عندما نتقدم بسرعة إلى العام 2024, لا تزال التكنولوجيا تحتل مركز الصدارة باعتبارها سبب التغيير الذي يحدث في الصناعات, شركات, وحتى وجودنا اليومي. الأكثر ثورية منهم هو إنترنت الأشياء (إنترنت الأشياء). تحدد شبكاتها إنترنت الأشياء, ولكن ما هي شبكة إنترنت الأشياء, ولماذا هو مهم جدا? في هذه المدونة, سوف تتعلم ما هي شبكات إنترنت الأشياء, فئات الاستخدامات المختلفة, والاعتبارات عند اختيار شبكة إنترنت الأشياء.
ما هي شبكة إنترنت الأشياء?
تعد شبكة إنترنت الأشياء هي المحور المركزي لإنترنت الأشياء وهي الاتصال أجهزة إنترنت الأشياء, أجهزة الاستشعار, برمجة, والأنظمة. ولكن ماذا تعني شبكة إنترنت الأشياء؟? بعبارة أخرى, إنها شبكة تسمح لأجهزة إنترنت الأشياء بالتفاعل مع الإنترنت أو الأجهزة الأخرى لتبادل المعلومات. يعد هذا الاتصال هو الأكثر أهمية في أنظمة إنترنت الأشياء لأنه يوفر التكامل, وظائف, وتوصيل المعلومة في الوقت المناسب.
يتم إنشاء شبكات إنترنت الأشياء بمساعدة تقنيات الاتصال المختلفة مثل الدقة اللاسلكية (واي فاي), بلوتوث, زيجبي, والتكنولوجيا الخلوية. تم تصميم هذه الشبكات لتلبية مواصفات أجهزة إنترنت الأشياء, على سبيل المثال, قوة منخفضة, طويلة المدى والعديد من الطبولوجيا.
كيف تعمل شبكة إنترنت الأشياء?
لفهم وظائف شبكات إنترنت الأشياء, فمن الضروري تقسيم العملية إلى أربعة مكونات رئيسية:
أجهزة استشعار إنترنت الأشياء – جمع البيانات
أجهزة الاستشعار هي جوهر أي شبكة إنترنت الأشياء. تكتسب هذه المستشعرات المعلومات من السياق المادي, مثل درجة الحرارة, رطوبة, حركة, أو الضوء. المعلومات التي تجمعها هذه المستشعرات هي أساس شبكات إنترنت الأشياء وتحتوي على المعلومات اللازمة لمزيد من التحليل واتخاذ القرار.
اتصال إنترنت الأشياء – نقل البيانات
بمجرد جمع البيانات, يجب أن يتم نقلها إلى مكان مركزي حيث سيتم تحليلها. أصبح هذا الإرسال ممكنا عن طريق الاتصال, وذلك من خلال استخدام اتصال إنترنت الأشياء كوسيلة للاتصال. واي فاي, بلوتوث, والشبكات الخلوية هي بعض التقنيات المستخدمة لنقل البيانات في شبكة إنترنت الأشياء. يعد هذا الاتصال ضروريًا لتشغيل أجهزة إنترنت الأشياء بشكل سليم وقدرتها على التواصل مع الأجهزة والشبكات الأخرى.
معالجة إنترنت الأشياء – معالجة البيانات
يجب بعد ذلك أن تخضع البيانات التي تم إرسالها للتحليل لتتمكن من استخلاص معلومات مفيدة منها. يشير حساب إنترنت الأشياء إلى تحليل البيانات التي تم جمعها وعملية اتخاذ القرار اللاحقة التي تتم من خلال استخدام البرامج والخوارزميات. تعتبر هذه الخطوة مهمة في تحويل البيانات الأولية إلى معلومات مفيدة لأتمتة العمليات وتحسين القرارات التي يتم اتخاذها.
واجهة إنترنت الأشياء – إرسال البيانات
أخيرًا, يتم تمرير البيانات إلى واجهات المستخدم أو الأنظمة الأخرى لمزيد من المعالجة. هذا يمكن أن يعني إرسال الإخطارات, استدعاء الردود, أو حتى عرض البيانات على الشاشة. واجهة إنترنت الأشياء هي الرابط بين البيانات والمستخدمين, حتى يتمكنوا من التفاعل مع نظام إنترنت الأشياء واتخاذ القرارات الصحيحة.
لماذا تعتبر شبكات إنترنت الأشياء مهمة؟?
تعد شبكات إنترنت الأشياء ضرورية في تكنولوجيا اليوم للأسباب التالية. أولاً, فهي تتيح إنشاء روابط بين الأجهزة والأنظمة التي قد تعمل على تحسين سير العمل, الإنتاجية وعمليات اتخاذ القرار. على سبيل المثال, في المدن الذكية, تتحكم شبكات إنترنت الأشياء في إشارات المرور, أجهزة الاستشعار, وكاميرات لتعزيز انسيابية حركة المرور وتقليل الازدحام.
ثانية, تسمح شبكات إنترنت الأشياء بالمراقبة والتحكم في الوقت الفعلي, مما يعني أنه يمكن إجراء التغييرات وتحسين العمليات. في الرعاية الصحية, على سبيل المثال, تساعد شبكات إنترنت الأشياء في تتبع صحة المريض بهدف الحصول على بياناته الصحية بشكل دوري.
أخيراً وليس آخراً, تشجع شبكات إنترنت الأشياء على الابتكار من خلال إنشاء منتجات وخدمات جديدة تعتمد على استخدام الأجهزة المتصلة. من التشغيل الآلي للمنزل إلى الاستخدامات الصناعية, شبكات إنترنت الأشياء هي أسس التقنيات المستقبلية.
4 فئات شبكات إنترنت الأشياء
إنترنت الأشياء هو اتصال ملايين الأجهزة, وتستخدم كل هذه الملايين من الأجهزة أنواعًا مختلفة من الشبكات لتحقيق الأداء الأمثل. على سبيل المثال, لو الهدف من التطبيق هو لمراقبة المحاصيل والماشية, على سبيل المثال, ثم يعد نوع الشبكة المستخدمة أمرًا بالغ الأهمية. وفيما يلي نظرة على الفئات الأربع الرئيسية لشبكات إنترنت الأشياء: ويرد أدناه وصف موجز للفئات الأساسية الأربع لشبكات إنترنت الأشياء.
الشبكات الخلوية (4ز, 5ز)
بسبب التغطية العالية ومعدل البيانات, أصبحت الشبكات الخلوية التي تم تطويرها في الأصل للاتصالات المتنقلة جزءًا أساسيًا من إنترنت الأشياء. وتشمل الميزات الرئيسية:
- عرض النطاق الترددي العالي: تتمتع الشبكات الخلوية بإنتاجية عالية وهي مثالية للاستخدام في تطبيقات مثل المراقبة بالفيديو المباشر والسيارات ذاتية القيادة.
- تغطية واسعة النطاق: تتميز هذه الشبكات بتغطية كبيرة جدًا ومناسبة لحلول المدن الذكية مثل حركة المرور, الخدمات اللوجستية مثل الأسطول وإنترنت الأشياء الصناعي مثل المعدات عن بعد.
- الكمون المنخفض (خاصة مع 5G): يعد الكمون المنخفض لـ 5G مهمًا للتطبيقات التي يكون فيها التوقيت أمرًا بالغ الأهمية, بما في ذلك الجراحة عن بعد, السيارات ذاتية القيادة وعمليات التصنيع الأساسية الأخرى.
LPWAN (شبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة)
شبكات LPWAN مخصصة للأجهزة التي يجب أن تتمتع بعمر بطارية طويل ومساحة تغطية كبيرة مقارنة بمعدل البيانات.
- استهلاك منخفض للطاقة: تتمتع أجهزة LPWAN باستهلاك منخفض جدًا للطاقة ويمكن أن تدوم البطارية لمدة تصل إلى سنوات, وهذا مناسب في التطبيقات التالية:- المراقبة البيئية, على سبيل المثال, في الزراعة حيث يتم استخدام أجهزة استشعار التربة, و تتبع الأصول.
- اتصال طويل المدى: تتضمن بعض تقنيات LPWAN LoRaWAN, وSigfox لديها نطاق يصل إلى 10 كم في المناطق الريفية, مما يجعلها مناسبة للزراعة الذكية وشبكات استشعار المدينة.
- النشر الفعال من حيث التكلفة: تعتبر هذه التكنولوجيا فعالة نسبيا من حيث التكلفة بالمقارنة مع التقنيات الأخرى; وبالتالي فهو مناسب للتطبيقات الضخمة التي تكون فيها معدلات البيانات منخفضة.
شبكات المناطق المحلية (لان) / شبكات المناطق الشخصية (مِقلاة)
تُستخدم تقنيات LAN وPAN في محاولة لربط الأجهزة على مسافة قصيرة داخل المنازل, مكاتب, أو المصانع. تشمل الأمثلة الشائعة:
- واي فاي: يوفر اتصالاً سريعًا بالإنترنت للمنازل الذكية, بما في ذلك ضبط درجات الحرارة, كاميرات أمنية, والمكاتب.
- بلوتوث: يتم تعريف تقنية Bluetooth من خلال استهلاك منخفض للطاقة ومساحة تغطية صغيرة للاتصال. يتم تطبيقه أيضًا على الأجهزة القابلة للارتداء (أجهزة تتبع اللياقة البدنية) والأدوات المنزلية الذكية.
- زيجبي: Zigbee هو حل منخفض الطاقة يستخدم في أتمتة المنزل والصناعات; يدعم Zigbee أيضًا شبكة شبكية تسمح للأجهزة بالاتصال بالإضافة إلى العمل كمرحل للأجهزة الأخرى.
بروتوكولات الشبكة
أصبحت الشبكات المعشقة ذات شعبية متزايدة بسبب طوبولوجيتها الموزعة, مما يحسن الاعتمادية وقابلية التوسع. أنها تتميز:
- الاتصالات اللامركزية: كل جهاز (العقدة) يمكنه إعادة توجيه البيانات إلى أجهزة أخرى ويمكن استردادها في حالة تعطل إحدى العقد.
- قابلية التوسع: تصبح الشبكة أكثر قوة عند توصيل المزيد من الأجهزة, وهو مناسب لتطبيقات مثل أنظمة الإضاءة الذكية والمجمعات الصناعية الكبيرة.
- مصداقية: الشبكات المعشقة ليست حساسة بشكل خاص لنقاط الفشل الفردية, وهو أحد الاعتبارات الرئيسية لتطبيقات مثل المباني الذكية والأتمتة الصناعية.
عينات من شبكة إنترنت الأشياء: الأجهزة وسيناريوهات الاستخدام
لفهم تطبيقات شبكات إنترنت الأشياء بشكل أفضل, دعونا نستكشف بعض الأمثلة الواقعية عبر بيئات مختلفة. والآن دعونا نلقي نظرة على بعض أمثلة شبكات إنترنت الأشياء في بيئات مختلفة للحصول على صورة أوضح لاستخدامها في الحياة اليومية:
مزرعة
في مجال الزراعة, تعتبر شبكات إنترنت الأشياء مفيدة جدًا في الزراعة الدقيقة. يتم استخدام أجهزة مختلفة مثبتة في المزرعة لمراقبة محتوى الرطوبة, درجة الحرارة وصحة المحاصيل في المزرعة. يتم نقل هذه المعلومات إلى نظام مركزي حيث تتم معالجتها لتعزيز الري, التسميد ومكافحة الآفات, وبالتالي تعزيز غلة المحاصيل والحد من هدر الموارد.
نفق
في مراقبة الأنفاق, توفر شبكات إنترنت الأشياء السلامة وإدارة أنظمة النقل في الأنفاق. حالة الهواء, درجة حرارة, ويتم الكشف عن الصحة الهيكلية للمبنى ونقلها في الوقت الحقيقي إلى مراكز التحكم. هذا يجعل من الممكن معالجة أي مخاوف عند ظهورها, على سبيل المثال, عدم كفاية التهوية أو الفشل الهيكلي الذي قد يعرض حياة الركاب والعمال للخطر.
مستشفى
تستخدم المستشفيات شبكات إنترنت الأشياء لتحسين جودة الخدمات التي تقدمها وتحسين أدائها. الأجهزة الذكية القابلة للارتداء, على سبيل المثال, أجهزة المراقبة الصحية والأسرة الذكية, جمع البيانات عن العلامات والحركات الحيوية للمريض على التوالي, ويتم تحليل هذه البيانات للتعرف على أي علامات للمضاعفات الصحية. تساعد هذه المراقبة في الوقت الفعلي في التدخل المبكر, وبالتالي, يحصل المرضى على نتائج أفضل بينما يتم أيضًا تقليل العبء الواقع على كادر الرعاية الصحية.
مستودع ومصنع
في التطبيقات الصناعية, يتم استخدامه لتعزيز سلسلة التوريد, تخزين, وإجراءات التصنيع. على سبيل المثال, تقوم مستشعرات إنترنت الأشياء بتتبع موضع الأشياء وحالتها في المستودع لتسهيل التخزين المناسب وتقليل الضرر أو الخسارة. في المصانع, تُستخدم أجهزة إنترنت الأشياء لمراقبة كفاءة الأجهزة المختلفة وتوقع متى يجب إصلاحها. لذلك, الآلات غير متصلة بالإنترنت لفترة أقصر.
المكتب ومكان العمل
تُحدث شبكات إنترنت الأشياء ثورة في بيئة العمل المعاصرة من خلال أنظمة البناء الذكية. الأجهزة الذكية في المكتب, مثل الأضواء, تكييف, والكاميرات الأمنية, يمكن إدارتها من مسافة بعيدة, استخدام الطاقة وتحسين الأمن. تساعد شبكات إنترنت الأشياء أيضًا على التعاون من خلال دمج الأجهزة المكتبية مثل الطابعات, أجهزة العرض, وغيرها من المعدات في النظام.
كيفية اختيار شبكة إنترنت الأشياء المناسبة
يعد اختيار شبكة إنترنت الأشياء المناسبة أمرًا مهمًا للغاية في نشر إنترنت الأشياء. يتم اتخاذ القرار على أساس التكلفة, عرض النطاق الترددي المتاح, استهلاك الطاقة والتغطية. يعد قياس هذه المعلمات أمرًا مهمًا للتأكد من تحسين شبكتك وقدرتها على دعم احتياجاتك.
اعتبارات التكلفة
- تكاليف الإعداد الأولية: وتشمل هذه البوابات وأجهزة التوجيه, من بين أمور أخرى. شبكات LPWAN (على سبيل المثال, لوراوان, سيجفوكس) رخيصة الثمن بالنسبة للاتصالات الضخمة مع أقل قدر من البنية التحتية.
- التكاليف التشغيلية: تحتاج الشبكات الخلوية إلى اشتراكات بيانات مستمرة, وهي مكلفة للاستخدام العالي للبيانات. على الجانب الآخر, تتمتع الشبكات المعشقة وشبكات LAN/PAN بتكاليف تشغيل منخفضة نسبيًا مقارنة بالشبكات الأخرى.
- تكاليف الجهاز: عادةً ما تكون الأجهزة التي تدعم الاتصال الخلوي أكثر تكلفة من أجهزة Wi-Fi أو Zigbee, لكن الأخير له نطاق محدود.
عرض النطاق الترددي
تعد مطابقة احتياجات النطاق الترددي الخاص بك مع الشبكة أمرًا ضروريًا:
- تطبيقات النطاق الترددي العالي: لمثل هذه التطبيقات التي تتضمن كميات كبيرة من البيانات مثل بث الفيديو, تحليل في الوقت الحقيقي, الخلوية (4جي/5 جي) أو شبكات Wi-Fi مناسبة.
- تطبيقات النطاق الترددي المنخفض: تعتبر تقنيات LPWAN مثل LoRaWAN وSigfox مثالية لتطبيقات كثافة البيانات المنخفضة مثل المراقبة البيئية وتتبع الأصول.
- اعتبارات الكمون: عندما يتعلق الأمر بالتطبيقات التي يكون فيها وقت الاستجابة أمرًا بالغ الأهمية, على سبيل المثال, سيارات ذاتية القيادة, 5يتم استخدام G. تعتبر الشبكات ذات زمن الاستجابة العالي مثل شبكات LPWAN مناسبة للتطبيقات في غير الوقت الفعلي.
استهلاك الطاقة
تعد كفاءة الطاقة أمرًا أساسيًا للأجهزة التي تعمل بالبطارية:
- اعتبارات عمر البطارية: تم تطوير تقنيات LPWAN لإطالة عمر البطارية لتمكين الأجهزة من العمل في المناطق النائية. تعد الشبكات المعشقة أيضًا فعالة من حيث التكلفة من حيث استهلاك الطاقة لتلك التي تحتاج إلى التشغيل بشكل مستمر.
- الطاقة مقابل. مقايضة الأداء: تعد تقنية النطاق الترددي العالي مثل Wi-Fi والشبكة الخلوية أكثر استهلاكًا للطاقة مقارنة بتكنولوجيا الطاقة المنخفضة، وبالتالي فهي غير مناسبة للأجهزة التي تتطلب عمرًا أطول للبطارية.
- أوضاع النوم ودورات العمل: قد تحتوي شبكات LPWAN أيضًا على بروتوكولات منخفضة الطاقة تعتبر ضرورية للأجهزة التي ترسل البيانات باعتدال.
تغطية
ستؤثر منطقة التغطية المطلوبة على اختيار الشبكة: ستؤثر منطقة التغطية المطلوبة على اختيار الشبكة:
- تغطية واسعة النطاق: للمساحات الكبيرة مثل المدن الذكية أو المزارع, هناك تغطية واسعة في الشبكات الخلوية وLPWAN. ومن المهم ملاحظة أن شبكات LPWAN مناسبة تمامًا للمناطق الريفية.
- التغطية المحلية: للبيئات المغلقة مثل المنازل أو المصانع, نطاق تقنيات LAN/PAN (على سبيل المثال, واي فاي, بلوتوث) يكفي تماما.
- تغطية قابلة للتطوير: تساعد الشبكات المعشقة في زيادة التغطية في الهياكل الكبيرة أو المنشآت الصناعية لأنها تتوسع بأجهزة جديدة.
شبكة إنترنت الأشياء: هل يستحق أم مشكلة?
تعتبر شبكات إنترنت الأشياء مفيدة للغاية, ولكنها تمثل أيضًا صعوبات محددة. من ناحية, شبكات إنترنت الأشياء مفيدة في الأتمتة, تعزيز الإنتاجية, وتقديم معلومات حول تحليل البيانات المجمعة. يمكنهم تغيير الصناعات, تحسين محافظ المنتجات, وتحفيز النمو. لكن, إن استخدام شبكات إنترنت الأشياء ليس دائمًا سهلاً وغير مكلف, ومن الضروري النظر في ذلك بالتفصيل. التحدي الآخر هو الأمن والخصوصية نظرًا لأن أجهزة إنترنت الأشياء معرضة للاختراق إذا لم تكن محمية بشكل جيد.
بواسطة 2024, إنها ليست مسألة ما إذا كانت شبكات إنترنت الأشياء تستحق العناء أم لا، ولكن كيفية تنفيذها بأفضل طريقة ممكنة, في نفس الوقت, كيفية التخفيف من المخاطر المرتبطة بتنفيذ شبكات إنترنت الأشياء.
الوجبات الجاهزة
في رحلتنا نحو 2024, تظل شبكات إنترنت الأشياء هي البنية الأساسية للتكنولوجيا المعاصرة, ربط العديد من الأجهزة, أجهزة الاستشعار, والأنظمة التي تتيح التحسين والتطوير في العديد من القطاعات. تعتبر شبكات إنترنت الأشياء مفيدة في العديد من القطاعات, مثل الرعاية الصحية, زراعة, تصنيع, المدن الذكية, إلخ. يعد اختيار شبكة إنترنت الأشياء المناسبة قرارًا مهمًا ومفتاحًا لنجاح أي عملية نشر. الشبكات الخلوية (4جي/5 جي) توفر نطاقًا تردديًا عاليًا مع زمن وصول منخفض بينما تتميز LPWAN بتغطية واسعة واستهلاك منخفض للطاقة للأجهزة; تعتبر تقنيات LAN/PAN مثل Wi-Fi وBluetooth فعالة للتغطية المحلية, ويمكن توسيع نطاق الشبكات المعشقة حسب المتطلبات.
يعتمد اختيار شبكة إنترنت الأشياء المناسبة على العوامل التالية: تكلفة الشبكة, استخدام عرض النطاق الترددي, استهلاك الطاقة, ومنطقة التغطية. تعتبر هذه الأمور بالغة الأهمية للتأكد من أن الشبكة مستعدة جيدًا للعمليات الحالية بالإضافة إلى النمو والتطور المستقبلي للشبكة. هذه بعض العوامل التي ينبغي أخذها في الاعتبار للحصول على ملاءمة جيدة بحيث تكون البنية التحتية لإنترنت الأشياء جاهزة لدعم نمو المؤسسة واحتياجاتها الديناميكية, مما يجعل هذا القرار استراتيجيا.
لكن, يواجه نشر شبكات إنترنت الأشياء صعوباته, خاصة في مجال الأمن, خصوصية, والنشر. نظرًا لأن أجهزة وشبكات إنترنت الأشياء تتعرض عادةً للتهديد من مجرمي الإنترنت, وينبغي تنفيذ الأمن بشكل جيد. أيضًا, قد يكون تنفيذ أجهزة وأنظمة مختلفة في شبكة واحدة مهمة صعبة وتستغرق وقتًا طويلاً وتحتاج إلى إعداد ومراقبة دقيقين. لكن, إذا تم التخطيط لشبكات إنترنت الأشياء, مقرر, وإدارة المخاطر بفعالية, ومن ثم يمكن الارتقاء بشبكات إنترنت الأشياء إلى المستوى الأمثل لتحقيق الأتمتة, إنتاجية, والابتكار وفتح آفاق جديدة للتطور التكنولوجي في الصناعات و في المجتمع أبعد من ذلك 2024.
الأسئلة المتداولة حول شبكة إنترنت الأشياء
ما هو أساسيات الشبكات في إنترنت الأشياء?
أساسيات الشبكات في إنترنت الأشياء هي استخدام الأجهزة وبروتوكولات الاتصال مثل Wi-Fi, بلوتوث, والشبكات الخلوية لنقل ومعالجة البيانات.
ما هي الشبكة التي تستخدمها أجهزة إنترنت الأشياء؟?
يمكن توصيل أجهزة إنترنت الأشياء بشبكات مختلفة, مثل الخلوية, LPWAN, الشبكة المحلية/الشبكة المحلية, والشبكات الشبكية, اعتمادًا على حاجة جهاز إنترنت الأشياء من حيث النطاق, استهلاك الطاقة, ونقل البيانات.
كيف تضمن شبكات إنترنت الأشياء الأمان؟?
تنفذ شبكات إنترنت الأشياء تدابير أمنية مختلفة, بما في ذلك التشفير, المصادقة, وتحديثات منتظمة لحماية البيانات والأجهزة من الوصول غير المصرح به والتهديدات السيبرانية.
كيف تؤثر شبكات إنترنت الأشياء على الحياة اليومية؟?
تعمل شبكات إنترنت الأشياء على تحسين الحياة اليومية من خلال تمكين الأجهزة الذكية من التواصل وأتمتة المهام, مما يؤدي إلى زيادة الراحة, كفاءة, وتحسين نوعية الحياة في تطبيقات مختلفة مثل التشغيل الآلي للمنزل, الرعاىة الصحية, والنقل.
هل نحن حقا بحاجة إلى الإنترنت لإنترنت الأشياء؟?
على الرغم من أن أجهزة إنترنت الأشياء تحتاج إلى الإنترنت للحوسبة السحابية والخدمات الأخرى, يمكن لبعض شبكات إنترنت الأشياء العمل بشكل مستقل عن الإنترنت, باستخدام الشبكات المحلية أو الاتصالات المباشرة من جهاز إلى جهاز.