پردازش ابری و اینترنت اشیا – بخش اول

پردازش ابری و اینترنت اشیا دو مفهوم متفاوت می‌باشند که در حال حاضر هر دو بخشی از زندگی ما را تشکیل داده‌اند. انتظار می‌رود در آینده نزدیک مقبولیت و استفاده آن‌ها همواره بیشتر و بیشتر شود تا جایی که به یکی از اجزای اصلی اینترنت تبدیل شوند. در این مقاله بیشتر تمرکز ما روی ترکیب ابر (Cloud) و اینترنت اشیا (IoT) است. فناوری که به شکل‌گیری مفهوم جدیدی به نام CloudIoT منجر شده است.
در این مقاله به مفاهیم اینترنت اشیا و پردازش ابری می‌پردازیم. در ادامه، بخش دوم، درباره یکپارچگی اینترنت اشیا و پردازش ابری، کاربرد آن صحبت می‌کنیم.

 

اینترنت اشیا تشکیل‌شده از نودهای (اشیا) هوشمند متصل به یکدیگر است. IoT یک فناوری بسیار گسترده است که تنوع زیادی در بخش‌های مختلف آن وجود دارد. اینترنت اشیا از کوچک‌ترین اشیای ممکن ساخته شده است، این اشیا توزیع‌شده هستند و ظرفیت ذخیره‌سازی و پردازشی محدودی دارند که نگرانی‌هایی در مورد کارایی، امنیت و قابلیت اطمینان آن‌ها وجود دارد. از طرف دیگر، پردازش ابری در ذخیره و پردازش، ظرفیت نامحدود دارند. ابر یک فناوری بالغ است و بسیاری از مشکلاتی را که در IoT وجود دارد، برطرف کرده است. از ترکیب این دو مفهومی جدید با عنوان CloudIoT به وجود آمد که مزایای هر دو را دارد.

 

پیش‌زمینه و مفاهیم اولیه

در این مقاله مفهوم و اصول اولیه ابر و اینترنت اشیا را شرح می‌دهیم و ویژگی‌های لازم را برای یکپارچه شدن این دو بررسی می‌کنیم.

۱٫ اینترنت اشیا

محاسبات آینده دیگر در دسکتاپ‌های سنتی انجام نخواهد شد. فناوری اینترنت اشیا به‌سرعت در حال فراگیر شدن در دنیای روزمره انسان‌ها است. اینترنت اشیا، یعنی یک شبکه جهانی از اشیای به‌هم‌پیوسته بر پایه پروتکل‌های ارتباطی که شبکه اینترنت نقطه همگرایی آن است. منظور از اشیا لزوماً وسایل هوشمند با قدرت پردازشی بالا نیست، بلکه اشیا ساده مانند لباس، کاغذ، غذا و غیره هم مدنظر است. روی این اشیا می‌توان حسگرهایی را نصب کرد تا برای رسیدن به یک هدف خاص با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. شکی نیست که اینترنت اشیا در زندگی روزمره و در صنایع و علوم مختلف بسیار تأثیرگذار است. در سال ۲۰۰۸ شورای ملی اطلاعات از اینترنت اشیا به‌عنوان یکی از شش فناوری برتر دنیا یاد کرد که تا سال ۲۰۲۵ تأثیر بالقوه‌ای بر ایالات‌متحده خواهد گذاشت. در ادامه چند جنبه مهم در اینترنت اشیا را بررسی می‌کنیم:

 

 

تکنولوژی RFID:

به هر سیستمی که قادر به خواندن و تشخیص اطلاعات افراد یا کالاها باشد سیستم شناسایی یا Identification System گفته می‌شود. تکنولوژی RFID یا سامانه بازشناسی با امواج رادیویی (Radio-frequency identification)، همان‌طور که از نامش پیداست یک سامانه شناسایی بی‌سیم است که با استفاده از امواج رادیویی برای تبادل اطلاعات و ردگیری انسان‌ها، حیوانات و اشیا استفاده می‌شود.

 

تجهیزات RFID برچسب یا تگ و یک دستگاه بازخوان (reader) است. tag به یک کالا، شی، کارت و… متصل می‌شود و اطلاعات را در خود نگه می‌دارد و دستگاه reader این اطلاعات را بدون تماس با آن، از طریق سیگنال‌های الکتریکی یا مغناطیسی دریافت و آن‌ها را تحلیل می‌کند. یک تگ جهت برقراری ارتباط دارای یک پردازنده، حافظه و یک حسگر می‌باشد و ضمناً هر تگ یک ID منحصربه‌فرد دارد. پرکاربردترین تگ‌ها از نوع غیرفعال (passive) هستند که خودشان باتری ندارند و انرژی رادیویی ساطع‌شده از reader را استفاده می‌کنند. این تگ‌ها ارزان و کوچک هستند ولی برد کوتاهی دارند.

شبکه‌های حسگر بی‌سیم: (WSN)

در این شبکه تعداد زیادی گره‌های حسگر در یک محیط پخش‌شده‌اند. این حسگرها اطلاعاتی را از محیط جمع‌آوری می‌کنند، پردازش محدودی روی آن‌ها انجام می‌دهند و درنهایت آن را به مقصدی مشخص ارسال می‌کنند. در کنار سیستم‌های RFID، استفاده از شبکه‌های حسگر باعث مسیریابی بهتر و کسب اطلاعات از موقعیت، حرکات، اندازه‌گیری و غیره می‌شود. لزوماً مکان قرار گرفتن گره‌های حسگر، از قبل تعیین‌شده و مشخص نیست و ارتباط بین گره‌ها می‌تواند چندمسیره باشد. چنین خصوصیتی این امکان را فراهم می‌آورد که بتوانیم آن‌ها را در مکان‌های خطرناک یا غیرقابل‌دسترس رها کنیم. از مزایای این حسگرها می‌توان اندازه کوچک، توان مصرفی پایین و قیمت مناسب را نام برد.

آدرس‌دهی:

با کمک RFID، WiFi و دیگر فناوری‌های بی‌سیم، دستیابی به اینترنت به‌راحتی فراهم‌شده است. در شرایطی که افراد و اشیای بسیاری در سراسر جهان گسترده شده‌اند و به یکدیگر متصل هستند، شناسایی هر اشیا یک امر حیاتی است. قابلیت اطمینان، گستردگی، مقیاس‌پذیری، امنیت و وجود اینترنت اشیا به آدرس‌دهی یکتا برای هر شی بستگی دارد که در این راه می‌توان از Ipv6 کمک گرفت.

 

میان‌افزار: در اینترنت اشیا مفهومی ذاتی به نام ناهمگونی (Heterogeneity) وجود دارد که به تنوع و تفاوت شبکه، پروتکل‌ها و… در فناوری‌ها و استانداردهای موجود اشاره می‌کند. توانایی پردازشی و ذخیره‌سازی محدود ازیک‌طرف و اپلیکیشن‌های بی‌شمار از طرف دیگر باعث می‌شود به یک میان‌افزار بین اشیا و لایه کاربرد نیاز پیدا کنیم که هدف آن ایجاد دید انتزاعی از عملکردها و ارتباطات است. میان‌افزار می‌تواند به سه لایه ترکیب سرویس، مدیریت سرویس و انتزاع اشیا تقسیم شود.

 

 

۲٫ ابر

ابر مدلی برای ایجاد دسترسی به دریایی از منابع محاسباتی است. این منابع می‌تواند سرور، سرویس، شبکه، اپلیکیشن یا ذخیره‌سازی باشد. هرچند که مفهوم ابر چندان جدید نیست اما به‌طورجدی از سال ۲۰۰۶ استفاده شد و هنوز هم در حال تکمیل شدن می‌باشد. ذخیره‌سازی نامحدود مجازی، توانایی پردازش بالا و هزینه کم از ویژگی‌ها و اهداف ابر به شمار می‌رود.

 

معماری لایه‌ای، مدل‌های سرویس و انواع ابر

معماری ابر از چهار بخش: سخت‌افزار، زیرساخت، پلتفرم و اپلیکیشن تشکیل شده است. هرکدام از این لایه‌ها می‌توانند به‌عنوان یک سرویس به لایه بالاتر، دیده شوند. سرویس‌های ابری را می‌توان به سه نوع نرم‌افزار به‌عنوان سرویس (SaaS)، پلتفرم به‌عنوان سرویس (PaaS) و زیرساخت به‌عنوان سرویس (IaaS) تقسیم‌بندی کنیم. چند نوع ابر وجود دارد که نوع خصوصی و عمومی آن مقبولیت بیشتری دارد.

 

مزایای اقتصادی و فنی

یکی از دلایل جذابیت ابر اجاره کردن منابع است که تأثیر بسزایی در کاهش هزینه‌های زیرساخت اولیه (CAPEX) دارد. همچنین هزینه‌های عملیاتی (OPEX) نیز کاهش می‌یابد، زیرا زمانی که استفاده کم باشد، منابع آزاد می‌شوند. از طرفی با برون‌سپاری زیرساخت خدمات، ریسک کسب‌وکار برای فراهم‌کننده خدمات است، نه شرکت مربوطه. انعطاف‌پذیری، استفاده بهینه از سخت‌افزار، نرم‌افزار و انرژی از دیگر مزایا و کاربردهای استفاده از ابر به‌جای رویکرد سنتی است.

 

در بخش دوم راجع به یکپارچگی اینترنت اشیا و پردازش ابری و کاربردهای آن در زندگی انسان می پردازیم.

j1:060898