ساختن شهرهای متصل با استفاده از فناوری های جدید و موجود اینترنت اشیاء

درس هایی از چالش های موجود برای اتصال مردم، سرویس ها و زیرساخت ها در گستره ی وسیع

شهرهای متصل زمانی به وجود آمدند که فناوری های اینترنت اشیاء در گستره ی شهرهای بزرگ مورد استفاده قرار گرفتند. وقتی سخن از شهر متصل به میان بیاید، شاید شما به شهرهای بزرگ فکر کنید که دارای زیرساخت های بزرگی از ابتکارات شهر هوشمند را پیاده سازی کرده اند مانند لندن، نیویورک، شیکاگو، ریودژانیرو یا آمستردام؛ اما روستا های کوچک نیز می توانند از مزایای اتصال مردم، سرویس ها و زیرساخت ها بهره مند شوند. در این مقاله قصد داریم شهرهای متصل و چالش هایی را که ممکن است برای توسعه ی پروژه ی اینترنت اشیاء خود در گستره ی یک شهر داشته باشیم، بررسی کنیم.

بعضی از شهرها و روستاهای جهان برای حل مسائل شهری مانند کنترل ترافیک و بالا بردن امنیت و کیفیت زندگی شهروندانشان، در حال روی آوردن به اینترنت اشیاء هستند. سنسورهای هوشمند که در سرتاسر شهر از جمله درون وسایل نقلیه و ساختمان ها نصب می شوند و اپلیکیشن ها و سرویس هایی که توسط مردمی که در شهر زندگی یا کار می کنند مورد استفاده قرار می گیرد، داده هایی را تولید می کنند که در سرتاسر این شهر متصل استفاده می شوند. از داده های اینترنت اشیاء برای اتخاذ  تصمیماتی درباره ی اینکه مثلا مکان های عمومی به چه شکل طراحی شوند، چطور می توان بهترین بهره را از منابع برد و یا اینکه چگونه می توان خدمات رفاهی و سرویس ها را موثرتر و کارآمدتر ارائه کرد، استفاده می شود.

کاربردهای اینترنت اشیاء در شهرهای متصل

برخی از مسائل کلیدی که ممکن است در پیاده سازی فناوری های اینترنت اشیاء در گستره ی یک شهر بزرگ با آن ها برخورد کنید عبارتند از:

– مدیریت انرژی

– امنیت محیطی

– مدیریت زباله ها

– حمل و نقل: پارکینگ، ترافیک و حمل و نقل عمومی

– مدیریت اورژانس ها و مجریان قانون

– مدیریت شهروندان

مدیریت انرژی

فناوری های انرژی که جهت حل مساله ی مدیریت انرژی در شهر ها اعمال می شوند، شامل فناوری های شبکه ی توزیع برق هوشمند، فناوری های کنتور هوشمند و پلتفرم های روشنایی هوشمند خیابان می باشند.

سامانه های توزیع برق هوشمند ( و فناوری آن ها) باعث می شود که انتقال برق به دلیل اعمال تحلیل های پیش بینی کننده بر داده هایی که از طریق سنسورهایی که در طول خط انتقال نصب شده اند تا با ظرفیت تقاضا ها همخوانی داشته باشد، کارآمد تر شود. سنسورهای هوشمند که توزیع برق را بررسی می کنند، معمولا با فناوری هایی مانند SigFox ، LoRa ، NB-IoT یا LTE-M به شبکه های منطقه ای نزدیک (NAN ها) و یا LPWAN ها وصل می شوند.

این سنسورها شامل سنسورهای دما و سنسور های محاسبه ی واحد فازور که قابلیت محاسبه ی جریان، ولتاژ و فرکانس سیگنال الکتریکی را دارند، می باشند. این سنسورها برای بررسی بهینه بودن ژنراتور های انرژی های تجدیدپذیر مانند پنل های خورشیدی، توربین های بادی که به شبکه ی توزیع متصل هستند و نیز برای شناسایی محلی که ژنراتور ها بیشترین انرژی را تولید می کنند، استفاده می شوند. همچنین از داده های تولید شده توسط سنسورهایی که بر روی ژنراتورها، خطوط انتقال، کابل ها، ترانسفورمرها و ایستگاه های برق قرار دارند، توسط ارائه دهندگان برای تشخیص خطاها و محاسبه ی زمان تعمیرات استفاده می شود.

کنتورهای هوشمند (و فناوری آن ها) که در خانه ها و ساختمان های هوشمند مورد استفاده قرار می گیرند، بررسی مصرف انرژی و کنترل تغذیه از راه دور را که باعث صرفه جویی در هزینه ها به دلیل حذف سوییچ کردن و خواندن کنتور می شود، ممکن می سازد. سسنورهایی که درون کنتور هوشمند گنجانده شده اند، عبارتند از: سنسورهای هال، شتاب سنج ها، سنسورهای شوک، سنسورهای مغنطومقاومت ناهمسان گرد (AMR) و PMU ها.  این سنسورها به بررسی مصرف انرژی و بهره وری، بررسی سالم بودن خود کنتور و همچنین شناسایی اختلالات دیگر قطعات می پردازند. سود مصرف کنندگان از بررسی برخط انرژی این است که زمانی که داده ای از این سنسورها تولید می شود، در یک قطعه دیگر تجمیع شده و از طریق قطعات نمایش دهنده، Visualization Dashboard ها  و Reporting Dashboard ها که در یک اپلیکیشن وب یا تلفن همراه ادغام می شوند، به آنها نمایش داده می شوند. این داشبوردها و اپلیکیشن ها همچنین به آن ها قابلیت دنبال کردن هزینه و الگوی مصرف، شناسایی اعمال و قطعاتی که بیشترین انرژی را مصرف می کنند و مدیریت رفتارهایشان در ازای این تحلیل ها را می دهد.

علاوه بر این ها، قطعات هوشمند شامل کامپوننت های عملگر داخلی مانند رله ها می باشند که به عنوان سوییچ های از راه دور یا کنتور هوشمند عمل می کنند و به مدیریت بار کمک می کنند. به طور مثال قطعات “گرسنه ی انرژی” مانند پمپ های آب یا HVAC ها (گرم کننده ها، دستگاه های تهویه و سامانه های خنک کننده) به صورت خودکار در زمان های کم باری شبکه روشن می شوند که می تواند باعث جلوگیری از قطعی برق و کاهش مصرف و در نتیجه کاهش هزینه ها برای مصرف کننده به دلیل استفاده در ساعات کم باری شود. برنامه های مشابهی برای سایر وسایل اندازه گیری مانند کنتور های گاز و آب نیز در حال  گسترش هستند. به طور مثال در حال حاضر شهر بارسلونا از کنتورهای هوشمند آب استفاده می کند. با استفاده از این کنتورهای هوشمند، این شهر می تواند با اعمال داده کاوی و تحلیل های زمان حال و با استفاده از نمایشگر ها و ابزارهای ارائه ی گزارش که از داده ی سنسورهای کنتور استفاده می کنند، اطلاع رسانی به مشتریان را بهتر کند که همین امر باعث می شود تا مصرف آب بهینه تر شده و هزینه ها برای شهروندان کاهش یابد.

در مکان های عمومی، چراغ های شهری هوشمند کم مصرف و مبتنی بر LED مانند Smart+Connected Lighting  سیسکو، connected-lighting فیلیپس و یا  چراغ ها و سنسور های Silver Spring در حال آزمایش و نصب در صدها شهر و شهرک در جهان می باشند، از بارسلونا (اسپانیا) گرفته تا آدلاید (استرالیا). بیش از سیصد میلیون چراغ های خیابانی در حال حاضر در سرتاسرجهان فعال می باشند. این چراغ های LED هوشمند خیابانی، منجر به ذخیره ی انرژی بسیار چشم گیری شده اند که نه تنها به دلیل استفاده از LED ها به جای چراغ های قدیمی می باشد، بلکه وجود کنترل مرکزی و همچنین تنظیم پذیر بودن میزان روشنایی ها با توجه به میزان ترافیک و یا عبور و مرور مردم عامل بزرگتر این اتفاق می باشد.  این تنظیم پذیری ها با استفاده از تحلیل داده ها از سنسورهای مجاورت و تشخیص حرکت مانند سنسورهای مادون قرمز پسیو (PIR)، سنسورهای آلتراسونیک و یا سنسورهای مایکروویو (داپلر) و یا با پیاده سازی الگوریتم های پردازش تصویر برای تشخیص وسایل نقلیه و حضور عابران پیاده بر روی ویدیوهای زنده که با دوربین ها فیلمبرداری می شوند، قابل دست یابی می باشند. شهروندان نیز می توانند اطلاعات مکانی خود را از طریق ردیاب های GPS که در تلفن همراه یا اتومبیل های متصل شان وجود دارد، انتخاب کنند.

پلتفرم های روشنایی هوشمند اغلب برای اتصال دیگر سنسورهای شهرهای متصل یک ستون فقرات محیا می کنند که به طور معمول با استفاده از حسگرهای شبکه بی سیم (WSN) پیاده سازی می شود.

حفاظت از محیط زیست

سنسورهای محیطی جهت نمایش شبکه های آبراهی، پارک ها و فضاهای سبز به کار می روند و  داده ی این سنسور ها می تواند برای شناسایی محل هایی که نیاز به پاک سازی یا محافظت دارند، استفاده شود. این سنسورهای محیطی همچنین برای دنبال کردن اوضاع محیط زیست در یک شهر مانند دما، رطوبت، میزان بارش باران و از همه مهم تر کیفیت هوا به کار می روند.

سنسورهای محیطی اغلب با اضافه کردن کامپوننت های سنسورهای دیگر برای بالاتر رفتن قابلیت گره های منبع سنسور هوشمند در شبکه ی حسگر بی سیم (WSN) که توسط سامانه های انتقال برق هوشمند و یا پلتفرم های روشنایی خیابان محیا می شوند، قابل گسترش هستند. در یک WSN معمولی، گره های سنسور هوشمند دیوایس های مبتنی بر میکروکنترلر و کم توان هستند که توسط باتری ها و یا سلول های خورشید تغذیه می شوند و به شبکه ی از نوع مش که از پروتکل 6LoWPAN  وIEEE802.15.4  یا استاندارد های شبکه ی RF استفاده می کنند، متصل می شوند. توپولوژی های مش، که در آن گره های سنسور اتصال داخلی دارند و همگی در انتقال داده درون شبکه دخیل هستند، این اجازه را به شبکه می دهند که بتواند هر زمانی گسترده تر شود و در عین حال قابلیت اطمینان و قابلیت بازسازی خود را دارا باشد.

در محیط های شهری، شبکه های حسگر بی سیم به دلیل اوضاع آب و هوایی مانند باران و مه و صفحات منعکس کننده در ساختمان ها و آب که باعث محو شدن سیگنال در چند مسیرگی می شوند، تداخل می کنند. مسیرهای اضافه که توسط توپولوژی شبکه ی مش ایجاد می شوند، به شبکه این اجازه را می دهند که با مسیریابی هوشمندانه ترافیک شبکه، به این مشکلات فائق آیند. همچنین تکنیک های تعویض مداوم شبکه می توانند جهت انتقال داده های سنسورهای محیطی ( و دیگر سنسورها) به سرویس های ابری مانند پردازش، ذخیره در حافظه و تجزیه و تحلیل اعمال شوند.

سنسورهای کیفیت هوا کمک می کنند تا با مشکل آلودگی هوا توسط اتومبیل ها و صنایع که بیشتر شهرها با آن روبه رو هستند، مقابله کنیم.انتشار گازهای آلوده می توانند توسط سنسورهای CO2 که به وسایل نقلیه متصل هستند، به طور مستقیم اندازه گیری شده و نمایش داده شوند. داده هایی که از سنسورهای کیفیت هوای متصل به شبکه ی حسگر بی سیم جمع آوری می شوند، توسط شبکه ی مش با هم مرتبط شده و برای تجزیه و تحلیل ابتدا به سمت درگاه و سپس به سمت سرویس های ابری ارسال می شوند. داده ها می توانند از بین داده های ذخیره شده تحلیل شوند اما در عین حال می توان از تحلیل های جریانی که توسط پلتفرم های اینترنت اشیاء محیا می شوندف استفاده کرد که می توانند داده ها را به طور زنده نیز تحلیل کنند. ( می توانید یک پیش نمایش از نحوه ی کار با پلتفرمApache EdgeNet IBM Watson  را که از تحلیل جریانی استفاده می کند را مشاهده کنید )  این سرویس ها این امکان را به ما می دهند که بتوانیم مشکلات آب و هوایی را با استفاده از تحلیل های برخط پیش بینی کنیم که می تواند به ما امکان اخطار دادن به موقع و در نتیجه سلامت بیشتر شهروندان را بدهد. تحلیل داده های کیفیت هوا به همراه داده های انتشار گازهای مضر این امکان را به ما می دهد که با تغییر مسیردادن ترافیک در یک منطقه ی خاص، از انتشار بیش ازاندازه این گاز ها جلوگیری کنیم.

مدیریت زباله ها

مدیریت زباله یکی دیگر از زمینه هاییست که می توان با استفاده از داده ی سنسورها در کاهش هزینه ها و بالارفتن بهره وری در شهرهای متصل از آن بهره برد. استفاده از سنسورها می تواند کامل کننده ی پروسه ی جمع آوری زباله ی کنونی باشند .به طور مثال، شهر های متصل می توانند از سنسورهای هوشمند مبتنی بر انرژی خورشیدی بر روی سطل های زباله استفاده کنند تا اتومبیل های حمل زباله فقط برای سطل هایی که نیاز به خالی شدن دارند، برنامه ریزی کنند. همچنین می توان از سنسور های متصل به زمین و یا استفاده از الگوریتم های پردازش تصویر برای شناسایی محل هایی که زباله بر روی زمین ریخته شده است استفاده کرد تا سطل های بیشتری در آن منطقه نصب گردد.

در شیکاگو، کنترل کردن محل هایی که زباله در آنها جمع شده بود و جمع آوری داده در مورد آب و هوا و محل دقیق ساختمان های خالی از سکنه این امکان را به تحلیل داده داد که بتواند محل لانه ی موش ها را پیش بینی کرده و بنابراین مسئولین توانستند محل گذاشتن طعمه ها را مشخص کنند. این پیاده سازی منجر به کاهش تعداد موش ها و همچنین کاهش 20 درصدی هزینه ها به دلیل دقیق تر شدن محل طعمه گذاری ها نسبت به دفعات قبل شد.

در توسعه ی فضاهای سبز یک شهر متصل، مانند شهر سانگدو در کره جنوبی، زباله ها می توانند با حذف کامل جمع آوری دستی زباله ها حتی از این هم بهینه تر پردازش شوند. سانگدو از شهروندان خواسته که انواع مختلف زباله هایشان را با استفاده از تگ های هوشمند و کد شده ی RFID  تگ کنند. با این حال با استفاده از خواننده های تگ در سامانه های جمع آوری زباله ها، بدون دخالت دست و یا دسته بندی ثانویه، می توان به طور جداگانه پردازش انجام داد و یا حتی زباله ها را با توجه به داده ی تگ شده روی آن ها، دفن کرد، بازیافت کرد و یا به عنوان سوخت آن ها را سوزاند.

حمل و نقل

شهرهای متصل با تجزیه و تحلیل داده ها از سامانه های گزارش جاده که شامل سنسورهای جاده، دوربین های جاده ای، و تابلوهای محدودیت سرعت متغیر، تجربه ی عبور و مرور را ارتقا داده اند. فناوری های اینترنت اشیاء جهت اعمال برای حل مشکلات حمل و نقل عبارتست از: ارسال داده هایی که از سنسورها جمع آوری می شود و ارسال آنها به سرویس های تحلیل گر جهت اتخاذ تصمیم های عملیاتی و ارسال مستقیم دستور آن ها به عملگرهایی که به دیوایس های هوشمند متصل هستند. ارسال سیگنال های تطبیق گر ترافیک یک مثال از این مورد می باشد. همچنین اعمال می تواند به طور غیر مستقیم برای آگاهی از تصمیم ها بر روی خط و مش ثابت و پردازش های ساده باشد. در سانگدو این موارد شامل کنترل کردن داده های موقعیت جغرافیایی ردیاب های GPS و تگ های RFID بر روی وسایل نقلیه، تحلیل نحوه ی عملکرد وسایل نقلیه که شامل شناسایی وقوع تصادف و ازدحام و سپس تغییر سیگنال های ترافیکی به صورت برخط برای کنترل جریا ترافیک و کاهش تاخیرها می باشند.

سیگنال های منطبق گر ترافیک در حال استفاده در شهرهای جهان از جمله سیدنی، نیوجرسی و تورنتو هستند. تحلیل تاریخچه ی ترافیک و داده ی سنسورهای جاده ای می تواند جهت تغییر محدودیت سرعت ها و عوارض جاده ای که باعث می شوند کنترل ترافیک راحت تر شود، مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر استفاده برای تعیین محل تصادف ها و ترافیک ها، سنسورها می توانند گزارش وضعیت جاده ها و پل ها را بدهند تا بتوان برنامه زمانی تعمیرات آن ها را به آسانی تنظیم کرد.

داده ی گزارش های جاده ای از سنسورها و دوربین ها می تواند برای مدیریت پارکینگ های خیابانی استفاده شود. به طور مثال داده ها می توانند توسط یک اپلیکیشن هوشمند پارکینگ در تلفن همراه منتشر شوند تا محل های پارکینگ، عبور و مرور در نزدیکی پارکینگ و مدیریت هزینه های پرداختی جهت استفاده از پارکینگ را مشخص کرده و تجربه ی استفاده از پارکینگ را بدون دردسر کنند.

حمل و نقل عمومی نیز می تواند با استفاده از داده های سامانه های بلیت هوشمند و زمان بندی های مسیر توسط سنسورها و ردیاب های  GPS نصب شده بر روی وسیله ی نقلیه توسعه یابد. این راه حل می تواند یک گزارش برخط از در دسترس بودن سرویس ها و تاخیرهایی که به دلیل صبر کردن در ایستگاه ها و پایانه ها می باشند، ارائه دهد. همچنین می تواند جداول زمانی را تغییر داده و دقیق ترین زمان ها را ثبت کند و با تحلیل آن ها می توان میزان تقاضاها را در طی ساعات مختلف و روزهای مختلف پیش بینی کرد و برای ارائه ی سرویس های اضافه تصمیم گیری انجام داد.

مدیریت وقایع اضطراری و اجرای قوانین

داده های شبکه های سنسوری یک دید نسبت به آنچه در شهر در حال اتفاق است به سازمان های مجری قانون و مدیریت حوادث ارائه می کند تا بتوانند تصمیم های بهتری اتخاذ کنند. این آگاهی از وضعیت می تواند برای پیش بینی روزانه برای برنامه ریزی و تحلیل های  اگر-آنگاهی، و در زمان های بحران، به تصمیم سریع به حوادث کمک کند. به طور مثال سنسورهای جاده ای که برای کنترل ترافیک به کار می روند، می توانند در شرایط عادی به کار روند تا مسیر وسایل نقلیه ی مجری قانون را مشخص کند. و یا در شرایط اضطراری مانند سیل همان سنسورها می توانند نشان دهند که کدام جاده ها دارای محدودیت هستند و یا بدون دسترسی هستند (وجود ترافیک کمتر نسبت به حالت عادی) و نیز می توانند برای اولویت بندی مناطق مختلف جهت تخلیه کردن و اینکه کدام جاده ها تعمیر و پاک شده اند، استفاده شوند.

شبکه ی شهری سنسورها که مبتنی بر زیرساخت روشنایی هوشمند و شبکه های انتقال برق هوشمند هستند، اغلب شامل دوربین هایی هستند که برای کنترل و نمایش وجود محل های پارک و یا شناسایی حضور مردم برای تغییر سطح روشنایی استفاده می شوند. این دوربین ها همچنین می توانند توسط سازمان های مجری قانون مورد استفاده قرار گیرند تا با اعمال جست وجو بین ویدیوها و استفاده از ابزارهای تحلیل بر روی اطلاعات خام دوربین ها، نظارت خود را انجام دهند. داده ای که از این دوربین ها و سنسورها بدست می آید، با دیگر منابع مانند محتواهای شبکه های اجتماعی ترکیب می شوند و با تحلیل توسط فناوری های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی درباره ی وقوع جرم پیش بینی هایی انجام می گیرد.

مدیریت شهروندان

بعضی از مزایای شهرهای متصل به دلیل اعمال محاسبات منطبق گر برای ایجاد یک دید از داده های جمع آوری شده از سنسورها و دیگر ابزارها می باشد. با این حال شهر ها شهروند محور هستند و داده هایی که از سنسورها دریافت می شود باید با داده های شهروندان تکمیل شود. اپلیکیشن های تحت وب و تلفن همراه این موقعیت را برای شهروندان ایجاد می کنند تا با حکومت محلی خود در ارتباط باشند و بتوانند درخواست های خود را ارسال کنند، بازخوردهای خود را اعلام کنند و یا درباره ی اشتباهات و زیرساخت ها گزارش خطا ارسال کنند.(به فرمی که منبع آن مردم می باشند، crowd sensing می گویند.) داده های شناسایی نشده و یا غیرقابل اعتماد مانند مشاهدات مردمی در طول یک زمان از کیفیت هوا، می تواند به عنوان یک داده ی عمومی درنظر گرفته شود. اتخاذ استانداردهای جداگانه برای داده های شهروندان و داده های سنسورها بسیار مهم است و کمک می کند تا داده ها همچنان در دسترس افراد و کسب و کار ها بمانند و ارزش آن ها حفظ شود.

چالش ها و درس هایی که در طول توسعه ی یک شهر متصل فرا می گیرید

بعضی از چالش های موجود در توسعه ی شهرهای متصل چالش های فنی خالص نیستند. توسعه ی یک شهر متصل شامل برقراری مشارکت، توسعه ی استراتژی ها و مدل های کسب و کار و مشورت با جوامع مختلف می باشد که همه ی این ها قبل از مسائل فنی رخ می دهند. بعضی از چالش هایی که از پروژه های موجود شهرهای متصل شناسایی شده اند عبارتند از:

– مشارکت، استراتژی و سرمایه گذاری

– انتخاب یک پلتفرم

– ارتباطات

– امنیت و حریم خصوصی

مشارکت، استراتژی و سرمایه گذاری

“پروژه های گسترده در حوزه ی اینترنت اشیاء نیاز به یک رهبر دارند که بتواند از پروژه پشتیبانی کند و همکاری بین اعضا را تسهیل بخشد و همچنین با کارکنان در ارتباط باشد.”

ساختن یک شهر متصل عبارتست از جمع کردن کارکنان و جمع آوری داده ها از منابع مختلف اعم از بخش های عمومی و خصوصی. با این حال، این سطح از همکاری فقط با از بین بردن موانع ارتباطی و آسان سازی به اشتراک گذاری داده بین کارکنان بخش های مختلف می باشد. این پروسه همچنین شامل توسعه ی یک سختار مدیریتی و یک برنامه ریزی شهری است که باعث می شود تمام کارکنان برای یک هدف مشترک کار کنند.

یکی از درس هایی که می توان از شهرهای متصل مانند آمستردام آموخت، درک اهمیت انتصاب یک هماهنگ کننده است – یعنی یک CTO. پروژه های گسترده در حوزه ی اینترنت اشیاء نیاز به یک رهبر دارند که بتواند از پروژه پشتیبانی کند و همکاری بین اعضا را تسهیل بخشد و همچنین با کارکنان در ارتباط باشد. همچنین ابتکارات شهرهای متصل زمانی به موفقیت می رسد که جامعه ی مردمی تقویت شده و از فرهنگ مشارکتی استفاده شود؛ یعنی تمامی شهروندان به اینکه نقش فعالی در پروسه ی تصمیم گیری داشته باشند، تشویق شوند.

زمانی که تیم ها تصمیم هایی اتخاذ می کنند و یا اولویت هایشان را مشخص می کنند، باید تصمیم بگیرند که به طور اولیه رویکرد مبتنی بر مردم و یا رویکرد مبتنی بر بهره وری را پیش ببرند. این پروسه شامل ایجاد تعادل بین نیازمندی ها برای رسیدن به بالاترین میزان بهره وری و کاهش هزینه ها در مقابل نیاز شهروندان از تمام جمعیت شناسی هاست. در شهرهای بزرگ، بازگشت به سرمایه بعد از اینکه تیم ها فناوری های اینترنت اشیاء را معرفی کردند، با توجه به بزرگی تجارت و میزان ذخیره سازی در ازای بهترکردن سرعت و بهره وری بسیار مهم خواهد بود. با این حال، در شهرها و روستاهای کوچک سرمایه ی زیرساخت و فناوری نیاز به گذشت چندین سال دارد تا پرداخت شود؛ به خصوص به عنوان کامل کردن شهرهای موجود با فناوری های هوشمند می تواند گران تر از توسعه ی پروژه ی فضای سبز تمام شود.

یک رویکرد که معمولا در شهرهای متصل کنونی اتخاد می شود، این است که کار را با تمرکز بر روی زمینه هایی شروع کنند که کاهش هزینه ها در آن ها بسیار چشم گیر باشد؛ مثلا فناوری های روشنایی هوشمند و یا انتقال برق هوشمند. پس از آن تیم ها می توانند دیگر درس هایی که فرا گرفته اند را نیز اعمال کنند تا دیگر نیازها نیز با توجه به هدف اصلی مرتفع شوند.

انتخاب یک پلتفرم

“ایجاد حس نسبت به داده ها کلید موفقیت در شهرهای متصل می باشد. مطمئن شوید که پلتفرم شما از تجزیه و تحلیل آنی و تاریخچه ای پشتیبانی می کند.”

قبلا درباره مزایای یک پلتفرم اینترنت اشیاء صحبت کردیم و لیستی از پلتفرم های همه منظوره شامل IBM Watson IoT ، AWS IoT و Microsoft Azure Iot در قسمت راهنمایی پلتفرم های اینترنت اشیاء ارائه کردیم. پلتفرم های مخصوص شهر هوشمند عبارتند از:

– The Thing Network که رایگان و متن باز بوده و آمستردام اولین شهری است که از آن استفاده می کند. این پلتفرم برای استفاده توسط دیوایس های LoRaWAN طراحی شده است.

– Current by GE که در سن دیگو استفاده می شود.

– Cisco’s Smart+Connected Digital Platform که برای شهرهایی در جهان از جمله کانساس سیتی (ایالات متحده) و پاریس (فرانسه) پیاده سازی شده است.

قابلیت مقیاس پذیری و منعطف بودن پلتفرم اینترنت اشیاء دو ویژگی مهم است که تیم ها باید برای یک توسعه ی قدرتمند در این مقیاس، حتما آن ها را در نظر بگیرند. ایجاد حس نسبت به داده ها کلید موفقیت در شهرهای متصل می باشد. مطمئن شوید که پلتفرم شما از تجزیه و تحلیل آنی و تاریخچه ای پشتیبانی می کند؛ چون برخی فناوری های تطبیقی مورد استفاده در شهرهای متصل مانند سیگنال های تطبیقی ترافیک یا روشنایی هوشمند، به تجزیه و تحلیل آنی نیاز دارند. همچنین پلتفرم هایی را در نظر بگیرید که از تحلیل منابع داده ی بدون ساختار که شامل ویدیوی دوربین ها، یک متن ارسالی از یک شهروند به عنوان پیشنهاد یا بازخورد در کنار پشتیبانی از داده های ساختارمند مانند داده ی بسیاری از سنسور ها در شهر، پشتیبانی کند.

ارتباطات

“طراحی معماری شبکه و تصمیم گیری برای استاندارد فرمت های داده و پروتکل های شبکه جهت تطبیق، می تواند تاثیر زیادی در کارا بودن پروژه ی اینترنت اشیاء داشته باشد.”

زیرساخت ارتباطی، که شامل کابل ها، برج های سلولی، سلول کوچکی از نقاط اتصال شبکه و نقاط اتصال بی سیم، به دیوایس ها، از جمله سنسورها و عملگرهای هوشمند این امکان را می دهد که با درگاه ها در ارتباط باشند و به درگاه ها این امکان را می دهد که با اپلیکیشن های ابری و سرویس های  تجزیه و تحلیل، قوانین و حافظه برای پردازش داده های با حجم بالا که توسط سنسورها تولید شده اند، در ارتباط باشند. به محض اینکه سنسورها در شهر گسترش یافتند و شروع به ساختن داده می کنند، زیرساخت ارتباطات  یک عامل محدود کننده خواهد شد پس این زیر ساخت اغلب نیاز به بروزرسانی دارد. بار شبکه، دیوایس های درگاه و سرویس ها باید مانیتور شوند؛ پس زیرساخت باید قابل ارتقا جهت رسیدن به پهنای باند و کارایی مورد قبول جهت اضافه کردن دیوایس های بیشتر را داشته باشد. طراحی معماری شبکه و تصمیم گیری برای استاندارد فرمت های داده و پروتکل های شبکه جهت تطبیق، می تواند تاثیر زیادی در کارا بودن پروژه ی اینترنت اشیاء داشته باشد.

امنیت و حریم خصوصی

“شما باید دیوایس ها و پلتفرم هایی را انتخاب کنید که امنیت را به بهترین شکل پیاده سازی کنند”

چالش های امنیتی در شهرهای متصل عبارتست از حفظ انعطاف پذیری در مقابل حملات سایبری مانند حملات هدفمند، اطمینان از منطبق بودن بر چارچوب های رگولاتوری و حفظ محرمانه بودن و درست بودن داده های شخصی شهروندان.

یکی از بزرگترین چالش ها در حفظ انعطاف پذیری سامانه های شهرهای متصل، در امن سازی خود دیوایس ها و سنسورهای هوشمند است. با وجود بسیاری دیوایس های ناهمگون، نقاط با پتانسیل آسیب پذیری بسیاری نیز وجود خواهد داشت. دیوایس ها معمولا عملگرها هستند که می توانند رفتارهای جهان واقعی را عوض کنند.(با آثار تهدید آمیزی بر زندگی اگر چیزی اشتباه شود). چند مثال می تواند چراغ های راهنمایی رانندگی باشند که می توانند از راه دور سیگنال های ترافیکی را کنترل کنند و در صورت اشتباه باعث تصادف و در پی آن ترافیک خواهدند شد، سامانه های HVAC که می توانند خاموش و روشن شوند و یا کنتورهای برق هوشمند می توانند از راه دور از منبع برق جدا شوند. بنابراین، برای طراحی شهرهای متصل باید از همان ابتدا امنیت را مدنظر قرار داد.

شما باید دیوایس ها و پلتفرم هایی را انتخاب کنید که امنیت را به بهترین شکل پیاده سازی کنند: پلتفرم های اینترنت اشیاء علاوه بر رمزگذاری جهت محرمانه ماندن داده ها و نشانه دار کردن داده ها جهت درست بودن آنها، سرویس هایی مانند احراز هویت و سرویس های کنترل دسترسی را برای دیوایس ها، کاربران و سرویس ها محیا می کنند. مدیریت دیوایس ها نیز یک خصوصیت مهم برای امنیت پلتفرم اینترنت اشیاء است و باید این موارد را شامل باشد: بروزرسانی پشتیبانی به صورت خودکار و بر روی هوا تا دیوایس های گسترده شده به روز بمانند و آسیب پذیری آنها کشف شود و دیوایس هایی که عمرشان تمام شده را منهدم کند. با این حال شما باید درنظر بگیرید که دیوایس ها ممکن است منهدم شوند و استراتژی ها و برنامه ی مدیریت آسیب پذیری ها داشته باشید که مطمئن شوید حتی وقتی آنها منهدم می شوند، میزان آسیبی که یک دیوایس می تواند به کل شبکه وارد کند را محدود کنید. این استراتژی ها شامل امن کردن معماری شبکه و سرویس های ابری و طراحی دیوایس ها جهت خراب شدن امن می باشد.

در پایان، شما باید امنیت سامانه های خود را دائما بررسی کنید و اتفاقات را ثبت کنید، ناهنجاری ها را شناسایی کنید، مانیتورینگ انجام دهید و تجزیه و تحلیل انجام دهید.یک مثال از تجزیه و تحلیل بررسی یک ویدیو و یک محتوای بدون ساختار جهت شناسایی حوادث امنیتی فیزیکی می باشد. استراتژی هایی برای اینکه چگونه آسیب پذیری ها افشا و مدیریت شوند، توسعه دهید و با سازمان های امنیتی و مجری قانون ارتباط برقرار کنید تا هنگام برخورد کردن با یک مشکل امنیتی، به زودی و به درستی برطرف شود.

مرحله ی بعد برای شهرهای متصل چیست؟

با بالغ شدن شهرهای متصل، آنها باید به سرعت مقیاس شوند و تکامل یابند تا با تغییرات خواسته های شهروندان مطابقت داشته باشند. چالش های در حال حاضر برای شهرهای متصل بالغ عبارتند از: جمع پذیری، ماندگاری و ارزیابی تاثیرات

بیش از نیمی از جمعیت حال حاضر جهان در محیط های شهری زندگی می کنند. با بزرگتر شدن فضاهای شهری و ورود اینترنت اشیاء به شهرها، شهرهای متصل گسترده ترخواهند شد. شهرهای متصل ممکن است در نهایت داده ها و سرویس ها را از محدوده ی گسترده ی اینترنت اشیاء استنتاج کند؛ مثل آموزش و سلامت هوشمند.

فناوری هایی که برای پیاده سازی شهرهای متصل به کار می روند، نیاز به ارتقا در طول زمان دارند. حداقل ارتقا، این است که آنها با آخرین وصله های امنیتی و افزایش بهره وری منطبق شوند. همچنین با بزرگ شدن شهرها، شهرهای متصل از مزایای فناوری های جدید و پروسه های کسب و کار موجود استفاده می کنند؛ یک مثال از این مورد استفاده از پهباد های هوایی برای انتقالات جزیی است.

نحوه ی تعامل شهروندان با دیوایس های اینترنت اشیاء و انتظارات آنها از نحوه ی عملکرد شهر متصل، در طول زمان به دلیل تکامل فرهنگ ها و سبک زندگی ها عوض می شود. بنابراین پیاده سازی های شهرهای متصل نیز باید با توجه به این نیازها عوض شوند.

در طول این پروسه، زیرساخت ها و فناوری های قدیمی نیاز به نگه داری، مدرن کردن و گسترده شدن حتی در ازای بازسازی و پیاده سازی مجدد دارند. بعضی از مراتب ماندگاری، می بایست نگه داشت و گسترده شده پروژه را در طول زمان تضمین کنند. به طور مثال شهر ها باید به صنایع توجه ویژه ای داشته باشند. مانند اتخاذ استانداردهای آزاد و یا رویکرد های خدمات کوچک برای طراحی معماری پلتفرم و استفاده از سرویس های آزادانه جفت شده و فناوری-آگنستیک ، API های خلاصه شده. سپس سرویس ها می توانندبه طور مستقل و تدریجی ارتقا یابند. و پروژه های اینترنت اشیاء باید برای انعطاف پذیری و مقیاس پذیری طراحی شوند. با این حال اینترنت اشیاء با سرعت بسیار زیادی در حال پیشرفت است و بهترین انتخاب این است که با نیازهای شهروندان جلو رفت تا اینکه بخواهیم نیازهای آینده ی آن ها را پیش بینی کنیم.

ابتکارات شهرهای هوشمند، باید همچنین برای استفاده از داده های تاریخچه ای که وسط سنسور ها جمع آوری شده است، آماده باشند تا بتوانند نشان دهند که چگونه داده ها پردازش می شوند تا مشکلاتی که در تنظیم کردن آدرس در اپلیکیشن های فناوری اینترنت اشیاء دارند را حل کنند. این بحث شامل اندازه گیری میزان صرفه جویی در زمان و هزینه ها در طول زمان و ارزیابی و توصیف KPI های مرتبط با بالابردن پایداری، پایین آوردن برخورد ها، بالا بردن زمان های پاسخ اضطراری، افزایش نقش شهروندان و غیره می باشد. نشان دادن کارا بودن یک پروژه معمولا یک پیش شرط برای امن بودن سرمایه گذاری و مشارکت می باشد. پلتفرم های اینترنت اشیاء سرویس های تحلیل گر و ابزارهای نمایشی ارائه می دهند تا این پروسه را انجام دهند.

پیاده سازی شهرهای متصل یک پروسه طولانی مدت می باشد. سود شهرهای متصل به طور آنی به دست نمی آید و یک اتفاق تدریجی است. با این حال در طولانی مدت، بهره وری و صرفه جویی در هزینه های که  توسط اپلیکیشن های اینترنت اشیاء بدست می آیند، این امکان را به شهرها می دهند که زیرساخت شهرداری خود را مقیاس بندی کرده و پایداری را افزایش دهند که در ازای آن پیشنهادات اقتصادی شگفت انگیزی به وجود خواهد آمد.

 

محمدرضا داودی

دانشجوی مهندسی برق دانشگاه صنعتی اصفهان هستم و چند وقتی هست که به مبحث اینترنت اشیاء علاقه مند شده ام.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *