هندسة إنترنت الأشياء: 4 مراحل لبناء نظام إنترنت أشياء مستدام

في حين أن مصطلح "إنترنت الأشياء" قد يُستخدم بشكل مفرط ويبدو غامضاً للغاية عند تطبيقه على أي شبكة تربط - مثلاً - الأجهزة المنزلية، إلا أنه في الواقع اسم له معنى وتاريخ وراءه. لقد ناقشته مع Marcin Sikorski، الذي يعمل كـ Lead QA Automation Software Engineer في Spyrosoft، في أحدث مقابلة على المدونة. يمكنك قراءتها هنا: Introduction toإنترنت الأشياء: مقابلة مع Marcin Sikorski.

اليوم، أود أن أتعمق قليلاً وأستكشف بنية إنترنت الأشياء. الأسئلة التي سأجيب عليها في هذه المقالة هي:

كيف تبني نظام إنترنت أشياء مستداماً؟

• ما هي عناصرها الأساسية؟
• ما الذي يجب تضمينه وما الذي يجب تجنبه في بنية إنترنت الأشياء؟
• لنستكشف ذلك معاً أدناه.

ما هي بنية إنترنت الأشياء؟

على الرغم من أن مصطلح "إنترنت الأشياء" يبدو وكأنه مصطلح رائج وغالباً ما يُنظر إليه كحل لجميع مشكلات أعمالك وتقنياتك، إلا أنه أحد المفاهيم التي تتطلب تخطيطاً دقيقاً والتي لا يتحقق فيها التقدم بقفزات هائلة بل بتغييرات صغيرة تُنفَّذ تدريجياً.

عندما تفكر في بنية إنترنت الأشياء بشكل عام، قد تتخيلها كآلة ذات تروس متعددة يجب أن تعمل معًا لكي يؤدي النظام بأكمله وظيفته على النحو المنشود. ويرجى ملاحظة أنه عند التخطيط لها، ينبغي أن تشمل ليس فقط المكونات المادية، بل أيضًا صيغ البيانات التي ستُستخدم، والإجراءات التنظيمية، والسياق التجاري للنظام، والمكونات الإضافية في بنية إنترنت الأشياء مثل الحوسبة الطرفية/الضبابية، وطبقة الأعمال، وطبقة الأمان، والمنصات الآمنة، ومعالجة البيانات، وعناصر السلامة. ويُعد فهم بنية إنترنت الأشياء أمرًا بالغ الأهمية للنشر الفعّال لحلول إنترنت الأشياء عبر مختلف القطاعات.

كقاعدة عامة، ولكي تعمل دون عطل، يجب أن تتضمن بنية إنترنت الأشياء هذه المكونات الأربعة الأساسية:

• قابلية التوسع
• قابلية الصيانة
• الوظائف
• التوافر

كل هذه العوامل بالغة الأهمية، وتُعد قابلية التوسع الأكثر أهمية بالنسبة للمؤسسات النامية مع تزايد عدد المشاريع التي يتعين إدارتها عبر بنية إنترنت الأشياء.

4 طبقات لبنية إنترنت الأشياء

بمجرد البدء في تجميع نظام إنترنت الأشياء، هناك 4 مراحل لبنية إنترنت الأشياء ينبغي تضمينها. تشمل هذه المراحل طبقات ومكونات معمارية متنوعة ضرورية لبنية تحتية قوية لإنترنت الأشياء. يرجى ملاحظة أن هذه الطبقات تمثل أيضاً عملية معالجة البيانات.

أجهزة الاستشعار ووحدات التحكم وأجهزة إنترنت الأشياء

يمكن أيضًا وصف هذه الطبقة بأنها جميع الأجهزة المادية المتصلة بالشبكة. وقد يشمل ذلك، على سبيل المثال لا الحصر، أجهزة الاستشعار التي تجمع البيانات مثل درجة الحرارة والحركة وجودة الهواء، ووحدات التحكم التي يمكن استخدامها لتوجيه أجهزة إنترنت الأشياء وإرسال الطلبات إليها. ويمكن لهذه الأجهزة أن تغيّر الواقع المادي – أي أنها قادرة على فتح الأبواب، أو تشغيل أجهزة الإنذار في حال نشوب حريق أو وقوع اعتداء على الممتلكات، أو إيقاف خط التجميع. وبمجرد أن تجمع أجهزة الاستشعار البيانات، يمكنها إرسالها إلى الشبكة لمعالجتها.

طبقة الشبكة

تتمثل طبقة الشبكة في أنظمة الحصول على البيانات (DAS) والبوابات. وتُستخدم أنظمة الحصول على البيانات هذه لتجميع البيانات الخام وتحويلها إلى صيغ متاحة لجميع طبقات النظام. ويضمن تجميع البيانات النقل السلس للبيانات من أجهزة الاستشعار إلى العناصر الأخرى داخل الإطار. وتعمل البوابات كمستوى ربط بين أجهزة الاستشعار والإنترنت، لكنها يمكنها أيضًا أداء وظائف أساسية مثل تصفية البيانات ومنع البرمجيات الخبيثة.

طبقة التطبيقات ومعالجة البيانات

تتكون هذه الطبقة من أي عنصر يستخدم البيانات المجمعة بأي شكل من الأشكال، بما في ذلك طبقة الحوسبة الطرفية، التي تسهّل معالجة البيانات وتحليلها بشكل أسرع. بالإضافة إلى ذلك، تؤدي طبقة تطبيقات واجهة المستخدم دورًا حاسمًا في بنية إنترنت الأشياء من خلال تمكين المستخدمين من التفاعل مع النظام عبر تطبيقات مصممة للمنازل الذكية.

قد تكون أدوات تعلم الآلة، أو تقنية تصور البيانات، أو نظامًا خارجيًا يفحص ويقيّم كل ما يحدث في مصنع أو ممتلكات عامة. تشمل هذه الطبقة أيضًا التطبيقات التي يمكنها إرسال المعلومات إلى أجهزة إنترنت الأشياء أو إدارتها بأي شكل من الأشكال.

السحابة أو مركز البيانات

هنا تُخزَّن البيانات المنسقة والمعالجة بشكل صحيح ويمكن تحليلها بشكل أكبر. يعد التخزين الفعّال للبيانات أمرًا بالغ الأهمية لإدارة كميات كبيرة من البيانات وضمان التكامل السلس مع الأنظمة الأخرى. من المهم أيضًا ضمان أمان جميع الأجهزة والاتصالات والبيانات المخزنة داخل أنظمة إنترنت الأشياء. وقد يعني هذا أيضًا أن السحابة أو مركز البيانات بحاجة إلى تزويدهما بمعلومات من مصادر أخرى خارج نظام إنترنت الأشياء. اعتمادًا على حجم البيانات التي تحتاج إلى الاحتفاظ بها ومعالجتها، قد يكون استخدام السحابة مثل Microsoft Azure Cloud أو Amazon Web Services حلًا مثاليًا.

لمزيد من المعلومات حول مراكز إنترنت الأشياء، اطلع على أحدث مقال لدينا: مركز إنترنت الأشياء (IoT hub): ما هو وكيفية دمجه في نظام إنترنت الأشياء الخاص بك؟.

ما هي الأخطاء الشائعة عند تخطيط بنية إنترنت الأشياء؟

وفقًا لـ Jaroslaw Dzikowski، الذي يعمل مهندس برمجيات مدمجة أول في Spyrosoft، هناك 4 تحديات حاسمة يجب على أي شركة ترغب في إدخال إنترنت الأشياء إلى عملياتها أن تأخذها في الاعتبار وتسعى إلى إيجاد طرق لحلها. ومن الأخطاء الشائعة عدم تقييم قدرات المعالجة لمنصات IoT، وهي أمور ضرورية للتكامل السلس وتلبية متطلبات محددة مثل قابلية التوسع والأمان والآثار المتعلقة بالتكلفة.

متطلبات غير واضحة دون التفكير في الصورة الأكبر

تأكد من أن قائمة متطلبات نظامك محددة بوضوح منذ البداية، وأنك تعرف الإجابات عن الأسئلة التالية: ما المشكلة التي تريد حلها بنظام إنترنت الأشياء (IoT)؟ ما الذي يجب فعله بالبيانات عندما لا تكون الأجهزة متصلة بالإنترنت؟ كيف تجعل النظام سهل التوسع؟ غالبًا ما تُصمَّم أنظمة إنترنت الأشياء دون رؤية واضحة لنطاقها – فالتخطيط لنظام سيضم بضع مئات من الأجهزة يختلف كثيرًا عن تصميم نظام لملايين الأجهزة. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري تحديد كيفية معالجة البيانات، لأن ذلك سيؤثر على الكفاءة الإجمالية ووظائف نظام إنترنت الأشياء الخاص بك.

تقديرات غير دقيقة بشأن العناصر الأساسية لنظامك

غالبًا ما يرتكب العملاء أخطاء في البداية: اختيار مكونات غير مناسبة لمنصة إنترنت الأشياء أو أجهزة إنترنت الأشياء، أو التقدير الخاطئ لمقدار الطاقة/الكهرباء التي سيحتاجها النظام. هناك أيضًا مسألة تقدير مقدار قوة الحوسبة والذاكرة العشوائية والموارد التي يجب تخصيصها على جانب الجهاز وما يجب وضعه على جانب السحابة.

لا يوجد تعريف واضح لمكان معالجة البيانات

غالبًا ما لا يوجد تفكير وتخطيط كافيان للبيانات التي سيرسلها الجهاز إلى السحابة. تحتاج إلى تحديدها بأكبر قدر ممكن من الدقة لتجنب إجهاد الموارد أو حتى استخدام أكثر منها مما هو متوقع - أي هل يحتاج الجهاز إلى إرسال البيانات باستمرار إلى السحابة لمعالجتها في طبقة معالجة البيانات، أم يكفي إرسال تنبيه عند تجاوز نطاق معين؟

عدم مراعاة تحديثات البرامج الثابتة عن بُعد

غالباً ما يحدث أنه بعد تشغيل نظام إنترنت الأشياء (IoT) وبدء عمله، تحتاج إلى تحديث البرمجيات على أجهزتك لضمان جمع البيانات الرقمية الصحيحة ومعالجتها، ويكون الترقية ضرورية. تأكد من قدرتك على إتمام ذلك عن بُعد قبل وضع الأجهزة في الموقع.

إليك نصيحة Jarosław Dzikowski مرة أخرى:

“هناك تطبيقات معينة، مثل تتبع الأسطول أو المراقبة عن بُعد للآلات أو الخدمات اللوجستية، تتفوق فيها تقنية IoT. ومع ذلك، في بعض المنتجات، تُدخَل آليات IoT لمجرد تطبيقها فقط. وفي الحالة الأخيرة، لا يصبح استخدام IoT مصدر إزعاج للمستخدم ولا يحل أي مشكلات فحسب، بل يخلق مشكلات جديدة أيضاً. إن التحديد الواضح لما ستكون عليه وظيفة كل جهاز من الأجهزة ضمن نظام IoT والنظام نفسه قبل عملية التنفيذ بوقت طويل، في بداية المشروع تماماً، هو مفتاح تطوير حل قابل للتوسع وسهل الصيانة على المدى الطويل. وأي خطأ ترتكبه في هذه المرحلة الأولى سيكون مكلفاً ومستهلكاً للوقت في تصحيحه لاحقاً.”

تعاون مع خبراء في بناء بنية إنترنت الأشياء الآمنة والمستدامة

كما ترى، فإن بناء إنترنت أشياء مستدام هو عملية معقدة تتطلب تخطيطًا مفصّلًا. في Spyrosoft، عملنا مع العديد من الشركات في قطاع الصناعة 4.0 ويمكننا دعم فريقك أثناء تطوير وتنفيذ نظام إنترنت الأشياء.

قم بزيارة موقعنا الإلكتروني للصناعة 4.0 لمزيد من المعلومات حول ما نقوم به، تواصل معنا حتى نتمكن من معرفة المزيد عن مشروعك. استكشف أمثلة بنية إنترنت الأشياء العالمية للاطلاع على التطبيقات العملية في مختلف الصناعات وفهم مدى مرونة وفعالية بنية إنترنت الأشياء في تحسين مختلف جوانب حياتنا.