5 مكونات النظام البيئي لإنترنت الأشياء

اليوم ، لم يعد إنترنت الأشياء (IoT) اتجاهًا ناشئًا ولكنه راسخ ومستمر في الارتفاع.

أصبحت إنترنت الأشياء الآن جزءًا من كل قطاع رأسي وكل مكان مع 21.5 مليار جهاز من المتوقع أن يتم توصيلها بحلول عام 2025. لقد شكلت بوضوح نقلة نوعية في مجال تكنولوجيا المعلومات. من المعدات الصناعية المتطورة إلى ألعاب الأطفال ، يتم الآن توصيل مليارات الأجهزة بالإنترنت وتشارك البيانات لتوجيه أفعالهم.

نظرًا لكونه جزءًا من العالم الذي يهيمن عليه الإنترنت ، فإن طلبات المستهلكين تتحول أيضًا نحو المنتجات الذكية. انظر إلى الساعات الذكية ، والمكانس الكهربائية ، وأطواق الحيوانات الأليفة التقنية ، وأجهزة التتبع الذكية ، وما إلى ذلك. نتوقع جميعًا أن تكون أجهزتنا و'أشياءنا 'قادرة على الاتصال بالشبكة لتعمل بذكاء ويمكن الوصول إليها عن بُعد. هذا يعزز كفاءة منتجاتنا بشكل كبير.

تعمل إنترنت الأشياء حول شبكة واسعة. يتم تضمين مكونات مختلفة تعمل معًا لتشكيل نظام متماسك. بناءً على البيانات التي تم جمعها من المنتجات المتصلة ، يتم تنفيذ الإجراءات المستقلة بواسطة الأجهزة. كيانات متعددة تشارك في هذه العملية بأكملها معًا لتشكيل النظام البيئي المعقد لإنترنت الأشياء.

يساعد فهم ما هو نظام IoT البيئي ، إلى جانب مكوناته المختلفة ، في فهم كيفية عمل إنترنت الأشياء.

ما هو نظام إنترنت الأشياء؟

هناك مكونان رئيسيان لإنترنت الأشياء. الأول هو كائن أو "شيء" تنوي جعله ذكيًا من خلال توفير الاتصال. والآخر هو النظام المضمن الذي يوفر هذا الاتصال. على الرغم من أن هذا قد يبدو بسيطًا ، إلا أن الجزء الأخير يتضمن في الواقع نظامًا معقدًا قد يتكون من عدة أجهزة استشعار ومشغلات وبروتوكولات وطبقة إدارة بيانات والمزيد. الترابط بين كل هذه الأشياء مسؤول عن جعل الأشياء قابلة للبرمجة وذكية وقادرة على التفاعل مع بعضها البعض وكذلك البشر.

لنأخذ مثال جرس الباب المتصل. لتكون قادرًا على اكتشاف وجود شخص ما على الباب ، حتى لو لم يكن الجرس رنينًا وعرض هذه البيانات في شكل فيديو أو صوت للمستخدم ، فهذا يتطلب عدة مكونات. يجب أن يتم الاكتشاف ويجب إرسال المعلومات وفك تشفيرها وإبلاغ المستخدم النهائي بها. علاوة على ذلك ، فإن فتح القفل عن بُعد ينطوي أيضًا على مزيد من المشاركة في النظام البيئي لإنترنت الأشياء.

يتوسع النظام البيئي لإنترنت الأشياء بسرعة وهذا يجعل من الصعب تحديده. يشكل كل مكون يشارك في ربط الشركات والمستخدمين بأجهزتهم جزءًا من هذا النظام البيئي. يمكن أن تكون هذه مكونات مرئية مثل واجهة المستخدم أو الجهاز ، أو أيضًا مكونات البرامج والمعالجة مثل الشبكة والتخزين.

مكونات النظام البيئي لإنترنت الأشياء

فيما يلي المكونات الرئيسية التي يعتمد عليها نظام إنترنت الأشياء.

1. مكونات الاستشعار والتضمين

هذه هي الطبقة الأولى من نظام IoT البيئي وهي تشكل العمود الفقري لشبكة إنترنت الأشياء بالكامل. البيانات لا غنى عنها لإنترنت الأشياء وأجهزة الاستشعار هي عامل مهم لضمان دقة ومصداقية البيانات. تتكون هذه الطبقة الأساسية من أجهزة مادية صغيرة مدمجة في جهاز إنترنت الأشياء ، وهي مسؤولة عن جمع البيانات أو التحكم في آلية.

مجسات

تعمل المستشعرات على جمع بيانات دقيقة من البيئة المحيطة. تُعرف أحيانًا أيضًا باسم "أجهزة الكشف" لأن الوظيفة الأساسية لأجهزة الاستشعار هي اكتشاف حتى أدنى التغييرات في البيئة المحيطة. يتيح ذلك لجهاز إنترنت الأشياء التقاط البيانات ذات الصلة في الوقت الفعلي أو المعالجة اللاحقة.

اعتمادًا على نوع المستشعر ، يمكن لهذه القطعة الصغيرة من الأجهزة قياس أي شيء على الإطلاق. يمكن أن يكون هذا دخانًا أو حركة أو حتى ضغط دم. بينما يمكن لأجهزة الاستشعار المتقدمة قياس مجموعة من التعقيدات ، تحتوي بعض أجهزة إنترنت الأشياء على أجهزة استشعار متعددة مجمعة لتتمكن من جمع مجموعة من البيانات أو أداء وظائف متعددة. تحتوي هواتفنا الذكية على سبيل المثال على نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وبصمة الإصبع والكاميرا والإمالة والحركة والعديد من المستشعرات الأخرى ، كلها مجمعة في جهاز واحد.

أجهزة التكييف الذكية أو منظمات الحرارة قادرة على استشعار درجة حرارة الغرفة ومستويات الرطوبة في نفس الوقت. اعتمادًا على الجهاز وحالة الاستخدام ، تتطلب التطبيقات المختلفة أنواعًا مختلفة من أجهزة الاستشعار.

تعتبر المستشعرات جزءًا لا يتجزأ من تحقيق الأتمتة بناءً على محفزات معينة. بالنظر إلى مثال مكيفات الهواء الذكية ، يمكن لأي شخص يستخدم وظيفة الوضع الآلي تعيين تفضيلات درجة حرارة الغرفة بين 73 و 77 درجة فهرنهايت. بمجرد اكتشاف درجة حرارة الغرفة أعلى من 77 درجة ، سيرسل الجهاز أمرًا إلى وحدة تكييف الهواء للعمل في الإعدادات المحددة. بمجرد أن تصبح الغرفة أكثر برودة من 73 درجة ، سيتم الكشف عن التغير في درجة الحرارة وسيتم إرسال إشارة إلى مكيف الهواء لإيقافه.

في الصورة أدناه ، يتم استخدام وحدة تحكم ذكية في التيار المتردد مزودة بإنترنت الأشياء لجعل مكيف الهواء التقليدي ذكيًا. يتكون من جهاز استشعار يكتشف ظروف درجة حرارة الغرفة مع جهاز إرسال لإرسال الإشارات واستقبال الاستجابة. نظام IOT البيئي بأكمله قيد التشغيل لتوجيه الإجراءات الآلية.

بفضل التقدم التكنولوجي ، أصبحت أجهزة الاستشعار اليوم دقيقة وذكية ورخيصة! يعتمد اختيار المستشعرات على الغرض الذي ترغب في تحقيقه. قد ترغب في أن يكون المستشعر قادرًا على اكتشاف الحركة أو درجة الحرارة أو الضغط أو الدخان أو أي محفز آخر. يعتمد اختيار المستشعرات أيضًا على دقتها وموثوقية النتائج والنطاق الذي يجب أن تعمل فيه ودقة ومستوى الذكاء الذي يعني بعبارة أخرى قدرتها على التعامل مع الضوضاء والتداخل.

المحركات

تعمل المحركات عكس عمل المستشعرات. بينما المجسات ، بمعنى ؛ المحركات تعمل. يتلقون إشارة أو أمرًا وعلى أساسه يتسببون في اتخاذ إجراء. إنها حاسمة مثل أجهزة الاستشعار بمجرد اكتشاف المستشعرات تغييرًا في البيئة ، يلزم وجود مشغل لإحداث شيء ما بناءً على المشغل.

على سبيل المثال ، قد تتحكم المشغلات في التدفئة والتبريد في مكيف هواء ذكي أو الصمام في صنبور ذكي. بمجرد أن تكتشف المستشعرات خروج شخص من المنطقة ، سيتم تشغيل المشغل لإيقاف تدفق تكييف الهواء أو تدفق المياه في حالة وجود صنبور.

هناك أنواع متعددة من المشغلات حسب الرأسي والاستخدام. قد يُطلب منهم تشغيل شيء ما أو إيقاف تشغيله ، لكن يمكنهم أيضًا التحكم في الصمامات وتنفيذ إجراءات مثل الدوران أو الإمساك التي لها قيمة مفيدة كبيرة في التطبيقات الصناعية.

2. الاتصال

IoT عبارة عن شبكة تشتمل على أجهزة ومستشعرات وسحابة ومشغلات وكل هذه تحتاج إلى الاتصال ببعضها البعض حتى تتمكن من فك تشفير البيانات وبالتالي تنفيذ إجراء ما. يشكل الاتصال الجزء الثاني من اللغز في العالم المعقد لنظام IoT البيئي.

البروتوكولات

بمجرد أن يتم جمع البيانات بواسطة المستشعرات ، فإنها تتطلب وسيطًا للنقل. بمعنى آخر ، قناة الاتصال ضرورية بين أجهزة الاستشعار والسحابة. تعد بروتوكولات إنترنت الأشياء مسؤولة عن نقل البيانات في عالم الإنترنت ولا يمكن أن يكون هذا النقل ممكنًا إلا إذا تم توصيل جهازين بأمان. تتضمن معايير وبروتوكولات إنترنت الأشياء لغة غير مرئية تسمح للأشياء المادية بالتواصل مع بعضها البعض.

يعتمد اختيار الشبكة على عوامل مثل استهلاك الطاقة وسرعة نقل البيانات والمدى وعرض النطاق الترددي والكفاءة الإجمالية. تتضمن بعض بروتوكولات ومعايير IoT اللاسلكية الأكثر شيوعًا تقنية Bluetooth و Wi-Fi و ZigBee و LoRaWAN و DDS و MQTT والخلوية وما إلى ذلك. تسهل هذه القنوات وغيرها من نقل البيانات وتبادلها إلى طبقة إنترنت الأشياء التالية. للمعالجة.

بوابات إنترنت الأشياء

يجب أن تمر البيانات الأولية الواردة من أجهزة الاستشعار عبر البوابات للوصول إلى السحابة. تقوم البوابات بترجمة بروتوكولات الشبكة لضمان الاتصال السلس لجميع الأجهزة داخل الشبكة. هذا يجعل من البوابات نقطة اتصال مهمة ومسؤولة عن الإدارة السهلة لحركة البيانات.

علاوة على ذلك ، توفر البوابات الأمان من خلال حماية النظام من الوصول غير المصرح به والهجمات الضارة. يمكن اعتبارها أيضًا طبقة أمان حيث أن البيانات المتدفقة من خلالها محمية بأحدث ممارسات التشفير.

يمكن للبوابات أيضًا معالجة البيانات مسبقًا من المستشعرات قبل إرسالها إلى السحابة. وبعبارة أخرى ، فإنهم يقللون من الكميات الكبيرة من البيانات "المحسوسة" في المرحلة السابقة. ليس كل شيء ، ولكن بعض بوابات إنترنت الأشياء الذكية لديها القدرة أيضًا على تحليل البيانات ومتوسطها لنقل البيانات ذات الصلة فقط إلى السحابة.

3. سحابة إنترنت الأشياء

بمجرد جمع البيانات وانتقالها إلى السحابة ، يجب معالجتها. السحابة هي المكان الذي تحدث فيه "الأشياء الذكية"! يربط هذا المرفق عالي الأداء بشكل رئيسي المكونات في النظام البيئي لإنترنت الأشياء معًا. يتعامل مع البيانات ويخزنها ويتخذ قرارات عقد أو إنهاء صفقة. يتم تنفيذ كل هذا للحصول على كميات هائلة من البيانات في أقل من ميلي ثانية بقليل - فالوقت بالغ الأهمية لإنترنت الأشياء ، خاصةً في المخاوف الحرجة مثل الصحة والسلامة ، ولا يمكن المساس بزمن الاستجابة.

في حين أن الغرض الرئيسي من حلول إنترنت الأشياء هو توفير المعلومات في الوقت الفعلي والعمل وفقًا لها ، إلا أنه يجب أن يكون هناك مكون قادر على التعامل مع كميات هائلة من البيانات لتلبية الطبيعة الحساسة للوقت لنموذج إنترنت الأشياء. هذا هو المكان الذي تلعب فيه الأنظمة السحابية. إنهم يشكلون دماغ النظام البيئي لإنترنت الأشياء لأنهم عادة ما يكونون مسؤولين عن معالجة التحليلات أو توجيهها أو أخذها في الاعتبار للبيانات التي تم جمعها. يتم الجمع بين الأجهزة والبروتوكولات والبوابة والتخزين لتحليل فعال للبيانات في الوقت الفعلي.

بفضل قوتها الهائلة في الحوسبة وقدرات التخزين وخيارات الشبكات والتحليلات ومكونات الخدمة الأخرى ، تتيح السحابة المعلومات بشكل فعال للمستهلكين.

على الرغم من أن السحابة ليست ضرورية لإنترنت الأشياء ، نظرًا لأن المعالجة المحلية باستخدام حوسبة Edge أو Fog تعد خيارًا أيضًا ، فقد يُفضل أن تكون السحابة مرفقًا عالي الأداء يوفر قابلية تطوير هائلة وتكاليف تشغيلية منخفضة. من ناحية أخرى ، تُفضل الحوسبة الطرفية عندما تكون هناك حاجة إلى كميات كبيرة من معالجة البيانات وتخزينها في أماكن العمل.

4. تحليلات إنترنت الأشياء وإدارة البيانات

قد تكون البيانات كلمة صغيرة ولكنها تتمتع بقوة هائلة يمكن أن تشكل تأثيرًا كبيرًا على أي عمل تجاري. تُستخدم تحليلات إنترنت الأشياء لفهم الكميات الهائلة من البيانات التناظرية. يمكن أن يشمل هذا على سبيل المثال تحديد مؤشرات الأداء الرئيسية في تطبيق معين حيث قد يهتم المرء بمشاهدة الأخطاء أو المخالفات في الوقت الفعلي.

بمجرد تحديده ، سيكون من الضروري اتخاذ إجراء فوري لمنع أي سيناريوهات غير مرغوب فيها. لوضعها بشكل مختلف ، تتضمن التحليلات تحويل البيانات الأولية إلى رؤى مفيدة يتم تفسيرها أو تحليلها لاحقًا لدفع عملية صنع القرار.

التحليلات الذكية مفيدة في سيناريوهات متعددة. الدور الأساسي هو تحليل الموقف وصياغة قرار بناءً على ذلك. يمكن أن يكون هذا أساسيًا مثل تحليل ما إذا كانت درجة حرارة الغرفة تنخفض في نطاق مقبول ، أو معقدًا إذا كانت السيارة على سبيل المثال على وشك الانهيار. تساعد تحليلات البيانات في تحديد رؤى الأعمال الحيوية. يمكن استخدام نماذج التعلم العميق للتحليل التنبئي. يمكن استخلاص الدروس المتنوعة من البيانات للتنبؤ بالاتجاهات والتخطيط المسبق واتخاذ قرارات عمل مفيدة.

تتطلب التحليلات قوة تخزين وحسابًا ذكيًا لتكون قادرة على فهم أي بيانات. يمكن استضافة مهام مثل هذه على السحابة ، اعتمادًا على بنية إنترنت الأشياء.

5. أجهزة المستخدم النهائي وواجهة المستخدم

واجهة المستخدم هي المكون المرئي الذي يمكن الوصول إليه بسهولة والتحكم في مستخدم إنترنت الأشياء. هذا هو المكان الذي يمكن للمستخدم التحكم فيه في النظام وتعيين تفضيلاته. كلما كان هذا المكون سهل الاستخدام في نظام إنترنت الأشياء البيئي ، كان تفاعل المستخدم أسهل.

قد يتفاعل المستخدم مع النظام عبر الجهاز نفسه ، أو يمكن إجراء هذا التفاعل عن بُعد عبر الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. تسمح أنظمة المنزل الذكية مثل Amazon Alexa أو Google Home وما إلى ذلك للمستخدمين أيضًا بالتواصل مع "الأشياء" الخاصة بهم.

يعد التصميم أحد الاعتبارات الرئيسية في عالم اليوم سريع الخطى ويمكن لجهاز إنترنت الأشياء أن يميز نفسه عن منافس على أساس تصميم قوي. تعد واجهات اللمس واستخدام الألوان والخط والصوت والمزيد من العوامل التي تلعب هنا. في حين أن التصميم الجذاب ضروري ، يجب أن تكون الواجهة سهلة الاستخدام بما يكفي لتجنب أي صعوبات للمستخدم.

استنتاج

من المثير مشاهدة نمو إنترنت الأشياء. هذا المجال بعيدًا عن الممل يتطور باستمرار بمرور الوقت ويتم تقديمه في مختلف القطاعات المنتشرة على حالات الاستخدام الأساسية والحرجة.

بينما تقدم إنترنت الأشياء بشكل كبير على مر السنين ، فإن تعريف النظام البيئي لإنترنت الأشياء هو مجال دراسة متطور. تظل مكونات النظام كما هي ولكن الآليات تختلف باختلاف حالات الاستخدام والصناعة والميزانية. يربط نظام IoT البيئي البائعين والشركات ، علاوة على ذلك يجعل تخطيط الحلول بسيطًا لنظام إنترنت الأشياء الفعال والموثوق والآمن.

استخدم هذه المعلومات وبرامج أمان إنترنت الأشياء للتأكد من أن نظام إنترنت الأشياء الخاص بك يحافظ على موثوقية وأمان ممتازين.