เครือข่าย IoT: คืออะไร ทำงานอย่างไร และใช้เพื่ออะไร

คู่มืออัลฟ่า » เกมส์ » เครือข่าย IoT: คืออะไร ทำงานอย่างไร และใช้เพื่ออะไร

อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) และเครือข่าย IoTได้เปลี่ยนจากแนวคิดที่ดูเหมือนเป็นเรื่องในอนาคต มาเป็นสิ่งที่เราใช้ในชีวิตประจำวันโดยไม่รู้ตัว เช่น นาฬิกาอัจฉริยะ ลำโพงอัจฉริยะ เซ็นเซอร์ในโรงงาน ยานยนต์ที่วินิจฉัยตัวเองได้... ทั้งหมดนี้เป็นส่วนหนึ่งของระบบนิเวศเดียวกัน ซึ่งมีอุปกรณ์หลายพันล้านชิ้นแลกเปลี่ยนข้อมูลกันอย่างต่อเนื่อง

การทำความเข้าใจว่าเครือข่าย IoT ทำงานอย่างไร มีส่วนประกอบอะไรบ้าง และแก้ปัญหาอะไรได้บ้างนั้นเป็นกุญแจสำคัญสำหรับทุกบริษัทที่กำลังดำเนินการเปลี่ยนแปลงทางดิจิทัลรวมถึงทุกคนที่ต้องการเข้าใจว่าเทคโนโลยีกำลังมุ่งหน้าไปในทิศทางใด เราจะอธิบายอย่างใจเย็นและปราศจากศัพท์เทคนิคที่ไม่จำเป็นว่า IoT คืออะไร อุปกรณ์เหล่านี้เชื่อมต่อกันอย่างไร บทบาทของ 5G การประมวลผลแบบ Edge Computing และ AI และการใช้งานจริงในภาคส่วนต่างๆ เช่น อุตสาหกรรม การดูแลสุขภาพ การเกษตร และเมืองอัจฉริยะ

IoT คืออะไร และทำไมถึงมีการพูดถึงกันมากขนาดนี้?

เมื่อเราพูดถึงอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT)เรากำลังหมายถึงเครือข่ายขนาดใหญ่ของวัตถุทางกายภาพต่างๆ เช่น เครื่องใช้ในครัวเรือน รถยนต์ เครื่องจักรในอุตสาหกรรม เซ็นเซอร์ทางการเกษตร อุปกรณ์ทางการแพทย์ ฯลฯ ซึ่งรวมเอาเซ็นเซอร์ โปรเซสเซอร์ และการเชื่อมต่อไว้ด้วยเพื่อให้สามารถรวบรวมข้อมูลจากสภาพแวดล้อม สื่อสารกันเองและกับแพลตฟอร์มคลาวด์ และดำเนินการต่างๆ ได้อย่างเป็นอิสระมากหรือน้อย

โดยพื้นฐานแล้ว IoT เกี่ยวข้องกับการเพิ่ม "ความฉลาด" และการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตให้กับสิ่งต่างๆ ที่ก่อนหน้านี้ทำงานแบบเฉื่อยชาโดยสิ้นเชิง เช่นเทอร์โมสตัทที่เคยปรับได้ด้วยมือเท่านั้น ตอนนี้สามารถปรับอุณหภูมิได้ตามการปรากฏตัวของเรา พยากรณ์อากาศ และราคาพลังงาน ถังขยะสามารถแจ้งบริษัทเก็บขยะเฉพาะเมื่อเต็มเท่านั้น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเส้นทางและการใช้เชื้อเพลิง

แนวคิดนี้ไม่ได้เกิดขึ้นจากความว่างเปล่า: มันเป็นผลมาจากการหลอมรวมของเทคโนโลยีต่างๆ เช่น M2M, SCADA, การสื่อสารเคลื่อนที่, การประมวลผลแบบคลาวด์, บิ๊กดาต้า และไมโครอิเล็กทรอนิกส์ระบบ M2M ช่วยให้เครื่องจักรสามารถสื่อสารกันได้ และ SCADA ถูกใช้มานานหลายทศวรรษเพื่อตรวจสอบและควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรมจากระยะไกล IoT นำสิ่งเหล่านั้นทั้งหมดมาขยายขนาด ทำให้มีราคาถูกลง และเชื่อมต่อเข้ากับอินเทอร์เน็ต

คำว่า Internet of Things (IoT) เริ่มเป็นที่นิยมในช่วงปลายทศวรรษ 2000 เมื่อเควิน แอชตันนำมาใช้เพื่ออธิบายเครือข่ายเซ็นเซอร์และตัวระบุในห่วงโซ่อุปทานของบริษัท Procter & Gamble หลังจากนั้นไม่นาน บริษัทที่ปรึกษาอย่างMcKinseyก็เริ่มพูดคุยเกี่ยวกับโมเดลธุรกิจใหม่ที่ใช้เซ็นเซอร์เป็นพื้นฐาน ซึ่งยิ่งตอกย้ำแนวคิดที่ว่าข้อมูลที่สร้างขึ้นจาก "สิ่งของ" ทางกายภาพสามารถเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมทั้งหมดได้

ส่วนประกอบพื้นฐานของระบบและเครือข่าย IoT

เพื่อให้เข้าใจวิธีการทำงานของเครือข่าย IoT ได้ดีขึ้น จำเป็นต้องแบ่งระบบออกเป็นส่วนประกอบพื้นฐาน แม้ว่าจะมีสถาปัตยกรรมที่เป็นไปได้มากมาย แต่เกือบทั้งหมดมีองค์ประกอบหลักสี่อย่างร่วมกัน ได้แก่เซ็นเซอร์และแอคชูเอเตอร์ การเชื่อมต่อ คลาวด์/แพลตฟอร์ม และการโต้ตอบกับผู้คน

เซ็นเซอร์ แอคทูเอเตอร์ และเทคโนโลยีฝังตัว

รากฐานของ IoT อยู่ที่อุปกรณ์ทางกายภาพที่มีวงจรอิเล็กทรอนิกส์ในตัวได้แก่ แผงวงจรที่มีไมโครโปรเซสเซอร์ หน่วยความจำ พอร์ตอินพุต/เอาต์พุต และเซ็นเซอร์หรือแอคทูเอเตอร์อย่างน้อยหนึ่งตัว ด้วยการย่อขนาดและต้นทุนที่ลดลงของไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ทำให้ปัจจุบันสามารถผลิตโมดูลเซ็นเซอร์ขนาดเล็ก ใช้พลังงานต่ำ และราคาไม่แพงได้แล้ว

ภายในอุปกรณ์เหล่านี้ เราสามารถแบ่งเซ็นเซอร์ออกเป็นสองกลุ่มหลักได้ กลุ่มแรกคือเซ็นเซอร์อเนกประสงค์ เช่น กล้องหรือไมโครโฟน ซึ่งทำหน้าที่บันทึกภาพหรือเสียง และต้องใช้อัลกอริทึมขั้นสูงในการประมวลผลข้อมูล กลุ่มที่สองคือเซ็นเซอร์เฉพาะงาน (เช่น อุณหภูมิ ความชื้น การเคลื่อนไหว อัตราการเต้นของหัวใจ น้ำหนัก ฯลฯ) ซึ่งออกแบบมาเพื่อวัดค่าพารามิเตอร์เฉพาะอย่างได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ทั้งในด้านต้นทุนและพลังงาน

การเลือกใช้เซ็นเซอร์ประเภทใดประเภทหนึ่งนั้นขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและสิ่งที่ต้องการตรวจจับตัวอย่างเช่น การเคลื่อนไหวในทางเดินสามารถตรวจสอบได้ด้วยกล้อง เซ็นเซอร์ตรวจจับการมีอยู่โดยเฉพาะ หรือแม้แต่ไมโครโฟนในสภาพแวดล้อมที่มืดและร้อนซึ่งการตรวจจับด้วยสายตาไม่น่าเชื่อถือ ความยืดหยุ่นของ IoT มาจากความสามารถในการผสมผสานเซ็นเซอร์และอุปกรณ์ควบคุมต่างๆตามความต้องการเฉพาะ

ตัวกระตุ้น (Actuator) เปรียบเสมือน "กล้ามเนื้อ" ของระบบ: มันช่วยให้ IoT ไม่เพียงแต่สังเกตการณ์ แต่ยังสามารถปรับเปลี่ยนสภาพแวดล้อมได้ อีกด้วย ตัวกระตุ้นสามารถเปิดวาล์วน้ำชลประทาน เปิดมอเตอร์ ยกม่าน ปรับพัดลม หรือเปลี่ยนอัตราการไหลของปุ๋ยได้ ในการใช้งานระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมและในบ้านหลายๆ อย่าง เซ็นเซอร์และตัวกระตุ้นทำงานร่วมกันเพื่อปิดวงจร: วัด ตัดสินใจ และลงมือทำ

การเชื่อมต่อและเกตเวย์ IoT

หากปราศจากการสื่อสาร ก็จะไม่มีเครือข่าย IoT การเชื่อมต่อเป็นหัวใจสำคัญของระบบ IoT ทุกระบบเพราะช่วยให้อุปกรณ์ต่างๆ สามารถระบุและเข้าใจซึ่งกันและกัน และแบ่งปันข้อมูลกับเครื่องจักรอื่นๆ และแพลตฟอร์มคลาวด์ได้

ประการแรก แต่ละองค์ประกอบจะต้องสามารถระบุได้อย่างเฉพาะเจาะจงใน IoT มีการใช้ตัวระบุหลายประเภท ได้แก่ ตัวระบุวัตถุ (เช่น บาร์โค้ดหรือแท็ก RFID) ตัวระบุการสื่อสาร (เช่น ที่อยู่ IP ที่ระบุโหนดที่สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลได้) และตัวระบุแอปพลิเคชัน (เช่น URI หรือ EPC) ที่ใช้แยกแยะบริการที่ทำงานอยู่บนโครงสร้างพื้นฐานเดียวกัน

ประการที่สอง จำเป็นต้องเลือกโปรโตคอลและเทคโนโลยีการสื่อสาร ที่เหมาะสม การใช้งานในปัจจุบันส่วนใหญ่ใช้การสื่อสารไร้สาย แต่ระยะการส่งสัญญาณและการใช้พลังงานนั้นแตกต่างกันไป

• ระยะทางสั้น ๆเทคโนโลยีอย่างบลูทูธและ UWB (อัลตร้าไวด์แบนด์) จะเข้ามามีบทบาทสำคัญเมื่อต้องการความเร็วสูง โดยพบได้ทั่วไปในอุปกรณ์สวมใส่ อุปกรณ์ต่อพ่วง และการเชื่อมต่อระหว่างเซ็นเซอร์และเกตเวย์ที่อยู่ใกล้เคียง
• ระยะกลางมาตรฐานที่แพร่หลายที่สุดคือ Wi-Fi (ตระกูล IEEE 802.11) ซึ่งพบได้ทั่วไปในบ้าน สำนักงาน และโรงงาน หากคุณต้องการคำแนะนำสำหรับ กำหนดค่าจุดเชื่อมต่อสิ่งที่น่าสนใจอีกอย่างคือ ZigBee ซึ่งออกแบบมาสำหรับเครือข่ายแบบ Mesh ที่มีอุปกรณ์พลังงานต่ำจำนวนมากและฮาร์ดแวร์ที่เรียบง่าย
• ระยะไกลเครือข่ายมือถือ 4G และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง 5G เทคโนโลยีเหล่านี้ช่วยให้สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่กระจายอยู่ทั่วพื้นที่ขนาดใหญ่ได้ ในขณะที่เทคโนโลยี LPWAN (Low-Power Wide-Area Network) เช่น Sigfox หรือ LoRa จะถูกใช้เมื่ออัตราการส่งข้อมูลต่ำ แต่ต้องการระยะทางไกลและอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนาน

การใช้งาน IoTจำนวนมาก ใช้ เกตเวย์ เกตเวย์เหล่านี้สื่อสารกับเซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์ที่อยู่ใกล้เคียง (เช่น ผ่าน ZigBee หรือ Bluetooth) รวบรวมและแปลงข้อความให้อยู่ในรูปแบบมาตรฐาน และส่งไปยังบริการคลาวด์ผ่านทางอินเทอร์เน็ต ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนของกระบวนการสำหรับอุปกรณ์ขนาดเล็ก ทำให้อุปกรณ์เหล่านั้นมีโครงสร้างที่ง่ายและราคาไม่แพง

ระบบคลาวด์และการประมวลผลข้อมูล

ข้อมูลทั้งหมดที่สร้างขึ้นในภาคสนามมักจะถูกจัดเก็บไว้บนแพลตฟอร์มคลาวด์หรือศูนย์ข้อมูล "คลาวด์" เป็นเพียงเครือข่ายของเซิร์ฟเวอร์ที่เชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ต ซึ่งช่วยให้สามารถจัดเก็บ ประมวลผล และวิเคราะห์ข้อมูลจำนวนมากได้โดยไม่ต้องสร้างโครงสร้างพื้นฐานทั้งหมดภายในบริษัทเอง

ส่วนหลังบ้านของระบบ IoT ประกอบด้วยบริการที่รับข้อมูลจากอุปกรณ์นับล้านเครื่อง จัดเก็บ ประมวลผลแบบเรียลไทม์ และเปรียบเทียบกับข้อมูลในอดีตนี่คือจุดที่เทคโนโลยีบิ๊กดาต้า ฐานข้อมูลอนุกรมเวลา และเครื่องมือวิเคราะห์ขั้นสูงเข้ามามีบทบาท

แพลตฟอร์ม IoT เชิงพาณิชย์หลายแห่ง เช่นAWS IoT ของ Amazonมีบริการสำเร็จรูปสำหรับการจัดการความปลอดภัย การเข้ารหัสข้อมูล การตรวจสอบสิทธิ์อุปกรณ์ การควบคุมการเข้าถึง และการปรับขนาดอัตโนมัติเพื่อรองรับข้อความจำนวนมหาศาล บริษัทต่างๆ สามารถสร้างโซลูชันที่กำหนดเองสำหรับการตรวจสอบ การควบคุม การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ หรือระบบอัตโนมัติได้โดยไม่ต้องเริ่มต้นใหม่ทั้งหมด โดยอาศัยพื้นฐานนี้

ระบบคลาวด์ยังเป็นที่ตั้งของอัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่องและปัญญาประดิษฐ์ซึ่งใช้ในการตรวจจับรูปแบบ ทำนายผล (เช่น ความล้มเหลวในอนาคต) หรือตัดสินใจที่ซับซ้อนโดยอาศัยตัวแปรหลายตัวรวมกัน

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร (HMI)

ถึงแม้ทุกอย่างจะเป็นระบบอัตโนมัติ แต่ผู้ใช้ก็ยังคงเป็นผู้ควบคุมอยู่ดีการปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร (HMI)ใน IoT ดำเนินการผ่านอินเทอร์เฟซที่ออกแบบมาเพื่อแสดงข้อมูล รับการแจ้งเตือน และอนุญาตให้ผู้ใช้เปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์หรือยกเลิกการตัดสินใจอัตโนมัติเมื่อจำเป็น

อินเทอร์เฟซผู้ใช้ที่พบได้บ่อยที่สุดคือแอปพลิเคชันบนมือถือและแดชบอร์ดบนเว็บซึ่งแสดงแผนภูมิ ตัวชี้วัด และการแจ้งเตือนแบบเรียลไทม์ แต่ยังมีอินเทอร์เฟซเฉพาะทางที่มีหน้าจอสัมผัส ปุ่มกด ไฟ หรือแม้แต่ระบบสั่งงานด้วยเสียงอีกด้วย

เราสามารถพูดถึงอินเทอร์เฟซแบบภาพ เสียง สัญญาณเสียง และการสัมผัสได้อินเทอร์เฟซแบบภาพนั้นใช้หน้าจอเป็นหลัก อินเทอร์เฟซแบบเสียงช่วยให้คุณพูดกับระบบได้โดยตรง (ลำโพงอัจฉริยะ ผู้ช่วยเสมือน) อินเทอร์เฟซแบบเสียงจะส่งเสียงเพื่อรายงานเหตุการณ์ และอินเทอร์เฟซแบบสัมผัสจะใช้การสั่นเพื่อระบุสถานะหรือสัญญาณเตือน ซึ่งพบได้ทั่วไปในสมาร์ทวอทช์และอุปกรณ์ติดตามการออกกำลังกาย

ขั้นตอนการทำงานของเครือข่าย IoT ทีละขั้นตอน

เมื่อเราได้เห็นองค์ประกอบพื้นฐานแล้ว เราสามารถสรุปการทำงานทั่วไปของระบบ IoT ได้ในสี่ขั้นตอนที่เชื่อมโยงกันซึ่งจะเกิดขึ้นซ้ำๆ อย่างต่อเนื่องและในวงกว้าง

1. การจับข้อมูล

ในขั้นตอนแรก อุปกรณ์ที่มีเซ็นเซอร์จะรวบรวมข้อมูลจากสภาพแวดล้อมหรือตัววัตถุเองซึ่งอาจรวมถึงตัวแปรอย่างง่าย เช่น อุณหภูมิ ความชื้น หรือระดับแบตเตอรี่ หรือข้อมูลที่ซับซ้อนกว่า เช่น วิดีโอแบบเรียลไทม์ สัญญาณไบโอเมตริก หรือการสั่นสะเทือนในเครื่องจักร

เซ็นเซอร์เหล่านี้ทำงานอย่างต่อเนื่องหรือเป็นช่วงๆ ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของระบบเพื่อให้เกิดความสมดุลระหว่างความแม่นยำในการตรวจสอบกับการใช้พลังงานและต้นทุนการสื่อสารตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์วัดความชื้นในภาคเกษตรกรรมอาจส่งข้อมูลทุกชั่วโมง ในขณะที่กล้องตรวจจับภาพในโรงงานจะประมวลผลข้อมูลอย่างต่อเนื่อง

2. การแบ่งปันและการส่งข้อมูล

ในขั้นตอนที่สอง ข้อมูลที่รวบรวมได้จะถูกส่งผ่านเครือข่ายในขั้นตอนนี้ เทคโนโลยีไร้สายต่างๆ (บลูทูธ, Wi-Fi, ZigBee, 5G, LPWAN ฯลฯ) จะเข้ามามีบทบาท และในหลายกรณี เกตเวย์ที่รวบรวมปริมาณการรับส่งข้อมูลก็จะเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย

ขึ้นอยู่กับกรณีการใช้งาน อุปกรณ์ต่างๆ สามารถสื่อสารโดยตรงกับคลาวด์ (อุปกรณ์ต่อคลาวด์) สื่อสารกันเอง (อุปกรณ์ต่ออุปกรณ์)หรือสื่อสารกับระบบเอดจ์ในพื้นที่ซึ่งทำหน้าที่รวบรวมข้อมูลก่อนที่จะอัปโหลด เป้าหมายคือการออกแบบสถาปัตยกรรมให้มีประสิทธิภาพ แข็งแกร่ง และเหมาะสมกับแบนด์วิดท์ที่มีอยู่

3. การประมวลผลและการวิเคราะห์

เมื่อข้อมูลเข้าสู่ขั้นตอนการประมวลผลแล้ว จะมี การนำกฎ อัลกอริทึม และแบบจำลอง AI หรือการเรียนรู้ของเครื่อง มาใช้ การตัดสินใจบางอย่างนั้นง่ายมาก (เช่น ถ้าอุณหภูมิเกินเกณฑ์ที่กำหนด ให้เปิดพัดลม ถ้าตรวจพบการเคลื่อนไหว ให้เปิดไฟ) ในขณะที่บางอย่างต้องใช้การวิเคราะห์ที่ซับซ้อนกว่ามาก เช่น การทำนายว่ามอเตอร์จะเสียเมื่อใดโดยพิจารณาจากรูปแบบการสั่นสะเทือน

การประมวลผลนี้สามารถทำได้บนคลาวด์ ที่ขอบเครือข่ายโดยใช้การประมวลผลแบบเอดจ์หรือการผสมผสานทั้งสองอย่าง เกณฑ์ที่ใช้โดยทั่วไปคือความหน่วงแฝง ปริมาณข้อมูล และข้อจำกัดด้านความเป็นส่วนตัวหรือต้นทุนตัวอย่างเช่น ในรถยนต์ไร้คนขับ คุณไม่สามารถรอให้เซิร์ฟเวอร์ระยะไกลตัดสินใจว่าจะเบรกหรือไม่ การวิเคราะห์ส่วนใหญ่ต้องทำบนตัวรถเอง

4. การดำเนินการและการตัดสินใจ

ในขั้นตอนสุดท้าย ระบบจะแปลงการวิเคราะห์ให้เป็นการกระทำหรือข้อเสนอแนะที่เป็นรูปธรรมตัวกระตุ้นสามารถปรับวาล์ว เคลื่อนย้ายหุ่นยนต์ ส่งสัญญาณเตือน หรือปรับเปลี่ยนกระบวนการทางอุตสาหกรรม ในขณะเดียวกัน แผงควบคุมจะได้รับการอัปเดต มีการส่งการแจ้งเตือนไปยังผู้รับผิดชอบ และมีการสร้างรายงานเชิงกลยุทธ์สำหรับฝ่ายบริหาร

ในองค์กรต่างๆ การรวบรวมข้อมูลในอดีตจากอุปกรณ์ทั้งหมดในเครือข่าย IoT ช่วยให้ได้รับข้อมูลเชิงลึกทางธุรกิจที่มีคุณค่าอย่างยิ่งเช่น รูปแบบการบริโภค ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ จุดอ่อนในห่วงโซ่อุปทาน โอกาสในการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ หรือบริการใหม่ๆ ที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล

บทบาทของ 5G, เอดจ์คอมพิวติ้ง และ AI ในเครือข่าย IoT

เครือข่าย IoT สมัยใหม่ไม่อาจเข้าใจได้หากปราศจากเทคโนโลยีเสริมสามอย่างที่ขับเคลื่อนวิวัฒนาการของเครือข่ายเหล่านี้ ได้แก่5G, การประมวลผลแบบเอดจ์ และปัญญาประดิษฐ์ (AI)ซึ่งเมื่อรวมกันแล้วจะก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าAIoT ใน ปัจจุบัน

5G ในฐานะตัวขับเคลื่อนสำคัญของ IoT ขนาดใหญ่

เครือข่ายมือถือรุ่นที่ห้าหรือ 5Gถูกออกแบบมาเพื่อมอบความเร็วในการส่งข้อมูลที่เร็วกว่า 4G อย่างมาก ความหน่วงต่ำมาก และความสามารถในการเชื่อมต่ออุปกรณ์จำนวนมหาศาลต่อตารางกิโลเมตรซึ่งเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์ที่มีเซ็นเซอร์หลายพันตัวในเมือง โรงงาน หรือโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ

หนึ่งในเทคโนโลยีสำคัญของ 5G คือMassive MIMO (Multiple Input Multiple Output)ซึ่งใช้เสาอากาศจำนวนมากและอัลกอริธึมการสื่อสารที่ซับซ้อนเพื่อสื่อสารกับอุปกรณ์จำนวนมากพร้อมกัน เทคโนโลยีนี้ช่วยให้ระบบ IoT สามารถส่งและรับข้อมูลได้แบบเรียลไทม์ แม้ในสภาพแวดล้อมที่มีการใช้งานหนาแน่นมากก็ตาม

เอดจ์คอมพิวติ้ง: นำการประมวลผลไปสู่ขอบเครือข่าย

โดยทั่วไป ระบบคลาวด์คอมพิวติ้งจะรวมทรัพยากรการประมวลผลไว้ในศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ ในขณะที่อุปกรณ์ระยะไกลทำหน้าที่เสมือนเทอร์มินัลที่ไม่มีความสามารถทางปัญญา อย่างไรก็ตาม เพื่อให้IoT มีประสิทธิภาพอย่างแท้จริงในสภาพแวดล้อมที่สำคัญจำเป็นต้องย้ายพลังการประมวลผลบางส่วนไปยังขอบเครือข่าย ใกล้กับจุดที่ข้อมูลถูกสร้างขึ้น

การประมวลผลแบบเอดจ์ (Edge computing ) คือการกระจายพลังการประมวลผลไปยังโหนดต่างๆ ที่อยู่ใกล้กับอุปกรณ์ไม่ว่าจะเป็นในเกตเวย์ เราเตอร์ขั้นสูง หรือแม้แต่ตัวเซ็นเซอร์เอง วิธีนี้ช่วยลดความหน่วง ลดการใช้แบนด์วิดท์ (เนื่องจากไม่จำเป็นต้องส่งข้อมูลดิบทั้งหมด) และช่วยให้สามารถตัดสินใจได้ทันทีในจุดที่จำเป็นที่สุด

ตัวอย่างที่ชัดเจนคือการประสานงานกลุ่มยานพาหนะไร้คนขับที่ขนส่งตู้คอนเทนเนอร์ซึ่งติดตั้งอุปกรณ์ติดตามอัจฉริยะ การส่งข้อมูลทุกชิ้นไปยังศูนย์ข้อมูลและรอการตอบกลับนั้นไม่สามารถทำได้จริง ยานพาหนะแต่ละคันและทุกองค์ประกอบของโครงสร้างพื้นฐานจำเป็นต้องมีขีดความสามารถในการวิเคราะห์ในพื้นที่เพื่อตอบสนองได้ทันที

ในกรณีอื่นๆ ที่พบได้ทั่วไปในชีวิตประจำวัน เช่น ในสถานที่ก่อสร้างที่เครื่องจักรส่งข้อมูลผ่านโทรศัพท์มือถือของคนงาน ก็สามารถใช้งานแอปพลิเคชันบนมือถือเพื่อทำหน้าที่เป็นเซิร์ฟเวอร์ขนาดเล็กแบบ Edge Server เพื่อกรองข้อมูลและลดปริมาณการรับส่งข้อมูลที่ซ้ำซ้อนไปยังเซิร์ฟเวอร์กลางได้

AI และ AIoT: อุปกรณ์ที่เรียนรู้ได้

ปัญญาประดิษฐ์ (AI)เข้ากันได้ดีกับ IoT เพราะช่วยให้เราใช้ประโยชน์จากข้อมูลจำนวนมหาศาลที่สร้างขึ้นจากเซ็นเซอร์แทนที่จะเขียนโปรแกรมด้วยกฎตายตัวที่ต้องแก้ไขอยู่ตลอดเวลา โมเดลการเรียนรู้ของเครื่องสามารถเรียนรู้รูปแบบจากข้อมูลโดยตรงและปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมหรือพฤติกรรมของผู้ใช้ได้

การผสมผสานระหว่าง AI และ IoT เรียกว่าAIoTในทางปฏิบัติ AIoT ช่วยให้บ้านอัจฉริยะเรียนรู้กิจวัตรประจำวันของเราได้โดยที่เราไม่ต้องตั้งค่าทุกอย่างด้วยตนเอง หรือสายการผลิตสามารถตรวจจับความผิดปกติเล็กน้อยได้โดยอัตโนมัติก่อนที่จะเกิดการชำรุดเสียหาย

โดยปกติแล้ว การฝึกฝนโมเดลเหล่านี้จะทำบนระบบคลาวด์ แต่ปัจจุบันมีความสนใจเพิ่มมากขึ้นในการนำ AI มาใช้กับอุปกรณ์ขนาดเล็กมาก ๆ โดยใช้เทคนิคต่าง ๆ เช่นTinyMLในแนวทางนี้ โมเดลจะทำงานโดยตรงบนอุปกรณ์ IoT ซึ่งสามารถตัดสินใจได้ในพื้นที่โดยไม่ต้องเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตตลอดเวลามีความเป็นอิสระสูงมาก และใช้พลังงานน้อยที่สุด (บางครั้งใช้แบตเตอรี่แบบเหรียญธรรมดาได้นานหลายเดือน)

ข้อดี ความท้าทาย และความปลอดภัยในเครือข่าย IoT

จากมุมมองทางธุรกิจ การติดตั้งเครือข่าย IoT ที่ออกแบบมาอย่างดีนั้นมีข้อดีหลายประการอย่างชัดเจน ทั้งในด้านต้นทุน ประสิทธิภาพการทำงาน ประสบการณ์ของลูกค้า และศักยภาพในการสร้างนวัตกรรมแม้ว่าจะไม่ใช่เรื่องง่ายเสมอไป และยังมีอุปสรรคสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านโปรโตคอลและความปลอดภัย

ประโยชน์สำหรับบริษัท

จุดแข็งที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของ IoT คือการลดต้นทุนการดำเนินงานด้วยการตรวจสอบอุปกรณ์และกระบวนการแบบเรียลไทม์ ทำให้สามารถทำการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ตรวจจับความล้มเหลวที่กำลังจะเกิดขึ้น และป้องกันการหยุดทำงานโดยไม่คาดคิด ซึ่งหมายถึงเวลาหยุดทำงานน้อยลง อายุการใช้งานของเครื่องจักรยาวนานขึ้น และการใช้ทรัพยากร เช่น พลังงาน น้ำ และวัตถุดิบอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

นอกจากนี้ IoT ยังเปิดประตูสู่โมเดลธุรกิจและแหล่งรายได้ใหม่ๆด้วยข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับวิธีการ เวลา และสถานที่ที่ใช้ผลิตภัณฑ์ บริษัทต่างๆ สามารถนำเสนอบริการแบบจ่ายตามการใช้งาน การสมัครสมาชิก ผลิตภัณฑ์เฉพาะบุคคล หรือโซลูชันที่ปรับแต่งให้เหมาะสมกับกลุ่มลูกค้าต่างๆ ได้

ในแง่ของประสิทธิภาพการทำงานและความสามารถในการแข่งขันระบบอัตโนมัติที่ขับเคลื่อนด้วย IoT ช่วยเร่งกระบวนการ ลดข้อผิดพลาดจากมนุษย์ และปรับปรุงการประสานงานระหว่างแผนกต่างๆ ตั้งแต่การจัดการสินค้าคงคลังไปจนถึงการวางแผนเส้นทางการขนส่ง การตัดสินใจต่างๆ สามารถอิงตามข้อมูลที่เป็นกลางและทันสมัยได้

สุดท้ายนี้ การผสานรวม IoT กับ AI และเครื่องมือบิ๊กดาต้า จะช่วยให้องค์กรต่างๆเข้าใจธุรกิจของตนได้ลึกซึ้งยิ่งขึ้นพวกเขาสามารถระบุแนวโน้ม คาดการณ์ความต้องการ เพิ่มประสิทธิภาพการใช้สินทรัพย์ และตัดสินใจเชิงกลยุทธ์ได้อย่างมั่นใจมากขึ้น

ปัญหาเกี่ยวกับโปรโตคอลและ “ภาษา” ของอุปกรณ์

หนึ่งในอุปสรรคสำคัญที่สุดต่อการใช้งานเครือข่าย IoT ในวงกว้างคือ การขาดมาตรฐานที่สมบูรณ์ในโปรโตคอลการสื่อสารอุปกรณ์ใหม่ที่ใช้โปรโตคอลที่ทันสมัยและเปิดกว้าง กลับใช้งานร่วมกับอุปกรณ์รุ่นเก่าที่ใช้ภาษาเฉพาะของผู้ผลิตหรือภาษาที่ไม่เข้ากันได้ดี

เพื่อพยายามสร้างมาตรฐานให้กับระบบนิเวศนี้ จึงมีการส่งเสริมโปรโตคอลที่มีน้ำหนักเบาและเปิดกว้าง เช่น MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)ซึ่งออกแบบมาสำหรับอุปกรณ์ที่มีทรัพยากรจำกัดและเครือข่ายที่ไม่เสถียร อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ เทคโนโลยีต่างๆ เช่น ZigBee, Bluetooth, Wi-Fi, LoRa, 5G และอื่นๆ ยังคงอยู่ร่วมกัน ซึ่งทำให้จำเป็นต้องใช้ เกตเวย์ ตัวแปลง และแพลตฟอร์มที่รวม " ภาษา" เหล่านี้เข้าด้วยกัน

ความเป็นส่วนตัว ความปลอดภัย และความมั่นคงทางไซเบอร์

ความท้าทายสำคัญอีกประการหนึ่งคือความปลอดภัยในทุกมิติ ทั้งทางกายภาพและทางตรรกะเซ็นเซอร์ที่ได้รับการปกป้องไม่ดีอาจเป็นประตูสู่เครือข่ายองค์กรทั้งหมด และการละเมิดในระบบ IoT ด้านการดูแลสุขภาพหรืออุตสาหกรรมอาจส่งผลร้ายแรงมาก จนถึงขั้นเป็นอันตรายถึงชีวิตได้

ความปลอดภัย ของ IoT เกี่ยวข้องกับการปกป้องอุปกรณ์ การสื่อสาร และแพลตฟอร์มจากการโจมตี การเข้าถึงโดยไม่ได้รับอนุญาต และการรั่วไหลของข้อมูล ซึ่งรวมถึงการตรวจสอบสิทธิ์ที่แข็งแกร่ง การเข้ารหัสแบบ end-to-end การอัปเดตเฟิร์มแวร์บ่อยครั้ง การแบ่งส่วนเครือข่าย การตรวจสอบเป็นประจำ และการเฝ้าระวังอย่างต่อเนื่อง ตลอดจนมาตรการในการตรวจจับว่าโทรศัพท์มือถือของคุณกำลังถูกสอดแนมอยู่หรือไม่

ในภาคส่วนต่างๆ เช่น การดูแลสุขภาพ อุตสาหกรรม 4.0 และโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องพิจารณาเรื่องความปลอดภัยตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบไม่ใช่คิดถึงเรื่องนี้ในภายหลัง นโยบายที่ชัดเจน แผนการรับมือกับเหตุการณ์ และวัฒนธรรมด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์ร่วมกันระหว่างฝ่ายไอทีและฝ่ายโอที (ฝ่ายปฏิบัติการ) จะสร้างความแตกต่างอย่างมาก

แอปพลิเคชันและกรณีการใช้งานเครือข่าย IoT

เครือข่าย IoT กำลังแพร่กระจายไปทั่วเกือบทุกภาคส่วนทางเศรษฐกิจและด้านต่างๆ ของชีวิตประจำวันเรามาดูตัวอย่างที่สำคัญที่สุดเพื่อดูว่าทฤษฎีต่างๆ ถูกนำไปใช้ในโซลูชันที่เป็นรูปธรรมได้อย่างไร

อุตสาหกรรมและอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งในภาคอุตสาหกรรม (IIoT)

ในภาคอุตสาหกรรม คำว่าอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งในภาคอุตสาหกรรม (IIoT)หมายถึง เซ็นเซอร์ เครื่องมือ และอุปกรณ์อัตโนมัติที่เชื่อมต่อกับแอปพลิเคชันทางอุตสาหกรรมโดยเฉพาะ วัตถุประสงค์หลักคือการปรับปรุงประสิทธิภาพ ลดต้นทุน และเพิ่มคุณภาพและความปลอดภัยของกระบวนการผลิต

ในโรงงาน โรงไฟฟ้า และโรงกลั่นน้ำมัน มีการติดตั้งเครือข่ายเซ็นเซอร์เพื่อรวบรวมข้อมูลแบบเรียลไทม์เกี่ยวกับอุณหภูมิ การสั่นสะเทือน การบริโภค ความดัน และระดับต่างๆ ข้อมูลเหล่านี้จะถูกป้อนเข้าสู่ ระบบ การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ที่คาดการณ์การชำรุดเสียหาย อัลกอริทึมสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพสายการผลิต และระบบควบคุมคุณภาพที่ใช้การมองเห็นด้วยเครื่องจักร

ประเด็นที่น่าสนใจเป็นพิเศษประการหนึ่งคือ การใช้อุปกรณ์สวมใส่เพื่อความปลอดภัยของคนงานเช่น หมวกนิรภัย หรือสายรัดข้อมือที่เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต ซึ่งสามารถตรวจจับการล้ม ท่าทางอันตราย หรือการอยู่ในพื้นที่หวงห้าม และส่งสัญญาณเตือนได้ทันที

ยานยนต์และการเคลื่อนที่

ในภาคยานยนต์ เทคโนโลยี IoT ถูกนำมาประยุกต์ใช้ทั้งในการผลิตรถยนต์และบริการหลังการขายในระหว่างการผลิต หุ่นยนต์และเครื่องจักรประกอบชิ้นส่วนจะติดตั้งเซ็นเซอร์และระบบวิชั่น 3 มิติ ซึ่งช่วยให้สามารถวินิจฉัยปัญหาได้อย่างรวดเร็ว การจัดการที่แม่นยำ และการทำงานอัตโนมัติขั้นสูง

เมื่ออยู่บนท้องถนนแล้ว รถยนต์ที่เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตจะส่งข้อมูลเกี่ยวกับสถานะเครื่องยนต์ การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง ข้อผิดพลาด ตำแหน่ง GPS และรูปแบบการขับขี่ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในทุกด้าน ตั้งแต่การบำรุงรักษาจากระยะไกล ไปจนถึงบริการประกันภัยตามการใช้งาน และระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นเรื่อยๆ

การขนส่ง โลจิสติกส์ และห่วงโซ่อุปทาน

ห่วงโซ่โลจิสติกส์กำลังได้รับการเปลี่ยนแปลงโดยอุปกรณ์ IoT เชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมซึ่งช่วยให้สามารถตรวจสอบตำแหน่งและสถานะของสินค้า ยานพาหนะ และตู้คอนเทนเนอร์ได้แบบเรียลไทม์ แท็ก RFID เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิและความชื้น เครื่องวัดการสั่นสะเทือน และอุปกรณ์ GPS ถูกนำมาใช้ร่วมกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเส้นทาง ลดการใช้เชื้อเพลิง และปรับปรุงการตรวจสอบย้อนกลับ

ตัวอย่างเช่น ในการขนส่งทางทะเล มีการใช้เซ็นเซอร์ในตู้คอนเทนเนอร์แช่เย็นเพื่อให้มั่นใจได้ว่าห่วงโซ่ความเย็นได้รับการรักษาไว้ ในขณะที่อัลกอริธึมการกำหนดเส้นทางและการเปลี่ยนเส้นทางอัจฉริยะช่วยให้สามารถปรับเส้นทางใหม่ได้เมื่อเผชิญกับเหตุการณ์ที่ไม่คาดฝัน ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความตรงต่อเวลาและลดต้นทุน

การเกษตรและพืชผลอัจฉริยะ

ภาคเกษตรกรรมเป็นอีกภาคส่วนหนึ่งที่ได้รับประโยชน์อย่างมากจาก IoT โดยเฉพาะการเติบโตของเกษตรกรรมแม่นยำการติดตั้งเซ็นเซอร์ในพื้นที่เพาะปลูกทำให้สามารถวัดความชื้นในดิน อุณหภูมิ รังสีจากแสงอาทิตย์ และปริมาณสารอาหารบางชนิดได้แบบเรียลไทม์ ซึ่งช่วยให้สามารถปรับการให้น้ำ ปุ๋ย และสารกำจัดศัตรูพืชได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น

ข้อมูลเหล่านี้ช่วยให้สามารถชลประทานเฉพาะในพื้นที่ที่จำเป็นเท่านั้น ใส่ปุ๋ยได้อย่างแม่นยำในบริเวณที่ต้องการ และระบุพื้นที่เสี่ยงต่อศัตรูพืชได้ ผลที่ได้คือการใช้น้ำและปัจจัยการผลิตอื่นๆ อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ลดต้นทุน และเพิ่มผลผลิตซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในประเทศที่ประสบปัญหาขาดแคลน้ำ

การดูแลสุขภาพและระบบสุขภาพที่เชื่อมโยงกัน

ในภาคการดูแลสุขภาพ เทคโนโลยี IoT ได้ช่วยส่งเสริมการติดตามผู้ป่วยจากระยะไกลและการแพทย์ทางไกลอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องวัดระดับน้ำตาลในเลือด เครื่องวัดความดันโลหิต เครื่องวัดความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือด และเซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหว จะส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ไปยังบุคลากรทางการแพทย์ ซึ่งสามารถติดตามความคืบหน้าของผู้ป่วยเรื้อรังหรือผู้ป่วยที่กำลังฟื้นฟูร่างกายได้โดยไม่ต้องเดินทางไปโรงพยาบาลบ่อยๆ

โรงพยาบาลต่างๆ กำลังนำอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับเครือข่าย มาใช้มากขึ้น ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการจัดการสินค้าคงคลัง การตรวจสอบอุปกรณ์ที่สำคัญ และการควบคุมสถานะของเครื่องจักร เช่น เครื่องช่วยหายใจ เครื่องปั๊มยา หรือเครื่องสแกน MRI

การค้าปลีกและการบริโภค

ในธุรกิจค้าปลีกแบบดั้งเดิม เครือข่าย IoT ถูกนำมาใช้ในการจัดการสินค้าคงคลัง การควบคุมอุณหภูมิที่เหมาะสม การจัดการคิว และระบบไฟอัจฉริยะเซ็นเซอร์ที่กระจายอยู่ทั่วร้านช่วยให้สามารถตรวจสอบปริมาณลูกค้า เวลาในการรอ และพื้นที่ที่มีผู้คนพลุกพล่าน ซึ่งช่วยในการตัดสินใจเกี่ยวกับการจัดสรรพนักงาน โปรโมชั่น และการจัดวางสินค้า

ในธุรกิจอีคอมเมิร์ซและโลจิสติกส์ที่เกี่ยวข้อง เทคโนโลยี IoT ช่วยให้สามารถติดตามการจัดส่งได้อย่างแม่นยำ สั่งซื้อสินค้าอัตโนมัติ และมอบประสบการณ์การช้อปปิ้งส่วนบุคคลตามประวัติและพฤติกรรมของผู้ใช้

บริการสาธารณะ บ้านเรือน และเมืองอัจฉริยะ

บริษัทสาธารณูปโภคใช้ IoT ในการตรวจสอบเครือข่ายไฟฟ้า ก๊าซ น้ำ และโทรคมนาคมมิเตอร์อัจฉริยะให้ข้อมูลแบบเรียลไทม์ได้ตามต้องการ ช่วยในการปรับสมดุลการใช้พลังงาน ตรวจจับการสูญเสีย และวางแผนการลงทุน โดรนและเซ็นเซอร์แบบกระจายถูกนำมาใช้ในการตรวจสอบสายส่งและโครงสร้าง ช่วยเพิ่มความปลอดภัยและลดต้นทุนการบำรุงรักษา

ที่บ้าน ระบบบ้านอัจฉริยะที่ใช้เทคโนโลยี IoT กำลังเป็นเรื่องจริงแล้ว ไม่ว่าจะเป็นปลั๊กไฟอัจฉริยะและเทอร์โมสตัท เครื่องใช้ไฟฟ้าที่เชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต ระบบไฟส่องสว่างและระบบรดน้ำต้นไม้ กล้องอัจฉริยะ และล็อคประตูอัจฉริยะทั้งหมดนี้ชี้ให้เห็นถึงอาคารและบ้านที่ประหยัดพลังงาน สะดวกสบาย และปลอดภัยยิ่งขึ้น

เมืองอัจฉริยะคืออีกระดับหนึ่ง: การจัดการไฟถนนตามจำนวนผู้ใช้งาน เซ็นเซอร์คุณภาพอากาศ ที่จอดรถอัจฉริยะ ระบบกล้องวงจรปิดขั้นสูง มิเตอร์น้ำ และระบบจัดการจราจร เป็นต้น องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้สร้างข้อมูลที่ช่วยให้วางแผนเมืองได้ดีขึ้นและให้บริการได้ดียิ่งขึ้นด้วยทรัพยากรที่น้อยลง

เมื่อพิจารณาจากชุดแอปพลิเคชันเหล่านี้ จะเห็นได้ชัดว่าเครือข่าย IoT มีความเชื่อมโยงกับการเปลี่ยนผ่านสู่ดิจิทัลของเกือบทุกภาคส่วนและอนาคตของเครือข่ายเหล่านี้จะถูกกำหนดด้วยความสามารถในการผสานรวมกับ AI, 5G และ Edge Computing ในขณะเดียวกันก็ต้องควบคุมความเสี่ยงด้านความปลอดภัยและความเป็นส่วนตัวให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม