مقاله راه حل برای اینترنت اشیاء

راه حل برای اینترنت اشیاء

اردشیر بحرینی نژاد

استادیار دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده فنی و مهندسی، گروه فناوری اطلاعات

سلمان طاهری زاده

دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده فنی و مهندسی، گروه فناوری اطلاعات

کلید واژه: RFID، اینترنت اشیاء، حسگر، سیار، بیسیم

چکیده

فـناوری RFID با توجه به انعطاف پذیری و فواید فـراوان، جهت مقاصد خودکارسازی شناسایی اشیاء بسیار مناسب است. با استفاده از فناوری های جدیدی مانند RFID و یکپارچه کردن آن با فناوری های دیگر همچون حسگر می توان اینترنت کنونی را به سمت اینترنت اشیاء هدایت کرد و به ارتباطات مستمر اشیاء به شبکه جهانی اینترنت که از نتایج آن نظارت آنی، دقیق و آسان به آنها است دست یافت. به این منظور در این مقاله راه حل های یکپارچه کردن RFID با شبکه های حسگری بیسیم به همراه الگوریتمی نوآورانه و یکپارچه کردن Mobile RFID با فناوری حسگر ارایه شده است که می توانند کیفیت زندگی همه جا حاضر بودن را به کمک اینترنت بهبود بخشند. این راه حل ها در حالیکه مکمل یکدیگر هستند، کمک می کنند در هر زمان و در هر کجا با هر چیزی ارتباط برقرار کرد و به اطلاعات محیطی و وضعیت آن دست یافت. در نهایت نیز ترکیبی از این راه حل ها برای استفاده بهینه تر از امکانات موجود معرفی می شود. این فناوری ها به عنوان موضوعات مفید و لازم، فرصت های جدیدی را برای بشر فراهم می کنند و تأثیر مهمی در زندگی امروزی ما دارند و راه و روش مدیریت سیستم های ما را آسان و تغییر خواهند داد.

1 مقدمه

امروزه شاهد تلاش های بسیاری برای استفاده بهینه از فناوری RFID[1] به همراه دیگر فناوری ها همانند فناوری حسگر[2] هستیم. از اهداف مهم این تلاش ها، استفاده بهینه از امکانات فعلی و ایجاد راه حل هایی برای نظارت دقیق و آنی بر اشیاء از راه دور و بهبود بخشیدن به کیفیت زندگی همه جا حاضر بودن می باشد. در این مقاله ما به دنبال راه حل هایی هستیم تا بتوان به واسطه آنها از طریق اینترنت در هر زمان و در هر کجا با هر چیزی ارتباط برقرار کرد و علاوه بر معرفی و شناسایی آن در شبکه، به اطلاعات محیطی و وضعیت آن نیز آگاهی پیدا کنیم و شکلهای جدیدی از ارتباط میان افراد و اشیاء و حتی بین خود اشیاء فراهم کنیم. در آن صورت به اینترنت اشیاء[3] خواهیم رسید که علاوه بر افراد و اطلاعات، حاوی اشیاء نیز می باشد و به نوعی روش های مناسبی در جهت کم رنگ کردن نقش بشر برای نظارت، تشخیص و کنترل بر اشیاء در دنیای اینترنت اشیاء ارایه می کنیم.

فـناوری RFID دارای برتریهایی است که سایر فـناوریهای شناسایی موجود مانند بارکد[4] فاقد آن هـستند. از RFID می توان بصورت فـقـط خواندنی یا خواندنی/نوشتنی استفاده کرده و بدون نیاز به وجود اتصال فـیزیکی یا خط دید مستقـیم جهت برقـراری ارتباط و تحت شرایط محیطی متنوع، اطلاعات را با دقـت بالایی جابجا نمود (Srivastava, 2005). این فـناوری با توجه به انعطاف پذیری فـراوان و استفاده آسان، برای مقاصد خودکار سازی[5] یا اتوماسیون شناسایی اشیاء بسیار مناسب است.

2 معرفی RFID

RFID به مفهوم استفاده از سیگنالهای رادیویی برای شناسایی خودکار یک شیء بر اساس ذخیره سازی و بازیابی داده از راه دور می باشد (Lee et al., 2006).

بطور کلی فناوریRFID از تجهیزات زیر جهت پیاده سازی کمک می گیرد:
1. برچسب[6]
2. برچسب خوان[7]
3. آنتن- تقویت کننده سیگنال
4. نرم افزار مدیریت اطلاعات
5. بانک اطلاعاتی

امواج رادیویی اطلاعات را بین ارسال کننده اطلاعات و دستگاه دریافـت اطلاعات جابجا می کنند. به قـطعه ارسال کننده اطلاعات، برچسب و به قطعه دریافت کننده اطلاعات، خواننده یا برچسب خوان گفـته می شود. برچسب غالبا بر روی شیء قرار می گیرد. اگر بخواهیم برچسب ها را بر اساس منبع انرژی که استفاده می کنند تقسیم بندی کنیم سه نوع اصلی از آنها را خواهیم داشت. برچسب های فعال[8] ، غیر فعال[9] و نیمه غیر فعال[10]. برچسب های فعال و غیر فعال تفاوت های بسیاری دارند اما می توان اشاره کرد که برچسبهای فعال، انرژی مورد نیاز خود را از باتری هـمراهـشان دریافـت می کنند درحالیکه برچسبهای غـیر فعال به خودی خود دارای منبع انرژی نبوده و برای بکار افـتادن باید از انرژی امواج الکترومغناطیسی منتشر شده از برچسب خوان استفاده نمایند و البته محدوده و دامنه خواندن کمتری نسبت به برچسب های فعال دارند (Fine et al., 2006). برچسبهای غـیرفـعال قـیمت کم و طول عـمر زیادی دارند و ابعادشان نیز کوچک است. نوع دیگری از برچسب نیز برچسب نیمه غیر فعال می باشد که علاوه بر استفاده از باطری داخلی اش، میتواند از انرژی امواج منتشر شده از برچسب خوان نیز استفاده نماید. در این مقاله تمرکز بر روی برچسب های غیر فعال قرار داده شده است.

آنتن جهت انتقال سیگنالهای رادیویی بین برچسب خوان و برچسب استفاده می شود که هم برای برچسب و هم برای برچسب خوان بکار می رود. نرم افزار مدیریت اطلاعات نیز به منظور پردازش داده های جمع آوری شده وجود دارد. این نرم افزار خاص که معمولا بر روی یک سرور محلی[11] می باشد این امکان را می دهد تا داده های رد و بدل شده با برچسب خوان جمع آوری و مورد پردازش قرار گیرند و در صورت نیاز در بانک اطلاعاتی ذخیره و بازیابی شوند.

فناوری RFID می تواند یک جانشین برای بارکدها باشد. در حقـیقـت  RFIDچیزی فراتر از بارکد می باشد زیرا دارای یک سیستم اتوماتیک پویشگر است. این دو فناوری تفاوت های عمده ای دارند. دو تفاوت اصلی آنها این است که تکنولوژی RFID دارای قـابلیت حمل حجم زیادی از اطلاعات می باشد و نیز نیازی به وجود خط دید برای جمع آوری داده و ارتباط ندارد (Holmqvist and Stefansson, 2006)

3 معرفی اینترنت اشیاء

گزارش تهیه شده تیم تحلیلگران واحد استراتژی و سیاست[12]ITU ، نگاهی به گام بعدی در ارتباطات مستمر و همیشه برقرار[13] دارد    (ITU, 2005). بر این اساس فناوری های جدیدی مانند RFID و محاسبه هوشمند[14] نوید دهنده دنیایی از تجهیزات شبکه شده و به هم پیوسته است. در آن هنگام هر چیزی از چرخهای اتومبیل گرفته تا مسواک وارد حوزه ارتباطات می‌شوند که خبر دهنده طلوع عصر جدیدی است و اینترنت کنونی (که حاوی داده و مردم است) را به سمت اینترنت اشیاء هدایت می‌کند. همانطور که در شکل 3-1 مشاهده می شود به نوعی می توان بحث اینترنت دو بعدی و سه بعدی را به میان آورد.

شکل 3-1

طبق انقلاب اینترنتی که در گذشته انجام شده، امکان ارتباط افراد و اطلاعات در هر کجا و در هر زمان فراهم شده است. افراد برای اتصال به شبکه جهانی علاوه بر نشستن جلوی رایانه شخصی خود، می توانند از تلفن های همراه و رایانه های همراه نیز استفاده کنند. مرحله بعدی این انقلاب تکنولوژیکی به طور منطقی، اتصال اشیاء به شبکه ارتباطات است و همچنین با تعبیه کردن فرستنده/گیرنده های سیار در اقلام و اشیاء معمولی، شکلهای جدیدی از ارتباط میان افراد و اشیاء و حتی بین خود اشیاء فراهم می شود. بنابراین در دنیای فناوری های ارتباطات و اطلاعات، از برقراری ارتباط در هر زمان و هر مکان برای هر کس به سمت برقراری ارتباط در هر زمان و هر مکان برای هر کس و هر چیز پیش می رویم (شکل 3-2).

شکل 3-2

استفاده از برچسبهای الکترونیکی RFID و حسگرها گسترش ارتباطات و پتانسیل کنترل شبکهء شبکه ها را برآورده خواهد ساخت   (ITU, 2005) که این موضوع به اهمیت استفاده از فناوری حسگر در کنار فناوری های جدیدی همانند RFID به منظور دستیابی به اینترنت اشیاء تأکید دارد. Kevin Ashton، یکی از مدیران شرکت Procter & Gamble، در این رابطه می گوید "اینترنت اشیاء خلق روشی برای شرکت ها می باشد تا با استفاده از حسگرها به شناسایی اشیاء در هر کجا از این دنیای بسیار بزرگ بپردازند. این فناوری در حال تغییر دادن اساسی به روش پیگیری اشیاء از تولید تا مصرف و حتی بالعکس می باشد. به همین خاطر است که ما اینترنت اشیاء را خلق می کنیم"(Digital ID World, 2003) .

به منظور دستیابی و متصل شدن به اشیاء، تشخیص آنها بر روی شبکه از طریق فناوری مانند RFID یک امر ضروری است. سپس به کمک فناوری حسگر به آگاهی از تغییرات در حالات فیزیکی آنها مانند تغییر دما می پردازیم. هم اکنون به کمک ترکیب این دو تکنولوژی و اینکه چگونه بشر می تواند اشیاء را به واسطه اینترنت اداره کند، به آنها هوش[15] می دهیم. بنابراین بحث هوشمند کردن اشیاء در اینترنت اشیاء از اهمیت خاصی برخوردار است. در این رابطه نیز Negroponte، رئیس Media Lab در [16]MIT، می گوید "وقتی ما در مورد اینترنت اشیاء صحبت می کنیم فقط قرار دادن برچسب های RFID بر روی تعدادی اشیاء گنگ به منظور اینکه ما که افراد باهوشی هستیم بدانیم مکان آنها کجاست نیست. بلکه در مورد تعبیه کردن و جا دادن هوش در آنها است چراکه در آنصورت اشیاء هوشمندتر و چیزی بیشتر از انچه که انتظار می رود، انجام می دهند" (Shannon, 2005).

4 راه حل یکپارچه کردن فناوری RFID با شبکه های حسگری بیسیم

شبکه های حسگری بیسیم تعداد زیادی از حسگرهای ریز را استفاده می کنند که امروزه برای نظارت بر کشاورزی و باغ های انگور، کاربرد تجاری دارند (Clauberg, 2004). RFID و شبکه های حسگری هر دو از فناوری های بیسیم هستند که پتانسیل های بی حد و حصر آینده را تأمین می کنند. از آنجا که صنعت گواه بر رشد سریع توسعه و کاربرد فناوری RFID بوده است و اجتماع محققین در زمینه شبکه تلاش های شگرفی را به شبکه های حسگری اختصاص داده اند، این دو عوام با یادگیری از یکدیگر بسیار مفید خواهند بود              (Ho et al., 2005). البته یکپارچه کردن RFID با شبکه های حسگری هنگامی با ارزش خواهد بود که داده ها دقیق، به موقع، بامفهوم و به آسانی قابل دسترس باشند. این تصور تأثیر مهمی در زندگی امروزی ما دارد و راه و روش مدیریت سیستم های ما را تغییر خواهد داد.

در این شبکه که حاوی گره[17] هایی است که از هر دو فناوری RFID و فناوری حسگر استفاده کرده، هر گره می تواند داده و اطلاعات را جمع آوری و به گره های دیگر در شبکه به صورت بیسیم ارسال کند. این داده و اطلاعات می تواند شماره شناسایی یکتا، نوع، زمان و مکان ساخت و حتی حالت و نوع وضعیت شیء همچون دما، فشار، وزن، بو و غیره باشد. در سیستم RFID که در این مقاله استفاده شده، فاصله برچسب و برچسب خوان نمی تواند دورتر از چند سانتی متر (به طور مثال 10 سانتی متر) باشد. بنابراین سیستمی را ارایه خواهیم کرد تا به واسطه آن بتوانیم اطلاعات در مورد یک شیء را از فاصله ای بیشتر از حد معمول بخوانیم و منطقه وسیعی که برچسب ها در آن گسترده شده اند را پوشش دهیم و قادر خواهیم بود اطلاعات اشیاء مختلف که در موقعیت های متفاوت قرار دارند را در یک مکان بخوانیم و به آنها نظارت داشته باشیم. ایده اصلی استفاده از یک فرستنده/گیرنده فرکانس رادیویی[18] در هر گره از شبکه می باشد. در این شبکه یک گره به نام گره سرور[19] وجود دارد که به یک سرور محلی متصل است. اتصال گره سرور به سرور محلی کار پیچیده ای نیست. می توان با پیاده سازی پروتکلی، تبادل داده میان میکروکنترلر گره سرور و سرور محلی را برقرار کرد. کاربر محلی نیز می تواند از طریق این سرور محلی اطلاعات را دریافت و اعمال لازم را انجام دهد. سرور محلی نیز در جهت پیاده سازی اینترنت اشیاء می تواند از طریق شبکه جهانی اینترنت قابل دستیابی باشد. گره ها در یک مسیر با استفاده از فرستنده/گیرنده فرکانس رادیویی خود آنقدر اطلاعات را بین خود جا به جا و انتقال می دهند تا به گره سرور برسد. هر یک از گره ها توانایی ارسال اطلاعات به یک گره خاص در شبکه را ندارند زیرا هر یک از آنها دارای آدرس خاصی نیستند. اما با الگوریتم و پروتکلی که ارایه خواهیم کرد قادر خواهند بود تا اطلاعاتشان را به گره سرور ارسال کنند. در اصل ساز و کاری برای مسیریابی ارایه خواهیم کرد.

کل سیستم به صورت شبکه ای از سه نوع مختلف گره می باشد. 1- گره معمولی 2- گره خوشه[20] 3- گره مسیریاب[21].

برچسب ها بر روی اشیاء نصب شده اند و متناظر با هر برچسب یک برچسب خوان وجود دارد تا اطلاعات آن (به طور مثال شماره شناسایی منحصر به فرد آن) را بخواند. گره های معمولی قادر خواهند بود تا اطلاعات برچسب RFID مربوط به خود و اطلاعات دریافتی از حسگر متناظرشان را بخوانند و این اطلاعات را به گره دیگر ارسال کنند. این اطلاعات آنقدر جابه جا خواهد شد تا به گره سرور برسد.

در این مقاله ما فناوری RFID را با شبکه ای از نوع فاقد عمومیت[22] بیسیم یکپارچه کرده ایم. شبکه فاقد عمومیت بیسیم، اجتماعی از گره هایی است که این گره ها از طریق ارتباط های بیسیم با یکدیگر بدون استفاده از مدیریت مرکزی به تبادل اطلاعات می پردازند   (NIST, 2006). در این نوع شبکه، هر یک از گره ها فقط می توانند با گره های درون محدوده انتقال بیسیم خود به طور مستقیم ارتباط برقرار کنند و در صورت نیاز به ارتباط برقرار کردن با گره ای خارج از محدوده انتقال خود، احتیاج به گره های واسط دارند. در شکل 4-1 صورت کلی از شبکه فاقد عمومیت نشان داده شده است.

شکل 4-1: صورت کلی از شبکه فاقد عمومیت

ترکیب و ساختار یک گره معمولی در شکل 4-2 و یک گره مسیریاب در شکل 4-3 ارایه شده است.

شکل 4-2: ترکیب و ساختار گره معمولی

شکل 4-3: ترکیب و ساختار گره مسیریاب

تمام قطعات موجود در ساختار شکل های 4-2 و 4-3 از لحاظ مصرف انرژی باید کم مصرف باشند. تا زود به زود مجبور به تعویض باتری نباشیم. میکرو کنترلر نیز برای هماهنگ کردن قطعات این ساختارها به کار می رود. البته بسته به پیچیدگی سیستم و تعداد دستوراتی که لازم است میکروکنترلر انجام دهد، فرکانس ساعت و میزان حافظه آن را تعیین می کنیم. برچسب خوان موجود در ساختار شکل 4-2، اطلاعات موجود در برچسب را خوانده و به میکروکنترلر می فرستد. حسگر نیز پس از دریافت اطلاعات محیطی شیء، این اطلاعات را به میکروکنترلر می دهد. در نهایت فرستنده/گیرنده فرکانس رادیویی اطلاعات را از میکروکنترلر گرفته و توسط آنتن فرکانس رادیویی این اطلاعات را به گره بعدی ارسال می کند. فرستنده/گیرنده فرکانس رادیویی استفاده شده، وسیله ای است که قادر می باشد اطلاعات را به کمک آنتنش تا فاصله ای دور ارسال و دریافت کند. این ویژگی باعث سهولت انجام کار و پوشش منطقه وسیع تری از اشیاء می شود و در مواردی که وجود انسان در آنجا مشکل، خطرناک و یا مضر است کاربرد دارد.

در هنگام ارسال و دریافت و حتی گوش دادن فرکانس های رادیویی توسط گره ها انرژی مصرف می شود. حالت ایده آل به صورتی است که گره فقط در مواقعی که می خواهد ارسال یا دریافت کند بیدار شود که در این صورت انرژی مصرف می کند و در غیر این صورت به خواب فرو رود. ما برای حل این مشکل از پروتکل CSMAC در شبکه خود استفاده کرده ایم. این پروتکل گره ها را قادر می سازد تا به صورت دوره ای و در فواصل معین بخوابند[23] و بیدار شوند[24]. گره ها در مدت زمانی که بیدار هستند در حال گوش دادن[25]‌ به منظور برقراری ارتباط می باشند. این موضوع بر این استدلال می کند که همه گره هایی که می خواهند با یکدیگر به ارتباط بپردازند بایستی برنامه زمانی خواب و بیداریشان یکسان باشد. این کار با بسته[26] هایی به نام SYNC انجام می شود. همه گره هایی که یک برنامه زمانی یکسانی داشته باشند متعلق به یک خوشه یکسانی نیز می باشند (Liu, 2005). بنابراین تمام گره هایی که در دامنه و محدوده گره خوشه هستند تشکیل یک خوشه را می دهند زیرا در این سیستم در یک خوشه، فقط گره خوشه می تواند بسته های SYNC را به منظور همزمان سازی خوشه ارسال کند و گره ای که این بسته SYNC را دریافت می کند، گره معمولی نامیده می شود (شکل 4-4). گره های معمولی که در آن خوشه نیز هستند شروع به همزمان کردن خود با آن گره خوشه، توسط بسته های SYNC می کنند.

شکل 4-4

با توجه به شکل 4-5 فرض می کنیم گره a، گره خوشهء خوشه A و گره b گره خوشهء خوشه B و شعاع هر خوشه (دامنه انتقال گره خوشه) r باشد. حال گره a قادر نخواهد بود تا اطلاعاتی را به گره b مستقیما ارسال کند، زیرا گره b از دامنه ارسال گره a خارج است. اما اگر گره c به عنوان یک واسطه، اطلاعات را از a بگیرد و به گره b بدهد عملیات ارسال a و دریافت b انجام خواهد شد. گره هایی که به عنوان یک واسط توانایی ارسال و دریافت اطلاعات بین دو خوشه را امکان پذیر می سازند گره های مسیریاب نامیده می شوند (شکل 4-5).

شکل 4-5

هنگامیکه یک گره بخواهد داده هایش را به گره دیگر ارسال کند (به طور مثال در اینجا a به c)، ابتدا گره a درخواست ارسال اطلاعات را از گره c انجام می دهد. سپس گره c نیز پاسخی را در جهت آماده بودن برای دریافت اطلاعات به گره a می دهد (Karn, 1990). چون ماهیت فرکانس های رادیویی به صورت پخشی[27] می باشد، این فرضیه از ارسال اطلاعات به چندین گره جلوگیری می کند.

همانطور که اشاره کردیم هر یک از گره ها قادر به ارسال اطلاعات به یک گره خاص در شبکه نیستند. بنابراین الگوریتمی نوآورانه را ارایه می کنیم تا اگر گره معمولی بخواهد اطلاعاتش را به گره سرور ارسال کند، به کمک این الگوریتم شبکه به صورت اتوماتیک قادر به مسیریابی بهینه و جلوگیری کننده از ایجاد حلقه[28] باشد. برای تحقق این موضوع به هر یک از گره های مسیریاب یک شماره داده می شود. این شماره به تعداد خوشه های بین گره مسیریاب تا گره سرور اشاره می کند. به این صورت که هر چه شماره گره مسیریاب کوچکتر باشد فاصله آن تا گره سرور کمتر است. گره های خوشه شماره هر یک از گره های مسیریاب را تعیین می کنند. به گونه ای که گره سرور که به سرور محلی متصل است، به هر یک از گره های مسیریاب در دامنه و محدوده خود شماره یک می دهد. گره های خوشه هر یک از خوشه ها نیز ابتدا شماره تمام گره های مسیریاب در مجاورت و دامنه خود را که دارای شماره هستند، تشخیص می دهند. سپس کمترین شماره را انتخاب می کنند و شماره هر یک از گره های دیگر درون خوشه (اعم از شماره دار یا بی شماره) را یک واحد بیشتر از آن تعیین می کنند. اگر چندین گره مسیریاب دارای کمترین شماره باشند، آن چند شماره را تغییر نمی دهند و شماره گره های مسیریاب دیگر را یک واحد بیشتر از آن عدد تعیین می کنند. هر گره مسیریاب شماره تعیین شده خود را در حافظه اش نگهداری می کند و به طور مداوم این شماره ها در فاصله های زمانی مشخص به روز[29] می شوند. به طور مثال این الگوریتم در شکل 4-6 پیاده سازی شده و به هر یک از گره های مسیریاب شماره ای داده شده است.

شکل 4-6: یک مثال جهت شماره دهی به هر یک از گره های مسیریاب

این شماره ها در انجام مسیریابی بسیار مفید واقع خواهند شد. زیرا این شماره ها برای پیدا کردن کوتاه ترین مسیر تا گره سرور کاربرد دارند.

به طور مثال در شکل 4-7 فرض شده گره معمولی a خواستار ارسال اطلاعات خود به گره سرور می باشد. ابتدا گره a، اطلاعاتش را به گره خوشه ای که خود را با آن همزمان کرده (گره b) ارسال می کند. این دو گره متعلق به یک خوشه می باشند.

شکل 4-7: یک مثال جهت اجرای الگوریتم به منظور انتقال صحیح اطلاعات

هم اکنون گره خوشه (b)، گره مسیریابی را در دامنه و محدوده خود پیدا می کند که دارای کمترین شماره باشد و سپس اطلاعات را برای آن ارسال می کند. یعنی گره b، گره مسیریاب c را انتخاب می کند چون عدد دو کمتر از عدد سه است. سپس این گره مسیریاب هنگامیکه گره خوشهء خوشه همسایه بیدار می شود، اطلاعات را به سمت آن ارسال می کند. این عمل (جابه جایی و انتقال دادن) آنقدر ادامه پیدا می کند تا اطلاعات به گره سرور برسد. جریان صحیح اطلاعات در شکل 4-7 نشان داده شده است.

5 راه حل یکپارچه کردن Mobile RFID با فناوری حسگر

در این قسمت در ابتدا از برچسب خوان سیار[30] استفاده می شود. در برچسب خوان سیار، برچسب خوان و آنتن مخصوص آن بر روی یک وسیله سیار[31] مانند تلفن همراه و رایانه همراه دستی[32] نصب شده است. در واقع mobile RFID فناوری RFID را با یک وسیله سیار ترکیب کرده و بکار می برد. فناوری Mobile RFID یک فناوری بی سیم است که سرویس باارزش جدیدی را برای کاربران تلفن همراه توسط یکپارچه سازی زیرساخت RFID/USN با اینترنت بدون سیم و ارتباط سیار فراهم می کند (ISO/IEC, 2005). RFID/USN یعنی RFID بر اساس USN است.  USNکه مخفف کلمات Ubiquitous (همه جا حاضر)، Sensor (تکنولوژی حسگر)و Network (شبکه) می باشد اشاره بر آن دارد که در هر زمان و در هر کجا، هر چیزی را می توان با برچسب های RFID و حسگر همراه ساخت و شماره شناسایی و اطلاعات محیطی آن را دریافت کرد و از طریق شبکه آن را به صورت آنی نظارت کرد و به نوعی به آن دسترسی داشت. ترکیب فناوری RFID با تلفن های همراه، امکاناتی را برای ارایه بهتر خدمات مبتنی بر مکان[33] فراهم می آورد (Srivastava, 2005) و با تشخیص آسان موقعیت فرد حمل کننده تلفن همراه، انعطاف پذیری زیادی برای فناوری بیسیم ایجاد می کند. همچنین علاوه بر اینکه یک ارزش جدیدی برای کاربران تلفن همراه ایجاد کرده، کیفیت زندگی همه جا حاضر بودن را بهبود می بخشد.

به طور مثال در ماه مارچ سال 2004، شرکت Nokia یک تلفن همراه با توانایی خواندن برچسب RFID به منظور کاربردهایی در زنجیره تأمین[34] ارایه کرد (Nokia, 2004). استاندارد سازی بکاربردن RFID آغاز شده است اما همکاری گسترده دشوار است زیرا استانداردها هنوز به صورت گسترده استفاده نشده اند (Holmqvist and Stefansson, 2006).

در این قسمت یک راه حل mobile RFID ارایه شده است که از شبکهء بافت سلولی[35] با رد و بدل داده ها به صورت بسته که به آن استاندارد GSM/GPRS می گویند، استفاده می کند. از این استاندارد برای رد و بدل داده میان سرور محلی و برچسب خوان سیار RFID استفاده می شود. ما توسط شبکهء بافت سلولی قادر خواهیم بود امکان رد و بدل داده را به صورت بلادرنگ[36] بین وسیله سیار و سرور محلی میسر سازیم زیرا سرعت انتقال داده آنقدر کافی و مناسب است که زمان لازم، برای کاربر قابل لمس نیست.

راه حل mobile RFID می تواند در زمینه بکار بردن سرمایه های زیرساخت قبلی و پیاده سازی های روان آنها مفید واقع شود. وقتی برچسب در دامنه برچسب خوان سیار قرار می گیرد، توسط کد شناسایی یکتایی[37] که دارد خود را تصدیق و تأیید می کند. یعنی برچسب این کد شناسایی یکتا را به همراه اطلاعات لازم دیگر به برچسب خوان ارسال می کند. اطلاعات و محتوای برچسب در سیستم RFID بر خلاف سیستم بارکد، به مراتب می تواند بیشتر از یک کد شناسایی باشد. اطلاعات ممکن است مربوط به کالا یا شیء ای باشد  که بر روی آن سوار است به طور مثال علاوه بر کد شناسایی یکتا، نوع، زمان و مکان ساخت آن، مالک آن و غیره. برچسب خوان نیز اطلاعات را توسط استاندارد GSM/GPRS به سرور محلی ارسال می کند. نرم افزار مدیریت اطلاعات که بر روی سرور محلی در حال اجرا می باشد نسبت به اطلاعات دریافتی اعمال مربوطه را انجام می دهد. سرور محلی نیز می تواند از طریق اینترنت قابل دستیابی باشد تا به نوعی اتصال اشیاء بی جان به شبکه اینترنت یا اینترنت اشیاء تحقق یابد و از طریق اینترنت آنها را به صورت آنی نظارت داشت. شکل 5-1 صورت کلی راه حل mobile RFID را نشان می دهد.

شکل 5-1: صورت کلی راه حل mobile RFID

[38]GSM یک استاندارد اروپایی برای ارتباطات بافت سلولی است که توسط [39]ETSI توسعه و پرورش داده شد                          (Ghribi and Logrippo, 2000). امروزه GSM محبوب ترین استاندارد برای استفاده موبایل در جهان است که در حدود 135 کشور به کار برده می شود (Dubendorf, 2003).

[40]GPRS که توسعه اصلی استاندارد GSM است از فناوری ارسال داده ها بصورت بسته[41] برای برآورده کردن هرچه بیشتر نیاز مشترکان تلفن همراه به انتقال داده با سرعت بالا بهره می برد (Ghribi and Logrippo, 2000). GPRS نیز استانداردی است که توسط ETSI ارایه شده و یکی از سرویس های اصلی داده که برای شبکه های بافت سلولی در دسترس است، می باشد.

با توجه به اینکه شبکهء GPRS یک شبکه همیشه برقرار[42] برای داده است می توان با اختصاص دادن آدرس های IP به وسایل سیار GPRS و همچنین فراهم کردن زیر ساخت های لازم و سرویس های خاص، از اینترنت نیز به این وسایل دسترسی داشت که در اینصورت نقش سرور محلی را حذف می کنیم (شکل 5-2).

شکل 5-2: دسترسی از اینترنت به برچسب خوان سیار

برای آگاهی از اطلاعات محیطی و تغییرات در حالات فیزیکی اشیاء باید از فناوری حسگر استفاده کرد. ترکیب RFID با حسگرهایی که برای مثال اندازه گیری کننده دما ، فشار، بو و غیره هستند، فرصت هایی را برای ما انسان ها ایجاد می کنند. علاوه بر اینکه می توانیم بر آن اشیاء نظارت داشته باشیم، می توانیم بفهمیم که چه اتفاقی برای آنها افتاده است. برای مثال اگر در هنگام حمل و نقل مواد خوراکی محدوده دما از حد استانداردش تجاوز کند، زمان انقضاء آن به خودی خود نامعتبر می شود (ITU, 2005) که با این فناوری جدید می توانیم مشکلاتی این چنین را حل کنیم. برای رسیدن به این هدف از ساختاری استفاده می کنیم که در شکل 4-2 دیده می شود. فرستنده/گیرنده فرکانس رادیویی اطلاعات را از میکروکنترلر گرفته و توسط آنتن فرکانس رادیویی این اطلاعات را به یک وسیله سیار GPRS که آن نیز حاوی یک فرستنده/گیرنده فرکانس رادیویی است، ارسال می کند. وسیله سیار نیز اطلاعات را با استاندارد GSM/GPRS به سرور محلی که قابل دست یابی از طریق اینترنت است، ارسال می کند. بنابراین می توان به کمک این فناوری به برقراری ارتباطات مستمر اشیاء به اینترنت پرداخت.

6 راه حل برای اینترنت اشیاء

دو راه حل گفته شدهء قبلی می توانند مکمل یکدیگر باشند زیرا با استفاده این دو راه حل در کنار یکدیگر، می توان استفاده بهتری از هر یک از آنها کرد. در راه حل یکپارچه کردن فناوری RFID با شبکه های حسگری بیسیم حالتی را در نظر میگیریم که گره ای متصل نشده به شبکه وجود دارد که البته در دامنه و محدوده هیچ گره خوشه ای نمی باشد. برای حل این مشکل از راه حل یکپارچه کردن Mobile RFID با فناوری حسگر استفاده می کنیم. یعنی برای خواندن اطلاعات و آگاهی پیدا کردن از وضعیت این گره از وسیله ای سیار استفاده می کنیم. شکل 6-1 بیان کننده ترکیب دو راه حل گفته شده می باشد.

شکل 6-1: راه حل یکپارچه کردن فناوری RFID با شبکه های حسگری بیسیم و راه حل یکپارچه کردن Mobile RFID با فناوری حسگر مکمل یکدیگر می باشند

7 بحث و نتیجه گیری

این مقاله نشان داد که چگونه فناوری RFID در کنار فناوری حسگر با کمک شبکه جهانی اینترنت می تواند فرصت های جدیدی جهت پیگیری و نظارت دقیق و آنی بر اشیاء و بهبود بخشیدن به کیفیت زندگی همه جا حاضر بودن را برای بشر فراهم کند. این استفاده نوآورانه از RFID به همراه فناوری حسگر، اینترنت و فناوری وب می تواند قابلیت اعتماد[43]، سهولت و قابلیت استفاده[44] و بهره وری[45] از سیستم موجودمان را بهبود بخشد.

با پیاده سازی و اجرای این راه حل، می توان به اینترنت اشیاء دست یافت و گسترش ارتباطات و پتانسیل کنترل شبکهء شبکه ها را برآورده ساخت. این راه حل کمک می کند در هر زمان و در هر مکان با هر چیزی ارتباط برقرار کرد و به اطلاعات محیطی و وضعیت آن دست یافت.

شرکت ها می توانند از این چنین راه حل هایی در جهت بهبود و پشتیبانی کارهایشان مانند مدیریت زنجیره تأمین استفاده کنند و با پیشرفت این فناوری ها، استفاده بهتری را نیز خواهند داشت. راه کارهای گفته شده در صورت اجرا، به عنوان موضوعات مفید و لازم، تأثیر مهمی در زندگی امروزی ما دارند و راه و روش مدیریت و نظارت بر سیستم های ما را تغییر خواهند داد.

در صورتی که نسل سوم[46] تلفن همراه به صورت کامل پیاده سازی شود، تحول عظیمی در زیرساخت های کنونی تلفن همراه خواهیم داشت و در آن زمان به استفاده بهینه تر از فناوری های دیگر همچون RFID، sensor و حتی اینترنت به همراه سرعت و دقت بالاتر دست پیدا خواهیم کرد. تجربه و شواهد بر این حاکی است که جهت گیری به سمت یکپارچگی وسایل[47] می باشد و در حالیکه کار اصلی را دستگاه تلفن همراه نسل سوم انجام خواهد داد، وسایل به یکدیگر متصل و یکپارچه می شوند.

8 مراجع

·         Clauberg, R., RFID and Sensor Networks, RFID Workshop, University of St. Gallen, Switzerland, Sept. 27, 2004

·         Digital ID World, “RFID and the Internet of Things”, Digital ID World Magazine, November/December 2003, pp. 66-69, Retrieved from the Internet: http://magazine.digitalidworld.com/Nov03/Page66.pdf [last accessed December 2006]

·         Dubendorf, V.A., Wireless Data Technologies, West Sussex: John Wiley & Sons Ltd, 2003

·         Fine, C., Klym, N., Trossen, D., and Tavshikar, M., The Evolution of RFID Networks: The Potential for Disruptive Innovation, MIT Center for eBusiness, CeB Research Brief, Vol. VIII, No. 1, 2006

·         Ghribi, B., and Logrippo, L., Understanding GPRS: the GSM packet radio service, Computer Networks, vol. 34, 2000, pp. 763-779

·         Ho, L., Moh, M., and Walker, Z., A prototype on RFID and Sensor Networks for Elder Healthcare: Process Report, San Jose State University. Takeo Hamada, Ching-Fong Su, SIGCOMM’05. Workshops, ACM 1-59593-026-4/05/0008, August 22–26, 2005

·         Holmqvist, M., and Stefansson, G., Mobile RFID - A Case from Volvo on Innovation in SCM, System Sciences, HICSS '06. Proceedings of the 39th Annual Hawaii International Conference on, vol 6, IEEE, 2006

·         ISO/IEC, Information technology – Radio frequency identification for item management, Implementation guidelines, International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission, ISO/IEC JTC 1 SC 31 WG4 SG 5 N 0922, 2005

·         ITU, ITU Internet Reports 2005: The Internet of Things, International Telecommunication Union, November 2005

·         Karn, P., Maca - a new channel access method for packet radio, Amateur Radio Ninth Computer Networking Conf., 1990, Retrieved from the Internet: http://www.ka9q.net/papers/maca.html [last accessed December 2006]

·         Lee, S., Asano, T., and Kim, K., RFID mutual authentication scheme based on synchronized secret information, Symposium on Cryptography and Information Security, SCIS, Hiroshima, Japan, January 2006

·         Liu, B.H., Adaptive Protocol Suite for Wireless Sensor and Ad Hoc Networks, the University of New South Wales, Sydney, Australia, November 2005

·         NIST, A wireless ad hoc network, Advanced Network Technologies Division, National Institute of Standards and Technology, 2006, Retrieved from the Internet: http://w3.antd.nist.gov/wahn_bkgnd.shtml [last accessed December 2006]

·         Nokia, “VeriSign, Nokia Ally To Bring RFID Apps To Consumers”, Information Week, 5 November 2004

·         Shannon, V., Wireless: Creating Internet of 'Things': A scary but exciting, International Herald Tribune (IHT), NOVEMBER 20, 2005, Retrieved from the Internet: http://www.iht.com/articles/2005/11/20/business/wireless21.php [last accessed November 2006]

·         Srivastava, L., Ubiquitous Network Societies: The Case of Radio Frequency Identification, ITU Workshop on Ubiquitous Network Societies, UNS/04, April 2005, pp. 5-7, pp. 24-25