل شوند.

بهره وری انرژی و حفظ حریم خصوصی داده ها نیز زمینه های نگرانی برای دستگاه های IoT است. دستگاه‌های اینترنت اشیا اغلب با باتری کار می‌کنند و بنابراین، استانداردهای بهره‌وری انرژی مانند IEEE 802.11ah و LoRaWAN برای بهینه‌سازی مصرف انرژی استفاده می‌شوند. از آنجایی که دستگاه‌های اینترنت اشیا داده‌های حساس را جمع‌آوری و انتقال می‌دهند، و بنابراین، استانداردهای حفظ حریم خصوصی داده‌ها مانند مقررات عمومی حفاظت از داده‌ها (GDPR) و قانون حفظ حریم خصوصی مصرف‌کننده کالیفرنیا (CCPA) تضمین می‌کنند که داده‌های کاربر محافظت می‌شوند.

منبع

globalspec