فهم إنترنت الأشياء (IoT): منظور عالمي

تطور إنترنت الأشياء (IoT) بسرعة من مفهوم مستقبلي إلى حقيقة واقعة في كل مكان، مما يؤثر على الصناعات والحياة اليومية في جميع أنحاء العالم. يهدف هذا الدليل الشامل إلى تقديم فهم واضح لإنترنت الأشياء ومبادئه وتطبيقاته وفوائده وتحدياته واتجاهاته المستقبلية، من منظور عالمي.

ما هو إنترنت الأشياء (IoT)؟

في جوهره، يشير إنترنت الأشياء إلى شبكة من الأجسام المادية – "الأشياء" – المدمجة بأجهزة استشعار وبرمجيات وتقنيات أخرى تمكنها من الاتصال وتبادل البيانات مع أجهزة وأنظمة أخرى عبر الإنترنت أو شبكات أخرى. يمكن أن تتراوح هذه "الأشياء" من الأجهزة المنزلية البسيطة إلى الأدوات الصناعية المعقدة.

الخصائص الرئيسية لإنترنت الأشياء:

• الاتصالية: تتصل أجهزة إنترنت الأشياء بالإنترنت أو شبكات أخرى، مما يتيح الاتصال ونقل البيانات.
• المستشعرات: تجمع المستشعرات البيانات من البيئة المحيطة أو من الجهاز نفسه (مثل درجة الحرارة، الضغط، الموقع، الحركة).
• تحليلات البيانات: تتم معالجة البيانات المجمعة وتحليلها لاستخلاص رؤى وتحفيز إجراءات معينة.
• الأتمتة: يمكن لأجهزة إنترنت الأشياء أتمتة المهام والعمليات بناءً على تحليل البيانات والقواعد المحددة مسبقًا.
• الذكاء: تدمج العديد من أجهزة إنترنت الأشياء الذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي (ML) لتحسين وظائفها وقدرتها على التكيف.

المكونات الرئيسية لنظام إنترنت الأشياء البيئي

يتألف النظام البيئي لإنترنت الأشياء من عدة مكونات مترابطة تعمل معًا لتمكين جمع البيانات ومعالجتها واتخاذ الإجراءات:

• أجهزة إنترنت الأشياء: الأجسام المادية المجهزة بمستشعرات ومشغلات ووحدات اتصال. تشمل الأمثلة منظمات الحرارة الذكية، وأجهزة تتبع اللياقة البدنية القابلة للارتداء، والمستشعرات الصناعية، والسيارات المتصلة.
• الاتصالية: البنية التحتية للشبكة التي تسمح للأجهزة بالتواصل مع بعضها البعض ومع الخوادم المركزية. يمكن أن تشمل شبكات Wi-Fi، وBluetooth، والشبكات الخلوية (3G, 4G, 5G)، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، والشبكات واسعة النطاق منخفضة الطاقة (LPWANs) مثل LoRaWAN وSigfox.
• منصة إنترنت الأشياء: منصة برمجية تدير وتعالج البيانات من أجهزة إنترنت الأشياء. توفر ميزات مثل إدارة الأجهزة، وتخزين البيانات، وتحليلات البيانات، وتطوير التطبيقات. من الأمثلة على ذلك AWS IoT، وAzure IoT Hub، وGoogle Cloud IoT Platform، وThingWorx.
• تخزين البيانات وتحليلها: حلول تخزين قائمة على السحابة أو في الموقع لتخزين الكميات الهائلة من البيانات التي تولدها أجهزة إنترنت الأشياء. تُستخدم أدوات التحليل لاستخراج رؤى ذات معنى من هذه البيانات.
• واجهة المستخدم: التطبيقات ولوحات المعلومات التي تسمح للمستخدمين بالتفاعل مع أنظمة إنترنت الأشياء ومراقبة البيانات والتحكم في الأجهزة.

كيف يعمل إنترنت الأشياء: شرح خطوة بخطوة

يمكن تلخيص العملية العامة لكيفية عمل إنترنت الأشياء في الخطوات التالية:

1. جمع البيانات: تجمع المستشعرات المدمجة في أجهزة إنترنت الأشياء البيانات من البيئة المادية (مثل درجة الحرارة، الرطوبة، الضغط، الحركة).
2. نقل البيانات: يتم نقل البيانات المجمعة إلى منصة إنترنت الأشياء أو خادم مركزي عبر اتصال شبكي (مثل Wi-Fi، الشبكة الخلوية، Bluetooth).
3. معالجة البيانات: تقوم منصة إنترنت الأشياء أو الخادم بمعالجة البيانات باستخدام قواعد محددة مسبقًا أو خوارزميات أو نماذج تعلم آلي.
4. تحفيز الإجراءات: بناءً على البيانات المعالجة، يمكن للنظام تحفيز إجراءات، مثل إرسال تنبيهات، أو تعديل إعدادات الجهاز، أو بدء عمليات مؤتمتة.
5. تفاعل المستخدم (اختياري): يمكن للمستخدمين مراقبة البيانات والتحكم في الأجهزة وتخصيص الإعدادات من خلال واجهات المستخدم مثل تطبيقات الجوال أو لوحات المعلومات على الويب.

التطبيقات العالمية لإنترنت الأشياء عبر الصناعات

يُحدث إنترنت الأشياء تحولًا في مختلف الصناعات في جميع أنحاء العالم، مما يدفع الكفاءة والابتكار ونماذج الأعمال الجديدة. فيما يلي بعض التطبيقات الرئيسية:

1. المدن الذكية

يُعد إنترنت الأشياء حجر الزاوية في مبادرات المدن الذكية، مما يتيح حياة حضرية أكثر كفاءة واستدامة.

• إدارة المرور الذكية: تراقب المستشعرات تدفق حركة المرور وتضبط إشارات المرور في الوقت الفعلي لتقليل الازدحام. أمثلة: نظام النقل الذكي في سنغافورة، نظام رسوم الازدحام في لندن الذي يستخدم تقنية التعرف التلقائي على لوحات الأرقام (ANPR).
• مواقف السيارات الذكية: تكتشف المستشعرات أماكن وقوف السيارات المتاحة وتوجه السائقين إليها، مما يقلل من وقت البحث واستهلاك الوقود. أمثلة: نظام مواقف السيارات الذكي في برشلونة، نظام SFpark في سان فرانسيسكو.
• الإضاءة الذكية: يتم تجهيز أضواء الشوارع بمستشعرات تضبط السطوع بناءً على الإضاءة المحيطة وحركة المرور، مما يوفر الطاقة. أمثلة: أضواء الشوارع المتصلة في كوبنهاغن، مشروع الإضاءة التكيفية في لوس أنجلوس.
• إدارة النفايات: تراقب المستشعرات مستويات امتلاء حاويات النفايات وتحسن مسارات الجمع، مما يقلل من التكاليف والأثر البيئي. أمثلة: نظام إدارة النفايات في سيول، صناديق النفايات الذكية في أمستردام.
• المراقبة البيئية: تراقب المستشعرات جودة الهواء والماء، وتوفر بيانات لتحسين الظروف البيئية. أمثلة: شبكة مراقبة جودة الهواء في بكين، نظام مراقبة الطقس في ريو دي جانيرو.

2. إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT)

يركز إنترنت الأشياء الصناعي على تطبيق تقنيات إنترنت الأشياء في البيئات الصناعية لتحسين الكفاءة والإنتاجية والسلامة.

• الصيانة التنبؤية: تراقب المستشعرات حالة الآلات وتتنبأ بالأعطال المحتملة، مما يتيح الصيانة الاستباقية ويقلل من وقت التوقف. أمثلة: منصة Mindsphere من سيمنز، منصة Predix من جنرال إلكتريك المستخدمة في الطيران والطاقة.
• تتبع الأصول: تتعقب أجهزة إنترنت الأشياء موقع وحالة الأصول عبر سلسلة التوريد، مما يحسن الرؤية والكفاءة. أمثلة: حلول تتبع سلسلة التوريد من DHL، نظام تتبع الحاويات من Maersk.
• تحسين العمليات: تراقب المستشعرات عمليات الإنتاج وتحدد مجالات التحسين، مما يحسن الكفاءة ويقلل من النفايات. أمثلة: حلول التصنيع المتصل من بوش، أنظمة الأتمتة من ABB.
• المراقبة عن بعد: المراقبة عن بعد للمعدات والعمليات، مما يمكّن المهندسين من تشخيص المشكلات وحلها من أي مكان في العالم. أمر حاسم للصناعات ذات العمليات النائية مثل النفط والغاز والتعدين والطاقة المتجددة.

3. الرعاية الصحية

يُحدث إنترنت الأشياء ثورة في الرعاية الصحية من خلال تمكين مراقبة المرضى عن بعد، والطب الشخصي، وتحسين الكفاءة.

• مراقبة المرضى عن بعد: تراقب المستشعرات القابلة للارتداء والأجهزة المتصلة العلامات الحيوية والبيانات الصحية الأخرى، مما يسمح للأطباء بتتبع حالات المرضى عن بعد. أمثلة: حلول فيليبس لمراقبة المرضى عن بعد، أجهزة ميدترونيك القابلة للزرع مع إمكانيات المراقبة عن بعد.
• الالتزام بالأدوية: تُذكّر موزعات الأدوية الذكية المرضى بتناول أدويتهم وتتتبع الالتزام، مما يحسن نتائج العلاج.
• الأجهزة الطبية المتصلة: يسمح توصيل الأجهزة الطبية بمشاركة البيانات في الوقت الفعلي وتحسين رعاية المرضى. على سبيل المثال، يمكن لمضخات الأنسولين المتصلة تعديل جرعة الأنسولين تلقائيًا بناءً على مستويات الجلوكوز في الدم.
• تتبع أصول المستشفيات: تتبع موقع المعدات الطبية والموظفين داخل المستشفيات لتحسين الكفاءة وخفض التكاليف.

4. الزراعة

يُحدث إنترنت الأشياء تحولًا في الزراعة من خلال تمكين الزراعة الدقيقة، وتحسين استخدام الموارد، وتحسين غلة المحاصيل.

• الزراعة الدقيقة: تراقب المستشعرات ظروف التربة وأنماط الطقس وصحة المحاصيل، مما يسمح للمزارعين بتحسين الري والتسميد ومكافحة الآفات. أمثلة: حلول الزراعة الدقيقة من جون دير، منصة الزراعة الرقمية من شركة The Climate Corporation.
• مراقبة الماشية: تراقب المستشعرات صحة وموقع الماشية، مما يحسن رعاية الحيوان ويمنع الأمراض.
• الري الآلي: تقوم أنظمة الري التي تدعم إنترنت الأشياء بضبط استخدام المياه تلقائيًا بناءً على مستويات رطوبة التربة والظروف الجوية.
• أتمتة الدفيئة: تتحكم المستشعرات والمشغلات في درجة الحرارة والرطوبة والإضاءة في الدفيئات الزراعية، مما يحسن ظروف النمو.

5. تجارة التجزئة

يعزز إنترنت الأشياء تجربة البيع بالتجزئة من خلال تمكين التسوق المخصص، وتحسين إدارة المخزون، وعمليات أكثر كفاءة.

• الأرفف الذكية: تراقب المستشعرات مستويات المخزون على الأرفف وتعيد طلب المنتجات تلقائيًا عند الحاجة.
• التسوق المخصص: تتعقب أجهزة الإرشاد والمستشعرات تحركات المتسوقين داخل المتجر وتقدم توصيات وعروضًا مخصصة.
• الدفع الآلي: تستخدم أنظمة الدفع الذاتي والمتاجر التي لا تحتاج إلى صرافين مستشعرات ورؤية حاسوبية لأتمتة عملية الدفع. أمثلة: متاجر Amazon Go.
• تحسين سلسلة التوريد: تتعقب أجهزة إنترنت الأشياء موقع وحالة المنتجات عبر سلسلة التوريد، مما يحسن الكفاءة ويقلل من الهدر.

6. أتمتة المنازل

يجعل إنترنت الأشياء المنازل أكثر ذكاءً وراحة من خلال تمكين التحكم عن بعد في الأجهزة، وتعزيز الأمان، وكفاءة الطاقة.

• منظمات الحرارة الذكية: تتعلم منظمات الحرارة تلقائيًا وتضبط إعدادات درجة الحرارة بناءً على أنماط الإشغال والظروف الجوية، مما يوفر الطاقة. أمثلة: منظم حرارة Nest، منظم حرارة Ecobee.
• الإضاءة الذكية: يمكن التحكم في المصابيح المتصلة عن بعد وبرمجتها لضبط السطوع واللون. أمثلة: Philips Hue, LIFX.
• أنظمة الأمن الذكية: توفر كاميرات الأمن المتصلة وأقفال الأبواب وأنظمة الإنذار أمانًا معززًا ومراقبة عن بعد. أمثلة: Ring, SimpliSafe.
• الأجهزة الذكية: يمكن التحكم في الأجهزة المتصلة عن بعد وتوفير معلومات حول حالتها وأدائها.

فوائد تطبيق حلول إنترنت الأشياء

يقدم اعتماد تقنيات إنترنت الأشياء فوائد عديدة للشركات والمؤسسات والأفراد في جميع أنحاء العالم:

• زيادة الكفاءة: يتيح إنترنت الأشياء أتمتة المهام والعمليات، مما يقلل من الجهد اليدوي ويحسن الكفاءة.
• تحسين الإنتاجية: تساعد رؤى البيانات في الوقت الفعلي والتحليلات التنبؤية على تحسين العمليات وتحسين الإنتاجية.
• خفض التكاليف: يمكن لإنترنت الأشياء خفض التكاليف عن طريق تحسين استخدام الموارد، ومنع وقت التوقف، وتحسين الكفاءة.
• تعزيز تجربة العملاء: تعمل الخدمات المخصصة والدعم الاستباقي على تحسين رضا العملاء وولائهم.
• اتخاذ القرارات القائمة على البيانات: يوفر إنترنت الأشياء إمكانية الوصول إلى كميات هائلة من البيانات التي يمكن استخدامها لاتخاذ قرارات أفضل وأكثر استنارة.
• مصادر إيرادات جديدة: يتيح إنترنت الأشياء إنشاء منتجات وخدمات ونماذج أعمال جديدة.
• تحسين السلامة والأمن: يمكن لإنترنت الأشياء تعزيز السلامة والأمن من خلال مراقبة البيئات وتنبيه السلطات إلى المخاطر المحتملة.
• الاستدامة: يسهل إنترنت الأشياء المراقبة البيئية والإدارة الفعالة للموارد، مما يساهم في جهود الاستدامة.

التحديات والاعتبارات في تنفيذ إنترنت الأشياء

في حين أن إنترنت الأشياء يقدم فوائد كبيرة، هناك أيضًا تحديات واعتبارات يجب معالجتها من أجل التنفيذ الناجح:

• الأمن: غالبًا ما تكون أجهزة إنترنت الأشياء عرضة للتهديدات الأمنية، مثل القرصنة واختراق البيانات. تعد التدابير الأمنية القوية أمرًا بالغ الأهمية لحماية البيانات الحساسة ومنع الوصول غير المصرح به.
• الخصوصية: تجمع أجهزة إنترنت الأشياء كميات هائلة من البيانات الشخصية، مما يثير مخاوف تتعلق بالخصوصية. يجب على المؤسسات أن تكون شفافة بشأن ممارسات جمع البيانات والامتثال للوائح الخصوصية. تعتبر اللائحة العامة لحماية البيانات (GDPR) في أوروبا مثالاً رئيسياً على لوائح خصوصية البيانات الصارمة.
• التوافقية: يمكن أن يؤدي الافتقار إلى التوحيد القياسي إلى صعوبة دمج الأجهزة والأنظمة من مختلف البائعين. جهود التوحيد القياسي جارية لمواجهة هذا التحدي.
• قابلية التوسع: يجب أن تكون أنظمة إنترنت الأشياء قابلة للتطوير لاستيعاب العدد المتزايد من الأجهزة المتصلة وأحجام البيانات.
• إدارة البيانات: يمكن أن تكون إدارة ومعالجة الكميات الهائلة من البيانات التي تولدها أجهزة إنترنت الأشياء أمرًا صعبًا. تحتاج المؤسسات إلى امتلاك قدرات قوية لإدارة البيانات وتحليلها.
• الاتصالية: الاتصالية الموثوقة والمستمرة ضرورية لكي تعمل أجهزة إنترنت الأشياء بشكل صحيح. يمكن أن تكون مشكلات الاتصال تحديًا كبيرًا في المناطق النائية أو التي تفتقر إلى الخدمات.
• التكلفة: يمكن أن يكون الاستثمار الأولي في البنية التحتية والأجهزة الخاصة بإنترنت الأشياء كبيرًا. تحتاج المؤسسات إلى تقييم التكاليف والفوائد بعناية قبل تنفيذ حلول إنترنت الأشياء.
• فجوة المهارات: يتطلب تنفيذ وإدارة أنظمة إنترنت الأشياء مهارات متخصصة، مثل تحليلات البيانات والأمن السيبراني وتطوير البرمجيات. هناك فجوة متزايدة في المهارات في هذه المجالات.
• الاعتبارات الأخلاقية: مع ازدياد انتشار إنترنت الأشياء، يجب معالجة الاعتبارات الأخلاقية المتعلقة باستخدام البيانات والتحيز الخوارزمي والتأثير على التوظيف.

أفضل الممارسات لأمن إنترنت الأشياء

يعد تأمين أجهزة وأنظمة إنترنت الأشياء أمرًا بالغ الأهمية لمنع خروقات البيانات والوصول غير المصرح به والتهديدات الأمنية الأخرى. فيما يلي بعض أفضل الممارسات:

• تنفيذ مصادقة قوية: استخدم كلمات مرور قوية ومصادقة متعددة العوامل ومصادقة بيومترية لتأمين أجهزة وأنظمة إنترنت الأشياء.
• تشفير البيانات: قم بتشفير البيانات أثناء النقل وفي حالة عدم النشاط لحمايتها من الوصول غير المصرح به.
• تحديث البرامج بانتظام: حافظ على تحديث البرامج والبرامج الثابتة لإصلاح الثغرات الأمنية.
• تقسيم الشبكات: قم بتقسيم شبكات إنترنت الأشياء عن الشبكات الأخرى للحد من تأثير الخروقات الأمنية.
• المراقبة بحثًا عن التهديدات: قم بتنفيذ أدوات مراقبة الأمان لاكتشاف التهديدات الأمنية والاستجابة لها.
• تأمين سلسلة التوريد: تأكد من أن أجهزة إنترنت الأشياء يتم الحصول عليها من بائعين موثوقين لديهم ممارسات أمنية قوية.
• إجراء عمليات تدقيق أمني: قم بإجراء عمليات تدقيق أمني بانتظام لتحديد نقاط الضعف ومعالجتها.
• تنفيذ ضوابط الوصول: قم بتنفيذ ضوابط الوصول القائمة على الأدوار للحد من الوصول إلى البيانات والأنظمة الحساسة.
• توعية المستخدمين: قم بتوعية المستخدمين بمخاطر أمن إنترنت الأشياء وأفضل الممارسات.
• الامتثال للوائح: الامتثال للوائح والمعايير الأمنية ذات الصلة، مثل اللائحة العامة لحماية البيانات (GDPR) وإطار الأمن السيبراني NIST.

مستقبل إنترنت الأشياء: الاتجاهات والتوقعات

من المتوقع أن يستمر إنترنت الأشياء في النمو بسرعة في السنوات القادمة، مدفوعًا بالتقدم في التكنولوجيا، وانخفاض التكاليف، وزيادة الاعتماد عبر الصناعات. فيما يلي بعض الاتجاهات والتوقعات الرئيسية لمستقبل إنترنت الأشياء:

• زيادة اعتماد الجيل الخامس (5G): ستوفر شبكات الجيل الخامس سرعات أعلى وزمن وصول أقل وسعة أكبر، مما يتيح تطبيقات إنترنت الأشياء الأكثر تقدمًا.
• الحوسبة الطرفية (Edge Computing): ستجلب الحوسبة الطرفية معالجة البيانات بالقرب من حافة الشبكة، مما يقلل من زمن الوصول ويحسن الأداء.
• الذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي (ML): سيتم دمج الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي بشكل متزايد في أجهزة وأنظمة إنترنت الأشياء، مما يتيح اتخاذ قرارات أكثر ذكاءً واستقلالية.
• التوائم الرقمية (Digital Twins): سيتم استخدام التوائم الرقمية، وهي تمثيلات افتراضية للأجسام والأنظمة المادية، لمحاكاة أدائها ومراقبته وتحسينه.
• تقنية البلوك تشين (Blockchain): سيتم استخدام تقنية البلوك تشين لتعزيز أمن وشفافية وثقة بيانات إنترنت الأشياء.
• التركيز على الاستدامة: سيلعب إنترنت الأشياء دورًا متزايد الأهمية في تعزيز الاستدامة من خلال تمكين الإدارة الفعالة للموارد والمراقبة البيئية.
• زيادة التركيز على الأمن والخصوصية: سيصبح الأمن والخصوصية أكثر أهمية مع ازدياد انتشار أجهزة إنترنت الأشياء وجمعها المزيد من البيانات الشخصية.
• التكامل مع الميتافيرس الصناعي: سيؤدي تقارب إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي والواقع المعزز (AR) إلى تطوير تطبيقات الميتافيرس الصناعية، مما يتيح التعاون عن بعد والتدريب والصيانة.
• الاتصالية في كل مكان: ستوسع حلول إنترنت الأشياء عبر الأقمار الصناعية وحلول الاتصال المتقدمة الأخرى تغطية إنترنت الأشياء لتشمل المناطق النائية والمحرومة من الخدمات.

أمثلة عالمية على التطبيقات الناجحة لإنترنت الأشياء

في جميع أنحاء العالم، نجحت العديد من المنظمات في تنفيذ حلول إنترنت الأشياء لتحقيق نتائج أعمال مهمة. فيما يلي بعض الأمثلة البارزة:

• منصة Mindsphere من سيمنز: تربط منصة إنترنت الأشياء الصناعية هذه الآلات والأنظمة، مما يتيح الصيانة التنبؤية وتحسين الأصول وتحسين العمليات للمصنعين على مستوى العالم.
• تتبع الحاويات من ميرسك: تستخدم ميرسك مستشعرات إنترنت الأشياء لتتبع موقع وحالة حاويات الشحن الخاصة بها في الوقت الفعلي، مما يحسن رؤية سلسلة التوريد ويقلل من الخسائر.
• مبادرة الأمة الذكية في سنغافورة: تطبق سنغافورة تقنيات إنترنت الأشياء عبر مختلف القطاعات، بما في ذلك النقل والطاقة والرعاية الصحية، لتحسين جودة الحياة لمواطنيها.
• حلول الزراعة الدقيقة من جون دير: تستخدم جون دير مستشعرات إنترنت الأشياء وتحليلات البيانات لمساعدة المزارعين على تحسين الري والتسميد ومكافحة الآفات، مما يحسن غلة المحاصيل ويقلل من التأثير البيئي.
• الشبكات الذكية من إينيل: تستخدم شركة إينيل، وهي شركة طاقة عالمية، مستشعرات إنترنت الأشياء والعدادات الذكية لمراقبة وإدارة شبكات الكهرباء الخاصة بها، مما يحسن الكفاءة والموثوقية.

الخاتمة

إن إنترنت الأشياء (IoT) هو تقنية تحويلية تعيد تشكيل الصناعات والحياة اليومية في جميع أنحاء العالم. من خلال فهم مبادئه وتطبيقاته وفوائده وتحدياته، يمكن للمؤسسات والأفراد تسخير قوة إنترنت الأشياء لدفع الابتكار وتحسين الكفاءة وخلق فرص جديدة. مع استمرار تطور إنترنت الأشياء، من الأهمية بمكان إعطاء الأولوية للأمن والخصوصية والاعتبارات الأخلاقية لضمان تحقيق فوائده بشكل مسؤول ومستدام على نطاق عالمي.