مقدمه

اولین بار کوین اشتون در سال 1999 ، در ارائه خود که  در زمینه‌ی مدریت زنجیره تولید بود، از واژه‌ی اینترنت اشیاء برای اولین بار استفاده کرد.او اعتقاد داشت که نگرش ما به اشیایی که در دنیای خارج، ما را احاطه کرده اند، باید با توجه به رشد سریع سیستم های کامپیوتری و سیستم های اطلاعاتی و همچنین ظهور شبکه اینترنت ، اصلاح شود و تغییر کند. آنچه که در این مقاله برای آن از عنوان اینترنت اشیاء استفاده میشود در واقع اشاره به شبکه ای از اشیاء و یا دستگاه های هوشمندی دارد که قادرند به شبکه اینترنت متصل شوند و از طریق آن با انسان ها یا دیگر اشیاء ارتباط داشته باشند.

شبکه ها و سیستم هایی که ما امروزه در فناوری اطلاعات با آن ها آشنایی داریم،طی چند دهه‌ی گذشته بسیار تکامل پیدا کرده و بهبود یافته اند و امروز راه کار های بسیار مناسبی ، برای اغلب چالش های موجود در معماری این سیستم ها و شبکه هایی که این سیستم ها مبتنی بر آن ها پایه گذاری شده اند ، ارائه شده است و حتی به شکل مناسبی استانداردسازی شده اند؛با این حال سیستم های مبتنی بر اینترنت اشیاء و شبکه هایی که مبنای این سیستم ها قرار میگیرند ، هنوز چندان شناخته شده نیستند و چالش های بسیاری در آن ها وجود دارد.

طبق پیش بینی های انجام شده توسط کمپانی سیسکو تا سال 2020 میلادی تعداد دستگاه های متصل به اینترنت از مرز 50 میلیارد دستگاه خواهد گذشت،واضح است که معماری سیستم ها و شبکه هایی که امروزه در حوزه فناوری اطلاعات با آن ها آشنا هستیم ،در سال های آینده به سختی قادر به تامین نیاز های چنین شبکه های عظیمی از اشیاء متصل به اینترنت خواهند بود.از این رو ما امروز نیازمندیم تا معماری های جدیدی را برای سیستم های مبتنی بر اینرنت اشیاء و شبکه هایی که این سیستم ها بر مبنای آن ها پایه گذاری خواهند شد ، ارائه کنیم یا به عبارتی بهتر ، طراحی کنیم و توسعه دهیم.

معماری انجمن جهانی اینترنت اشیاء

این معماری در سال 2014 توسط مجمعی، که کمپانی های بزرگی مانند “آی بی ام” و “سیسکو” و “راک ول آتومیشن”  آن را رهبری میکردند ، ارائه شد.این معماریِ هفت لایه، در حالی معرفی شد که معماری های بسیار زیادی قبل از آن معرفی شده بودند و مورد استفاده قرار میگرفتند، اما آنچه که این معماری را از سایر معماری های مشابه متمایز میکرد ، تاکیید طراحان آن بر سادگی  و خوب تفکیک شدنِ عملیات های موجود در معماری بوده است؛ علاوه بر آن این معماری به خوبی نیازی هایی مانند پردازش حاشیه ای،ذخیره سازی داده های متغیر و روش های دسترسی را مشخص میکند و دربر میگیرد.

در ادامه لایه های این معماری را بررسی خواهیم کرد.

قابل ذکر است که در این معماری در حالت کلی داده ها از لایه شماره یک به سمت بالا حرکت میکنند.

پیش از پرداختن به لایه های این معماری میتوان دو مورد از ویژگی های کلیدی این معماری را به شکل زیر برشمرد:

  • تفکیک چالش های طراحی و مسائل موجود در سیستم های اینترنت اشیاء
  • مشخص کردن تکنولوژی های متفاوتی که در هر لایه میتواند مورد استفاده قرار گیرد ، و نحوه ارتباط آن ها
معماری معرفی شده توسط مجمع جهانی اینترنت اشیاء

لایه اول(لایه لبه):

این لایه شامل تمام دستگاه ها ،سنسور ها یا در کل همان اشیایی است که قادر به ارسال و دریافت اطلاعات میباشند.لازم به ذکر است که این اشیاء میتوانند پردازش گرهای کوچکی باشند که فقط قادر به ذخیره‌ی اطلاعات محیط هستند یا ماشین آلات بزرگی که میتوانند عملیات های مختلفی را انجام دهند.عملکرد اصلی ای که برای این لایه در این معماری تعریف شده است عبارت است از تولید داده و امکان کنترل اشیاء از طریق شبکه.

لایه اول لایه لبه

لایه دوم(لایه ارتباطات):

مهم ترین عملکردی که برای این لایه در نظر گرفته شده است انتقال قابل اطمینان و به موقع یا تحت محدوید های زمانی ای است که ممکن است وجود داشته باشد.به عبارت دقیق تر میتوان وظیفه‌ی این لایه را انتقال اطلاعات از لایه‌ی یک، به لایه شبکه و از لایه شبکه به لایه سه ، که وظیفه پردازش داده ها را به صورت محلی ، بر عهده دارد،دانست.به صورت دقیق تر عملکرد های اصلی لایه دوم را میتوان به شکل زیر بر شمرد:

  • ایجاد ارتباط بین دستگاه ها یا همان اشیاء لایه یک
  • انتقال قابل اعتماد اطلاعات در شبکه (منظور از قابل اعتماد این است که این لایه تضمین کند، اطلاعات دریافتی را به همان شکلی که از مبدا دریافت میکند و بدون اینکه اطلاعات در مسیر انتقال آسیب ببینند به مقصد تحویل خواهد داد.)
  • مسیر یابی داده ها
  • ترجمه پروتکل های مختلف به یکدیگر،به معنی اینکه ، دستگاه های موجود در این لایه باید قادر باشند تا بین اشیایی که از پروتکل های مختلفی برای ارتباط استفاده میکنند ، ارتباط برقرار کنند.
  • تامین امنیت انتقال اطلاعات
لایه دوم لایه ارتباطات

لایه سه(لایه پردازش حاشیه ای یا محلی):

عملکرد اصلی ای که برای این لایه در این معماری تعریف شده است عبارت است از ، کاهش حجم اطلاعات و آماده سازی جریان اطلاعات برای ذخیره سازی و پردازش در لایه های بالاتر.در واقع ایده اصلی معرفی این لایه در این معماری آن بوده است که پردازش اطلاعات باید تا آنجا که ممکن است نزدیک به پایین ترین لایه یا همان لایه ای باشد که اطلاعات در آن تولید میشود، بنابراین وظایف اصلی این لایه را میتوان به شکل زیر برشمرد:

  • ارزیابی اطلاعات و قالب بندی اطلاعات تولید شده در لایه های پایین تر، بگونه ای که بتوان آن ها در لایه های بالاتر پردازش و تحلیل کرد.
  • ارزیابی اطلاعات به منظور کاهش حجم اطلاعات یا تجمیع اطلاعات
  • فیلتر کردن داده ها تا حد ممکن به منظور کاهش ترافیک ناشی از ارسال اطلاعات از طریق بستر شبکه برای لایه های بالاتر
لایه سوم لایه پردازش حاشیه ای یا پردازش محلی

لایهچار(لایه ذخیره سازی داده ها):

عملکرد اصلی این لایه ذخیره سازی اطلاعات است بگونه ای که نرم افزار های لایه‌ی کاربرد بتوانند در صورت نیاز به آن دسترسی داشته باشند و از آن استفاده کنند به عبارت دیگر وظیفه اصلی این لایه تبدیل داده های مبتنی بر رویداد و پویا به داده های ثابت و ذخیره شده می باشد به این معنی که داده های مبتنی بر رویداد در واقع همان داده هایی هست که توسط دستگاه های لایه یک تولید میشوند و ماهیتی پویا دارند و به این معنی نرم افزار لایه کاربرد نمیتوانند بر اساس این داده ها عملیات های مورد انتظار را انجام دهند ، در نتیجه این لایه داده ها را به صورت ایستا ذخیره کرده و این امکان را برای نرم افزار های لایه‌ی کاربرد فراهم میکند تا درصورت نیاز و در هر زمان که نیاز باشد از اطلاعات فراهم شده توسط لایه های قبل استفاده کنند.

لایه چهار لایه ذخیره سازی داده

لایه پنجم(لایه انتزاع داده ها):

عملکرد اصلی این لایه تطبیق اطلاعات جمع آوری شده در لایه های پایین تر بایکدیگر به منظور اطمینان حاصل کردن از این موضوع است که داده داده های جمع آوری شده از منابع مختلف از نظر معنایی با یکدیگر سازگار بود و در تناقض نیستند ، این لایه همچنین وظیفه ی یکپارچه سازی داده ها و یکسان کردن قالب داده ها نیز بر عهده دارد.

لایه ششم لایه کاربرد

لایه هفتم(لایه همکاری و فرایند ها):

عملکرد اصلی این لایه، بهبود فرایند های تجاری یا سازمانی با استفاده از اطلاعات فراهم شده در لایه ششم میباشد.به عنوان مثال استفاده از اطلاعات ردیابی محصولات فروخته شده به منظور بهبود فرایند تحویل کالا ها.