أرشيف الأوسمة: iot

انترنت الاشياء: التعريف والتحديات والفرص المستقبلية


كتاب مدخل الى انترنت الاشياء (بجزأيه) بعد نشره في موقع كتب العربي


السلام عليكم

سبق ان قمنا بنشر مجموعة من الدروس عن انترنت الاشياء (Internet of Things IoT) ثم جمعناها في كتاب مؤلف من جزأين ونشرناها هنا في المدونة وتم اليوم بحمد الله تعالى قبول نشر هذه الكتب في موقع كتب (www.kutub.info) وعلى الروابط التالية:

رابط الجزء الاول

رابط الجزء الثاني

تحياتي للجميع

اخوكم مصطفى صادق لطيف

 

انترنت الاشياء-15


الفصل الثالث: ربط ما هو غير مربوط:

انترنت الاشياء هو لربط الاشياء الغير مربوطة حالياً حيث انه يسمح لبعض الأشياء بالوصول الى الانترنت رغم انها لم تكن مرتبطة بالانترنت مطلقاً. حيث انه مع الخمسين مليار جهاز التي ستكون مرتبطة معاً بحلول عام 2020 فأن العالم حينها سيتحول الى “نظام عصبي متنامي” وسيكون الانترنت قادراً على استيعاب وادارة الاجهزة والاشياء الجديدة التي يتم تطويرها في حينها وبعدها لتحقيق الهدف من انترنت الاشياء وهو تحسين حياة البشر بالاستفادة من كل الاشياء المرتبطة به والبيانات التي تنتجها.

ربط الاشياء الى المستخدمين:

كيف سيفيدنا انترنت الاشياء في تحسين نوعية حياتنا؟

للأجابة عن هذا السؤال يجب ان نتذكر ان اصغر وحدة شبكاتية مفيدة معروفة لنا اليوم هي الشبكة المنزلية الموضحة في الصورة ادناه:

1.png

ونحن نعرف اننا نستطيع ان نبني شبكاتنا المنزلية بأستخدام راوتر سلكي او لاسلكي والذي يجلب لنا الانترنت من مزود خدمة محلي (local Internet Service Provider ISP) وهذا المزود للخدمة بدوره يتصل بمزودي الخدمة الاخرين بأستخدام تقنيات الشبكات اللاسلكية او الشبكات الكبيرة (WAN) كما هو واضح في الصورة التالية:

2.png

والان كيف يمكن لأنترنت الاشياء ان يغير من شكل شبكاتنا المنزلية الحالية؟

والجواب هو بتوفير نوعية الاتصال التي تحدثنا عنها في الدرس السابق وهي الاتصال بين المكائن (او الاشياء) والمسمى (Machine to Machine M2M)  والذي يسمح (كمثال) لمتحسسات الامنية بالاتصال ببعضها وترسل البيانات عبر الراوتر المنزلي الى مزود الخدمة ومنه الى سيرفر البيئة في السحب (clouds) وبالتالي يتم تجميع هذه البيانات وتحليلها كما في الصورة التالية:

3.png

ربط الاشياء للصناعات:

التطبيقات الصناعية لأنترنت الاشياء تحتاج درجة وثوقية واستقلالية اكبر بكثير من تلك المطلوبة بالنسبة للمستخدمين العاديين. فبعض الصناعات والتطبيقات الصناعية تحتاج عمليات وحسابات سريعة لا يستطيع البشر مجاراة سرعتها وكمثال على ذلك فأذا فشل الهاتف الذكي بتذكيرنا بموعد طبيب فهذا شيء مزعج ولكن ضرره لا يقارن بالمشكلة التي ستحصل حين يتعطل نظام الفرامل في سيارة تعمل في زرع الالغام او ازالتها او في البيئات القاسية حيث تكون العواقب كارثية على كل من السائق وعلى السيارة والبيئة المحيطة.

4.png

الشبكات المتقاربة والاشياء:

احد الاهداف الرئيسية لأنترنت الاشياء هو جمع الشبكات المتعددة في شبكة واحدة عالمية فمثلاً بدلاً من احتواء السيارة على عدة انظمة مستقلة لأدارة والتحكم بالمحرك والامان ونظام الاتصالات فأن توحيدها كلها في نظام واحد يمكن ان يقلل الاسلاك المستخدمة بمقدار 23 كيلوغرام في سيارة سيدان مثلاً ولكم تخيل مقدار التوفير في الاسلاك والمعدات والجهود في حالة ربط الشبكات المتعددة المبينة في الصورة ادناه في شبكة واحدة عالمية:

5.png

تحديات ربط الاشياء:

لأن انترنت الاشياء يهدف الى ربط الاجهزة الحاسوبية المختلفة من التقليدية (كالحواسيب والهواتف الذكية) الى الاجهزة الغير تقليدية (من متحسسات و RFID) بأستخدام تقنيات ال (M2M) بدون تدخل البشر، فأن التحديات التالية ترافق هذه العملية:

  • كيف نقوم بعملية تكامل لملايين الاشياء التي تتكون منها الاجهزة المصنعة من قبل الشركات المختلفة؟
  • كيف يتم تكامل الاشياء الجديدة في البنية الاساسية للشبكات الموجودة اصلاً؟
  • كيف يتم تأمين الاجهزة الجديدة (توفير الحماية من الاختراق وسوء الاستخدام) وتوفير عدة مستويات من الحماية تختلف بأختلاف نوع الجهاز ومكانه في الشبكة.

وهذه الاسئلة وغيرها يجب ان يتم الاجابة عليها قبل الاقدام على توظيف تقنيات انترنت الاشياء في اي مؤسسة او عمل.

الاعمدة الاساسية الستة لأنترنت الاشياء:

يهدف انترنت الاشياء الى تقليل التعقيد في اتمتة العمليات في صناعات الخدمات الاساسية والغاز والنفط والنقل والتعدين والمجالات العامة ويتم ذلك بأعتماد تصاميم لأدارة العدد الكبير من الانظمة من مختلف الموردين والمصنعين لربطها في نظام واحد كبير يستوعب كل “شيء” وفي الصورة ادناه الاعمدة الاساسية لتحقيق هذه الاهداف:

6.png

الى هنا ينتهي درس اليوم على امل اكمال ما بدأناه في الدروس القادمة والتي سنتطرق فيها الى دعم انترنت الاشياء للصناعة واجهزة انترنت الاشياء ونماذج الشبكات التي ستكون العصب الرئيسي لأنترنت الاشياء في المستقبل القريب ان شاء الله.

تحياتي للجميع ولا تنسوا المشاركة لتعميم الفائدة وانتظرونا في الدروس القادمة ان شاء الله

 

انترنت الاشياء-6


تكلمنا في الدرس الماضي عن حاجة الشبكة الى المقاييس والبروتوكولات واطقم البروتوكولات وما يحتاجه اي شيء (جهاز) للأتصال بالانترنت واليوم نتحدث عن مفهوم مهم اخر من الضروري فهمه للتقدم اكثر في سبيل فهم انترنت الاشياء ومعماريته الا وهو

توصيلية الشبكة (network connectivity):

يتم توصيل الاجهزة في اي شبكة بأحدى الطريقتين (السلكية واللاسلكية) ومناكثر البروتوكولات السلكية المستخدمة هو بروتوكول الايثرنت (Ethernet Protocol) والذي يستخدم طقم بروتوكولات ايضاً ليسمح لأجهزة الشبكة بالاتصال في الشبكة المحلية (LAN) ويستخدم الايثؤنت انواع مختلفة من الاسلاك لتوصيل الشبكات المحلية سلكياً كما هو واضح في الصور التالية:

  • اسلاك الازواج المجدولة (Twisted Pairs): وهي الاكثر استخداماً في الشبكات المحلية وتتكون من 4 ازواج من الاسلاك الملفوفة على بعضها لتقليل التداخل الكهربائي بين الاشارات المنقولة فيها:

1.png

  • الاسلاك المحورية (coaxial cables): وتتكون من سلك نحاسي داخلي محاط بطبقة من مادة عازلة والتي تكون بدورها محاطة بشبكة معدنية واغلبها تكون ايضاً محاطة بمادة عازلة لحمايتها من التأثيرات الخارجية:

2.png

  • النوع الثالث من الاسلاك التي يمكن استخدمها في الشبكات المنزلية هي خطوط الكهرباء نفسها (Ethernet over power line) حيث تدعم اغلب الاجهزة الحديثة هذه الميزة وتسمح بربطها ببعضها بأستخدام اسلاك الكهرباء المنزلية الاعتيادية وكما توضحه الصورة التالية:

3.png

اما فيما يخص التوصيل اللاسلكي فهناك الكثير من البروتوكولات المتوفرة اليوم والتي تتميز بأن مواصفات كل منها مختلفة كثيراً عن البقية والشكل ادناه يبين بعضاً من البروتوكولات اللاسلكية الشائعة واين يمكن ان تستخدم:

4.png

لاحظ ان هذه البروتوكولات قد تمتد الى اكثر من صنف من اصناف الشبكات اي انها قد تكون مناسبة للأستخدام في الشبكات الشخصية والمنزلية والكبيرة ايضاً بحسب مساحة تغطيتها.اخيراً تجدر الاشارة الى ان هناك بروتوكولات تستخدم في الشبكات السلكية واللاسلكية معاً.

في ادناه سنتحدث بشيء من التفصيل عن كل من انواع البروتوكولات المذكورة في الصورة اعلاه:

  • بروتوكول (Near Field Communications NFC): وهو مجموعة من المقاييس التي تؤسس اتصال راديوي بين الاجهزة التي تلامس بعضها البعض او تكون قريبة جداً من بعضها البعض وعادة تغطي فقط عدة بوصات (عدة سنتيمترات) وتستخدم في شبكات الجسم اللاسلكية او ما تسمى (Wireless Body Area Network WBAN) كما يوضحها الشكل اعلاه.
  • بروتوكول زغبي (ZigBee): هذا البروتوكول تم تصميمه ليناسب الاتصالات ذات المستوى العالي المستخدمة في بناء الشبكات الشخصية (Personal Area Networks PAN) والشبكات واطئة الكلفة والصغيرة الحجم وذات الراديوهات واطئة القدرة (low power digital radios) مثل شبكات التحسس اللاسلكي (wireless sensor networks WSN) ونلاحظ ان هذا البروتوكول يستخدم في كل من (WBAN, WPAN).
  • بروتوكول البلوتوث (Bluetooth): ويسمى احياناً (Bluetooth Low Energy BTLE) وهو مستخدم بكثرة في صناعة العناية بالصحة (health care industry) للأجهزة الطبية اللاسلكية وللأجهزة التي تزرع في داخل جسم الانسان كأجهزة تنظيم دقاق القلب وغيرها.
  • البروتوكولات الخاصة بمؤسسات معينة (proprietary): وهي البروتوكولات المملوكة لمؤسسة معينة وليست مفتوحة المصدر وتقوم هذه المؤسسات بدور ادامتها وتطويرها ولا تمنح هذا الحق لأحد الان برخصة مدفوعة الثمن عادة.
  • بروتوكول الواي فاي (Wi-Fi): وهو بروتوكول الاتصالات والشبكات اللاسلكية الاكثر شيوعاً (وربما انت الان تستخدمه اثناء قراءة هذه الدروس J ) ويستخدم الموجات الراديوية لأنشاء وادامة الشبكات اللاسلكية عالية السرعة التي نستخدمها في البيوت والدوائر وكل مكان تقريباً.
  • بروتوكول الشبكات الخلوية (cellular): وهي التقنية المستخدمة في الاتصالات اللاسلكية في الاجهزة النقالة والذكية وقد اثبتت هذه التقنية انها موثوقة وتغطي مساحات كبيرة وستكون جزءاً مهماً من تصاميم شبكات انترنت الاشياء التي ستعتمد بشكل كبير على وجود التوصيلية بين الاجهزة بأستخدم هذه التقنية (بالاضافة الى التقنيات الاخرى).
  • البروتوكولات الغير موزونة (weightless): وتستخدم الاجزاء الغير مستخدمة من الطيف اللاسلكي المستخدم في ارسال القنوات التلفزيونية (TV transmission). وتستخدم تردد واطيء والذي يسمح بأنتشار ممتاز بدون الحاجة الى هوائيات (antennas) ضخمة في الاجهزة وهي تعتبر تقنية واطئة الطاقة الى حد ما مقارنة ببقية التقنيات الاخرى.

الى هنا نأتي الى نهاية درس اليوم والذي اتمنى ان يكون مفيداً للجميع وكما تلاحظون فأن مفاهيم انترنت الاشياء بدأت تتسلل الى دروسنا بشكل تدريجي وهو ما سنلاحظة في الدروس القادمة بشكل اكبر حيث ان تقنية كبيرة مثل انترنت الاشياء تحتاج الكثير من المقدمات قبل الخوض في تفاصيلها خصوصاً اذا اخذنا بنظر الاعتبار اننا افترضنا ان متابعي هذه الدروس مبتدئون وليس لديهم اي خبرة سابقة في مجال الشبكات مما يعني ضرورة الاسهاب في شرح كل المفاهيم حتى التي يرى الكثيرون انها بديهية او مشروحة سابقاً لأن الهدف اولاً واخيراً توفير منهاج معتمد ومتكامل عن انترنت الاشياء باللغة العربية.

امر اخير اتمنى مساعدتنا فيه وهو في حالة الحاجة الى توضيح اي شيء غير مفهوم او غير واضح فلا تترددوا بطلب ذلك في تعليق في المدونة او الفيس بوك او اي مكان اخر 🙂

تحياتي للجميع ولا تنسونا بالدعاء والمشاركة لتعميم الفائدة