امنیت در خانه های هوشمند با استفاده از اینترنت اشیا

ارزان قیمت شدن پردازنده ها ما را در دوران جدیدی از عصر پردازش کامپیوتری قرار داده و پتانسیل استفاده از این فنّاوری در عمق زندگی روزمره هر چه بیشتر حس میشود. با توجه به این موضوع در این مقاله خودکار سازی امنیت در خانه های هوشمند را مورد بررسی قرار دادیم. این راهبرد به از نوعی هوشمندی با استفاده از فنّاوری اینترنت اشیا توسط یک سیستم مرکزی با میان افزار بر پایه عامل بررسی اشاره کرده و بررسی می شود.در این مقاله در ابتدا به تعریف و تبیین اشیا، اینترنت اشیا و سیستم های وابسته پرداخته سپس بحث امنیت در خانه های هوشمند را شرح خواهیم داد.اینترنت اشیا دقیقاً چیست؟برای بررسی این موضوع که خانه هوشمند چیست و برای باز تعریف امنیت در خانه های هوشمند، چند مثال از سیستم های هوشمند خانه را بررسی می کنیم. ساعت زنگ دار هوشمند:ساعت زنگ دار به صدا در می آید. چشمان خود را به سختی باز می کنید. می بینید 5 دقیقه بیشتر از حالت معمول خوابیده اید. ساعت شما به صورت آنلاین وقت حرکت قطار را بررسی کرده است. قطار تاخیر داشته است. بنابراین ساعت اجازه داده که شما 5 دقیقه بیشتر بخوابید.ظرف قرص هوشمند:در آشپزخانه شما یک نور چشمک زن به شما یادآوری میکند که قرص هایتان را بخورید. اگر فراموش کنید به پزشک تان ایمیل میزند که او را باخبر کند. چتر هوشمند: وقتی می خواهید بیرون بروید از گوشه چشمتان یک روشنایی می بینید. 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 خانه های هوشمند:سناریوهایی که در بالا گفته شد و بسیاری از سناریوهای مشابه از جمله امنیت در خانه های هوشمند یا سیستم های نورپردازی هوشمند به محصولاتی اشاره میکنند که با فنّاوری امروزی به راحتی قابل تولیدند. هرکدامشان پروتوتایپ (تولید آزمایشی) شده اند و بسیاری از آنها در بازارهای محصولات دیجیتال به فروش می رسند. ما در این مثال ها و برای شرح امنیت در خانه های هوشمند، به چند نمونه از سیستم های مجهز به اینترنت اشیا اشاره نمودیم.این سیستم ها مثال هایی گسترده در تمامی جنبه های صنعت، ساختمان هوشمند، شهر هوشمند، آبیاری هوشمند و … می باشند. با استفاده از فناوری اینترنت اشیا تمامی تجهیزات قابلیت هوشمند شدن را دارا هستند.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 می پردازند و هر کدام از این اجزا که به اینترنت وصل میشود نه کامپیوتر هستند و نه در خانواده تبلتها و گوشی های هوشمند قرار دارند. همه آنها یک چیز هستند.. در واقع یک شی هستند.تعریف اینترنت اشیا: از لحاظ معنایی اینترنت اشیا یعنی، یک شبکه جهانی متشکل از اشیایی که به صورت اختصاصی و بر اساس پروتکل های استاندارد ارتباطی قابل آدرس دهی می باشند. با یک نگاه کوتاه میتوانیم ببینیم که تمام این تبادل اطلاعات با اینترنت و اطلاع رسانی ها با گوشی تلفن های هوشمند امروزی نیز قابل انجام است و حتی نیاز به تغییر طراحی اشیا نیز نیست.برای مثال در مورد رصد وضعیت آب و هوای روزانه، ما میتوانیم با باز کردن یک اپلیکیشن ساده یا وارد شدن به یک سایت پیش بینی کننده آب و هوا، از بارانی بودن هوا مطلع گردیم. یا از خواب بیدار شویم به سایت مربوط به حرکت قطارها برویم و ساعت حرکت قطار مان را چک کنیم و در صورتی که قطار تاخیر داشت بیشتر بخوابیم، اما اگر عمل های مشابه که نیاز به دریافت یا ارسال اطلاعات دارند را کنار هم جمع کنیم می بینیم عدد قابل توجهی از وقت ما را به صورت روزانه به خود اختصاص می دهند که ما میتوانیم صرف بهره وری از کارهای دیگر نماییم. همچنین در بحث امنیت در خانه های هوشمند نیز توانایی زیادی نخواهیم داشت.امنیت در خانه های هوشمند نسل دوم 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 بی جان یا جاندار دارد پس شاید ترجمه شی برای آن مناسب نباشد. زیرا اشیا در زبان فارسی بی جان هستند. اما در بحث اینترنت اشیا، ما تمامی اجسام بی جان و جاندار را می توانیم به شبکه جهانی متصل کنیم. ارتباط شی با شی:در این سیستم MtoM یا ارتباط ماشین با ماشین انجام می گردد. اشیا با یکدیگر ارتباط برقرار نموده که به این نوع ارتباط شی با شی یا thing-to-thing می گوییم. در این سیستم برای مثال لوازم خانگی هوشمند شما با یکدیگر یا با دیگر سیستم های ساختمان ارتباط برقرار می کنند. به محض باز شدن درب واحد آسانسور ساختمان به سمت طبقه ای که در آن هستید حرکت می کند. یخچال هوشمند شما با استفاده از واسط های نرم افزاری و یادگیری ماشینی، لوازمی که فراموش کرده اید خریداری کنید را سفارش می دهد و…. 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 می شود. برای مثال ارتباط شما با تلفن همراهتان یک ارتباط ماشین به انسان است اما ارتباط یک سنسور حرکتی با باقی اجزای سیستم امنیت خانه های 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، آیینه، یخچال، کفش) که قابلیت اتصال به اینترنت اشیا را دارا باشند.تفاوت رایانش فراگیر با اینترنت اشیاتفاوت 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 برنامه ریزی است که از جهان واقعی ورودی گرفته و به جهان واقعی خروجی می دهد و در آن یک شی معمولی با استفاده روزانه جانمایی شده است، این فاکتورها این دستگاه را در حوزه دستگاه های با رایانش فراگیر قرار میدهد. تنها تفاوت آن با اینترنت اشیا این است که با دیگر اشیا ارتباط برقرار نمی کند. محاسبه در کنار ارتباط با اینترنت می تواند 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 خانه های هوشمند یکی از مهمترین دلایلی است که مردم دنیا به نسبت به هوشمند سازی ساختمان های خود اقدام می نمایند.اجزای یک ابزار مجهز به سیستم اینترنت اشیاتمام اشیایی که به سیستیم اینترنت اشیا مجهز هستند باید دارای ویژگی ها و قطعات منحصر به فردی نسبت به نمونه های عادی خود باشند.واپایشگر (CONTROLER) مسلماً 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 موردنظرمان در خود داشته باشد تا داده های ورودی را پردازش نموده و به اطلاعات مورد نظر خروجی تبدیل نماید. این بخش می تواند 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 ورودی ها را از دنیای واقعی دریافت نموده، آنها را به داده تبدیل کرده و برای جمع آوری 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 جمع آوری نماید.عملگر فیزیکی: یک شی می تواند به جهان پیرامون خود خروجی ارائه نماید که ما به آن عملگر فیزیکی گوییم. ممکن است بعضی از این خروجی ها توسط داده هایی ناشی شده باشند که جمع آوری شده و در اینترنت پردازش شده اند؛ بنابراین صندلی شما میتواند در زمانی که یک ایمیل دریافت نمودید به لرزش درآید.امنیت در خانه های هوشمند-محاسبات در فضای ابریخودکارسازی (اتوماسیون) خانه هوشمند :وقتی مجموعه هایی از وسایل هوشمند را زیر یک سقف جمع کنیم و آنها را به گونه ای متصل کنیم تا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، به چیزی میرسیم که معموًلا به آن خانه هوشمند می گوییم. 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 می شوند؟ تقریباً هر چیزی که به پریز برق متصل شود، مثل کنترل مرکزی روشنایی، گرمایش و تهویه مطبوع، وسایل برقی، قفل های درب، پرده ها و سیستم های امنیتی قابلیت تجهیز با سیستم اینترنت اشیا را دارا می باشد. بخشی از اتوماسیون های سیستم های ساختمان هوشمند مرتبط با امنیت در خانه های هوشمند است. در این سیستم های خودکارسازی، تلاش می شود تا تمامی اجزای خانه تحت فرمان چند سناریو به بالا بردن ضریب ایمنی و امنیت کمک نمایند. این سناریو های قابلیت انجام به صورت خودکار، عمل به وسیله دستیار صوتی یا کلیدهای تابعی بی سیم را دارا می باشند.تامین امنیت با کمک تمام اجزای ساختمانتمامی اجزای خانه هوشمند پس از تشخیص حضور مشکوک به کمک هم می آیند 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 می نماید. در امنیت خانه های هوشمند، نورپردازی، سیستم های تهویه، سیستم های صوتی و تصویری، پرده ها و قفل ها، لوازم خانگی و به صورت کلی تمام اجزای خانه به صورت هماهنگ با هم عمل می نمایند. سناریوهای امنیت در خانه های هوشمند بسیار گسترده است به نوعی که تمام اجزای خانه با کمک یکدیگر در حفظ امنیت و ایمنی خانه ها نقش خواهند داشت.فواید سیستم های هوشمند سازی خانه ها:آسودگی و آسایش: یک خانه هوشمند بسیار راحت تر 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 می دهید که بیشتر کارهای عادی و روزانه را خانه هوشمند برای شما انجام دهد.امنیت بیشتر: تقریبًا تمام سامانه های امنیتی تا حدی خودکار هستند، سیستم فعلی شما ممکن است دارای حسگر بر درب ها وپنجره ها باشد یا مجهز به حسگرهای تشخیص حرکت باشد. وقتی سیستم امنیتی چیزی (حرکت) غیر عادی را تشخیص دهد آژیر می کشند. یا آشکارساز دود و یا گاز به محض تشخیص آتش سوزی یا نشت گاز در اتاق آژیر مرکزی خانه را به صدا درمی آورند و شیرهای ورودی گاز را بسته یا ورودی برق را مسدود می نماید. اما امنیت در خانه های هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا یک سیستم کاملا متفاوت است.راندمان بالاتر: خانه هوشمند شما بیشتر از شما در مورد ذخیره انرژی می داند. به فرض شما شخصی هستید که هنگام خروج از اتاق ها چراغها را روشن می گذارید، خانه هوشمند شما چراغ ها را به نسبت نور بیرون و همچنین اینکه شخصی در اتاق حضور دارد یا نه روشن و خاموش می نماید.امنیت در خانه های هوشمند چگونه تامین می گرددخانه های هوشمند بر پایه اینترنت اشیا:در بالا به برخی ویژگی های خانه های هوشمند اشاره نمودیم. حال اگر سیستم های عادی مدیریت ساختمان BMS را با سیستم های بر پایه اینترنت اشیا مقایسه نماییم به ویژگی های بسیار مهم تری از عملکرد خانه هوشمند خواهیم رسید.این ویژگی های منحصر به فرد ناشی از عملکرد هماهنگ اجزا می باشد. به علت استفاده از اتصالات بی سیم نسل دوم، این سیستم ها قابلیت اجرایی برای تمام واحدهای مسکونی، تجاری و اداری فارغ از سال ساخت و سیستم برق کشی خود را دارا خواهند بود.آسودگی در خانه های هوشمند: بجای اینکه ترموستات فقط تهویه مطبوع و مشعل را کنترل نماید با درب بازکن گاراژ ارتباط برقرار کند تا بفهمد که شما در زمانی که شما خانه را ترک نمودید. ماشین لباسشویی نیز با درب بازکن گاراژ ارتباط برقرار می نماید تا در زمانی که شما نیستید شروع به شستن لباس ها نماید. بجای اینکه فقط قهوه ساز 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 صبح گاهی باز می گردد. سیستم امنیتی خانه بجای به صدا درآوردن آژیر، تمام درهای باز را می بندد و قفل مینماید، یک دیاگرام از خانه شما را به اداره پلیس بفرستد. چیزهایی که قبًلا خودکار نبوده اند با خانه هوشمند دیگر خودکار میشوند. روشنایی لامپ ها 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 می کنید یا در زمانی که کتاب می خوانید 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 پرده های موتوری شده را باز و بسته نمایید، بعد از اینکه از خانه خارج شدید درب ها را قفل نمایید و زمانی که بچه ها در خواب هستند آنها را بررسی نمایید.امنیت در خانه های هوشمند:سامانه های امنیت های خانه هوشمند گزینه های بیشتری به سیستم اولیه مدیریت ساختمان اضافه می نمایند؛ مانند دوربین های 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 سامانه های دیگر ارتباط برقرار می نماید تا بفهمد شما در خانه حضور ندارید و سیستم امنیتی را فعال نماید؛ و البته که شما میتوانید سیستم امنیتی را از طریق گوشی های 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 چراغ های درون و بیرون خانه فعالیت های روزمره شما در خانه را شبیه سازی نماید. در زمان برگشتن شما به خانه چراغ های جلوی خانه و گاراژ و آشپزخانه به طور خودکار روشن می شوند. چراغ های حیاط پشتی در صورتی که فعالیت های غیر منتظره ای حس گردد روشن می شوند و اگر هر چیز غیر معمولی اتفاق افتد بر روی اپلیکیشن موبایلی یک پیام برای اطلاع شما ظاهر می گردد. امنیت در خانه های هوشمند نسل دومامنیت در خانه های هوشمند چیزی فراتر از آژیر دزدگیر است. در کل خانه آشکارساز دود و آشکارساز مونوکسید کربن کار گذاشته شده که مستقیماً به اداره آتش نشانی متصل اند. حسگرهای آبگرمکن، رسوب زدا و پمپ لجن کش اتفاقات مربوط به آب را به شما اطلاع می دهند. و یک کلید اورژانسی که در زمان احساس آژیر ها را خاموش می نماید. تمامی چراغ ها را روشن نموده و با اداره پلیس تماس می گیرد.عملکرد صحیح اشیا: علاوه بر اینها یک نوع دیگر امنیت در خانه های 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 می فرستد 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 وسیله ای 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 پروتکل های استاندارد به اینترنت متصل میگردند. کل این سیستم را خانه هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا می گوییم.اجزای بنیادی یک خانه هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیا: ما مبحث خانه های هوشمند بر پایه اینترنت اشیا را می توانیم به دو بخش عمده فیزیکی و مفهومی تقسیم بندی کنیم. در قسمت فیزیکی بحث میکنیم که چه قطعات و ابزارها( حسگرها و عملگرهای فیزیکی، تبلت، …) و چه واسطه های ارتباطی بین این ابزارها (ارتباطات وایرلس، رابط کاربری و )… وجود داشته باشند و در قسمت مفهومی نحوه ارتباط برقرار نمودن ابزارهای فیزیکی، پروتکل ها، دستورات، پردازش داده ها، ذخیره سازی داده ها و اطلاعات و محتوای رابط کاربری موضوع بحث هستند.لایه های مختلف اینترنت اشیا:از دید مفهومی ما سه لایه را داریم، لایه زیرساخت اینترنت اشیالایه میان افزار شبکه لایه کاربران و برنامه های کاربردی لایه زیر ساختی اینترنت اشیا شامل ابزارهای نظیر حسگر ها، کامپیوتر ها و عملگر های فیزیکی است.لایه میان افزار به سیستم های عامل یا برنامه های کاربردی که رابط میان سیستم های سخت افزاری و لایه آخر اینترنت اشیا که به آن لایه کاربری گفته میشود هستند. این سیستم های عامل یا برنامه ها تنوع بسیار بالایی دارند و روز به روز گسترده و پیشرفته شده و ابزارهای بیشتری را در اختیار قرار می دهند.یکی از مهم ترین این میان افزارها، راهبرد بر پایه عامل است. خانه های هوشمند Agent-basedدر راه برد میان افزار بر پایه عامل، برنامه های کاربردی به برنامه های ماژولار تقسیم شده اند که کار تزریق و توزیع در کل شبکه را توسط عوامل ساده میکنند. عوامل در هنگام مهاجرت از یک گره به گره ای دیگر حالت اجرایی خود را حفظ می نمایند. این راهبرد کار طراحی یک سیستم غیر متمرکز با توانایی تحمل شکست های جزئی را آسان می نماید. عامل میتواند وارد مکالمه با دیگر عوامل نرم افزاری گردد تا داده جمع آوری نماید و فقط بخشی از نرم افزار کاربردی را بروزرسانی نماید. بعلاوه راهبرد بر پایه عامل ابزارهای با منابع محدود را نیز در نظر میگیرد .با بررسی این مقاله می توانیم نگاهی به آینده کنیم، جایی که از خانه هوشمند خود خارج می شویم بی آنکه نگران به خطر افتادن امنیت اموال و خانه خود گردیم، آینده ای که تمام ابزارهای موجود دست بدست هم میدهند و هر کدام گوشه ای از کار بزرگتر را بر عهده می گیرند 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 می گردد. امنیت در خانه های هوشمندخانه های هوشمند نسل دومدر این سیستم حتی می توان عوامل مدافع (در ساده ترین 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 هوشمند سازی ساختمان و برای ارتقا امنیت در خانه های هوشمند و باقی سناریوهای هوشمند سازی، هیچ گونه تغییر یا تخریب در واحد ساختمانی اتفاق نخواهد افتاد.سیستم های نسل دوم اتوماسیون ساختمان، سناریوهای گسترده ای در اختیار سازندگان و مالکین قرار می دهد. خانه های هوشمند مفتخر است که تحت پوشش شرکت پردازش هوشمند پرگار سپهر به ارائه ای خدمات در سراسر کشور ایران پرداخته و این سیستم های نوین را در اختیار مردم عزیزمان قرار می دهد.مطالب بیشتر در: www.smart-homes.ir