Interneti i Gjërave, arkitektura dhe sfidat e IoT-së

Përdorimi i internetit po rritet në këtë kohë dhe epokë, kështu që një zonë tjetër është zhvilluar për të përdorur internetin, e quajtur Interneti i Gjërave (IoT-Internet of Things). Lehtëson makineritë dhe objektet për të komunikuar, llogaritur dhe koordinuar me njëri-tjetrin. Koncepti IoT u krijua nga një anëtar i komunitetit të zhvillimit të  RFID (Radio Frequency Identification) në 1999, dhe kohët e fundit është bërë më e rëndësishme për botën praktike kryesisht për shkak të rritjes së pajisjeve mobile, komunikimit të ngulitur dhe të kudogjendur, cloud computing dhe të dhënave analitikë. Imagjinoni një botë ku miliarda objekte mund të ndiejnë, komunikojnë dhe ndajnë informacione, të gjitha të ndërlidhura përmes rrjeteve publike ose private të IP (Internet Protocol). Këto objekte të ndërlidhura kanë të dhëna që mblidhen, analizohen dhe përdoren rregullisht për të filluar veprimet, duke siguruar një mori inteligjencash për planifikimin, menaxhimin dhe vendimmarrjen. Kjo është bota e Internetit të Gjërave (IoT).

Përkufizimi i zakonshëm i Internetit të gjërave është përcaktimi si:

Interneti i Gjërave është një rrjet i objekteve fizike. Interneti nuk është vetëm një rrjet kompjuterash, por ai ka evoluar në një rrjet të pajisjeve të të gjitha llojeve dhe madhësive, automjete, telefona inteligjentë, pajisje shtëpiake, lodra, kamera, instrumente mjekësore dhe sisteme industriale, kafshë, njerëz, ndërtesa, të gjithë të lidhur, të gjithë komunikimin dhe ndarjen e informacionit bazuar në protokollet e përcaktuara në mënyrë që të arrihen riorganizime inteligjente, pozicionim, gjurmim, siguri dhe kontroll dhe madje monitorim online në kohë reale, azhurnim në internet, kontroll dhe administrim i procesit.

Ne e përcaktojmë IoT në tre kategori si më poshtë:

o  Njerëzit për njerëzit,

o  Njerëzit për makinerinë / gjërat,
parapamje|308x308px|Figura 1: Interneti i Gjërave
o  Gjërat / makineria për gjërat / makineria, ku ndërveprojnë përmes internetit.

Qëllimi i Internetit të Gjërave është të lejojë që gjërat të lidhen në çdo kohë, në çdo vend, me gjithçka dhe këdo duke përdorur në mënyrë ideale çdo rrugë / rrjet dhe çdo shërbim.

= Elementet e IoT-së =
IoT ofron shumë përfitime dhe lehtësira për përdoruesit. Kështu, për t'i përdorur ato si duhet, ka nevojë për disa elemente. Ato janë:
parapamje|309x309px|Figura 3: Elementet e IoT-së

* Identifikimi ofron identitet të qartë për secilin objekt brenda rrjetit. Ekzistojnë dy procese në identifikim: emërtimin dhe adresimin. Emërtimi referohet si emër i objektit ndërsa adresimi është adresa unike e objektit specifik. Të dy termat janë shumë të ndryshëm nga njëri-tjetri, sepse dy ose më shumë objekte mund të kenë të njëjtin emër, por gjithmonë adresë të ndryshme dhe unike. Ka shumë metoda të disponueshme që ofrojnë lehtësinë e emërtimit të objekteve në rrjet siç janë kodet e produkteve të elektronit (EPC-Electron Products Codes) dhe kodet e kudogjendur. Për të caktuar adresën unike për secilin objekt, përdoret IPv6. Së pari, IPv4 u përdor për të caktuar adresën, por nuk mund të përmbushte nevojën e adresimit për shkak të sasisë së madhe të pajisjeve IoT. Prandaj, përdoret IPv6 sepse përdor skemën e adresimit të numrave 128 bit.
* Procesi i mbledhjes së informacionit nga objektet njihet si sensing. Informacioni i mbledhur i dërgohet medias ruajtëse. Ka shumë pajisje ndijimi për të mbledhur informacionin nga objekte të tilla si aktivizuesit, etiketat RFID, sensorët inteligjentë, etj.
* Komunikimi është një nga qëllimet kryesore të IoT në të cilin pajisje të ndryshme janë të lidhura me njëra-tjetrën dhe komunikojnë. Në komunikim, pajisjet mund të dërgojnë dhe marrin mesazhe, si dhe informacione të tjera. Ekzistojnë shumë teknologji që ofrojnë lehtësi komunikimi si identifikimi i radio frekuencës (RFID-Radio Frequency Identification), komunikimi në afërsi (NFC-Near Field Communication), Bluetooth, Wi-Fi dhe evolucioni afatgjatë (LTE-Long Term Evolution).
* Llogaritja kryhet në informacionin e mbledhur nga objektet duke përdorur sensorë. Përdoret për të hequr informacionin e panevojshëm, pra atë që nuk është i nevojshëm.
* Ekzistojnë katër lloje të shërbimeve që ofrohen nga aplikacionet e IoT. E para është një shërbim i lidhur me identitetin, përdoret për të marrë identitetin e objekteve që kanë dërguar kërkesën. Grumbullimi i informacionit është një shërbim tjetër qëllimi i të cilit është të mbledhë të gjithë informacionin nga objektet. Përpunimi kryhet gjithashtu nga shërbimi i grumbullimit. Shërbimi i tretë është një shërbim bashkëpunues që merr vendime sipas informacionit të mbledhur dhe u dërgon përgjigjet e duhura pajisjeve. Shërbimi i fundit është shërbimi i kudogjendur, i cili përdoret për t'iu përgjigjur pajisjeve menjëherë pa ngurtësi për kohën dhe vendin.
* Semantika është përgjegjësi e IoT të lehtësojë përdoruesit duke kryer detyrat e tyre. Është elementi më i rëndësishëm i IoT për të përmbushur përgjegjësitë e tij. Ai vepron si truri i IoT. Merr të gjithë informacionin dhe merr vendimet e duhura për të dërguar përgjigje te pajisjet.

## ***Sensorët, aktivizuesit, RFID, WSN, Zig Bee, NFC, barcode, EPC*** 
Të gjitha aplikacionet e IoT duhet të kenë një ose më shumë sensorë për të mbledhur të dhëna nga mjedisi. Sensorët janë përbërës thelbësorë të objekteve inteligjente. Sensorët dhe aktivizuesit janë pajisje të cilat ndihmojnë në bashkëveprimin me mjedisin fizik. Të dhënat e mbledhura nga sensorët duhet të ruhen dhe përpunohen në mënyrë që të nxjerrin përfundime të dobishme prej tyre. Aktivizuesi është një pajisje që përdoret për të kryer një ndryshim në mjedis siç është kontrolluesi i temperaturës së një kondicioneri. Sensorët IoT janë kryesisht të përmasave të vogla, kanë kosto të ulët dhe konsumojnë më pak energji. Ato kufizohen nga faktorë të tillë si kapaciteti i baterisë dhe lehtësia e vendosjes.

*Marrëdhënia mes rrjetit sensorë dhe IoT-së*

*RFID*: RFID përdor valët e frekuencës për komunikimin midis dy pajisjeve. Ka tre pjesë: etiketat, lexuesit dhe një bazë të dhënash. Etiketat janë bashkangjitur në objekte dhe lexojnë gjendjen e objekteve ndërsa një lexues përdoret për të lexuar informacionin nga etiketat. Një bazë e të dhënave konsiderohet si një pjesë e tretë dhe përdoret për të ruajtur informacionin.

*WSN*: Shumë herë, të dhënat nga një sensor i vetëm nuk janë të dobishme në monitorimin e zonave të mëdha dhe aktiviteteve komplekse. Nyjet e ndryshme të sensorit duhet të ndërveprojnë me njëri-tjetrin pa tel. Disavantazhi i teknologjive jo-IP të tilla si RFID, NFC dhe Bluetooth është se diapazoni i tyre është shumë i vogël. Pra, ato nuk mund të përdoren në shumë aplikacione, ku një zonë e madhe duhet të monitorohet përmes shumë nyjeve sensorë të vendosura në vende të ndryshme. Një rrjet sensori pa tel (WSN) përbëhet nga dhjetëra deri në mijëra nyje sensori të lidhura duke përdorur teknologjitë wireless. Ata mbledhin të dhëna për mjedisin dhe i komunikojnë ato në pajisjet hyrëse që transmetojnë informacionin në cloud përmes Internetit. Shumica e komunikimit në WSN bazohet në standardin IEEE 802.15.4.

*ZigBee*: ZigBee bazohet në standardin IEEE 802.15.4 të protokollit të komunikimit dhe përdoret për rrjetet e zonave personale (PAN-Personal Area Network). Zigbee u zhvillua nga aleanca Zigbee, e cila punon për zgjidhje të besueshme, me energji të ulët dhe komunikim të lirë. Diapazoni i komunikimit të pajisjes Zigbee është shumë i vogël (10–100 metra). Detajet e rrjetit dhe shtresat e aplikimit specifikohen gjithashtu nga standardi Zigbee.

*NFC*: Komunikimi në afërsi të fushës është një teknologji komunikimi pa tel me rreze shumë të shkurtër, përmes së cilës pajisjet mobile mund të bashkëveprojnë me njëra-tjetrën vetëm në një distancë prej disa centimetrash. Të gjitha llojet e të dhënave mund të transferohen ndërmjet dy pajisjeve të mundësuara nga NFC në sekonda duke i sjellë ato afër njëra-tjetrës. Kjo teknologji është e bazuar në RFID. Përdor variacione në fushën magnetike për të komunikuar të dhëna midis dy pajisjeve të aktivizuara me NFC. NFC operon mbi një brez frekuence prej 13.56 MHz, i cili është i njëjtë me RFID me frekuencë të lartë.

*Barkodi*: Barkodi është vetëm një mënyrë tjetër e kodimit të numrave dhe shkronjave duke përdorur një kombinim të shiritave dhe hapësirave me gjerësi të ndryshme. Barkodet janë etiketa optike të lexueshme nga makina të bashkangjitura në artikujt që regjistrojnë informacione në lidhje me artikullin. Barkodet janë krijuar që të jenë të lexueshme nga makina. Zakonisht ato lexohen nga skanuesit lazer, ato gjithashtu mund të lexohen duke përdorur një aparat fotografik.

*EPC*: Kodi elektronik i produktit (EPC) është një kod 64-bit ose 98-bit i regjistruar elektronikisht në një etiketë RFID dhe synon të bëjë një përmirësim në sistemin e barkodit EPC. Kodi EPC mund të ruajë informacione në lidhje me llojin e EPC, numrin rendor unik të produktit, specifikimet e tij, informacionin e prodhuesit, etj.

= Arkitektura e IoT-së =
Arkitektura të ndryshme janë propozuar nga studiues të ndryshëm. Arkitektura themelore është arkitektura me tre shtresa siç tregohet në figurën. Ajo u prezantua në fazat e hershme të kërkimit në këtë fushë. Ka tre shtresa: shtresat e perceptimit, rrjetit dhe aplikimit.
parapamje|368x368px|Figura 4: Arkitektura IoT (A: tre shtresore, B: pesë shtresore)
 
# Shtresa e perceptimit është shtresa fizike, e cila ka sensorë për të ndjerë dhe mbledhur informacion në lidhje me mjedisin.
# Shtresa e rrjetit është përgjegjëse për lidhjen me gjëra të tjera inteligjente, pajisjet e rrjetit dhe serverat. Karakteristikat e tij përdoren gjithashtu për transmetimin dhe përpunimin e të dhënave të sensorit.
# Shtresa e aplikacionit është përgjegjëse për ofrimin e shërbimeve specifike të aplikacionit te përdoruesi. Ajo përcakton aplikacione të ndryshme në të cilat Interneti i Gjërave mund të vendoset, për shembull, shtëpi të mençura, qytete të zgjuara dhe shëndet të zgjuar.

Arkitektura me tre shtresa përcakton idenë kryesore të Internetit të Gjërave, por nuk është e mjaftueshme për kërkime mbi IoT sepse kërkimet shpesh përqendrohen në aspekte më të hijshme të Internetit të Gjërave. Kjo është arsyeja pse ne kemi shumë më tepër arkitekturë me shtresa të propozuara në literaturë. Njëra është arkitektura pesë shtresore, e cila gjithashtu përfshin shtresën e përpunimit dhe shtresën e biznesit. Pesë shtresat janë shtresat e perceptimit, transportit, përpunimit, aplikimit dhe biznesit. Roli i shtresave të perceptimit dhe zbatimit është i njëjtë me arkitekturën me tre shtresa. Ne përshkruajmë funksionin e tre shtresave të mbetura.

#Shtresa e transportit transferon të dhënat e sensorit nga shtresa e perceptimit në shtresën e përpunimit dhe anasjelltas përmes rrjeteve të tilla si wireless, 3G, LAN, Bluetooth, RFID dhe NFC.
#Shtresa e përpunimit njihet gjithashtu si shtresa e programit të mesëm. Ai ruan, analizon dhe përpunon sasi të mëdha të të dhënave që vijnë nga shtresa e transportit. Mund të menaxhojë dhe ofrojë një sërë shërbimesh të ndryshme për shtresat e ulëta.
#Shtresa e biznesit menaxhon të gjithë sistemin IoT, duke përfshirë aplikacionet, modelet e biznesit dhe fitimit dhe privatësinë e përdoruesve.

## Arkitektura të tjera të propozuara të IoT në përdorim janë 
* Fog Computing IoT Architecture,
* Edge Computing Architecture,
* Cloud and Fog Based Architectures,
* Cloud-Fog-Edge Architecture,
* Mist Computing Architecture,
* S-IoT (Social IoT) Architecture,
* IoT-A Architecture.

= Kërkesat e implementimit të IoT =
Kërkesat e zbatimit të IoT konsiderohen si kërkesa kritike për arkitekturat e ardhshme të IoT, të cilat përshkruhen si në vijim:

*Shkallëzimi*: Me numrin e madh të objekteve që lidhen me infrastrukturën IoT, konsiderohet që çdo objekt i lidhur ka përfaqësimin e tij virtual. Prandaj, kërkesa për shkallëzim është e dëshirueshme për të zgjeruar funksionalitetin e standardeve të hapura për aplikimet e ardhshme të IoT. Për më tepër, përderisa zgjerimi i IoT po rritet përmes miratimit të gjerë të aplikacioneve të reja, arkitekturat e ardhshme të IoT duhet të plotësojnë kërkesat e shkallëzimit.

*Ndërveprimi*: Kërkesa për fuqizimin e komunikimeve ndërmjet objekteve të ndryshme nga ofrues të ndryshëm të shërbimeve është shumë e rëndësishme në arkitekturat e ardhshme të IoT. Prandaj, arkitekturat IoT kërkojnë standarde të ndërveprimit për të krijuar platforma paralele ose të hapura që mbështesin potencialet gjithëpërfshirëse të praktikës së ndërlidhjes pa ndërprerje midis të gjitha llojeve të aplikacioneve dhe pajisjeve IoT.

*Siguria*: Forcimi i sigurisë është një aspekt i rëndësishëm i aplikacioneve të IoT, për shkak të detyrës sfiduese të mbrojtjes së informacionit të ndjeshëm të transmetuar dhe të përpunuar në mjediset armiqësore përreth IoT. Kështu, mund të konsiderohet me të vërtetë si një kërkesë kryesore e ardhshme e vendosjeve të IoT për të parandaluar që këto shkallë të mëdha të aplikacioneve të IoT të kontrollohen nga palë të paautorizuara. Për më tepër, mekanizmat e sigurisë së strategjisë së dizajnit IoT duhet të jenë mjaftueshëm të lehtë për shkak të vetive të kufizuara të burimeve të pajisjeve IoT. Prandaj, mungesa e politikës së sigurisë arkitekturat e ardhshme IoT mund të kërcënojnë besimin e përdoruesve, kështu që kjo do të çojë në dështimin e të gjithë teknologjisë.

*Kontrolli dhe menaxhimi i burimeve*: Mundësia e hyrjes dhe konfigurimi i objekteve inteligjente pjesëmarrëse midis aplikacioneve të IoT duhet të kryhet në distancë. Kjo do të ndihmojë në kontrollimin e burimeve në mënyrë efikase nëse administratorët nuk janë të disponueshëm në vendet e tyre të caktuara. Përveç kësaj, kufizimet e burimeve të tepërta mund të ndikojnë në sistemet IoT, të cilat kanë nevojë për të balancuar ngarkesën për përdorimin e duhur të burimeve.

*Efikasitetit të energjisë*: Koha e jetës është kuptimi më funksional i qëndrueshmërisë në objektet inteligjente që marrin pjesë midis aplikacioneve të IoT. Prandaj, vetëdija e energjisë është shumë e rëndësishme për të zvogëluar kufizimet e burimeve duke eleminuar konsumin e tepërt të energjisë. Prandaj, strategjia e dizajnit të arkitekturës IoT duhet të minimizojë konsumin e energjisë duke zhvilluar vetitë e lehta të teknikave dhe metodave të komunikimit.

*Cilësia e Shërbimit (QoS)*: Aftësia e ofrimit të një shërbimi të kënaqshëm për përdoruesit është një kërkesë e rëndësishme e arkitekturave të sistemit IoT. QoS është një faktor jo-funksional i objektit, që mund të merret duke organizuar shërbimet e ofruara dhe rikuperimin. Si shembull, aplikacionet e përpunimit në kohë reale vendosin një përparësi të lartë për të kryer një performancë tipike. Përkatësisht, vetëm informacioni i detyrueshëm duhet të merret në përgjigje të kërkesës së drejtuar.

= Sfidat e së ardhmes për IoT =
IoT është akoma nën fazën e zhvillimit që do të thotë se duhet të bëhen shumë më shumë punë për ta bërë këtë koncept. Gjatë dekadës së fundit, shumë punë është bërë në fusha të ndryshme të IoT që përfshin zhvillimin e aplikacioneve, sigurinë, privatësinë, lidhjen e tij, protokollet, arkitekturën dhe shumë më tepër. Por akoma, ka disa sfida kërkimore që duhet të përqendrohen për punën në të ardhmen në fushat e përmendura më lart të IoT.
parapamje|321x321px|Figura 5: Fushat e sfidave kërkimore të IoT-së
- Zhvillimi i aplikacioneve për IoT ka shumë sfida kërkimore. Aplikacioni i zhvilluar për IoT duhet të jetë i aftë të trajtojë të dhënat në kohë reale dhe të komunikojë me pajisjet e tjera. Për më tepër, ajo jo vetëm që duhet të merret me ndijimin dhe të veprojë, por do të bashkëpunojë me njerëzoren, si p.sh. njeri me njeri (H2H-Human to Human), njeri me makinë (H2M-Human to Machine) dhe makinë me makinë (M2M-Machine to machine). Përfshirë më shumë në lidhje me zhvillimin e aplikacioneve, ai gjithashtu plotëson kërkesat e IoT i cili është i shpërndarë dhe heterogjen në natyrë.

- Standardet Universale: Ekziston nevoja për standarde universale për të komunikuar me një mjedis të tillë heterogjen të pajisjeve. Megjithëse komunitetet ETSI (European Telecommunications Standards Institute) dhe IETF (Internet Engineering Task Force) po punojnë për standarde që lidhen me IoT dhe zhvillojnë standarde, por gjithsesi standardi universal për komunikim është ende një sfidë kërkimore në IoT.

- Rrjetet / Lidhshmëria: Meqenëse lidhja është përbërësi themelor i kësaj teknologjie dhe ne duam të lidhim çdo gjë, në çdo kohë dhe kudo, kështu që duhet të përqendrohemi në çështjet e lidhjes ose rrjeteve të IoT. Në identifikues unik IoT për të gjitha pajisjet e komunikimit kërkon që të ndërtohet një politikë e efektshme adresimi për pajisjet e IoT dhe integrimin standard të IP. Siç e dimë që miliarda dhe triliona pajisje janë të lidhura në botë për këtë qëllim ekziston një nevojë e sistemit të menaxhimit të identitetit i cili na ofron adresim efikas për pajisjet të cilat punojnë globalisht. Për më tepër, një mekanizëm i përshtatshëm kërkohet gjithashtu për lëvizshmërinë në IoT. Një nga sfidat e kërkimit që është akoma e hapur është karakterizimi i trafikut dhe ndërthurja e konceptit të karakterizimit dhe modelimit të trafikut për zbatimin e cilësisë së shërbimit në IoT. Cilësia e shërbimit në fushën e IoT është një sfidë tjetër për shkencëtarët në IoT. Meqenëse ka shumë pajisje të cilat janë të ndërlidhura dhe kanë probleme energjetike për shkak të madhësisë së tyre dhe pajisjeve që funksionojnë me bateri ose sensorë që kanë një ndikim të madh gjatë zgjedhjes së protokollit më të mirë të rrugëzimit për to. Ekziston nevoja për të zhvilluar një protokoll që plotëson këto nevoja. IoT përdor protokolle të ndryshme rutimi me pak modifikime siç përdoren në një rrjet pa tel ose në një rrjet Ad-Hoc.

- Arkitektura e IoT: Ndërsa jemi në fazat fillestare të zhvillimit të fazës së IoT, kështu që ekziston nevoja për të ndërtuar arkitekturë standarde për komunikim. Arkitektura siguron ndërveprimin ndërmjet pajisjeve, thjeshton zhvillimin dhe së fundmi pajiset me standarde që ofrojnë lehtësi gjatë implementimit.

- Siguria: Pothuajse triliona pajisje janë të lidhura në IoT dhe ndajnë të dhënat me njëra-tjetrën që mund të jenë të dhëna të ndjeshme si në sektorin bankar p.sh. kodet PIN për një llogari dhe informacion personal, etj. që duhet të jenë të sigurta për një komunikim të sigurt. Siguria në teknologjinë IoT luan një rol jetësor për të kapërcyer këto skenarë. Në dokumente autorët diskutojnë çështjet e sigurisë dhe zgjidhjet e tyre të mundshme. Normalisht ne përdorim mekanizëm kriptimi për të mbrojtur të dhënat ose informacionin, por në rastin e IoT, pajisjet kanë shumë më pak fuqi përpunuese dhe burime energjie në krahasim me pajisjet tradicionale të Internetit, kështu që ekziston nevoja për të shkruar algoritme të tillë të kriptimit që plotëson kërkesat e IoT. Menaxhimi i mëtejshëm i identitetit është gjithashtu pjesë e sigurisë për të prezantuar identifikuesin unik për secilën pajisje dhe ka mekanizmin për t'i siguruar ato. Për komunikim të sigurt në IoT, duhet të ekzistojë një mekanizëm për vërtetimin dhe integritetin e të dhënave. Në disa skenarë të pajisjeve IoT ekspozohen në mjedis të hapur ose të pambikëqyrur për një periudhë kohe gjatë punës së tij, kështu që ekziston mundësia e sulmeve fizike, si dhe një sulm me ndërmjetësim në pajisjet ose lidhjet. Ekziston nevoja për të ndërtuar disa mekanizma sigurie që ndihmojnë në mbrojtjen e të dhënave ose lidhjeve për të marrë një komunikim të sigurt. Skema kryesore e menaxhimit do të përcaktohet gjithashtu për këtë qëllim. Ndërsa IoT ka nevojë të përpunojë një sasi të madhe të të dhënave është shumë e vështirë të ruash sigurinë në pajisje për një kohë të gjatë për të mbajtur të dhëna të sigurta. Për të siguruar të dhëna që nuk mbikëqyren dhe nuk përdoren për një periudhë, mund të zbatohet një koncept i harrimit dixhital që fshin informacionin ose të dhënat pas një kohe të caktuar kur nuk do të ketë nevojë për to. Ndihmon gjithashtu për të ruajtur sigurinë. Ne kemi nevojë për një lloj gjithëpërfshirës të arkitekturës së sigurisë që plotëson të gjitha kërkesat e sigurisë në drejtim të IoT.

- Privatësia: Në triliona përdorues të Internetit të lidhur me njëri-tjetrin dhe ka një sasi të madhe të dhënash që mund të ndajmë në këtë platformë, por ekziston një problem i privatësisë. Duhet të ekzistojë një mekanizëm në të cilin mund të themi se të dhënat e përdoruesit specifik mund të përdoren vetëm kur këto të dhëna janë të autorizuara nga përdoruesi. Për më tepër, këto të dhëna mund të përdoren vetëm për disa qëllime specifike dhe për disa fusha specifike dhe nuk duhet të jenë të aksesuara publikisht. Për këtë qëllim, ne duhet të bëjmë një politikë të privatësisë për të gjitha pajisjet, protokollet dhe aplikacionet që duhet të ndjekin pikat e përmendura më sipër.

= Referimet =