اینترنت اشیاء (IoT): اتصال همه چیز، حرکت به سوی آینده ای هوشمند

مقدمه

اینترنت اشیاء (IoT) سیستمی است که از طریق اینترنت، دستگاه‌های هوشمند متنوعی مانند دستگاه‌ها، سنسورها و کنترل‌کننده‌ها را به یکدیگر متصل می‌کند تا امکان تبادل داده‌ها و پردازش هوشمندانه فراهم شود. با دستاوردهای اخیر در فناوری 5G و پیشرفت‌های مداوم در زمینه سنسورها و فناوری‌های تحلیل داده، اینترنت اشیاء در حال رقم زدن تحول دیجیتال در تمامی صنایع است. اینترنت اشیاء تنها به زندگی شخصی افراد دگرگونی نمی‌دهد و کاربردهای نوآورانه‌ای مانند خانه‌های هوشمند و حمل‌ونقل هوشمند را ترویج نمی‌دهد، بلکه راه‌حل‌های بی‌سابقه و فرصت‌های رشدی را نیز در صنایعی مانند صنعت، کشاورزی، مراقبت‌های بهداشتی و انرژی فراهم می‌کند.

شرایط فنی

توسعه سریع اینترنت اشیاء نیاز به الزامات فناوری بیشتری دارد، به‌ویژه در زمینه‌های کلیدی زیر:

ارسال داده با سرعت بالا: با افزایش تعداد دستگاه‌های و کاربردهای IoT، پهنای باند بیشتری و تاخیر کمتری برای پشتیبانی از انتقال مقیاس‌گسترده داده‌ها مورد نیاز است. شبکه‌های 5G و آینده‌ای 6G پشتیبانی قوی‌تری از شبکه را برای اینترنت اشیاء فراهم خواهند کرد.

داده‌های بزرگ و محاسبات ابری: دستگاه‌های اینترنت اشیا مقدار زیادی داده تولید می‌کنند که باید از طریق فناوری‌های تحلیل داده‌های بزرگ و محاسبات ابری ذخیره، پردازش و تحلیل شوند تا بتوان بینش‌های ارزشمندی به دست آورد و تصمیمات هوشمندانه‌ای گرفت.

طراحی کم‌مصرف: با توجه به تعداد زیاد دستگاه‌های اینترنت اشیا، به ویژه عملکرد بلندمدت سنسورها و دستگاه‌های انتهایی، طراحی کم‌مصرف امری حیاتی است. فناوری‌هایی مانند LPWAN (شبکه گسترده کم‌مصرف) و محاسبات لبه‌ای به تدریج در حال حل این مشکل هستند.

امنیت و حفاظت از حریم خصوصی: با اتصال دستگاه‌ها و سیستم‌ها به یکدیگر، امنیت دستگاه‌های اینترنت اشیا و حفاظت از حریم خصوصی کاربران بسیار مهم شده است. رمزنگاری، احراز هویت، و اقدامات حفاظتی داده‌ها به طور گسترده برای جلوگیری از حملات سایبری و نشت اطلاعات استفاده می‌شوند.

همگرایی و استانداردسازی: دستگاه‌های اینترنت اشیا از تولیدکنندگان مختلفی می‌آیند و از فناوری‌ها و پروتکل‌های متفاوتی استفاده می‌کنند. بنابراین، نیاز است تا استانداردسازی و سازگاری پروتکل‌ها مورد توجه قرار گیرد تا اتصال و تعامل بدون وقفه بین دستگاه‌ها تضمین شود.

حوزه‌های کاربرد

کاربردهای اینترنت اشیا به مراحل متعددی نفوذ کرده‌اند و فرآیند هوشمندسازی جهانی را تسریع می‌کنند:

خانه هوشمند: با اتصال دستگاه‌های خانگی مختلف (مانند چراغ‌ها، کولرهای هوا و تلویزیون‌ها) به حسگرها، سیستم‌های خانه هوشمند کنترل هوشمند را فراهم می‌کنند و راحتی خانه و بهره‌وری انرژی را افزایش می‌دهند.

حمل و نقل هوشمند: کاربردهای اینترنت اشیا در سیستم‌های حمل و نقل هوشمند شامل مدیریت ترافیک، پارکینگ هوشمند، ردیابی خودروها و کنترل چراغ‌های راهنمایی است که می‌تواند جریان ترافیک را بهبود بخشد، تصادفات را کاهش دهد و مسیرهای ترافیکی را بهینه کند.

اینترنت صنعتی اشیا (IIoT): IIoT امکان اتصال تجهیزات صنعتی، خطوط تولید، سنسورها و ماشین‌آلات را فراهم می‌کند و تولید هوشمند، نظارت بر تجهیزات و نگهداری پیش‌بینی‌کننده را امکان‌پذیر می‌کند و به دیجیتالی‌کردن صنعت کمک می‌کند.

کشاورزی هوشمند: کاربردهای IoT در کشاورزی شامل کشاورزی دقیق، نظارت بر محیط زیست و کنترل آبیاری می‌شود. سنسورها به‌صورت زنده رطوبت خاک، دما، شدت نور و داده‌های دیگر را نظارت می‌کنند و محیط رشد محصولات را بهینه کرده و عملکرد کشاورزی را افزایش می‌دهند.

مراقبت‌های بهداشتی هوشمند: کاربردهای IoT در حوزه مراقبت‌های بهداشتی، نظارت از راه دور، پیگیری سلامت و مدیریت دستگاه‌های پزشکی هوشمند را تسهیل می‌کنند. فناوری IoT به پزشکان این امکان را می‌دهد تا به داده‌های فیزیولوژیک بیماران به‌صورت زنده دسترسی داشته باشند و برنامه‌های درمانی شخصی‌سازی‌شده ایجاد کنند.

محصولات کاربردی

ترمیستورهای NTC به طور گسترده در سیستم‌های نظارت بر دما در دستگاه‌های اینترنت اشیا استفاده می‌شوند، به ویژه در سیستم‌های کنترل دما در خانه‌های هوشمند و تجهیزات کشاورزی هوشمند. آن‌ها به طور واقعی دما را نظارت می‌کنند و بازخوردی ارائه می‌دهند تا اطمینان حاصل شود که تجهیزات در محدوده دمایی مناسب عمل می‌کنند.

سنسورهای دما به طور گسترده در دستگاه‌های اینترنت اشیا استفاده می‌شوند، به ویژه در خانه‌های هوشمند، کشاورزی هوشمند و اینترنت صنعتی اشیا (IIoT). آن‌ها تغییرات دما در محیط یا دستگاه را به طور واقعی تشخیص می‌دهند و داده‌ها را به ابر منتقل می‌کنند تا عملکرد دستگاه بهینه شود و هشدارهای اولیه ارائه شود.

واریستورها برای حفاظت از برق در دستگاه‌های اینترنت اشیا استفاده می‌شوند و از نوسانات ولتاژ جلوگیری می‌کنند تا از آسیب دیدن دستگاه‌ها جلوگیری شود. آن‌ها به ویژه در تجهیزات صنعتی، خانه‌های هوشمند و کنتورهای هوشمند مؤثر هستند و به طور موثر نوسانات ولتاژ را جذب کرده و دستگاه‌ها را از تداخلات الکتریکی محافظت می‌کنند.

فیوزهای قابل بازنشانی PPTC به طور گسترده در دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT)، به ویژه سنسورها و دستگاه‌های بی‌سیم، برای حفاظت از جریان استفاده می‌شوند. آن‌ها از آسیب‌های ناشی از اضافه‌بار جریان جلوگیری می‌کنند و به طور خودکار پس از بازگشت جریان به حالت نرمال عملیات را از سر می‌گیرند و عملکرد بلندمدت پایدار را تضمین می‌کنند.

لوله تخلیه گاز (GDT) برای حفاظت دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT) در برابر اضافه ولتاژ، به ویژه در زیرساخت‌های خانه‌های هوشمند و شهرهای هوشمند استفاده می‌شود. این لوله به طور مؤثر ولتاژهای گذرا را جذب می‌کند و دستگاه‌ها را از ضربه‌های صاعقه و اضافه ولتاژ محافظت می‌کند.

محافظت‌کننده‌های حرارتی کنترل دمای دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT) را فراهم می‌کنند و از آسیب‌های ناشی از گرمای بیش از حد جلوگیری می‌کنند. به ویژه در دستگاه‌های خانه هوشمند (مانند فر هوشمند، کولرهای هوشمند و یخچال‌ها)، این محافظت‌کننده‌ها دمای دستگاه را نظارت می‌کنند و در صورت افزایش بیش از حد دما، برق را قطع یا حالت کاری را تنظیم می‌کنند تا عملکرد ایمن دستگاه تضمین شود.

دیودهای زنر به‌طور گسترده در مدارهای تثبیت ولتاژ در دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT) استفاده می‌شوند و عملکرد پایدار ولتاژ را تضمین می‌کنند. آن‌ها به تثبیت ولتاژ کمک می‌کنند و مدارها را از نوسانات ولتاژ محافظت می‌کنند، به‌ویژه در دستگاه‌هایی مانند کنتورهای هوشمند و شبکه‌های سنسور بی‌سیم.

رکتیفایرهای پلی در سیستم‌های تبدیل انرژی در دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT)، به‌ویژه سنسورهای بی‌سیم و دستگاه‌های اتوماسیون خانه، استفاده می‌شوند و انرژی AC را به انرژی DC پایدار تبدیل می‌کنند تا تأمین پیوسته انرژی را تضمین کنند.

دیودهای بازیابی سریع برای تبدیل انرژی و بازیابی جریان در دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT) استفاده می‌شوند و به دستگاه‌ها کمک می‌کنند تا به‌سرعت به عملکرد پایدار خود بازگردند و ثبات انرژی را تضمین کنند. آن‌ها به‌طور گسترده در کاربردهایی مانند سنسورهای هوشمند و شارژرهای بی‌سیم استفاده می‌شوند.

دیودهای بازیابی فوق‌العاده سریع در سیستم‌های تبدیل و کنترل جریان با فرکانس بالا استفاده می‌شوند و به‌طور گسترده در شبکه‌های هوشمند، دستگاه‌های ارتباطی بی‌سیم و سایر کاربردها به کار گرفته می‌شوند. آن‌ها سوئیچینگ سریع جریان و پردازش سیگنال را فراهم می‌کنند و انتقال داده‌های پایدار را تضمین می‌کنند.

دیودهای شاتکی به طور رایج در سیستم‌های مدیریت توان برای دستگاه‌های اینترنت اشیا، به ویژه دستگاه‌های کم‌توان و با راندمان بالا (مانند خانه‌های هوشمند و دستگاه‌های پایش سلامتی) استفاده می‌شوند و باعث تبدیل انرژی کارآمد و کاهش اتلاف انرژی می‌گردند.

ترانزیستورهای MOSFET به طور گسترده در سیستم‌های کنترل توان دستگاه‌های اینترنت اشیا، به ویژه در دستگاه‌های کم‌توان و سیستم‌های مدیریت باتری استفاده می‌شوند. این ترانزیستورها به کنترل دقیق جریان و تضمین عملکرد پایدار در طولانی‌مدت در حالت‌های کم‌توانی کمک می‌کنند.

ترانزیستورهای توان در تبدیل و کنترل توان بالا در دستگاه‌های اینترنت اشیا، به ویژه در کنتورهای هوشمند، ترابری الکتریکی (e-mobility) و سیستم‌های مدیریت انرژی خانگی استفاده می‌شوند و باعث بهینه‌سازی راندمان توان و بهبود استفاده از انرژی می‌گردند.

دیودهای سوئیچینگ سیگنال کوچک به طور گسترده در سیستم‌های کنترل سیگنال و انتقال داده در دستگاه‌های اینترنت اشیا، به ویژه در ارتباطات بی‌سیم و شبکه‌های حسگر استفاده می‌شوند و به سوئیچ کردن سیگنال‌ها و تضمین انتقال پایدار داده‌ها کمک می‌کنند.

روند آینده

گسترش فناوری‌های 5G و 6G: فناوری‌های 5G و 6G آینده، پهنای باند بیشتر و تاخیر کمتری را فراهم خواهند کرد، اتصال و تبادل داده‌های بیشتری از دستگاه‌ها را پشتیبانی کرده و توسعه جامع کاربردهای اینترنت اشیاء را تسهیل می‌کنند.

ظهور محاسبات لبه‌ای: محاسبات لبه‌ای، پردازش داده‌ها را تسریع کرده، تاخیر در انتقال داده را کاهش داده و واکنش‌گویی به موقع کاربردهای اینترنت اشیاء را افزایش خواهد داد.
گسترش دستگاه‌های هوشمند: خانه‌های هوشمند، پوشیدنی‌های هوشمند و حمل‌ونقل هوشمند، سناریوهای اصلی کاربردی اینترنت اشیاء خواهند شد و اتصال و هوشمندسازی دستگاه‌ها را تقویت خواهند کرد.

نگرانی‌های مربوط به حریم خصوصی و امنیت: با افزایش دستگاه‌های و داده‌های اینترنت اشیاء، مسائل حریم خصوصی و امنیت، دغدغه‌های کلیدی محسوب خواهند شد و اجرای فناوری‌های رمزنگاری سخت‌گیرانه‌تر و اقدامات امنیتی برای حفاظت از داده‌های کاربران ضروری خواهد بود.

اینترنت اشیا (IoT) در سراسر جهان به سرعت در حال توسعه است و ادامه دهنده تغییر عمیق در نحوه عملکرد صنایع می‌باشد. با پیشرفت‌های مستمر فناوری، اینترنت اشیا پتانسیل بسیار زیادی را در حوزه‌های بیشتری آزاد خواهد کرد و دنیایی هوشمندتر و کارآمدتر خواهد آفرید.