خيارات اتصال إنترنت الأشياء: كيف تختار الخيار المناسب؟

إنترنت الأشياء (IoT) يشير الاتصال إلى طرق ربط أجهزة إنترنت الأشياء ببعضها وبالإنترنت أو الشبكات المحلية، بما يتيح لها التواصل فيما بينها أو مع التطبيقات والخدمات المستضافة على الخوادم أو السحابة. وسوق خيارات الاتصال واسع ومتطور باستمرار. وتناسب وفرة من تقنيات الاتصال احتياجات محددة، تتراوح من التقنيات قصيرة المدى القائمة على RFID إلى الإنترنت عريض النطاق.

اعرف المزيد عن إنترنت الأشياء في الصناعة 4.0 من خلال دليلنا

تحميل الكتاب الإلكتروني

تحميل الكتاب الإلكتروني

تتّسم بعض تقنيات الاتصال بأنها مميزة لإنترنت الأشياء (IoT)، على سبيل المثال، تقنية RFID المذكورة أعلاه، والبلوتوث، وWi-Fi، أو التنوّع الكامل لخيارات الاتصال عبر الهاتف المحمول – من LTE إلى 2G وGSM وGPRS القديمة.

في هذا المقال، الذي أُعدّ بالتعاون مع Krzysztof Maciejewski، كبير مهندسي الأنظمة المدمجة لدينا والخبير في الاتصال، نناقش خيارات الاتصال المختلفة لإنترنت الأشياء (IoT) مع التركيز على كيفية مطابقتها لاحتياجاتك ومتطلباتك.

ما هي خيارات الاتصال، وكيف يمكن مقارنتها؟

لنحلل الآن بعض هذه التقنيات من حيث النطاق وعرض النطاق الترددي وزمن الاستجابة واستهلاك الطاقة والتكلفة. تُعد هذه العوامل محورية لاتخاذ القرار الصحيح بشأن حل اتصال إنترنت الأشياء (IoT). على سبيل المثال، تستهلك بعض التقنيات ذات عرض النطاق الترددي الصغير جداً طاقة قليلة لأنها تعمل ببطارية يُتوقع أن تدوم طوال دورة حياتها. ومع ذلك، ونظراً لصغر عرض النطاق الترددي، قد يصل زمن الاستجابة في نقل البيانات إلى أسبوعين. لذلك، من الضروري مواءمة التقنية مع احتياجاتك وتوقعاتك.

أدناه، يمكنك قراءة المزيد عن المعايير التي يجب أن تأخذها في الاعتبار عند اختيار خيار الاتصال المناسب لحل إنترنت الأشياء الخاص بك:

النطاق

هناك تقنيات قصيرة المدى، مثل RFID وNFC وBluetooth وWi-Fi، التي يُقاس مداها بالأقدام. ومن خيارات الاتصال ذات المدى الأكبر شبكة الجوال، ولا سيما الشبكات الخلوية، التي توفر تغطية واسعة النطاق وتُعد ضرورية للأجهزة البعيدة. ويعتمد مداها على مدى تطورها، لكنها عادةً ما تكون بالأميال. وهناك أيضًا خيارات اتصال عبر الأقمار الصناعية بمدى عالمي. وفي هذه الحالة، يستلزم المدى الكبير تكاليف أعلى.

التكاليف

لقد ذكرنا بالفعل أن الاتصال عبر الأقمار الصناعية هو على الأرجح الخيار الأكثر تكلفة. يمكن أن يؤثر اختيار مشغل الشبكة بشكل كبير على نفقات النشر وتكاليف الاتصال المستمرة. تعتمد الاتصالات عبر شبكة الهاتف المحمول إلى حد كبير على كمية البيانات المنقولة - فقد تكون رخيصة نسبيًا أو مكلفة للغاية. لا تولد تقنية البلوتوث، إذا استُخدمت للاتصال بالشبكة المحلية و/أو دون الوصول إلى الإنترنت، أي تكاليف بخلاف تكاليف استهلاك الطاقة. أما إذا استُخدم البلوتوث للوصول إلى الإنترنت عبر بوابة معينة، فيجب عليك أيضًا تضمين تكلفة نقل البيانات عبر هذه البوابة.

كما ترى، تعتمد تكلفة اتصال إنترنت الأشياء (IoT) بشكل كبير على نطاق وحجم نقل البيانات.

عرض النطاق الترددي لإنتاجية البيانات

يرتبط عرض النطاق الترددي ارتباطًا وثيقًا بالمدى والتكلفة. فكلما زادت البيانات التي تريد نقلها، ارتفعت التكلفة وزادت الصعوبة على المدى القريب. وتُعد سرعة البيانات أمرًا بالغ الأهمية للاحتياجات ذات النطاق الترددي العالي، مثل بث الفيديو ونقل البيانات في الوقت الفعلي.

بالنسبة لخيارات الاتصال اللاسلكي في إنترنت الأشياء، كلما زادت المسافة، انخفضت سرعة نقل البيانات. وفي حالة خيارات الاتصال السلكي، مثل الإيثرنت أو الألياف، تكون النطاق الترددي أكبر بكثير من الحلول اللاسلكية. ومع ذلك، ترتفع التكلفة حيث يتعين عليك إنشاء البنية التحتية بالكامل، والحصول على الكابلات، وإنشاء الاتصال، ودفع المبالغ للمورّد.

استهلاك الطاقة

بعض تقنيات الأجهزة المتصلة، مثل شبكة الهاتف المحمول، تستهلك قدراً كبيراً من الكهرباء. وقد يشكل ذلك مشكلة عندما ينقل الجهاز كمية كبيرة من البيانات أثناء عمله بالبطارية.

ومع ذلك، هناك تقنيات معينة تتيح استخدام بطارية واحدة طوال دورة حياة الجهاز بأكملها. وفي هذه الحالة، بطبيعة الحال، يجب أن يكون استهلاك الطاقة في حده الأدنى. ويمكن تحقيق ذلك من خلال الحد من نقل البيانات والمدى، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في استهلاك الطاقة ولكن مع زيادة في زمن الاستجابة.

أدخلت بعض تقنيات شبكات الهاتف المحمول معايير فرعية خاصة، مثل LTE Narrowband IoT. وهي تتيح نقل البيانات بسرعة منخفضة مع الحفاظ على استهلاك الطاقة عند الحد الأدنى، بحيث يمكن للجهاز بالفعل العمل ببطارية واحدة طوال دورة حياته بأكملها.

يجب أن يكون اختيار طريقة اتصال إنترنت الأشياء مدفوعًا باحتياجاتنا في المقام الأول. فإذا كنت ترغب في تتبع المركبات في الوقت الفعلي، فإن تقنية منخفضة التكلفة لكن عالية زمن الاستجابة لن تلبي متطلباتك. وفي هذه الحالة، عليك أن تأخذ في الاعتبار أن التقنية الأقل زمن استجابة تنطوي على تكلفة واستهلاك للطاقة أعلى بشكل ملحوظ.

خيارات الاتصال اللاسلكي مقابل السلكي في إنترنت الأشياء

التقنيات السلكية المستخدمة لاتصال إنترنت الأشياء هي الشبكات المحلية (LAN) والإيثرنت، ونادراً شبكة الهاتف عبر الاتصال الهاتفي. وخلافاً للاعتقاد السائد، قد يكون الخيار الأخير حلاً جيداً نظراً لموثوقيته، على الرغم من متوسط سرعة نقل البيانات. وهناك أيضاً الإنترنت عبر الألياف البصرية. وإذا كانت النطاق الترددي العالي أمراً ضرورياً لحل إنترنت الأشياء الخاص بك (على سبيل المثال، يُستخدم لإرسال الصور في الوقت الفعلي)، فمن المحتمل أن يكون هذا خيارك المفضل. تدير تقنيات الشبكات المختلفة حزم البيانات بفعالية بناءً على النطاق الترددي وحالات الاستخدام المحددة لأجهزة إنترنت الأشياء.

عندما يتعلق الأمر بخيارات الاتصال اللاسلكي لإنترنت الأشياء (IoT)، هناك خيارات منخفضة استهلاك الطاقة، مثل LTE Cat M المذكور أعلاه وNarrowband IoT، بالإضافة إلى Wi-Fi وBluetooth. وهناك أيضاً الشبكة المتشابكة (meshnet) – وهي شبكة لاسلكية منظمة بطوبولوجيا متشابكة، لا تحتوي على نقطة مركزية حيث يمكن للأجهزة التواصل مباشرة مع بعضها البعض. وهي شائعة الاستخدام إلى حد كبير في المنازل الذكية.

من الأمثلة الأكثر تطرفًا على خيارات الاتصال اللاسلكي لإنترنت الأشياء هو الاتصال عبر الأقمار الصناعية. فهو يتيح الوصول إلى الإنترنت حتى من وسط الصحراء. ومن الأمثلة الأخرى على تقنية اتصال لاسلكي أقل شيوعًا لإنترنت الأشياء هي شبكة LP WAN (شبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة). وكما يوحي الاسم، فهي تحتاج إلى طاقة قليلة جدًا للتشغيل ولها نطاق يصل إلى عشرات الأميال. لديها نقطة اتصال مركزية واحدة، لكن أجهزة إنترنت الأشياء (عادةً آلات زراعية متنوعة) منتشرة على مساحة كبيرة غير حضرية.

على الرغم من كل الصعوبات، لا تزال تقنية GSM أو GPRS (2G) التي طُرحت في التسعينيات قيد الاستخدام وفي حالة جيدة جدًا. وتختار المؤسسات تقنية 2G عادةً في الحالات التي لا يتطلب فيها حل إنترنت الأشياء (IoT) الخاص بها نقل الكثير من البيانات. ولا تزال خيار اتصال مستقرًا وموثوقًا بنطاق واسع جدًا مقارنةً بالتقنيات الأخرى.

الـ صناعة السيارات يشهد تطوير حلول V2X (المركبة إلى كل شيء)، مما يمكّن المركبات من التواصل مع بعضها البعض أو مع البنية التحتية. وعادةً ما تكون تقنيات اتصال إنترنت الأشياء المستخدمة في هذا الحل هي Wi-Fi أو معايير معينة لشبكات الهاتف المحمول.

اعرف المزيد عن إنترنت الأشياء في الصناعة 4.0 من خلال دليلنا

تحميل الكتاب الإلكتروني

تحميل الكتاب الإلكتروني

ما هو مستقبل اتصال إنترنت الأشياء؟

تتطور تقنيات الاتصال باستمرار، لكن من الصعب تحديد الاتجاه الذي سيتجه إليه تطوير تقنيات الاتصال بوضوح. ولم يبرز الاتجاه الرئيسي بعد، ومع ذلك، هناك لاعبان رئيسيان: Wi-Fi وشبكة الهاتف المحمول. وتجري حاليًا أعمال على إصدار آخر من معيار Wi-Fi، والذي سيكون أكثر تكيفًا مع حلول IoT المتزايدة الشعبية. وينصب التركيز على تحسين استهلاك الطاقة والمدى.

على سبيل المثال، في حالة حلول V2X، تُعد شبكة Wi-Fi خيار الاتصال اللاسلكي الرائد في الولايات المتحدة الأمريكية. ومع ذلك، تميل قوة عظمى عالمية أخرى، وهي الصين، أكثر نحو شبكة الهاتف المحمول. وفي أوروبا، يحظى كلا الخيارين بشعبية، وهو ما ليس أفضل سيناريو بصراحة، نظراً لمشكلات التوافق المحتملة.

لا تزال 5G تقنية غير مفضّلة في أوروبا بسبب تكاليفها الأعلى مقارنة بالخيارات الأخرى. وفيما يتعلق بتحسين التكلفة، فإن المتصدرين هم LTE Cat M و Narrowband IoT و Wi-Fi أو حتى 2G. وحتى توفير دولار واحد لكل جهاز يُحدث فرقًا كبيرًا على نطاق واسع.

الأسئلة الشائعة: اتصال IoT