معمارية إنترنت الأشياء هي الهيكل الذي يربط الأجهزة والأنظمة والخدمات للتواصل وتبادل البيانات عبر الإنترنت. لذلك، فإن معرفة معمارية إنترنت الأشياء للمبتدئين تصبح مهمة لإنشاء حلول إنترنت الأشياء الفعّالة. هذا الدليل يغطي بعمق الطبقات المختلفة والمكونات المتورطة في المعمارية.
من المهم معرفة هذه المعمارية لتصميم وتنفيذ حلول إنترنت الأشياء الناجحة. كل طبقة لها دور في ضمان الاتصال السلس، معالجة البيانات، والأمان. ستحدث تحسينات إضافية من خلال التطور التكنولوجي في معمارية إنترنت الأشياء لتحقيق ابتكارات وكفاءات أكبر في التطبيقات عبر مختلف الصناعات.
مكونات إنترنت الأشياء
هذا دليل مفصل للطبقات المختلفة لمعمارية إنترنت الأشياء بالإضافة إلى المكونات:
طبقة الإدراك
تُسمى طبقة الإدراك بطبقة المستشعرات التي تتضمن البنية الأساسية لإنترنت الأشياء والتي تشمل الأجهزة المادية والمستشعرات التي تساعد في الحصول على البيانات من البيئة. تشمل الوظائف الرئيسية ما يلي:
جمع البيانات
يقوم المستشعرون بجمع وتحويل البيانات إلى صيغة رقمية لمعالجتها.
طبقة الشبكة
تتحمل طبقة الشبكة مسؤولية نقل البيانات الملتقطة من طبقة الإدراك إلى السحابة أو أجهزة أخرى. تتكون من:
بروتوكولات الاتصال
يتم استخدام العديد من البروتوكولات لنقل البيانات مثل MQTT و CoAP و HTTP و WebSocket.
البوابات
هي أجهزة تجمع جميع البيانات من مستشعر معين وتوفر حلاً للاتصال بين أنواع مختلفة من الشبكات مثل Wi-Fi و cellular و Zigbee، ثم ترسلها إلى السحابة.
توجيه البيانات
يشمل توجيه حزم البيانات عبر الشبكة للوصول إلى الوجهات المناسبة.
طبقة الحوسبة الطرفية
تشكل طبقة الحوسبة الطرفية جزءاً أساسياً من المعمارية لإنترنت الأشياء، حيث يتم معالجة البيانات في الجهة الأقرب للمصدر حيث يتم توليد البيانات، بدلاً من التخزين المركزي في الخوادم السحابية. هنا، في الطرف، تتم معالجة البيانات مما يجعلها سريعة ويوفر استخدام عرض النطاق الترددي من خلال الفلترة والتحليل في الوقت الفعلي، سواء كان ذلك على مستوى الجهاز أو عبر بوابة قريبة.
طبقة السحابة
تشكل طبقة السحابة جوهر معمارية إنترنت الأشياء من خلال مركزية التخزين والتحليلات وإدارة البيانات. تقوم بجمع البيانات وإدارة كميات ضخمة منها التي يتم توليدها من قبل إنترنت الأشياء، مما يعني أنه يجب أن توفر تخزيناً قابلاً للتوسع بشكل ملحوظ وتنمو جنباً إلى جنب مع المنظمات.
يتم الحصول على الخبرة العملية من خلال دراسات الحالة والمشاريع التطبيقية لاكتساب المهارات التقدمية في تصميم وتنفيذ حلول إنترنت الأشياء التي تعمل على تحسين استخدام الطاقة، وتوفير التكاليف، وتعزيز الممارسات المستدامة. يتعمق الدورة المتقدمة في إنترنت الأشياء (IoT) للطاقة الذكية في كيفية تغيير تقنيات إنترنت الأشياء لمستقبل إدارة الطاقة والكفاءة.
الأخطاء والتحديات التي تواجه تكنولوجيا معمارية إنترنت الأشياء
الملخص التالي يصف الأخطاء والمشاكل التي تؤثر على التكنولوجيا وراء معمارية إنترنت الأشياء. الأمن هو التحدي الرئيسي. كلما زاد عدد الأجهزة المتصلة، زادت النقاط التي يمكن أن تكون مدخلاً للهجمات الإلكترونية. معظم أجهزة إنترنت الأشياء تفتقر إلى تدابير الأمان التي يمكن أن تحمي من انتهاك المعلومات الحساسة وعملياتها. مشكلة أخرى هامة هي مسألة التوافق بين الأجهزة، حيث تستخدم الأجهزة والأنظمة المختلفة بروتوكولات اتصال متنوعة تجعل من الصعب دمجها وتبادل البيانات بينها.
تخلق القابلية للتوسع أيضاً مشكلة؛ فمع زيادة إنشاء شبكات إنترنت الأشياء، يصبح من الصعب إدارة الأداء أثناء زيادة حركة البيانات. منطقة أخرى مثيرة للقلق هي خصوصية البيانات، حيث يجب على المنظمات أن تحقق الامتثال للوائح وكذلك حماية معلومات المستخدمين.
أمثلة على معمارية إنترنت الأشياء
عملية إنترنت الأشياء المثالية تعكس قدرتها على أن تكون مرنة وقابلة للتوسيع للتحسينات المستقبلية. في الواقع، يتم تلبية المتطلبات الجديدة عند ظهورها دون التأثير على الأداء.
يتم استخدام إنترنت الأشياء في المنازل الذكية المستقبلية، ولكنها تتجاوز ذلك لتلامس مجالات أخرى لتسهيل الحياة وجعلها أكثر راحة:
خدمات المنازل الذكية
مثل هذه الخدمات الحديثة للمنازل تسمح لك بتحكم في الحرارة، وضوء المكان، وتشغيل أو إيقاف الأجهزة. على سبيل المثال، يمكنك "إيقاف" نظام التدفئة عند مغادرة المنزل لتقليل التكاليف على فواتير الطاقة أو إيقاف مكيف الهواء عند الخروج.
المباني الذكية
يمكن لتقنيات إنترنت الأشياء مراقبة البيئة وتوفير بيانات الأداء الخاصة بالبناء للمباني الذكية. يدير مدير البناء هذه الأنظمة من حيث الإضاءة والتدفئة عن بعد باستخدام المعلومات المتاحة.
خدمات المدن الذكية
الخدمات الممكّنة من خلال الابتكارات تستخدم المستشعرات لجمع المعلومات من البيئات الحضرية مثل تدفق المرور، وحالة الطقس، واستهلاك الطاقة أو السلامة العامة. بناءً على تلك المعلومات، يمكن للمدن إدارة موارد المياه والطاقة بشكل فعال.
الرعاية الصحية
يمكن أن تنقذ الأجهزة المزودة بمستشعرات لقياس مستوى السكر وضغط الدم ومعدل ضربات القلب حياة شخص. جميعنا سمعنا عن ساعة آبل التي أنقذت حياة شخص فاقد للوعي.
السيارات
نحن على دراية بالمستشعرات التي تقيس السرعة والمسافة بين السيارات والأشياء المحيطة بها. ولكن هذه ليست النهاية؛ هناك العديد من التطبيقات الأخرى لتقنية إنترنت الأشياء في السيارات، مثل استخدامها لمراقبة صحة السائق من خلال الأجهزة التي يمكنها قياس معدل ضربات قلب الشخص أو ضغطه لتحديد ما إذا كان الشخص يستطيع القيادة بأمان أم لا.
الخاتمة
فهم معمارية إنترنت الأشياء أمر أساسي في تصميم وتنفيذ إنترنت الأشياء لتحديد احتياجات النظام والعمليات المحددة. من خلال التعمق في تعقيدات النماذج المعمارية المختلفة، يمكن للعضو الحصول على فكرة عن كيفية تحسين الأداء والقابلية للتوسع في حلول إنترنت الأشياء. تقدم الأكاديمية البريطانية للتدريب والتطوير مجموعة من الدورات التي تستكشف معمارية إنترنت الأشياء وبالتالي تزود المتعلمين بالمهارات والمعرفة اللازمة للتميز في هذا المجال المتطور بسرعة.
أسئلة شائعة
لماذا من المهم فهم معمارية إنترنت الأشياء؟
هناك بعض الأسباب التي تجعلك بحاجة إلى فهم معمارية إنترنت الأشياء. أولاً، إنها تهيئ الأرضية لتصميم أنظمة فعّالة وقابلة للتوسع من قبل المطورين والمهندسين.
ما هي المواضيع التي يغطيها هذا الدليل الشامل؟
يتحدث هذا الدليل الشامل عن جميع المواضيع بدءًا من المفاهيم الأساسية لمعمارية إنترنت الأشياء، والتفاصيل العميقة عن طبقاتها المعمارية المختلفة (الإدراك، الشبكة، الحوسبة الطرفية، المعالجة، والتطبيق)، بروتوكولات الاتصال، جوانب الأمان، ودراسات حالة حقيقية من تطبيقات عملية عبر الصناعات.
من هو الجمهور المستهدف لهذا الدليل؟
يستهدف هذا الدليل جماهير متنوعة مثل مجتمع مطوري إنترنت الأشياء، خبراء العمارة النظامية، محللي البيانات، محترفي تكنولوجيا المعلومات، والطلاب الذين يرغبون في تعلم أنظمة إنترنت الأشياء. سيجد المبتدئون الكثير ليتعلموه على مستوى الأساسيات، بينما سيجد أولئك الذين يريدون التعمق فيه جميع المعلومات المتقدمة التي يريدونها.