يعد Internet of Things مفهومًا شاملاً سريع التطور يشتمل على أبحاث في مجال علوم الكمبيوتر وتكنولوجيا الشبكات والالكترونيات الدقيقة وتكنولوجيا الاستشعار. يمثل هذا النموذج الاتجاه الرئيسي لتطوير تقنيات الشبكات في المستقبل وسيحل العديد من المهام الروتينية للبشرية ، من قياس المؤشرات البيئية إلى زيادة كفاءة الإنتاج.

في هذه المقالة ، سوف نتعرف على التعريفات الأساسية لإنترنت الأشياء وخصائصها ، ونحلل المنطقة ونلقي الضوء على المشاكل والمهام الرئيسية التي تقف في طريق تنفيذ هذا المفهوم.

ما هو إنترنت الأشياء؟

يتم تعريف Internet of Things (IoT) على أنه مفهوم يتم فيه تزويد معظم الأجهزة التي يستخدمها الأشخاص بوحدات تحكم دقيقة للتحكم في واجهات الشبكة لنقل البيانات الرقمية والتواصل فيما بينهم. تُعرّف مجموعة RFID إنترنت الأشياء بأنها شبكة عالمية من المرافق التي يمكن الوصول إليها والتي تعتمد عناوينها الفريدة على بروتوكولات الاتصال القياسية .

يمكن تمييز مجالات استخدام Internet of Things التالية: الصناعة والإنتاج ؛ النقل والنقل. مراقبة الحالة الفنية لهياكل المباني وجودة الهواء وخلفية الضوضاء واستهلاك الطاقة ؛ إدارة النفايات ؛ وقوف السيارات الذكية وبيانات ازدحام المرور. إنارة الشوارع الذكية والاستخدام المنزلي.

من الناحية الفنية ، ليست إنترنت الأشياء تقنية جديدة ، ولكنها مزيج من الأدوات الحالية التي توفر الميزات التالية:

• التواصل والتفاعل - يمكن للكائنات إنشاء اتصال مع موارد الإنترنت أو مع بعضها البعض وتحديث حالتها. تعتبر التقنيات اللاسلكية مثل GSM و UMTS و Wi-Fi و Bluetooth و ZigBee وغيرها من معايير الشبكات اللاسلكية المطورة حاليًا ذات أهمية قصوى.
• addressability - على إنترنت الأشياء يتم توزيع الكائنات في الفضاء ويجب أن تحتوي على عناوين لا لبس فيها.
• يسمح لك التعريف بربط البيانات بشكل فريد بكائن معين واستعادته. تعد معايير RFID و NFC أمثلة على التقنيات التي يمكنها حتى تحديد الكائنات المنفعلة التي لا تحتوي على موارد طاقة مضمنة.
• السبر - تقوم أجهزة إنترنت الأشياء بجمع المعلومات البيئية باستخدام أجهزة الاستشعار أو تبادلها أو تغيير حالتها تحت تأثيرها.
• معالجة المعلومات المضمنة - يمكن تجهيز الكائنات بمعالج أو متحكم للتحليل الفوري ومعالجة المعلومات.
• التعريب - تدرك الأجهزة موقعها الفعلي ، والذي يتحقق من خلال استخدام GPS أو شبكة اتصالات متنقلة ، وكذلك منارات (على سبيل المثال ، قارئات WLAN أو RFID مع إحداثيات معروفة).

المشاكل والمهام الرئيسية

مفهوم إنترنت الأشياء شامل ويشمل تكامل مجالات مثل الأجهزة والشبكات والبرامج. نتيجة لذلك ، هناك عدد كبير من المشاكل والمهام التي تنشأ على حد سواء التكنولوجية والاجتماعية والقانونية.

بنية النظام

الهدف الأساسي من إنترنت الأشياء هو تطوير واختيار بنية النظام الصحيحة ، حيث أن عملية التطوير الإضافية بأكملها تعتمد على القرارات في المراحل الأولى من البحث. في الوقت الحالي ، لا يوجد اتفاق محدد على بنية إنترنت الأشياء التي سيتم اعتمادها واستخدامها عالميًا.

الأكثر شيوعا هي ثلاثة وخمسة نماذج الهندسة المعمارية المستوى. أولها أساسي ويتضمن مستوى الإدراك والشبكة ومستويات التطبيق. يحدد هذا النموذج الفكرة الأساسية لإنترنت الأشياء ، لكنه ليس مفصلاً بما فيه الكفاية ، وهو أمر ضروري لإجراء المزيد من البحوث المتعمقة. لذلك ، فإن الأدب يوحي بنيات مع عدد كبير من المستويات. على سبيل المثال ، نموذج من خمسة مستويات ، يتضمن بالإضافة إلى ذلك طبقات المعالجة وطبقة النقل.

ومن الأمثلة الأخرى العمارة الغائمة والضبابية. وفقًا للباحثين ، ظهر اتجاه مؤخرًا في تطوير الحوسبة الضبابية ، حيث تؤدي المستشعرات وبوابات الشبكة بعض مهام معالجة البيانات وتحليلها.

غالبًا ما تستخدم الحوسبة الضبابية والسحابة معًا ، لأن هذا ضروري لأداء تطبيق إنترنت الأشياء الأمثل. لتنفيذ الحوسبة الغامضة ، يمكن بناء بوابة بين الشبكات المحلية والسحابة. هنا ، يتم تطبيق نهج متعدد المستويات ، والذي يوفر وظائف المراقبة (التحكم في السعة والموارد المستخدمة) ، والمعالجة المسبقة (تصفية ومعالجة وتحليل البيانات) ، والتخزين (تكرار البيانات ، وتوزيعها وتخزينها) وضمان أمن البيانات (التشفير وضمان سلامة البيانات وسريتها ). في الوقت الحالي ، تعد هذه الهندسة ذات الاهتمام الأكبر ، ووفقًا للباحثين ، فهي الأكثر واعدة.

قوة الجهاز

تتمثل مهمة مهمة لإنترنت الأشياء في تزويد الطاقة للأجهزة التي تتحرك باستمرار وليس لديها مصدر ثابت للطاقة. في كثير من الحالات ، تعد البطاريات وإمدادات الطاقة مشكلة بسبب حجمها ووزنها ومتطلبات الصيانة. تكمن آمال المطورين والباحثين في مستقبل المعالجات منخفضة الطاقة للأنظمة المدمجة التي يمكن أن تستهلك طاقة أقل بكثير. هناك حساسات لاسلكية قابلة للشحن يمكنها نقل قراءاتها على مسافة عدة أمتار. مثل أنظمة RFID ، يحصلون على الطاقة إما عن بعد أو من عملية القياس نفسها ، على سبيل المثال ، باستخدام مواد كهرضغطية أو كهربي حرارية. أيضًا ، لتقليل تكاليف الطاقة ، من الضروري تكوين رصة بروتوكول تحتوي على أقل كمية من البيانات المرسلة.

ومن هنا تكون مهام تطوير واختيار المعيار اللاسلكي. فيما يتعلق بتكاليف الطاقة ، فإن التقنيات القياسية ، مثل GSM و Wi-Fi و Bluetooth ، ليست مناسبة - فهي تتمتع بنطاق ترددي واسع وتستخدم كمية من الطاقة غير مقبولة لأنظمة إنترنت الأشياء.

لحل هذه المشكلة ، تم تطوير معايير تلبي متطلبات إنترنت الأشياء ، على سبيل المثال IEEE 802.15.4 و IEEE 802.11 Low Power و Bluetooth Low Energy و 6LoWPAN و RFID و NFC و ZigBee و Sigfox و LoraWAN والبروتوكولات الأخرى للشبكات اللاسلكية التي تستخدم القليل الطاقة ومتوافق مع بروتوكولات طبقة النقل والشبكة الحالية.

تطوير مكدس بروتوكول الويب

يتطلب تطوير رصة ويب لـ IoT الإنشاء الكفء لهيكلها ، والذي سوف يلبي متطلبات البنية الأساسية للاتصالات (التوافق مع المعايير الحالية) ومتطلبات إنترنت الأشياء. أمثلة على هذه المعايير هي: على مستوى العرض التقديمي - CoAP ؛ طبقة النقل - UDP ؛ طبقة الشبكة - IPv6 / 6LoWPAN.

تتفاعل هذه المعايير مع البنية التحتية للاتصالات بنفس طريقة بروتوكولات المكدس غير المحدودة ، لكن كمية البيانات المنقولة أقل بكثير. تساعد هذه الحقيقة على تقليل الطاقة التي تستهلكها أجهزة إنترنت الأشياء وزيادة وقت التشغيل.

مخطط معالجة الجهاز

تعد أنظمة العنونة جانبًا مهمًا من حيث تفرد العناوين المخصصة لأجهزة إنترنت الأشياء ، حيث يجب عليها تحديد الأجهزة الأخرى بشكل فريد وتبادل المعلومات معها. أهم ميزات إنشاء عنوان فريد هي: التفرد والموثوقية والاستقرار وقابلية التوسع.

يسمح بروتوكول IPv4 الحالي الموجود في كل مكان بتحديد مجموعة من الأجهزة الموجودة في منطقة جغرافية معينة ، ولكن ليس لديها القدرة على تخصيص كل عقدة IoT فردية. يمكن أن يخفف IPv6 من مشاكل تحديد هوية الجهاز ، لكن عدم تجانس العقد اللاسلكية وأنواع البيانات المتغيرة والعمليات المتزامنة ودمج البيانات من أجهزة مختلفة يزيد المشكلة سوءًا.

قابلية أنظمة إنترنت الأشياء

المسألة التالية مع إنترنت الأشياء هي قابلية التوسع. وفقا لتقديرات سيسكو ، في عام 2020 ، سيتم توصيل 50 مليار جهاز إلى السحابة ، ووفقا لتقديرات غارتنر ، 26 مليار. لدى إنترنت الأشياء حجم إجمالي أوسع من الإنترنت العادي. لذلك ، ستكون قابلية التوسع في مساحة إنترنت الأشياء أكثر تعقيدًا من تطبيقات الويب التقليدية. ومع ذلك ، يمكن معالجة معظم البيانات التي تتلقاها أجهزة إنترنت الأشياء أو ينبغي معالجتها محليًا وفوراً.

جودة الخدمة مضمونة (جودة الخدمة)

يسمح مستخدمو الويب بالاختفاء المتغير لخدمات الويب التقليدية ، ولكن عدم إمكانية الوصول المؤقت لأجهزة الاستشعار أو مشغلات إنترنت الأشياء سيؤثر بشكل مباشر على العالم المادي. مطلوب منهجية مضبوطة ومثالية لخدمة حركة مرور الشبكة المختلفة ، لكل منها احتياجاته الخاصة.

جانب آخر من إنترنت الأشياء هو التشغيل المستمر للشبكة لنقل البيانات في كل مكان وبلا هوادة. على الرغم من أن مكدس TCP / IP يضمن ذلك عن طريق التوجيه بطريقة أكثر موثوقية وكفاءة ، من المصدر إلى الوجهة ، يواجه إنترنت الأشياء عنق الزجاجة في الواجهة بين البوابة وأجهزة اللمس اللاسلكية. يجب ألا تؤدي إضافة الشبكات والأجهزة إلى إضعاف أداء الشبكة أو أداء الجهاز أو نقل البيانات بشكل موثوق عبر الشبكة أو الاستخدام الفعال للأجهزة من واجهة المستخدم.

أمن وخصوصية المعلومات الشخصية

بالإضافة إلى الجوانب الأمنية ، مثل صحة وموثوقية قناة الاتصال وسلامة الرسائل ، ستكون المتطلبات الأخرى مهمة في إنترنت الأشياء. سيكون من الضروري توفير وصول انتقائي للجهاز إلى نطاق الخدمات ، أو في وقت معين لمنع الاتصال بأجهزة أخرى. يجب أن تحتوي الوسيطة على آليات مدمجة لحل هذه المشكلة ، إلى جانب مصادقة المستخدم وتطبيق التحكم في الوصول. يمكن حل العديد من مهام أمان المعلومات باستخدام طرق التشفير وتتطلب المزيد من البحث قبل استخدامها على نطاق واسع.

النشاط الدولي

تكتسب الأنشطة الدولية في مجال إنترنت الأشياء زخماً ، ويتم تنفيذ العديد من المبادرات في الصناعات والأوساط الأكاديمية وعلى مختلف مستويات الحكومة. في أوروبا ، تُبذل جهود كبيرة لدمج أنشطة مجموعات البحث والمنظمات ، التي تغطي M2M و WSN و RFID ، في نظام إنترنت الأشياء واحد لتحديد نموذج مرجعي لتفاعل إنترنت الأشياء وعناصر البناء الرئيسية لتحقيق ذلك. في اليابان وكوريا والولايات المتحدة الأمريكية وأستراليا ، يجري تنفيذ مبادرات واسعة النطاق تتعاون فيها دوائر الصناعة والحكومة في مختلف برامج إنترنت الأشياء. يتم تنفيذ العمل المكثف في مجال إنترنت الأشياء في الصين في خطتها الخمسية الثانية عشرة ، والتي تنص على ضرورة تركيز الموارد والاستثمارات على تطوير إنترنت الأشياء في مختلف المجالات.

وهذا يعني الحاجة إلى إنشاء اتحاد واحد لجميع البلدان لحل مشاكل إنترنت الأشياء من أجل زيادة وتيرة تطور المجال وتحديد مسار التنفيذ المنسق لهذه الفكرة التكنولوجية.

ما هي النتيجة؟

مع الازدهار المستمر لتقنيات إنترنت الأشياء الجديدة ، سيتطور مفهوم إنترنت الأشياء قريبًا على نطاق واسع جدًا. سيؤثر هذا النموذج الجديد للتواصل على كل جزء من حياتنا ، من المنازل الآلية إلى المراقبة الذكية للصحة والبيئة من خلال إدخال "الذكاء" في الأشياء من حولنا.

إن Internet of Things هو مجال متكامل يتطلب تطوير المعايير في مختلف المجالات. بسبب تعقيد المفهوم وطبيعته الهيكلية ، تنشأ العديد من المهام المتعلقة بمجالات مختلفة على طريق تطويره. يمكن أن تستفيد الصناعة من تطوير Internet of Things ، والذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمجالات الاتصالات السلكية واللاسلكية والأجهزة والبرامج والخدمات.