كثيرًا ما يُطلق مصطلح "إنترنت الأشياء" على العمليات الناتجة من تواصل آلة بآلة أخرى machine-to-machine (M2M)، ذلك التواصل يتيح تبادل بيانات تمكّن المستفيد النهائي من عمل أتمتة لكثير من العمليات، تساعد أتمتة العمليات في تحويل الأشياء إلى "أشياء ذكية"، مثل: البيوت الذكية والمكاتب الذكية، أو حتى المدن الذكية. ولتمكين التواصل بين الآلات، لا بد من توفر بنية تحتية مناسبة تُبنى عليها تطبيقات إنترنت الأشياء، بحيث تضمن تلك البنية التحتية حصول تواصل فعّالٍ وآمنٍ بين الآلات ويتمتع بموثوقية عالية. ومع التقدم السريع في التقنية اليوم؛ نجد أنّ هناك الكثير من أطر العمل والمنصات التقنية، والتي تربط المكونات الأساسية لتلك البنية التحتية ببعضها لتُبنى عليها تطبيقات إنترنت الأشياء، ولو نظرنا لبعض تلك العناصر، فإنّنا نجد أنها غالبًا ما تكون مستشعرات أو أجهزة حساسة، مثل: أجهزة قياس حرارة الجو أو الحركة، أو بوابات إنترنت الأشياء "IoT Gateway" والتي تعمل كنقاط لربط الآلات ببعضها وفقًا لبروتوكولات محددة، أو منصات تحليل للبيانات، أو غيرها من أنواع العناصر الأخرى. في هذه المقالة سنتحدث عن بعض منصات العمل لتقنية إنترنت الأشياء والتي تساعد في بناء تطبيقات إنترنت الأشياء بشكل كامل "end-to-end IoT applications"، ثم نتحدث عن أبرز أنواع المكونات الأساسية للبنية التحتية لإنترنت الأشياء.

Untitled-2.png

منصات إنترنت الأشياء عبارة عن مجموعة من المكونات التي تساعد في إعداد الأجهزة المتصلة بالإنترنت وإدارتها، كما يمكن لشخص واحد جمع البيانات عن بُعد من النظام ومراقبة وإدارة جميع الأجهزة المتصلة بالإنترنت، ومن تلك المنصات التي حظيت بتبني كبير:

  1. "Cisco":

توفر "Cisco" طرقًا مختلفة لإدارة البيانات وتخزينها في مراكز البيانات والسحابة، يعتمد النظام البيئي لإنترنت الأشياء من "Cisco" على ثلاثة مكونات رئيسية:

  • مركز البيانات الافتراضي.
  • الشبكة الذكية.
  • الأجهزة المتصلة.

ابتكرت "Cisco" حل "IoT" المسمى "Cisco Ultra IoT" كجزء من "Cisco Ultra Service Platform"، هذه المنصة افتراضية بالكامل وتوفر أجهزة افتراضية لتشغيل نواة متنقلة جاهزة للجيل الخامس، توفر "Cisco Ultra IoT" إمكانيات تقسيم الشبكة التي تمكّن موفري الخدمة من نشر شبكات المحمول الافتراضية عند الطلب، كما توفر واجهات برمجة تطبيقات مفتوحة وآمنة للاتصال وتوسيع قدرة الشبكة. أحد مستخدمي منتج إنترنت الأشياء من "Cisco" هي الشركة الكندية في كولومبيا البريطانية "BC Hydro"، الشركة مسؤولة عن توفير الطاقة لقائمة واسعة من العملاء بما في ذلك المستهلكين الصناعيين والتجاريين والسكنيين، في وقت سابق كافحت الشركة مع آلياتها التقليدية، حيث تعاملت مع التحديات التالية:

  • صعوبة في توفير خدمات عالية الجودة يمكن الاعتماد عليها.
  • المراقبة والمشاركة في أتمتة أنظمتها من خارج مصانعها.
  • تبسيط عملياتها عبر بنية تحتية متصلة بالإنترنت بالكامل.

وعلى سبيل المثال، فإنّ شركة "BC Hydro" التي تقوم بتوليد الكهرباء إلى 95% من سكان كولومبيا البريطانية وتخدم أكثر من أربعة ملايين شخص قد قامت باستخدام حل إنترنت الأشياء من "Cisco". يتكون الحل من "AMI" (البنية التحتية للقياس المتقدم) من "Cisco" وشبكة المنطقة الميدانية التي ساعدت الأداة المساعدة في تطوير "شبكة ذكية". لم ينجح الحل في ربط جميع الأجهزة والمعدات القائمة على إنترنت الأشياء للمرفق فحسب، بل عزّز أيضًا الأمن السيبراني من خلال إدخال "connected firewalls".

  1. "Salesforce":

تجمع "Salesforce" بين إمكانيات إنترنت الأشياء والبيانات الضخمة لإنشاء شبكات ضخمة من الأجهزة المتصلة حيث يتمتع الجمهور المستهدف وهم غير التقنيين بميزة تنفيذ التعديلات الأساسية بسهولة لتخصيص أنظمتهم، يُطلق على حل "Salesforce IoT" اسم "Sales IoT Cloud". يتم تشغيله على الجزء الخلفي من محرك معالجة الأحداث، والذي يُعرف باسم "Thunder"،على الجزء الخلفي من تقنيات Apache التالية:

  • "Cassandara": نظام إدارة قواعد البيانات الموزعة بدلًا من العمل مع نموذج قاعدة البيانات المركزية، يساعد نهج نظام إدارة قواعد البيانات الموزعة الخاص بـ "Cassandra" على زيادة أداء النظام بالإضافة إلى توفير دفعة كبيرة للاستعلامات.
  • "Spark": أداة تستخدم في المعالجة واسعة النطاق لتدفق البيانات وتجميعها عبر توزيع الحوسبة الجزئية.
  • "Storm": إطار شائع يستخدم في حلول البيانات الضخمة للعمل مع بيانات "الوقت الفعلي".
  • "Kafka": وسيط رسائل لديه القدرة على دعم عمليات القراءة أو الكتابة على نطاق هائل.

أي بيانات جديدة في "Salesforce" يتم إرسالها من نظام إنترنت الأشياء إلى "Kafka"، حيث يكون "Spark" مسؤولًا عن نقله إلى "Cassandra" لمزيد من المعالجة، وفي الوقت نفسه يحلّل "Storm" مجموعة البيانات لصياغة الاستجابات للأحداث الجارية، العمود الفقري لهذه التقنيات هو "Salesforce's Heroku Paas".

Untitled-1.png

إنترنت الأشياء ليس مجرد تقنية، بل هو منظومة ضخمة من الأجهزة، وفيما يلي المكونات الرئيسية لإنترنت الأشياء:

الأجهزة وأجهزة الاستشعار: هي الجوانب الأساسية للأجهزة في إنترنت الأشياء، تختلف هذه المستشعرات في الحجم بشكل كبير؛ اعتمادًا على استخدامها يمكن أن تكون مرئية للعين بينما يتم إنشاؤها في بعض الأحيان لتكون صغيرة بما يكفي لتكون بحجم النمل. إنّ مسؤولية أجهزة الاستشعار هذه بسيطة، يتعين عليها تجميع كميات هائلة من البيانات وجمعها على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، ويتم إرسال البيانات بعد ذلك إلى التطبيقات والأنظمة ذات الصلة بحيث يمكن اتخاذ أي قرار منطقي من خلال تحليلها. تظل هذه المستشعرات والأجهزة "متصلة" عبر الشبكات اللاسلكية مثل "Bluetooth" و "Z-wave"و"Wi-Fi"، تعتمد اختيارات هذه الشبكات على عدد من العوامل مثل الكفاءة واستهلاك الطاقة ومعدل نقل البيانات. ومع ذلك، ونظرًا للتقدم المحرز في التقنيات اللاسلكية المعاصرة، من المتوقع أن تتحسن تطبيقات إنترنت الأشياء، على سبيل المثال بدأت المنظمات باستخدام "6LoWPAN - IPv6 " لزيادة كفاءة طاقتها، نظرًا لأنّ "6LoWPAN " يستخدم وقتًا أقل للإرسال وهو خيار جيد لتوفير الطاقة.

بوابة إنترنت الأشياء "IoT Gateway" بوابة تتحمل مسؤولية ضمان الاتصال ثنائي الاتجاه بين بروتوكولات إنترنت الأشياء والشبكات المختلفة، يمكن اعتباره وسيطًا مكلّفًا بالعمل كمترجم لأي بروتوكول شبكة، وبصفتها وسيطًا فهي مسؤولة عن حماية أنظمة إنترنت الأشياء بأكملها من أي هجوم إلكتروني. ويتم أحيانًا برمجة "Gateway" لتنفيذ بعض عمليات المعالجة، حيث يتم تطبيق هذه المعالجة على جميع البيانات التي تم جمعها والتي يتم جمعها بواسطة أجهزة الاستشعار وإرسالها إلى البوابات. وبعد تطبيق مجموعة العمليات المبرمجة مسبقًا، تنقل البوابات البيانات المعالجة إلى الطبقة التالية، في بعض الأحيان تكون برمجة المعالجة ضرورية عند التعامل مع بروتوكولات مثل TCP/IP. تعد "Gateways" ترسًا ضروريًّا للأنظمة البيئية لإنترنت الأشياء للحفاظ على الأمن إلى حد معين، وبصفتها وسيطاً فهي مسؤولة عن حماية أنظمة إنترنت الأشياء بأكملها من أي هجوم إلكتروني.

يتعامل إنترنت الأشياء مع مجموعات بيانات ضخمة، وهي واحدة من أهم الأصول في النظام البيئي، يتم إنشاء هذه البيانات من المستخدمين والأجهزة والتطبيقات وتتطلب نوعًا من الإدارة، ويتم توفير هذه الإدارة من خلال الخدمات السحابية لإنترنت الأشياء التي تقبل البيانات وتجمعها وتحافظ عليها وتخزنها في الوقت الفعلي. ونظراً لأنّنا نتحدث عن الخدمات السحابية التي يمكن الوصول إليها بسهولة عبر الإنترنت في أي وقت ومن أي مكان؛ لذلك من المفيد للإدارة عرض البيانات من مواقع بعيدة. ونتيجة لذلك؛ تساعد هذه المراقبة عن بعد القيادة على التقييم والتوصل إلى قرارات عقلانية، يمكن أيضاً اعتبار الخدمات السحابية لإنترنت الأشياء على أنّها شبكة ضخمة تحتوي على الكثير من الخوادم المُحسّنة التي تتطلب معالجة سريعة للبيانات الواردة من ملايين ومليارات الأجهزة، مثل: إدارة التتبع والرؤى الرئيسية الأخرى، ولكن كيف يتم تخزين هذه البيانات بالضبط؟ نظراً لوجود العديد من الأجهزة وأجهزة الاستشعار والعناصر الأخرى في البنية التحتية؛ فإنّ قواعد البيانات المركزية ليست مناسبة لمعالجة مشكلات الأداء والاستعلام لذلك؛ غالباً ما تستخدم الخدمات السحابية لإدارة البيانات، وقد يغطي إنترنت الأشياء مليارات من أجهزة الاستشعار والبروتوكولات والبوابات وتجمع البيانات منها لتطبيق خوارزميات التعلم الآلي؛ وبالتالي يمكن للسحابة أن تسهل على الشركات فهم منتجاتها وخدماتها بشكل أفضل وتصحيح نقاط ضعفها.

البيانات هي أصل لا يقدر بثمن ويعتمد ظهور البيانات الضخمة على حقائق معينة جعلت المنافسة شديدة عبر الصناعات المختلفة وجعلت المؤسسات تتفوق من خلال جمع مجموعات بيانات كبيرة من قواعد عملائها واستخراج المعنى منها لمعالجة المخاوف الرئيسية، تعد هذه التحليلات أيضًا جزءً لا يتجزأ من أنظمة إنترنت الأشياء. ينتج عن التحليل مخرجات توضح بالتفصيل الاقتراحات والتوصيات المفيدة، ثم يُتابع هذا الناتج ليعكس الحالة الحالية للمؤسسة المستخدمة للنظام ويساعد المديرين على اكتساب رؤى جديدة. تعتبر البنية التحتية لإنترنت الأشياء بدون تحليلات غير مكتملة لأنّه إذا لم يتم تشكيل التحليلات المناسبة على البيانات، فإنّ جميع البيانات المجمعة والمتراكمة تصبح بلا معنى، بالنسبة لتحليلات المؤسسات في إنترنت الأشياء هي فرصة كبيرة لإصلاح معالجة الأعمال التقليدية. يمكن لقسم المبيعات استخدام هذه المعلومات لفهم المستهلك ويمكن لقسم التسويق استخدام هذه الاقتراحات كجزء من حملاته التسويقية المتكاملة. قد يدرك مديرو العمليات عدم وجود الآلات المطلوبة في منطقة ما ويعيدون التعويض بتخصيص الميزانية لقطعة جديدة من الآلات.

بالنسبة للمستخدمين فإنّ الجزء الأكثر سهولة للوصول من نظام إنترنت الأشياء البيئي هو واجهة المستخدم، يحمل تصميم وتطوير واجهات المستخدم نفس الأهمية والتحديات كما هو الحال في تقنيات تكنولوجيا المعلومات الأخرى. تكون واجهة المستخدم الخاصة بتطبيق الجوّال ضرورية لاعتمادها على نطاق واسع وكيف أن واجهة مستخدم موقع الويب ضرورية لنجاحها، تحمل واجهة مستخدم إنترنت الأشياء أيضاً نفس المستوى من الأهمية. مع التقدم في الأدوات يمكننا تصميم واجهات مستخدم أنيقة وجذابة بصريًّا وتفاعلية حيث تكون سهولة استخدامنا ذات أهمية كبيرة، وهذا ضروري حتى يمكّن من إتاحة المهام المعقدة بسهولة للمستخدمين، فيما يتعلق بواجهة المستخدم لوحظ وجود توجه في المنازل الآلية القائمة على إنترنت الأشياء حيث تم تثبيت لوحات اللمس متعددة الألوان بشكل متزايد، على عكس المكونات الأخرى للنظام البيئي لإنترنت الأشياء فإنّ واجهات المستخدم تؤثر بشكل مباشر على نفسية المستخدمين؛ عندما يجد المستخدمون واجهات مستخدم أنيقة ومصقولة، فإنهم ينجذبون نحو حل إنترنت الأشياء، وعلى العكس من ذلك، يتم تجاهل واجهة المستخدم المصممة بشكل سيء، بغض النظر عن تألق مكونات إنترنت الأشياء الأخرى.

Ramgir,M.(2019). Internet of Things- Architecture, Implementation, and Security. available from: https://learning.oreilly.com/library/view/internet-of-things/9789353941529/

توصيات

كيف سيطور إنترنت الأشياء مستقبل كاميرات المراقبة CCTV؟

إنفوجرافيك

عرض
ماهي علوم البيانات

إنفوجرافيك

عرض
الذكاء الاصطناعي وخصوصية البيانات

ورشة مسجلة

عرض
ورشة ذكاء: النمذجة الأولية لمنتجات إنترنت الأشياء للأدوات الطبية

ورشة مسجلة

عرض