سامانه فیزیکی مجازی - CPS

سامانه فیزیکی سایبری (CPS) چیست؟

با ظهور اینترنت و حضور فراگیر آن در تمام ابعاد زندگی بشر، بسیاری از سازمان ها و شرکت های بزرگ به این فکر افتاده اند که از این تکنولوژی برای کمک به نسل بشر و هوشمندسازی هر چه بیشتر تجهیزات و امکانات مورد نیاز استفاده کنند. در این میان حتی برخی کشورها و سازمان های ناقض حقوق بشر به دنبال تسط فناورانه بر  انسان ها و استفاده از این فناوری برای عبور از حریم خصوصی انسان ها و کشف حقایق پنهان بین آنها هستند. با وجود چالش های فراوان بر سر استفاده از این فناوری که گاه امنیت و حریم خصوصی بشر را زیر سوال می برد یا اعتیاد به استفاده از آن و ایجاد اعتماد نابجا، اما مزایای فراوانی به همراه داشته است. مثلا با استفاده از این فناوری امکان خرید در هر زمان و هر مکان و بدون نیاز به جابه جایی، انجام بازی های هیجان انگیز، دیدن فیلم و موسیقی در هر مکان و از همه مهمتر هوشمندسازی بسیاری از لوازم خانگی و خودروها فراهم شده است و سرعت ارتباط بین انسان ها افزایش یافته است.

در این میان تجهیزات فراوانی در اختیار مردم قرار گرفته است. از تلفن های همراه هوشمند گرفته تا خودروهای هوشمند، دوربین های دیجیتال شهری و از همه مهمتر وجود مکان یاب (GPS) که در تمامی این دستگاه ها تعبیه شده است. همچنین این دستگاه ها با تکنولوژی های مختلف باسیم و بی سیم مانند wi-fi، ۳G، ۴G و بلوتوث به یکدیگر و به اینترنت متصل شده اند. این سیستم ها  داده ها و اطلاعاتی را تولید می کنند که می توان با تحلیل و پردازش آنها به اطلاعات مفید و گرانبهایی دست یافت. به عبارتی می توان گفت که اطلاعات یک گوشی یا خودرو هوشمند چنان با ارزش نیست اما وقتی اطلاعات یک میلیون گوشی هوشمند در یک جا جمع شود و کنار یکدیگر قرار گیرد، سپس پردازش و تحلیل شود، در آن لحظه اطلاعات خروجی بسیار با ارزش بوده و می توان از آنها در تصمیم گیری ها و عملکرد بی درنگ و آنی یک سیستم استفاده کرد.

سامانه فیزیکی مجازی - CPS

نمونه بارز این سیستم، تحلیل ترافیکی است که اخیرا در بسیاری از سامانه ها مانند گوگل مپ مشاهده می شود. در یک لحظه ترافیک موجود در سطح شهر، در نقشه نمایش داده می شود و خود سیستم می تواند به شما پیشنهاد سریع ترین راه و کم ترافیک ترین مسیر را بدهد. روش کار بدین صورت است که گوگل اطلاعات خود را از هزاران خودرو هوشمند، ناوگان تاکسی‌ها، گوشی های هوشمند رانندگان و در برخی شهرها از دوربین های ترافیک و … جمع آوری می کند و با توجه به سرعت تقریبی خودروها می تواند حجم ترافیک را تشخیص داده و بهترین مسیر را پیشنهاد دهد.

سامانه فیزیکی مجازی - گوگل مپ

یک مثال دیگر از دنیای واقعی، سیستم ربات باغبان توزیع شده در موسسه فناوری ماساچوست آمریکا (MIT) است که در آن یک تیم از ربات‌ها از یک مزرعه گوجه فرنگی نگهداری می‌کنند. این سیستم ترکیبی از سنجش توزیع شده (هر گیاه مجهز به یک سنسور است که بر وضعیت آن نظارت می‌کند)، جهت یابی، دستکاری و شبکه‌های بی‌سیم است.

اینها نمونه هایی از سامانه فیزیکی سایبری (cyber physical system) به اختصار CPS است. سامانه فیزیکی سایبری به شبکه ای از سیستم های مبتنی بر فضای سایبری با قابلیت محاسباتی و ارتباطی و مولفه های فیزیکی شامل حسگرها (سنسور) و محرک ها (به کار اندازنده) گفته می شود که در یک چرخه قرار دارند. در واقع سنسورها اطلاعات را به محل های محاسبات ابری و برنامه های تحلیلی ارسال می کنند و پس از پردازش توسط الگوریتم های داده کاوی، محرک ها اطلاعات را دریافت می کنند (در برخی مواقع محرک ها می توانند همان حسگرها نیز باشند که از مرکز بازخورد می گیرند ) و موجب یک تصمیم یا اقدام می شوند.

سامانه فیزیکی مجازی - CPS

این سیستم ها زیرساخت های حیاتی بشر را متحول کرده و تاثیر چشم گیری در زندگی روزمره خواهد گذاشت و پایه اصلی سیستم های هوشمند نوظهور و آینده است.

این سامانه ها با اینترنت اشیا (IoT) در مواردی همپوشانی داشته اما تفاوت های مهمی باهم دارند که می تواند به تصمیم گیری بی درنگ در این سامانه اشاره کرد. در حقیقت اینترنت اشیا می تواند به عنوان سنسورها و محرک ها عمل کند. سامانه های فیزیکی سایبری در حوزه های مهمی از جمله شهرها و خانه های هوشمند، هوا فضا، حمل و نقل هوشمند، انرژی، بهداشت و درمان هوشمند، تولید در سطح نانو، جراحی رباتیک، کنترل ترافیک هوایی، جنگ های نظامی، آتش نشانی و اکتشاف در اعماق دریا کاربرد فراوان خواهد داشت.

 

منابع:

برگرفته از مقاله  Cyber Physical Systems Security: Analysis, Challenges and Solutions نوشته  Yosef Ashibani وQusay H. Mahmoud از مؤسسه فناوری دانشگاه انتاریو در سال  ۲۰۱۷

https://www.nist.gov/el/cyber-physical-systems

https://en.wikipedia.org/wiki/Cyber-physical_system

مهندس رشید