شهر هوشمند در سایه ابر اشیاء

توسط OThdad1 | خرداد ۳۰, ۱۳۹۷ ۸:۱۵ ق.ظ

مروری بر الگوهای مفهومی شهر هوشمند

شهر هوشمند شهری است که به روشی پایدار و هوشمندانه فعالیت دارد، به‌طوری که همه زیرساخت‌ها و خدمات آن در کلیتی منسجم ادغام شده‌اند و از وسیله‌های هوشمند برای پایش و کنترل استفاده می‌کند تا پایداری و کارآمدی شهر را تضمین کند. از این رو، بر اساس این تعریف، مفهوم شهر هوشمند مستلزم تعامل میان همه کارکردهای مختلف اینترنت اشیاء است. می‌توان گفت تعدد فناوری‌های اطلاعات و ارتباطات فرصت‌های تازه‌ای را برای توسعه خدمات نوین و در نتیجه کمک به پایداری بیشتر شهرها فراهم می‌کند. در این مقاله به بررسی بسترهای اینترنت اشیاء و نقش ابر اشیاء در هدفمندی و یکپارچگی هوشمندسازی شهرها پرداخته‌ایم.

شهر هوشمند یکی از نویدبخش‌ترین و برجسته‌ترین کاربردهای اینترنت اشیاء (IoT) محسوب می‌شود و در چند سال گذشته مفهوم آن به‌واسطه پلتفرم‌های متنوع میان‌افزار[۱][1] و زیرساخت‌های مبتنی بر اینترنت اشیاء نقش مهمی در پیشرفت‌ رشته‌های صنعتی و دانشگاهی داشته است. فناوری‌های اطلاعات و ارتباطات (ICT) نیز نقش بارزی در به‌کارگیری راه‌حل‌ها، خدمات و اپلیکیشن‌‌‌های نوآورانه در تحقق شهرهای هوشمند دارد. می‌توان گفت الگوی اینترنت اشیاء نقش کلیدی در طیف وسیعی از کاربردها برای صنایع و عموم مردم ایفا می‌کند. از دیگر دلایل افزایش محبوبیت اینترنت اشیاء رشد فزاینده‌ تعداد تلفن‌های هوشمند، تبلت، لپ‌تاپ و حسگرهای متصل‌شونده به اینترنت است. البته در خیزش کنونی زیرساختارهای ابر اشیاء و انقلاب فناوری اطلاعات، چالش‌هایی وجود دارد که باید آن‌ها را برطرف نمود: امکان ارتباط داخلی[۲][2] بین سیستم‌های مختلف ICT؛ حجم عظیم داده که باید در زمان واقعی با کمک اینترنت اشیاء در سیستم‌های هوشمند به‌کار گرفته شوند؛ پراکندگی گسترده ناشی از معماری‌های متعدد اینترنت اشیاء؛ میان‌افزارهای مرتبط و هماهنگ‌سازی منابع متنوع ابرها.

پلتفرم‌های اینترنت اشیاء

«اینترنت اشیاء همانند اینترنت و حتی شاید بیشتر از آن ظرفیت تغییر دنیا را دارد.» کوین اشتون در سال ۱۹۹۸ با این عبارت برای اولین بار اینترنت اشیاء را معرفی کرد. چندی بعد در سال ۲۰۰۵، اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU)[3][3] به‌طور رسمی اینترنت اشیاء را معرفی کرد که بر اساس آن می‌توانیم در هر زمان و هر مکانی برای هر شخصی ارتباط با هر چیزی را برقرار کنیم. از آن پس، اینترنت اشیاء به یکی از موضوعات داغ صنایع و دانشگاه‌ها تبدیل شده است. تا به حال چندین پروژه‌ اتحادیه اروپا برای تحقق بخشیدن به این مفهوم و به‌کارگیری آن در حوزه‌های مختلف اجرا شده است. دلیل اصلی این اندازه علاقه به مبحث اینترنت اشیاء ظرفیت‌ها و قابلیت‌های فراوان آن است. این مفهوم نویدبخش ارتباط همه اشیاء اطراف ما از راه اینترنت و با کمترین دخالت انسانی است و امکان کاربردهای متنوع در حوزه‌های مختلف را فراهم می‌کند.

الزامات شهر هوشمند

پیش از آنکه بخواهیم الگوهای اینترنت اشیاء و ابر اشیاء را در یکی از مهم‌ترین حوزه‌های کاربرد آن‌ها یعنی شهر هوشمند استفاده کنیم، باید الزامات اصلی شهر هوشمند را از نظر خدمات و راه‌حل‌های مبتنی بر ICT شناسایی نماییم. دو نوع الزام را می‌توانیم تعریف ‌کنیم:

  1. ضرورت خدمات یا اپلیکیشن‌ها از دیدگاه شهروندان
  2. الزامات اجرایی از دیدگاه مقامات شهر و مدیران شبکه‌ها.

از منظر خدمات، وسایل ارتباطی کاربران مجهز به فناوری‌های رادیویی متعدد و چندین حسگر و فعال‌کننده‌‌اند که در سراسر شهر استفاده می‌شوند و امکان شخصی‌سازی خدمات و اپلیکیشن‌های جدید را برای همه شهروندان فراهم می‌کنند. این خدمات از ویژگی‌های خاصی برخوردارند از جمله:

به‌جز شهروندان، امکان بهره‌برداری از ویژگی‌های کلیدی این خدمات جدید برای سایر ذینفعان شهر مانند نهادهای آموزشی، ارائه‌کنندگان خدمات ایمنی عمومی و سلامت، سازمان‌های دولتی و … وجود دارد. از سوی دیگر، مفهوم شهر هوشمند از دیدگاه مدیران و مالکان شبکه‌ها یک زیرساخت شبکه‌ای محسوب می‌شود که باید دارای ویژگی‌های زیر باشد:

اینترنت اشیاء و ابر اشیاء برای شهر هوشمند

شهر هوشمند شهری است که به روشی پایدار و هوشمندانه فعالیت دارد، به طوری که همه زیرساخت‌ها و خدمات آن در کلیتی منسجم یکپارچه شده‌اند و از وسیله‌های ارتباطی هوشمند برای پایش و کنترل استفاده می‌کند تا پایداری و کارآمدی شهر را تضمین کند. بنابراین مفهوم شهر هوشمند نیازمند تعامل بین همه کارکردهای مختلف اینترنت اشیاء است.

ساختار اینترنت اشیاء می‌تواند دارای ۵ لایه باشد:

  1. لایه وسیله ارتباطی: به شناسایی و جمع‌آوری اطلاعات خاص اشیاء با کمک حسگر می‌پردازد.
  2. لایه شبکه: داده‌های جمع‌آوری‌‌شده از لایه اول را به سیستم پردازش اطلاعات ارسال می‌کند.
  3. لایه میان‌افزار: پردازش اطلاعات و محاسبات مستمر را انجام می‌دهد و به طور خودکار (هوشمندانه) به تصمیم‌گیری بر اساس نتایج می‌پردازد.
  4. لایه اپلیکیشنی: به مدیریت جامع اپلیکیشن‌ها بر اساس اطلاعات پردازش‌‌شده از سوی میان‌افزار می‌پردازد.
  5. لایه کسب‌و‌کار: مسئول مدیریت کلی سیستم اینترنت اشیاء است.

در مفهوم شهر هوشمند ابر اشیاء نقش مهمی دارد. در واقع، ابر اشیاء می‌تواند از منابع توزیعی بهتر استفاده کند، آن‌ها را کنار هم می‌گذارد تا خروجی بهتری به‌دست آید و مسائل محاسباتی را در سطح گسترده حل کند و در نتیجه، بسیاری از پلتفرم‌های جداگانه اینترنت اشیاء را در کنار هم یکپارچه و تحقق شهر هوشمند را امکان‌پذیر می‌‌کند. افزون بر این، ابر اشیاء به کاربران این امکان را می‌دهد که خدمات مورد نیازشان را به‌سرعت و بدون نیاز به انتخاب دستی حسگر‌ها دریافت کنند.

فناوری وسایل ارتباطی در خدمت اینترنت اشیاء

اجرای شهر هوشمند یک فرایند چندرشته‌ای است که مستلزم حضور ذینفعان گوناگون از حوزه‌های مختلفی مانند سیاست، سازمان‌دهی و مدیریت شهری، تأمین مالی و فناوری‌های اطلاعات و ارتباطات است. در اینجا به معرفی برخی از وسیله‌های ارتباطی نقش‌آفرین می‌پردازیم:

حسگرها

یکی از اجزاء اساسی همه سیستم‌های کنترل هوشمندند. امروزه به مدد پیشرفت‌های فناوری انواع مختلفی از حسگرها در دسترس است و کاربردهایی را امکان‌پذیر کرده‌اند که پیش از این در تصور هم نمی‌گنجیدند. نقش شبکه حسگرها در اینترنت اشیاء بسیار مهم است. محققان رابطه بین شبکه حسگرها و اینترنت اشیاء را این‌گونه بیان می‌کنند: شبکه حسگرها می‌تواند بدون اینترنت اشیاء وجود داشته باشد اما اینترنت اشیاء نمی‌تواند بدون شبکه حسگرها وجود داشته باشد.

تلفن‌های هوشمند

تعدد فزاینده انواع حسگرها مانند مکان‌یاب‌ها[۴][4]، ژیروسکوپ‌ها[۵][5]، شتاب‌سنج‌ها[۶][6] و قطب‌نماها انواع کاربردهای انبوه‌سپاری[۷][7] را امکان‌پذیر کرده‌اند که به وسیله اینترنت اشیاء می‌توان همه آنها را ارتقا بخشید. به عنوان مثال، وقتی کاربران به طور مداوم موقعیت مکانی خود را در شبکه‌های اجتماعی مانند توییتر و فیسبوک بروزرسانی می‌کنند به کمک این اطلاعات می‌توان داده‌ها را تجمیع کرد و وظایف را بین افراد مختلف در مکان‌های خاص توزیع نمود (۲۰).

دو فناوری جالب در شهرهای هوشمند برای ارتباطات کوتاه برد (short range) عبارتند از شناسایی فرکانس رادیویی (RFID)[8][8] و ارتباطات حوزه نزدیک (NFC)[9][9].

RFID روشی برای شناسایی موارد منحصر به فرد از طریق امواج رادیویی است. سیستم‌های RFID معمولاً متشکل از دو جزء اصلی هستند: reader و tag. reader به وسیله آنتن داده‌های RF را به tag ارسال می‌کند و از آن دریافت می‌نماید. Tag شامل یک میکروچیپ است که داده‌ها را ذخیره می‌کند و یک آنتن و یک حامل که میکروچیپ و آنتن روی آن نصب می‌شوند (۴۷). از RFID می‌توان برای انواع کاربردهای شهر هوشمند استفاده کرد به عنوان مثال: پارکینگ هوشمند (۳۲)، پایش ترافیک (۳۴)، مدیریت کتابخانه (۴۲) و بلیت‌های حمل و نقل و غیره.

NFC یک فناوری ارتباطی وایرلس بدون تماس فیزیکی (contactless) مبتنی بر فناوری اینترنت و RFID است (۵۱). این فناوری از ارتباط در فاصله ۲۰ سانتی‌متری حمایت می‌کند و یکی از فناوری‌های اصلی سناریو شهر هوشمند محسوب می‌شود که تعدادی زیادی از کاربردها مانند کیف پول دیجیتال (۴۴) و کنترل دسترسی ساختمان را در جهت افزایش رفاه زندگی شهروندان امکان‌پذیر می‌نماید.

چالش‌های ابر اشیاء در شهرهای هوشمند

موضوع استفاده از ابر اشیاء در شهرهای هوشمند با چالش‌های گوناگونی از جنبه فنی گرفته تا مشکلات مربوط به حریم شخصی روبه‌روست:

داده‌های عظیم: داده‌های کلان اینترنت اشیاء رشد سریعی دارند به‌طوری که خیلی زود به داده‌های بزرگ تبدیل می‌شوند. دو مسئله مهم درباره داده‌های عظیم وجود دارد؛ یکی چالش‌های مهندسی در اجرای مدیریت داده مانند جست‌وجو و ذخیره کارآمد و دیگری چالش‌های معنایی در استخراج معنای اطلاعات از انبوه داده‌ها.

حریم شخصی و امنیت: مسائل امنیت و حریم شخصی همواره در ادبیات محاسبات مد نظر بوده است و لوایح حقوقی بسیاری برای حمایت از حقوق کاربران تصویب شده است. قطعاً مهم‌ترین مسأله در حوزه ابر اشیاء تعریف مکانیسم‌های صدور یا رد مجوز برای انتشار داده‌ها است. مسائل دیگر مربوط به جرائم سایبری است. در واقع سیستم ابر اشیاء کاملاً در معرض تروریسم سایبری یا خرابکاری سایبری است.

منبع: مجله  Transactions on Emerging Telecommunications Technologies

[۱][10] middleware

[۲][11] interconnection

[۳][12] International Telecommunication Union

[۴][13] GPS

[۵][14] Gyroscopes

[۶][15] Accelerometer

[۷][16] Crowdsourcing

[۸][17] Radio frequency identification

[۹][18] Near field communication

Endnotes:
  1. [۱]: #_ftn1
  2. [۲]: #_ftn2
  3. [3]: #_ftn3
  4. [۴]: #_ftn4
  5. [۵]: #_ftn5
  6. [۶]: #_ftn6
  7. [۷]: #_ftn7
  8. [8]: #_ftn8
  9. [9]: #_ftn9
  10. [۱]: #_ftnref1
  11. [۲]: #_ftnref2
  12. [۳]: #_ftnref3
  13. [۴]: #_ftnref4
  14. [۵]: #_ftnref5
  15. [۶]: #_ftnref6
  16. [۷]: #_ftnref7
  17. [۸]: #_ftnref8
  18. [۹]: #_ftnref9

Source URL: http://bacpress.com/%d8%b4%d9%87%d8%b1-%d9%87%d9%88%d8%b4%d9%85%d9%86%d8%af-%d8%af%d8%b1-%d8%b3%d8%a7%db%8c%d9%87-%d8%a7%d8%a8%d8%b1-%d8%a7%d8%b4%db%8c%d8%a7%d8%a1/