ربما سمعتَ عن إنترنت الأشياء، أو IoT، ولكن إذا فكرتَ في الأمر مليًا، ستجد أنه أكثر بكثير من مجرد مصابيح كهربائية تُضاء بصوتك. نحن نتحدث عن... النسيج العالمي للأشياء أدوات يومية، من مستشعر الرطوبة في حقل المحاصيل إلى مضخة الأنسولين الذكية، تتواصل مع بعضها البعض ومع السحابة لجعل حياتنا أسهل وأكثر كفاءة.
وبهذا المعنى، شهد نشر هذه الشبكات قفزة نوعية بفضل قوة أجهزة أندرويد وبروتوكولات الاتصال التي تستهلك موارد قليلة جدًا. إذا كنت مهتمًا بمعرفة كيفية إعداد نظام من مراقبة درجة الحرارة عن بعد سواء أكان الأمر يتعلق بإدارة مصنع صناعي أو مجرد فهم التآزر بين الأجهزة خفيفة الوزن وبرامج الهاتف المحمول، فإن ذلك أمر أساسي لعدم التخلف عن الركب في هذه الثورة الرقمية.
ما هو مفهوم إنترنت الأشياء (IoT) حقاً؟
لإعطائك فكرة عامة، نشأ هذا المفهوم حوالي عام 1999 في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وارتبط بتقنية تحديد الهوية باستخدام الترددات الراديوية (RFID). باختصار، هو... البنية التحتية للربط البيني حيث تتواصل الأشياء المادية والرقمية باستخدام تقنيات قابلة للتشغيل البيني. والهدف هو أن تجمع الأشياء البيانات من بيئتها وتنفذ الإجراءات دون تدخل يدوي.
عندما نتحدث عن إنترنت الأشياء، من الضروري عدم الخلط بين الاستخدام المنزلي والاستخدام المهني. إنترنت الأشياء للمستهلكين يسعى إلى الراحة في المنزل، بينما إنترنت الأشياء الصناعية (IIoT) يركز هذا النظام على تحسين العمليات التشغيلية، حيث تُعدّ الموثوقية والسلامة من أهم الأولويات. في القطاع الصناعي، يجب أن يتحمل النظام ظروفًا قاسية كالغبار والاهتزازات، وأن يتكامل مع أنظمة معقدة مثل وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) أو أنظمة التحكم الإشرافي وجمع البيانات (SCADA).
بنية النظام وتشغيله
يعتمد أي تطبيق لإنترنت الأشياء على دورة من أربع خطوات: جمع البيانات، ونقلها، ومعالجتها، والاستجابة لها. ولتسهيل فهم ذلك، يُقسّم عادةً إلى نموذج ثلاثي الطبقات>:
- طبقة الإدراك: إنه الجزء الملموس، حيث تتفاعل أجهزة الاستشعار والمحركات مع العالم المادي.
- طبقة الشبكة: وهو مسؤول عن نقل المعلومات إلى التطبيق باستخدام بروتوكولات محددة.
- طبقة التطبيق: حيث تحدث عملية تحليل البيانات السحرية ويتم تقديم المعلومات للمستخدم النهائي.
في البيئات التي يكون فيها وقت الاستجابة بالغ الأهمية، يتم استخدام ما يلي: الحوسبة حافة، معالجة المعلومات على الجهاز أو البوابة نفسها للعمل في أجزاء من الثانية، وتجنب الرحلة إلى السحابة.
ترسانة الاتصال اللاسلكي
ليست جميع الاتصالات متساوية؛ فاختيار البروتوكول المناسب يعتمد على ما إذا كنت تحتاج إلى بطارية تدوم لسنوات أو إلى بث فيديو عالي الدقة. ويمكننا تصنيفها وفقًا لنطاقها:
للمسافات القصيرة، تقنية البلوتوث وتقنية زيجبي إنها الأفضل، مثالية للشبكات الشخصية وأنظمة التشغيل الآلي للمنازل نظرًا لاستهلاكها المنخفض للغاية للطاقة. إذا احتجنا إلى سرعة أكبر وكان لدينا نقطة وصول قريبة، فإن واي فاي إنه الخيار القياسي، على الرغم من أنه يستهلك طاقة أكبر. وعلى النقيض تمامًا، لقطع مسافات طويلة، نستخدم LoRaWAN أو NB-IoTوهي مثالية للاستخدام في الزراعة أو أجهزة الاستشعار الحضرية نظرًا لارتفاع معدل اختراقها وانخفاض استهلاكها للطاقة.
وأخيرا، 5G لقد جاء ليغير قواعد اللعبة. بفضل زمن الاستجابة المنخفض للغاية وقدرته على ربط ملايين الأجهزة في وقت واحد، فإنه يجعل من الممكن تحقيق أشياء كانت في السابق ضربًا من الخيال العلمي، مثل الجراحة عن بعد بمساعدة الروبوت أو الإدارة الكاملة للمركبات ذاتية القيادة في مدينة ذكية.
MQTT: اللغة المثالية للقياس عن بعد خفيف الوزن
إذا كنت ترغب في إنشاء تطبيق أندرويد لمراقبة أجهزة الاستشعار (مثل وحدات ESP8266)، فإن بروتوكول HTTP لن يكون كافيًا لأنه يستهلك موارد النظام بشكل كبير. وهنا تبرز أهمية بروتوكول HTTP. MQTT (نقل القياس عن بعد في قائمة انتظار الرسائل)، وهو بروتوكول خفيف للغاية يعتمد على نموذج النشر/الاشتراك.
بخلاف نموذج الطلب والاستجابة، يوجد في MQTT وسيط والذي يعمل كمركز توزيع. تنشر الأجهزة البيانات في "مواضيع" (على سبيل المثال، casa/salon/temperaturaيشترك تطبيق أندرويد في هذه المواضيع لتلقي التحديثات الفورية. وهذا أمر بالغ الأهمية في شبكات غير مستقرة أو ذات نطاق ترددي محدود.
ولجعل النظام أكثر قوة، يوفر بروتوكول MQTT ميزات مثل تم الاحتفاظ بالرسالةمما يسمح للمشترك الجديد بتلقي أحدث البيانات المنشورة دون انتظار، و ويل (LWT)والذي ينبه النظام في حالة انقطاع اتصال أحد المستشعرات بشكل غير متوقع.
التطبيقات القطاعية والقفزة إلى إنترنت الأشياء
إن تأثير إنترنت الأشياء متعدد الجوانب. ففي الصناعة، فهو يُمكّن الصيانة الوقائيةالكشف عن الأعطال قبل وقوعها. في الزراعة، يُحسّن الريّ عن طريق استشعار رطوبة التربة. ولكن ربما يكون المجال الأكثر حساسية وإثارة هو الصحة، مما يؤدي إلى إنترنت الأشياء الطبية (IoMT).
يستخدم إنترنت الأشياء الأجهزة القابلة للارتداء وأجهزة الاستشعار الطبية الحيوية لمراقبة العلامات الحيوية في الوقت الفعلي. من الساعات التي تكشف الرجفان الأذيني باستخدام تخطيط كهربية القلب إلى أجهزة استشعار الجلوكوز القابلة للزرع التي تتصل بالهواتف المحمولة. بل هناك أيضًا المنسوجات الذكيةملابس مزودة بمستشعرات مرنة تقيس الأداء الرياضي أو تكشف انقطاع النفس النومي، على الرغم من أنها لا تزال تواجه صعوبة في تحمل الغسيل.
التحديات التقنية والأمن ومستقبل إنترنت الأشياء
الأمور ليست كلها على ما يرام. المشكلة الأكبر هي... التوافقيةأن جهازًا من علامة تجارية معينة يمكنه التواصل مع جهاز آخر من علامة تجارية مختلفة. يضاف إلى ذلك خطر... هجمات الرجل في المنتصف (MITM) والحاجة إلى احمِ النظام باستخدام برنامج مكافحة الفيروسات وتشفير البيانات باستخدام TLS/SSL حتى لا تقع المعلومات الخاصة، وخاصة المعلومات الطبية، في الأيدي الخطأ.
نحن نتطور نحو إنترنت كل شيء (IoE)حيث لا تقتصر الاتصالات على الأشياء فحسب، بل تشمل أيضاً الأشخاص والعمليات والبيانات في تدفق مستمر. تكامل الذكاء الاصطناعي والتعلم العميق سيسمح ذلك لإنترنت الأشياء ليس فقط بجمع البيانات، ولكن أيضًا بالتعلم منها لاتخاذ قرارات مستقلة، ليصبح بذلك جوهر الثورة الصناعية الرابعة.
تتلاقى كل هذه البنية التحتية من أجهزة الاستشعار، ووسطاء MQTT، وتطبيقات الهاتف المحمول، في القدرة على تحويل البيانات الخام إلى قرارات ذكية. بدءًا من تحسين شبكة الكهرباء وصولًا إلى مراقبة صحة المريض عن بُعد، يكمن المفتاح في تحقيق التوازن بين كفاءة الطاقة مع السلامة من المعلومات لمنع التكنولوجيا من أن تصبح عائقاً، وأن تصبح بدلاً من ذلك أداة تضيف قيمة حقيقية للحياة اليومية.
