ارزان قیمت شدن پردازندهها ما را در دوران جدیدی از عصر پردازش کامپیوتری قرار داده و پتانسیل استفاده از این فناوری در عمق زندگی روزمره هرچه بیشتر حس میشود. با توجه به این موضوع در این مقاله خودکارسازی امنیت در خانههای هوشمند را مورد بررسی قرار دادیم. این راهبرد به از نوعی هوشمندی با استفاده از فناوری اینترنت اشیا توسط یک سیستم مرکزی با میانافزار بر پایه عامل بررسی اشاره کرده و بررسی میشود.
در این مقاله در ابتدا به تعریف و تبیین اشیا، اینترنت اشیا و سیستمهای وابسته پرداخته سپس بحث امنیت در خانههای هوشمند را شرح خواهیم داد.
اینترنت اشیا دقیقا چیست؟
برای بررسی این موضوع که خانه هوشمند چیست و برای باز تعریف امنیت در خانههای هوشمند، چند مثال از سیستمهای هوشمند خانه را بررسی میکنیم.
ساعت زنگدار هوشمند
ساعت زنگدار به صدا در میآید. چشمان خود را به سختی باز میکنید. میبینید ۵ دقیقه بیشتر از حالت معمول خوابیدهاید. ساعت شما به صورت آنلاین وقت حرکت قطار را بررسی کرده است. قطار تاخیر داشته است. بنابراین ساعت اجازه داده که شما ۵ دقیقه بیشتر بخوابید.
ظرف قرص هوشمند
در آشپزخانه شما یک نور چشمکزن به شما یادآوری میکند که قرصهایتان را بخورید. اگر فراموش کنید به پزشکتان ایمیل میزند که او را باخبر کند.
چتر هوشمند
وقتی میخواهید بیرون بروید از گوشه چشمتان یک روشنایی میبینید. چترتان روشن شده که به این معنی است که سایت هواشناسی را بررسی کرده که اعلام بارندگی نموده، آهی میکشید و آن را برمیدارید.
سناریوها در خانههای هوشمند
سناریوهایی که در بالا گفته شد و بسیاری از سناریوهای مشابه از جمله امنیت در خانههای هوشمند یا سیستمهای نورپردازی هوشمند به محصولاتی اشاره میکنند که با فناوری امروزی به راحتی قابل تولید هستند. هر کدامشان پروتوتایپ (تولید آزمایشی) شدهاند و بسیاری از آنها در بازارهای محصولات دیجیتال به فروش میرسند. ما در این مثالها و برای شرح امنیت در خانههای هوشمند، به چند نمونه از سیستمهای مجهز به اینترنت اشیا اشاره نمودیم.
این سیستمها مثالهایی گسترده در تمامی جنبههای صنعت، ساختمان هوشمند، شهر هوشمند و آبیاری هوشمند میباشند. با استفاده از فناوری اینترنت اشیا تمامی تجهیزات قابلیت هوشمند شدن را دارند.
وجه اشتراک همه آنها در این است که یا از طریق اینترنت اطلاعات ارسال یا از به وسیله اینترنت اطلاعاتی دریافت یا به صورت کلی و در بستر اینترنت به تبادل اطلاعات میپردازند و هر کدام از این اجزا که به اینترنت وصل میشود نه کامپیوتر هستند و نه در خانواده تبلتها و گوشیهای هوشمند قرار دارند. همه آنها یک چیز هستند. در واقع یک شیء هستند.
تعریف اینترنت اشیا
از لحاظ معنایی اینترنت اشیا یعنی، یک شبکه جهانی متشکل از اشیایی که به صورت اختصاصی و بر اساس پروتکلهای استاندارد ارتباطی قابل آدرسدهی میباشند. با یک نگاه کوتاه میتوانیم ببینیم که تمام این تبادل اطلاعات با اینترنت و اطلاعرسانیها با گوشی تلفنهای هوشمند امروزی نیز قابل انجام است و حتی نیاز به تغییر طراحی اشیا نیز نیست.
برای مثال در مورد رصد وضعیت آبوهوای روزانه، ما میتوانیم با باز کردن یک اپلیکیشن ساده یا وارد شدن به یک سایت پیشبینی کننده آبوهوا، از بارانی بودن هوا مطلع گردیم یا از خواب بیدار شویم به سایت مربوط به حرکت قطارها برویم و ساعت حرکت قطارمان را چک کنیم و در صورتی که قطار تاخیر داشت بیشتر بخوابیم، اما اگر عملهای مشابه که نیاز به دریافت یا ارسال اطلاعات دارند را کنار هم جمع کنیم میبینیم عدد قابل توجهی از وقت ما را به صورت روزانه به خود اختصاص میدهند که ما میتوانیم صرف بهرهوری از کارهای دیگر نماییم. همچنین در بحث امنیت در خانههای هوشمند نیز توانایی زیادی نخواهیم داشت.
تعریف شی:
اشیا ممکن است واقعی یا مجازی، متحرک یا ثابت باشند، اما این اشیا در کل سیستم به صورت فعال حضور دارند. در ترجمه عبارت Internet of things، واژه things دلالت بر تمام اجسام بیجان یا جاندار دارد پس شاید ترجمه شی برای آن مناسب نباشد. زیرا اشیا در زبان فارسی بیجان هستند. اما در بحث اینترنت اشیا، ما تمامی اجسام بیجان و جاندار را میتوانیم به شبکه جهانی متصل کنیم.
ارتباط شی با شی:
در این سیستم MtoM یا ارتباط ماشین با ماشین انجام میگردد. اشیا با یکدیگر ارتباط برقرار نموده که به این نوع ارتباط شی با شی یا thing-to-thing میگوییم. در این سیستم برای مثال لوازم خانگی هوشمند شما با یکدیگر یا با دیگر سیستمهای ساختمان ارتباط برقرار میکنند. به محض باز شدن درب واحد آسانسور ساختمان به سمت طبقهای که در آن هستید حرکت میکند. یخچال هوشمند شما با استفاده از واسطهای نرمافزاری و یادگیری ماشینی، لوازمی که فراموش کردهاید خریداری کنید را سفارش می دهد.
ارتباطات یا ارتباط شی با انسان
همچنین ممکن است یک شی با انسان نیز ارتباط برقرار کند که به آن ارتباط thing-to-human نیز گفته میشود. برای مثال ارتباط شما با تلفن همراهتان یک ارتباط ماشین به انسان است اما ارتباط یک سنسور حرکتی با باقی اجزای سیستم امنیت خانههای هوشمند یک ارتباط ماشین با ماشین است.
بنابراین مفهوم اینترنت اشیا پیشنهاد میکند که علاوه بر داشتن تعداد محدودی ابزارهای محاسباتی بسیار قدرتمند در زندگیتان (لپ تاپ، اسمارت فون، موزیک پلیر) ممکن است که شما دارای تعداد زیادی ابزارهای محاسباتی با توان کمتر باشید. (چتر، دستبند، آینه، یخچال، کفش) که قابلیت اتصال به اینترنت اشیا را داشته باشند.
تفاوت رایانش فراگیر با اینترنت اشیا
تفاوت رایانش فراگیر با اینترنت اشیا در این است که ممکن است در یک اتاق یک دستگاه خوشبو کننده هوا موجود باشد، در لحظه ورود فرد به اتاق حسگر آن تشخیص داده و اقدام به خوشبو کردن اتاق نماید. این دستگاه یک دستگاه قابل برنامهریزی است که از جهان واقعی ورودی گرفته و به جهان واقعی خروجی میدهد و در آن یک شی معمولی با استفاده روزانه جانمایی شده است، این فاکتورها این دستگاه را در حوزه دستگاههای با رایانش فراگیر قرار میدهد. تنها تفاوت آن با اینترنت اشیا این است که با دیگر اشیا ارتباط برقرار نمیکند.
محاسبه در کنار ارتباط با اینترنت میتواند کارهای بسیار حیاتی دیگری را انجام دهد. ولی در رایانش فراگیر چنین چیزی ممکن نیست. از جمله این اقدامات حیاتی نیاز به حس امنیت و آسایش در یک خانه و ساختمان است. امنیت خانههای هوشمند یکی از مهمترین دلایلی است که مردم دنیا به نسبت به هوشمندسازی ساختمانهای خود اقدام مینمایند.
اجزای یک ابزار مجهز به سیستم اینترنت اشیا
تمام اشیایی که به سیستم اینترنت اشیا مجهز هستند باید دارای ویژگیها و قطعات منحصر به فردی نسبت به نمونههای عادی خود باشند.
واپایشگر (CONTROLER)
مسلما تنها با اتصال کابل شبکه متصل به اینترنت به یک صندلی، این سیستم هیچ کاری را پیش نخواهد برد. در حقیقت آن شی باید قسمتی جهت پردازش و اجرای الگوریتم مورد نظرمان در خود داشته باشد تا دادههای ورودی را پردازش نموده و به اطلاعات مورد نظر خروجی تبدیل نماید. این بخش میتواند درون سیستم شی قرار داشته باشد یا به صورت پردازش در فضای ابری انجام گردد.
حسگر( SENSOR)
یک شی یک موجودیت فیزیکی در دنیای واقعی است، در خانه، در محل کار، بر روی بدنتان، این بدان معناست که این شی یک سری ورودیها را از دنیای واقعی دریافت نموده، آنها را به داده تبدیل کرده و برای جمعآوری و پردازش به اینترنت میفرستد، پس صندلی شما ممکن است اطلاعاتی درباره این که شما چند بار و به چه مدت بر روی آن مینشیند، جمعآوری نماید.
عملگر فیزیکی
یک شی میتواند به جهان پیرامون خود خروجی ارائه نماید که ما به آن عملگر فیزیکی گوییم. ممکن است بعضی از این خروجیها توسط دادههایی ناشی شده باشند که جمعآوری شده و در اینترنت پردازش شدهاند؛ بنابراین صندلی شما میتواند در زمانی که یک ایمیل دریافت نمودید به لرزش درآید.
خودکارسازی (اتوماسیون) خانه هوشمند
وقتی مجموعهای از وسایل هوشمند را زیر یک سقف جمع کنیم و آنها را به گونهای متصل کنیم تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، به چیزی میرسیم که معمولا به آن خانه هوشمند میگوییم. همچنین بعضی به آن خودکارسازی (اتوماسیون) خانه نیز میگویند، چون تمام وسایل هوشمند در هماهنگی با هم کار کرده تا انواع کارهای روزمره را انجام دهند. در اینجا سوالی که به ذهن میرسد این است که چه وسایل هوشمندی در خانه هوشمند پیدا میشوند؟
تقریبا هر چیزی که به پریز برق متصل شود، مثل کنترل مرکزی روشنایی، گرمایش و تهویه مطبوع، وسایل برقی، قفلهای درب، پردهها و سیستمهای امنیتی قابلیت تجهیز با سیستم اینترنت اشیا را دارد. بخشی از اتوماسیونهای سیستمهای ساختمان هوشمند مرتبط با امنیت در خانههای هوشمند است. در این سیستمهای خودکارسازی، تلاش میشود تا تمامی اجزای خانه تحت فرمان چند سناریو به بالا بردن ضریب ایمنی و امنیت کمک نمایند. این سناریوهای قابلیت انجام به صورت خودکار، عمل به وسیله دستیار صوتی یا کلیدهای تابعی بیسیم را دارا میباشند.
تامین امنیت با کمک تمام اجزای ساختمان
تمامی اجزای خانه هوشمند پس از تشخیص حضور مشکوک به کمک هم میآیند تا در ابتدا از ورود آن جلوگیری نموده، صاحب ساختمان را مطلع نمایند و در نهایت یا به فراری دادن سارق منجر شوند یا با پلیس تماس بگیرند. این سیستم یک فرآیند کاملا هوشمند است که تفاوت یک حرکت ناشی از عوامل طبیعی با ورود غیر مجاز را شناسایی مینماید. در امنیت خانههای هوشمند، نورپردازی، سیستمهای تهویه، سیستمهای صوتی و تصویری، پردهها و قفلها، لوازم خانگی و به صورت کلی تمام اجزای خانه به صورت هماهنگ با هم عمل مینمایند. سناریوهای امنیت در خانههای هوشمند بسیار گسترده است به نوعی که تمام اجزای خانه با کمک یکدیگر در حفظ امنیت و ایمنی هوشمند خانهها نقش خواهند داشت.
فواید سیستمهای هوشمندسازی خانهها
آسودگی و آسایش
یک خانه هوشمند بسیار راحتتر از یک خانه معمولی است. شما کارهای کمتری نیاز است انجام دهید و کمتر نیاز است که انجام دادن کارها را به خاطر بسپارید، شما اجازه میدهید که بیشتر کارهای عادی و روزانه را خانه هوشمند برای شما انجام دهد.
امنیت بیشتر
تقریبا تمام سامانههای امنیتی تا حدی خودکار هستند، سیستم فعلی شما ممکن است دارای حسگر بر دربها و پنجرهها باشد یا مجهز به حسگرهای تشخیص حرکت باشد.
وقتی سیستم امنیتی چیزی (حرکت) غیر عادی را تشخیص دهد آژیر میکشند. یا آشکارساز دود و یا گاز به محض تشخیص آتشسوزی یا نشت گاز در اتاق آژیر مرکزی خانه را به صدا درمیآورند و شیرهای ورودی گاز را بسته یا ورودی برق را مسدود مینماید. اما امنیت در خانههای هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا یک سیستم کاملا متفاوت است.
راندمان بالاتر
خانه هوشمند شما بیشتر از شما در مورد ذخیره انرژی میداند. به فرض شما شخصی هستید که هنگام خروج از اتاقها چراغها را روشن میگذارید، خانه هوشمند شما چراغها را به نسبت نور بیرون و همچنین اینکه شخصی در اتاق حضور دارد یا نه روشن و خاموش مینماید.
خانههای هوشمند بر پایه اینترنت اشیا
در بالا به برخی ویژگیهای خانههای هوشمند اشاره نمودیم. حال اگر سیستمهای عادی مدیریت ساختمان BMS را با سیستمهای بر پایه اینترنت اشیا مقایسه نماییم به ویژگیهای بسیار مهمتری از عملکرد خانه هوشمند خواهیم رسید. این ویژگیهای منحصر به فرد ناشی از عملکرد هماهنگ اجزا میباشد. به علت استفاده از اتصالات بیسیم نسل دوم، این سیستمها قابلیت اجرایی برای تمام واحدهای مسکونی، تجاری و اداری فارغ از سال ساخت و سیستم برقکشی خود را دارا خواهند بود.
آسودگی در خانههای هوشمند
به جای اینکه ترموستات فقط تهویه مطبوع و مشعل را کنترل نماید با درببازکن گاراژ ارتباط برقرار کند تا بفهمد که شما در زمانی که شما خانه را ترک نمودید. ماشین لباسشویی نیز با درببازکن گاراژ ارتباط برقرار مینماید تا در زمانی که شما نیستید شروع به شستن لباسها نماید. به جای اینکه فقط قهوهساز شما در هنگام از خواب بیدار شدن شروع به کار نماید، لامپ به آرامی روشن شود، سیستم گرمایش آب شما روشن شود و دوش آب برای یک حمام صبحگاهی باز میگردد.
سیستم امنیتی خانه به جای به صدا درآوردن آژیر، تمام درهای باز را میبندد و قفل مینماید، یک دیاگرام از خانه شما را به اداره پلیس بفرستد. چیزهایی که قبلا خودکار نبودهاند با خانه هوشمند دیگر خودکار میشوند. روشنایی لامپها بسته به اینکه چه کسی در اتاق است و اینکه چه کاری انجام میدهد تغییر میکند. میزان نیاز به روشنایی در زمانی که تلویزیون تماشا میکنید یا در زمانی که کتاب میخوانید یا با دوستان تلفنی صحبت میکنید متفاوت است.
اگر خانه شما خیلی سرد باشد با استفاده از گوشی تلفن همراه آن را گرم میکنید. همچنین با استفاده از آن میتوانید پردههای موتوری شده را باز و بسته نمایید، بعد از اینکه از خانه خارج شدید دربها را قفل نمایید و زمانی که بچهها در خواب هستند آنها را بررسی نمایید.
امنیت در خانههای هوشمند
سامانههای امنیتهای خانه هوشمند گزینههای بیشتری به سیستم اولیه مدیریت ساختمان اضافه مینمایند؛ مانند دوربینهای امنیتی نصب شده در سرتاسر خانه که به شما اجازه میدهد از طریق کامپیوتر یا گوشی تلفن همراهتان خانه را زیر نظر بگیرید.
همچنین سیستم امنیتی با سامانههای دیگر ارتباط برقرار مینماید تا بفهمد شما در خانه حضور ندارید و سیستم امنیتی را فعال نماید و البته که شما میتوانید سیستم امنیتی را از طریق گوشیهای هوشمند فعال یا غیرفعال نمایید و همچنین وضعیت امنیتی را از طریق اپلیکیشن موبایل بررسی کنید.
همچنین سیستم امنیتی به سیستم روشنایی خانه متصل است تا در زمانی که در خانه حضور ندارید با روشن و خاموش نمودن خودکار چراغهای درون و بیرون خانه فعالیتهای روزمره شما در خانه را شبیهسازی نماید. در زمان برگشتن شما به خانه چراغهای جلوی خانه و گاراژ و آشپزخانه به طور خودکار روشن میشوند. چراغهای حیاط پشتی در صورتی که فعالیتهای غیرمنتظرهای حس گردد روشن میشوند و اگر هر چیز غیر معمولی اتفاق افتد بر روی اپلیکیشن موبایلی یک پیام برای اطلاع شما ظاهر میگردد.
امنیت در خانههای هوشمند نسل دوم
امنیت در خانههای هوشمند چیزی فراتر از آژیر دزدگیر است. در کل خانه آشکارساز دود و آشکارساز مونوکسیدکربن کار گذاشته شده که مستقیما به اداره آتشنشانی متصلاند. حسگرهای آبگرمکن، رسوبزدا و پمپ لجنکش اتفاقات مربوط به آب را به شما اطلاع میدهند و یک کلید اورژانسی که در زمان احساس آژیرها را خاموش مینماید. تمامی چراغها را روشن نموده و با اداره پلیس تماس میگیرد.
عملکرد صحیح اشیا
علاوه بر اینها یک نوع دیگر امنیت در خانههای هوشمند وجود دارد که به آن امنیت اطلاع از کارکرد صحیح هر چیزی که در خانه موجود است میگوییم. مشعل به گوشی هوشمند ما پیام میفرستد مبنی بر اینکه نیاز دارد تا فیلترش تعویض گردد. یخچال در زمانی که نیاز به سرویس دارد برای ما پیام ارسال کند. اگر در زمانی که ما در خانه حضور نداریم وسیلهای خراب شود، آن میتواند با مرکز سرویس مربوطه برای تعمیر شدن تماس حاصل نماید بدون اینکه حتی ما دخالتی داشته باشیم. وقتی وسایل موجود در خانه هوشمند از طریق یک زیرساخت شبکه مناسب و پروتکلهای استاندارد به اینترنت متصل میگردند. کل این سیستم را خانه هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا میگوییم.
اجزای بنیادی یک خانه هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا
ما مبحث خانههای هوشمند بر پایه اینترنت اشیا را میتوانیم به دو بخش عمده فیزیکی و مفهومی تقسیمبندی کنیم.
در قسمت فیزیکی بحث میکنیم که چه قطعات و ابزارها (حسگرها و عملگرهای فیزیکی و تبلت) و چه واسطههای ارتباطی بین این ابزارها (ارتباطات وایرلس و رابط کاربری) وجود داشته باشند و در قسمت مفهومی نحوه ارتباط برقرار نمودن ابزارهای فیزیکی، پروتکلها، دستورات، پردازش دادهها، ذخیرهسازی دادهها و اطلاعات و محتوای رابط کاربری موضوع بحث هستند.
لایههای مختلف اینترنت اشیا
از دید مفهومی ما سه لایه را داریم،
- لایه زیرساخت اینترنت اشیا
- لایه میانافزار شبکه
- لایه کاربران و برنامههای کاربردی
لایه زیرساختی اینترنت اشیا شامل ابزارهای نظیر حسگرها، کامپیوترها و عملگرهای فیزیکی است.
لایه میانافزار به سیستمهای عامل یا برنامههای کاربردی که رابط میان سیستمهای سختافزاری و لایه آخر اینترنت اشیا که به آن لایه کاربری گفته میشود هستند. این سیستمهای عامل یا برنامهها تنوع بسیار بالایی دارند و روز به روز گسترده و پیشرفته شده و ابزارهای بیشتری را در اختیار قرار میدهند.
یکی از مهمترین این میانافزارها، راهبرد بر پایه عامل است.
خانههای هوشمند Agent-based
در راهبرد میانافزار بر پایه عامل، برنامههای کاربردی به برنامههای ماژولار تقسیم شدهاند که کار تزریق و توزیع در کل شبکه را توسط عوامل ساده میکنند. عوامل در هنگام مهاجرت از یک گره به گرهای دیگر حالت اجرایی خود را حفظ مینمایند. این راهبرد کار طراحی یک سیستم غیرمتمرکز با توانایی تحمل شکستهای جزئی را آسان مینماید. عامل میتواند وارد مکالمه با دیگر عوامل نرمافزاری گردد تا داده جمعآوری نماید و فقط بخشی از نرمافزار کاربردی را بهروزرسانی نماید. به علاوه راهبرد بر پایه عامل ابزارهای با منابع محدود را نیز در نظر میگیرد.
با بررسی این مقاله میتوانیم نگاهی به آینده کنیم، جایی که از خانه هوشمند خود خارج میشویم بی آنکه نگران به خطر افتادن امنیت اموال و خانه خود گردیم، آیندهای که تمام ابزارهای موجود دست به دست هم میدهند و هر کدام گوشهای از کار بزرگتر را بر عهده میگیرند و آن کار را به انجام میرسانند. به علت خاصیت راهبرد بر پایه عامل اگر هرکدام از عوامل به هر علتی از سیستم خارج شوند بقیه عوامل میتوانند نقش آن را بر عهده بگیرند تا سیستم با تمام توان باقیمانده به کار خود ادامه دهد. به همین علت برای امور امنیتی بهترین راهبردی است که پیشنهاد میگردد.
خانههای هوشمند نسل دوم
در این سیستم حتی میتوان عوامل مدافع (در سادهترین حالت پهپادهای مجهز به اسپری فلفل) از خانه یا مکانهای مهم موردنظر در برابر متجاوزین را در نظر گرفت تا متجاوز را از خانه یا مکان موردنظر فراری دهد.
در فرآیند هوشمندسازی ساختمان و برای ارتقا امنیت در خانههای هوشمند و باقی سناریوهای هوشمندسازی، هیچ گونه تغییر یا تخریب در واحد ساختمانی اتفاق نخواهد افتاد.
سیستمهای نسل دوم اتوماسیون ساختمان، سناریوهای گستردهای در اختیار سازندگان و مالکین قرار میدهد. خانههای هوشمند مفتخر است که تحت پوشش شرکت پردازش هوشمند پرگار سپهر به ارائه خدمات در سراسر کشور ایران پرداخته و این سیستمهای نوین را در اختیار مردم عزیزمان قرار میدهد.
نتیجهگیری
در مجموع، اینترنت اشیا (IoT) و به ویژه رویکرد مبتنی بر عامل (Agent-based) در خانههای هوشمند، تحولی بنیادین در مفهوم امنیت، رفاه و کارایی زندگی روزمره ایجاد کرده است. با ارزانشدن پردازندهها و گسترش فناوریهای بیسیم، دیگر نیازی به ساختارهای سختافزاری پیچیده یا تخریب ساختمان برای هوشمندسازی نیست؛ بلکه هر جزء از خانه میتواند به صورت هوشمند، تعاملی و هماهنگ عمل کند.
امنیت در خانههای هوشمند نسل دوم فراتر از فعالسازی سیستمهای سنتی دزدگیر است و به یک چتر امنیتی جامع تبدیل شده که با همکاری تمام اجزا، هم خطرات را پیشگیری میکند و هم در لحظه بحران، واکنشهای هوشمندانه و هماهنگ از خود نشان میدهد. این رویکرد غیرمتمرکز و انعطافپذیر قابلیت تحمل خطا را افزایش میدهد و آیندهای را رقم میزند که در آن خانه، مکانی برای سکونت و همراهی پویا در تمامی شرایط خواهد بود.
