تعلم هندسة إنترنت الأشياء (IoT) في 5 دقائق أو أقل [+ حالات الاستخدام]

تعلم هندسة إنترنت الأشياء (IoT) لإعداد هيكل إنترنت الأشياء للاستخدام التجاري.

سيتم تمكين المستودعات وسلاسل التوريد ومصانع التصنيع ومراكز الخدمات اللوجستية المستقبلية بإنترنت الأشياء. نظرًا لأن التكنولوجيا معقدة ، لا يعرف سوى عدد قليل من عمالقة تكنولوجيا المعلومات ما هو تحت الغطاء. ومع ذلك ، يمكنك أيضًا فك تشفيرها من خلال التعرف على التكنولوجيا من الداخل إلى الخارج.

استمر في القراءة إذا كنت ترغب أيضًا في جعل عملك أكثر ذكاءً أو تقديم حلول إنترنت الأشياء كخدمة. تشرح المقالة بنية إنترنت الأشياء ، والجوهر الذي يوفر الأتمتة والراحة ، وبعض حالات الاستخدام الشائعة.

مقدمة

يتضمن إنترنت الأشياء أجهزة الاستشعار والأجهزة والواجهات الإلكترونية التي تجمع البيانات وتعالجها وترسلها كأوامر إلى أجهزة نقطة النهاية.

هذه كلها متغيرات أو أجزاء متحركة في نظام إنترنت الأشياء. إطار عمل يحدد كيفية ترتيب هذه الأجزاء المتحركة وإنشاء هيكل إنترنت الأشياء النهائي هو هندسة إنترنت الأشياء.

تخبرك بنية إنترنت الأشياء بكيفية توصيل وتشغيل أجهزة نظام إنترنت الأشياء والبرامج السحابية وشبكة المستشعرات. ناهيك عن استكشاف أخطاء النظام وإصلاحها أيضًا داخل بنية إنترنت الأشياء.

سيكون الإطار الأساسي لهذا هو ثلاث طبقات من المكونات في نظام إنترنت الأشياء. هذه على النحو التالي:

• المستشعرات والمشغلات والأجهزة وما إلى ذلك ، تحت طبقة الإدراك
• LAN ، Wi-Fi ، 5G ، 4G ، إلخ ، قم بإنشاء طبقة الشبكة
• واجهة المستخدم الرسومية هي طبقة التطبيق

تضمن بنية إنترنت الأشياء أنك تعرف جميع المكونات وتدفقات البيانات وأوامر الجهاز النهائي داخل النظام. وبالتالي ، يمكنك تأمين أنظمة إنترنت الأشياء الخاصة بك ودعمها والتحكم فيها بشكل فعال.

طبقات هندسة إنترنت الأشياء

تحتوي بنية نظام إنترنت الأشياء على طبقات مختلفة تعمل كوسائط رقمية تصل من خلالها بيانات المستشعر إلى التطبيق السحابي. بعد ذلك ، يتخذ التطبيق السحابي قرارات بناءً على سير عمل محدد مسبقًا لأجهزة نقطة النهاية مثل الأذرع الروبوتية في مصنع تصنيع.

أخيرًا ، تتدفق هذه القرارات إلى أجهزة نقطة النهاية عبر نفس الطبقة. يمكّنك فهم هذه الطبقات من إنشاء بنية إنترنت الأشياء الناجحة. فيما يلي طبقات هندسة إنترنت الأشياء التي يجب أن تعرفها:

الطبقة الحسية / الإدراكية

تتكون طبقة الإدراك من أجهزة نقطة النهاية التي تجمع البيانات من الكون المادي. بعد ذلك ، يمكن للتطبيقات الرقمية تحليل البيانات المجمعة.

نظرًا لأن هذه الطبقة تظل على اتصال بأجسام العالم الحقيقي ، يسميها خبراء إنترنت الأشياء أيضًا الطبقة المادية. فيما يلي بعض الأجهزة البارزة التي تتصل بطبقة الإدراك:

• أجهزة استشعار مثل أجهزة قياس الدوران ، وأجهزة استشعار السرعة ، وأجهزة استشعار تحديد التردد اللاسلكي (RFID) ، وأجهزة الاستشعار الكيميائية ، وما إلى ذلك.
• المحركات والأذرع الروبوتية
• الكاميرات الأمنية وأنظمة الوصول إلى الأبواب وما إلى ذلك.
• ترموستات ، HVACs ، رشاشات المياه ، عناصر التسخين ، إلخ.

تجمع معظم أجهزة إنترنت الأشياء الصناعية البيانات لطبقة المعالجة. بالنسبة لأجهزة إنترنت الأشياء المنزلية ، يمكن أيضًا أن تكون طبقة الإدراك هي طبقة المعالجة. على سبيل المثال ، Nest Learning Thermostat.

طبقة الشبكة / نقل البيانات

تتعامل طبقة الشبكة مع نقل البيانات بين جميع طبقات بنية إنترنت الأشياء. تحدد هذه الطبقة أيضًا طوبولوجيا الشبكة لشبكة الويب الكاملة للأجهزة والتطبيقات السحابية وقواعد البيانات.

الأجزاء الحيوية من هذه الطبقة هي بوابات الإنترنت ومنافذ الإنترانت وبوابات الشبكة وأنظمة الحصول على البيانات (DAS). بالنسبة لبروتوكولات اتصال الشبكة المذكورة أعلاه ، يمكنك الاعتماد على الأجهزة المادية التالية:

• واي فاي
• شبكات المنطقة الواسعة (WAN)
• 4G LTE / 5G
• بلوتوث منخفض الطاقة
• الاتصال قريب المدى (NFC)

من خلال هذه الطبقة ، تتواصل العديد من الأجهزة الطرفية والتطبيقات السحابية مع بعضها البعض. تنتقل بيانات المستشعر مثل درجة الحرارة والسرعة والرطوبة وما إلى ذلك عبر طبقة الشبكة للوصول إلى الطبقات الأخرى.

طبقة معالجة البيانات

تقوم طبقة المعالجة بمعالجة وتحليل البيانات وتخزينها قبل نقلها إلى مركز البيانات. يتضمن تحليلات Edge في الحوسبة المتطورة والذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي (ML). تتم أيضًا المهام الحاسمة مثل اتخاذ القرارات في هذه الطبقة.

طبقة المعالجة تنجز جميع مهام صنع القرار. ومع ذلك ، يمكنك أيضًا تجاوز قراره أو تحسين النظام من خلال اتخاذ قرارات مخصصة في طبقة التطبيق - وهي ميزة ضرورية للغاية للتحكم البشري في الأجهزة الذكية.

طبقة التطبيق أو واجهة المستخدم الرسومية

تعمل معظم أنظمة إنترنت الأشياء ، مثل Google Home و Amazon Alexa وما إلى ذلك ، دون تدخل بشري. ومع ذلك ، فأنت بحاجة إلى واجهة مستخدم رسومية لإضافة مهام سير عمل إنترنت الأشياء ، وتغيير المعلمات ، وإضافة أجهزة ، وما إلى ذلك. هذه هي طبقة التطبيق.

فيما يلي بعض المتطلبات الحيوية لطبقة التطبيق في بنية إنترنت الأشياء:

• تجاوز المشكلات القائمة على الأوامر الصوتية
• تواصل مع الآلاف من أجهزة الاستشعار وأجهزة نقطة النهاية من شاشة صغيرة
• أضف أجهزة جديدة إلى نظام إنترنت الأشياء الحالي دون إيقاف تشغيل الأعمال بالكامل
• راقب صحة النظام وقم بصيانة الأجهزة عندما تشير لوحة القيادة
• إنشاء قواعد جديدة أو سير عمل لأنظمة إنترنت الأشياء
• إنشاء واتباع اتفاقية مستوى الخدمة (SLA)

في الإعدادات الصناعية ، ستحتاج في الغالب إلى لوحة معلومات مركزية على شاشة الكمبيوتر لمراقبة جميع أنظمة إنترنت الأشياء. على لوحة القيادة ، يمكنك التفاعل مع أي من أنظمة إنترنت الأشياء أو جميعها عن طريق إيقاف الأجهزة مؤقتًا أو إيقافها أو إعادة تشغيلها.

طبقة الأعمال

تقوم طبقة الأعمال بتحويل البيانات المخزنة إلى رؤى قابلة للتنفيذ. يمكن لمديري الأعمال وكبار المسؤولين التنفيذيين وغيرهم استخدام مثل هذه التقارير. يساعدهم في اتخاذ القرار لتحسين الإنتاجية.

تتضمن هذه الطبقة بشكل أساسي تكامل تطبيقات الأعمال. على سبيل المثال ، مخططو موارد المؤسسة (ERPs) ، تطبيقات ذكاء الأعمال (BI) ، تطبيقات تصور البيانات ، إلخ.

هنا ، يمكن لمحللي البيانات معالجة البيانات ووضعها في أداة ذكاء الأعمال مثل Tableau و Power BI وما إلى ذلك ، لمعرفة الأداء العام لنظام إنترنت الأشياء. يمكنك أيضًا إنشاء تنبؤات بناءً على الطاقة الإنتاجية الحالية والاحتياجات المستقبلية في السوق.

مراحل هندسة إنترنت الأشياء

لتنفيذ بنية أنظمة إنترنت الأشياء عالية المستوى ، يحتاج المرء إلى فهم مراحل هذا النظام:

أشياء

تبدأ مرحلة الكائن بتنفيذ الطبقة المادية. تحتاج هنا إلى توصيل الأجهزة الذكية وأجهزة الاستشعار والمشغلات بشبكة إنترنت الأشياء وأجهزة نقطة النهاية.

قد تكون المستشعرات سلكية أو لاسلكية. الهدف الرئيسي هو جمع بيانات العالم الحقيقي وتحويلها إلى بيانات رقمية لطبقة المعالجة.

بوابة

يجب عليك إعداد بوابة إنترنت أو إنترانت. في هذه المرحلة ، تقوم أجهزة المودم والموجهات بجمع البيانات من أجهزة الاستشعار وأجهزة نقطة النهاية.

بعد ذلك ، ستنقل أجهزة البوابة هذه البيانات الرقمية إلى طبقة المعالجة وطبقة التطبيق. تستخدم معظم هياكل إنترنت الأشياء نظامًا للحصول على البيانات لهذه المرحلة.

أنظمة تكنولوجيا المعلومات

تجمع أنظمة إنترنت الأشياء البيانات التناظرية ، وتقوم أنظمة الحصول على البيانات بتحويلها إلى بيانات رقمية. ومن ثم ، فإن حجم البيانات الرقمية بعد المعالجة هائل. هنا يأتي نظام متطور لتكنولوجيا المعلومات.

في هذه المرحلة ، تقوم بتوجيه البيانات المجمعة إلى نظام تكنولوجيا معلومات متطور حيث تقوم خوارزميات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي بمعالجتها وتحتفظ فقط بالبيانات القابلة للتنفيذ.

التخزين السحابي / مراكز البيانات

بمجرد أن يقوم نظام تكنولوجيا المعلومات على الحافة بمعالجة البيانات الحيوية وتصفيتها ، يجب عليك وضعها في وحدة تخزين يمكن الوصول إليها. ستتصل طبقة التطبيق الخاصة بهندسة إنترنت الأشياء بمرحلة التخزين.

مرحلة التخزين هي في الأساس تخزين سحابي خاص ، حيث يمكنك تخزين بيانات إنترنت الأشياء في قواعد بيانات منظمة. إذا كنت تبحث عن حلول ميسورة التكلفة ، يمكنك أيضًا تجربة السحابة العامة.

متطلبات غير مجدية

# 1. حماية

لضمان السلامة الداخلية للمعمار ، يجب ألا يكون هناك أي أجهزة غير مصرح بها مرتبطة به. يجب أن تكون الأجهزة مسجلة وقادرة على الاتصال بشكل آمن.

علاوة على ذلك ، يجب أن يتمتع جميع المستخدمين والبيانات بوصول آمن إلى البنية. يجب على مستخدمي النظام المصرح لهم تبادل البيانات مع الضوابط الأمنية.

# 2. أداء

يجب أن يكون نظام إنترنت الأشياء متوافقًا مع البيانات غير المهيكلة والمنظمة. يجب أن يكون نشر النظام الأساسي متوافقًا مع السحابة السحابية ، في مكان العمل ، والسحابة المختلطة.

تعد أوقات الاستجابة المقبولة للمستخدمين والاتصالات ثنائية الاتجاه وشبه في الوقت الفعلي والطوابع الزمنية الدقيقة من المتطلبات الأساسية غير الوظيفية الأخرى لهذه البنية.

# 3. سهولة الإدارة

يجب أن تتضمن بنية إنترنت الأشياء إشعارات وتنبيهات لأي مشكلات. يجب أن يدعم إدارة الحلول لتحديد أسباب المشكلات بسرعة من عقدة مركزية.

# 4. قابلية الصيانة

يجب أن تكون الأجهزة ونظام إنترنت الأشياء قابلين للتكيف. يجب أن تكون البنية مرنة بما يكفي للتكيف بسرعة مع تغييرات المستخدم والعملية والبيانات. يجب عليك أيضًا إجراء الصيانة دون تأخير اتفاقيات مستوى الخدمة (SLAs).

# 5. التوفر

تتطلب بعض المجالات والحلول توافر أنظمة إنترنت الأشياء على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع. على سبيل المثال ، تحتاج بنية إنترنت الأشياء لمستشفى أو مختبر إلى أن يكون النظام دائمًا في وضع التشغيل.

هندسة إنترنت الأشياء في MongoDB Atlas

تنتج الطبقات المختلفة في بنية إنترنت الأشياء تيرابايت من البيانات. يعد استخدام قاعدة بيانات سحابية تدعم إنترنت الأشياء مثاليًا لتخزين البيانات بطريقة منظمة.

واحدة من قواعد البيانات السحابية الرائعة التي يمكنك استخدامها هي MongoDB Atlas. فيما يلي بعض الأمثلة على استخدامه في هندسة إنترنت الأشياء:

• MongoDB RealmSDK و MongoDB Server لبناء قاعدة بيانات وواجهة. يمكن للتطبيقات والأجهزة المحمولة استخدام قواعد البيانات والواجهات هذه.
• في طبقة الشبكة ، يمكنك استخدام MongoDB Atlas لتكوين ونشر خوادم إنترنت الأشياء .
• استخدم MongoDB 5.0 Time-Series كتخزين لبيانات قياس إنترنت الأشياء المستمر.
• إذا كان نظام إنترنت الأشياء يواجه اتصالاً متقطعًا بالشبكة ، فيمكنك استخدام المزامنة في وضع عدم الاتصال أولاً من خدمات تطبيقات Atlas .
• يمكنك استخدام MongoDB Connector for BI و MongoDB Charts في طبقة الأعمال لاستخراج رؤى قابلة للتنفيذ من بيانات إنترنت الأشياء.

استخدم حالات

تزداد شعبية IoT Architecture بشكل متزايد يوميًا ، كما يتزايد استخدامها في القطاعات المختلفة. فيما يلي حالات الاستخدام الأكثر شيوعًا:

# 1. رعاية صحية

العيادات والمستشفيات تولد تيرابايت من البيانات غير المستغلة. يمكنك استخدام هذا لمزيد من الكفاءة التشغيلية ورعاية المرضى.

باستخدام بنية إنترنت الأشياء ، يمكن للمؤسسات استخدام بيانات المرضى المعزولة. يمكن للأطباء الحصول على الرؤى واستخدامها بسرعة للاستجابة بسرعة للتنبيهات. يمكن للأجهزة المرتبطة بالبنية التحتية لإنترنت الأشياء وأجهزة مراقبة الحالة الصحية أن توفر حالة المريض في الوقت الفعلي.

# 2. زراعة

يمكن للمزارعين استخدام هندسة إنترنت الأشياء لزيادة الإنتاج وإدارته بشكل مستقل.

يمكنك أيضًا مشاهدة استخدامه في ما يلي:

• مراقبة درجة حرارة التربة
• البحث عن أسباب تعطل الآلات
• ضبط مستويات الرطوبة ودرجة الحرارة للمزارع الداخلية

# 3. تصنيع

تستخدم الصناعة التحويلية مستشعرات إنترنت الأشياء لاكتساب نظرة ثاقبة للعمليات. عادة ما تكون غير متصلة بالإنترنت. هذه المستشعرات للمتغيرات قصيرة المدى قادرة أيضًا على حساب التغييرات بمرور الوقت.

الاستخدامات الأخرى لهندسة إنترنت الأشياء في هذا القطاع هي كما يلي:

• توقعات الطلب من خلال مراقبة الإنتاج في الوقت الحقيقي
• معرفة كفاءة خط الأساس من خلال تتبع وقت الدورة

# 4. حلول HVAC التجارية

HVAC هو نظام معقد لا يمكنه تحمل فشل أي عنصر أو وظيفة. إذا حدث ذلك ، فستكون العواقب ارتفاع استهلاك الطاقة وتكاليف الصيانة الإضافية. باستخدام هندسة إنترنت الأشياء ، من الممكن جعل HVACs توفر مخرجات مرضية مع السماح لها بالعمل عند مستوى طاقة أقل.

يعد ضمان اتساق الحلول التجارية وجودتها استخدامًا آخر لإنترنت الأشياء. يقوم النظام تلقائيًا بجمع وتحليل البيانات مع الحاجة إلى الحد الأدنى من تفاعل المستخدم لإعلامك بأي حالات شاذة.

# 5. منع أضرار المياه في الشقق التجارية

يتسبب تسرب أنابيب المياه وانفجارها بملايين الدولارات لأصحاب المنازل وشركات التأمين. يجعل اختفاء وصلات المياه من الصعب اكتشاف السبب الجذري.

يمكن لمعمارية إنترنت الأشياء المحددة بشكل صحيح تنبيه المستخدمين إلى أي تسرب في الوقت الفعلي باستخدام مستشعرات مدمجة فعالة. كما أنه يوفر بيانات الموقع السياقية لأصحاب المصلحة لتحسين صيانة الأصول. تستفيد شركات التأمين أيضًا من هذا الكشف المبكر عن المشكلات.

علاوة على ذلك ، يمكن لأجهزة الاستشعار أيضًا اكتشاف التسريبات الطفيفة التي قد تصبح تهديدًا محتملاً في المستقبل. وبالتالي ، يمكن للمستخدمين جدولة المواعيد مع السباكين.

مستقبل هندسة إنترنت الأشياء

قريبًا ، إن إنترنت الأشياء على وشك أن تشهد تقدمًا تطوريًا مع نمو شبكة 5G. سيكون من الممكن معالجة البيانات بشكل أسرع من أي وقت مضى. ناهيك عن النشر السريع لأنظمة إنترنت الأشياء أيضًا.

باستخدام 5G الخاصة ، يمكن للمسؤولين إطلاق شبكة 5G شخصية للهاتف المحمول والتحكم الكامل فيها.

لن تواجه العمليات على مستوى المؤسسة المشكلات التالية:

• اختناق السرعة
• عدم وجود قابلية التشغيل البيني
• رسوم إضافية لتجاوز استخدام البيانات
• عدم توفر النطاق الترددي خلال ساعات الذروة

الكلمات الأخيرة

تخبرك بنية إنترنت الأشياء كيفية توصيل جميع مكونات نظام إنترنت الأشياء في شبكة متماسكة. ومن ثم ، قمنا بتغطية جميع الجوانب التقنية الحاسمة لبنية هذا النظام.

تساعدك المعرفة التفصيلية لهياكل إنترنت الأشياء على إنشاء حلول على مستوى الأعمال في الرعاية الصحية والتصنيع والزراعة. يمكن للمستخدمين تجاوز حالات الاستخدام المذكورة في هذه المقالة وتنفيذ إنترنت الأشياء في مختلف القطاعات التي لم يتم استكشافها بعد.

قد ترغب أيضًا في إلقاء نظرة على مقالاتنا حول موارد تعلم إنترنت الأشياء ومجموعات بداية إنترنت الأشياء.