إنترنت الأشياء الخلوي: كل ما تحتاج إلى معرفته (2024)

لقد أحدثت إنترنت الأشياء ثورة في طريقة تواصل الأجهزة مع بعضها البعض. يشمل مفهوم إنترنت الأشياء توصيل الأجهزة اليومية – مثل الأجهزة المنزلية والسيارات والمعدات الصناعية – بالإنترنت، مما يمكنها من إرسال واستقبال ومعالجة البيانات. ومن بين الطرق المختلفة لتوصيل أجهزة إنترنت الأشياء، ظهر إنترنت الأشياء الخلوي كحل قوي، باستخدام الشبكات الخلوية .لتوفير الاتصال

في هذه المقالة، سوف نستكشف كل ما تحتاج إلى معرفته حول إنترنت الأشياء الخلوي، بما في ذلك تقنياته الأساسية، وكيف يعمل، والفوائد الرئيسية، وتطبيقاته في العالم الحقيقي، والتحديات، وإمكاناته المستقبلية.

ما هو إنترنت الأشياء الخلوي؟

يشير مصطلح إنترنت الأشياء الخلوي إلى أجهزة إنترنت الأشياء التي تتصل بالإنترنت عبر الشبكات الخلوية، مثل 2G و3G و4G LTE و5G. ويعتمد على البنية الأساسية الحالية لمقدمي خدمات الاتصالات، مما يضمن اتصالاً موثوقًا به وواسع النطاق عبر مناطق جغرافية كبيرة.

يتميز إنترنت الأشياء الخلوي بأنه قادر على توفير الاتصال لأجهزة إنترنت الأشياء حتى في المواقع النائية دون الوصول إلى شبكات Wi-Fi أو شبكات النطاق العريض التقليدية. وهذا يجعله فعالاً للغاية للتطبيقات التي تتطلب اتصالات بعيدة المدى وتغطية واسعة وتدابير أمنية قوية.

على عكس بروتوكولات الاتصالات قصيرة المدى مثل Wi-Fi أو Bluetooth، يسمح إنترنت الأشياء الخلوي للأجهزة بنقل البيانات عبر مسافات طويلة وعبر المناطق أو المدن أو حتى البلدان.

كيف يعمل إنترنت الأشياء الخلوي؟

يستخدم إنترنت الأشياء الخلوي نفس البنية الأساسية التي تعمل بها الهواتف المحمولة. ويستفيد من الشبكات الخلوية لتوفير الاتصال بين أجهزة إنترنت الأشياء وخادم مركزي أو نظام سحابي. فيما يلي تفصيل لكيفية عملها:

1. اتصال الجهاز بالشبكات الخلوية

تم تجهيز كل جهاز إنترنت الأشياء بمودم خلوي أو وحدة تسمح له بالاتصال عبر الشبكات الخلوية. تستخدم هذه الأجهزة بطاقات SIM أو بطاقات SIM مدمجة (eSIMs)، تمامًا مثل الهواتف الذكية العادية.

2. نقل البيانات

بمجرد الاتصال، ترسل أجهزة إنترنت الأشياء حزمًا صغيرة من البيانات عبر أقرب برج خلوي. يتم نقل هذه البيانات عبر الشبكة وإرسالها إلى منصة سحابية أو مركز بيانات أو تطبيق حيث يمكن معالجة البيانات أو مراقبتها أو التصرف بناءً عليها.

3. معالجة البيانات والتحكم فيها

تتم معالجة البيانات التي تم جمعها بواسطة أجهزة إنترنت الأشياء في الوقت الفعلي، مما يتيح الاستجابات السريعة، سواء كان ذلك من خلال ضبط منظم الحرارة في منزل ذكي أو تشغيل طلبات الصيانة للمعدات الصناعية.

4. إدارة الأجهزة

غالبًا ما تتضمن حلول إنترنت الأشياء الخلوية إدارة الأجهزة عن بُعد، مما يسمح للمسؤولين بمراقبة أجهزة إنترنت الأشياء وتحديثها والتحكم فيها عبر الهواء (OTA) دون الحاجة إلى تدخل مادي.

التقنيات الرئيسية وراء إنترنت الأشياء الخلوي

يتضمن إنترنت الأشياء الخلوي مجموعة متنوعة من تقنيات الاتصالات الخلوية، كل منها مصمم لتلبية احتياجات إنترنت الأشياء المختلفة من حيث النطاق الترددي وكفاءة الطاقة وسعة الشبكة.

1. شبكات 2G و3G و4G

لا تزال الأجيال السابقة من شبكات الهاتف الخلوي تدعم العديد من تطبيقات إنترنت الأشياء، وخاصة في المناطق التي تنتشر فيها هذه الشبكات. وهي توفر حلاً جيدًا للأجهزة التي تتطلب سرعات بيانات معتدلة واستهلاكًا معقولاً للطاقة.

2. 5G

5G هو أحدث تطور في شبكات الهاتف الخلوي ويقدم العديد من المزايا مقارنة بسابقاته، بما في ذلك:

نطاق ترددي عالي: يدعم نقل البيانات بسرعة عالية وزمن انتقال منخفض.
زمن انتقال منخفض: ضروري للتطبيقات التي تتطلب اتصالاً فوريًا، مثل المركبات ذاتية القيادة والأتمتة الصناعية.
إمكانية الاتصال الهائلة بالأجهزة: يمكن لـ 5G دعم عدد أكبر بكثير من الأجهزة لكل كيلومتر مربع مقارنة بالتقنيات السابقة، مما يجعلها مثالية لأنظمة إنترنت الأشياء المكتظة بالسكان، مثل المدن الذكية.

3. إنترنت الأشياء ضيق النطاق (NB-IoT)

إن تقنية إنترنت الأشياء ذات النطاق الضيق (NB-IoT) عبارة عن تقنية شبكة واسعة النطاق منخفضة الطاقة (LPWAN) مصممة خصيصًا لأجهزة إنترنت الأشياء التي تتطلب الحد الأدنى من نقل البيانات. تتضمن بعض الميزات الرئيسية لتقنية إنترنت الأشياء ذات النطاق الضيق (NB-IoT) ما يلي:

انخفاض استهلاك الطاقة: يطيل عمر البطارية، مما يسمح للأجهزة بالعمل لسنوات دون شحن.

تغطية واسعة: إن تقنية إنترنت الأشياء ذات النطاق الضيق (NB-IoT) فعالة في المناطق الريفية والمناطق التي يصعب الوصول إليها، مثل الأقبية أو المواقع تحت الأرض.

تكلفة منخفضة: مثالية للتطبيقات حيث يكون النشر منخفض التكلفة أولوية، مثل العدادات الذكية وأجهزة الاستشعار الزراعية.

4. LTE-M (التطور طويل الأمد للآلات)

LTE-M هي تقنية أخرى منخفضة الطاقة مبنية على البنية التحتية الحالية لشبكة 4G LTE. وهي توفر معدلات بيانات أعلى من إنترنت الأشياء ضيق النطاق مع الحفاظ على الكفاءة. غالبًا ما يتم اختيار LTE-M للتطبيقات التي تحتاج إلى عرض نطاق ترددي متوسط، مثل الأجهزة القابلة للارتداء وتتبع الأصول.

فوائد إنترنت الأشياء الخلوي

يوفر نشر إنترنت الأشياء الخلوي فوائد عديدة لمجموعة واسعة من الصناعات والتطبيقات.

1. تغطية جغرافية واسعة

من أهم مزايا إنترنت الأشياء الخلوي قدرته على ربط الأجهزة عبر مناطق شاسعة. ولأنه يعتمد على الشبكات الخلوية المتاحة عالميًا، يمكن للأجهزة التواصل حتى في المناطق النائية أو الريفية حيث قد لا تصل الشبكات التقليدية.

2. قابلية التوسع

تم تصميم الشبكات الخلوية للتعامل مع أعداد كبيرة من الأجهزة المتصلة. تدعم تقنية إنترنت الأشياء الخلوية ملايين الأجهزة لكل شبكة، مما يجعلها مثالية للانتشار على نطاق واسع، مثل المدن الذكية أو إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT).

3. موثوقية عالية

تم تصميم الشبكات الخلوية لتوفير مستويات عالية من الموثوقية ووقت التشغيل، مما يضمن الاتصال المستمر للتطبيقات الهامة، مثل أنظمة الرعاية الصحية والسلامة العامة.

4. الأمن

توفر الشبكات الخلوية ميزات أمان مدمجة قوية، بما في ذلك التشفير والمصادقة وقنوات الاتصال الآمنة. وهذا يجعل إنترنت الأشياء الخلوي خيارًا آمنًا للتطبيقات الحساسة مثل الخدمات المالية والرعاية الصحية.

5. التنقل

يمكن لأجهزة إنترنت الأشياء الخلوية الحفاظ على الاتصال أثناء التنقل، مما يجعلها مثالية للتطبيقات مثل السيارات المتصلة وإدارة الأسطول وتتبع الأصول.

تطبيقات إنترنت الأشياء الخلوية

تجد تقنية إنترنت الأشياء الخلوية تطبيقها في العديد من الصناعات، ولكل منها حالات استخدام محددة تستفيد من الاتصال بعيد المدى والموثوقية وقابلية التوسع التي توفرها التكنولوجيا.

1. المدن الذكية

في المدن الذكية، يتيح إنترنت الأشياء الخلوي إدارة أفضل للخدمات العامة. حيث يمكن لأجهزة إنترنت الأشياء مراقبة إشارات المرور، والتحكم في إضاءة الشوارع، وإدارة جمع النفايات، واكتشاف المخاطر البيئية. وهذا يؤدي إلى زيادة الكفاءة، وخفض استهلاك الطاقة، وتحسين نوعية الحياة للسكان.

2. الرعاية الصحية

تدعم تقنية إنترنت الأشياء الخلوية العديد من ابتكارات الرعاية الصحية، بما في ذلك مراقبة المرضى عن بعد، والأجهزة الصحية القابلة للارتداء، والطب عن بعد. فهي تسمح لمقدمي الرعاية الصحية بجمع البيانات في الوقت الفعلي حول العلامات الحيوية للمرضى، مما يضمن التدخلات في الوقت المناسب والرعاية الشخصية.

3. الزراعة

في الزراعة، يتم استخدام إنترنت الأشياء الخلوي للزراعة الدقيقة. تقوم أجهزة الاستشعار الموضوعة في الحقول بجمع البيانات حول رطوبة التربة ودرجة الحرارة وظروف الطقس، مما يساعد المزارعين على تحسين استخدام المياه ومراقبة صحة المحاصيل وزيادة الغلة.

4. الأتمتة الصناعية

تعتمد الصناعات على إنترنت الأشياء الخلوي لتعزيز كفاءة عمليات التصنيع. تراقب أجهزة الاستشعار التي تدعم إنترنت الأشياء الآلات، وتتنبأ بفشل المعدات، وتوفر بيانات في الوقت الفعلي عن الإنتاج. يؤدي هذا إلى الصيانة التنبؤية، مما يقلل من وقت التوقف عن العمل ويحسن الكفاءة التشغيلية.

5. إدارة الأسطول

يتيح إنترنت الأشياء الخلوي للشركات تتبع مركباتها وأصولها في الوقت الفعلي. تستخدم أنظمة إدارة الأسطول إنترنت الأشياء لمراقبة موقع السيارة واستهلاك الوقود وسلوك السائق، مما يساعد الشركات على تحسين المسارات وتقليل التكاليف التشغيلية.

تحديات إنترنت الأشياء الخلوية

على الرغم من أن إنترنت الأشياء الخلوي يوفر العديد من المزايا، إلا أن هناك أيضًا تحديات واعتبارات يجب على المؤسسات معالجتها قبل تنفيذه.

1. التكلفة

قد تكون تكلفة نشر إنترنت الأشياء الخلوي أعلى من تكلفة الحلول اللاسلكية الأخرى، خاصة عند وضع تكلفة وحدات الهاتف الخلوي وخطط البيانات وإدارة بطاقات SIM في الاعتبار. يجب على الشركات أن تدرس بعناية العائد على الاستثمار.

2. استهلاك الطاقة

على الرغم من أن التقنيات مثل NB-IoT مصممة لاستهلاك منخفض للطاقة، فإن بعض تطبيقات Cellular IoT – وخاصة تلك التي تستخدم 5G أو LTE-M – يمكن أن تستنزف عمر البطارية بسرعة. وهذا أمر مثير للقلق بالنسبة للأجهزة التي تعمل في مواقع نائية حيث يصعب استبدال البطارية.

3. تغطية الشبكة

على الرغم من أن شبكات الهاتف الخلوي توفر تغطية واسعة، إلا أنها قد لا تكون موثوقة بنفس القدر في جميع المناطق. في بعض الحالات، قد يؤثر ازدحام الشبكة أو ضعف قوة الإشارة أو نقص البنية الأساسية في المناطق الريفية على أداء أنظمة إنترنت الأشياء الخلوية.

4. التشغيل البيني

إن ضمان قدرة الأجهزة من مختلف الشركات المصنعة على التواصل والعمل معًا يشكل تحديًا كبيرًا. ويتعين على المؤسسات التأكد من تصميم أنظمة إنترنت الأشياء الخاصة بها مع مراعاة قابلية التشغيل البيني لتجنب احتكار الموردين.

مستقبل إنترنت الأشياء الخلوي

يبدو مستقبل إنترنت الأشياء الخلوي مشرقًا، مع تطورات مثيرة في الأفق. ومن المتوقع أن يكون الطرح المستمر لشبكة الجيل الخامس بمثابة تغيير كبير في مجال إنترنت الأشياء، حيث يوفر زمن انتقال منخفض للغاية وسرعات نقل بيانات أسرع وسعة هائلة للأجهزة. وسيؤدي هذا إلى فتح إمكانيات جديدة للسيارات ذاتية القيادة والبنية الأساسية الذكية والروبوتات.

بالإضافة إلى ذلك، مع نمو تبني إنترنت الأشياء، من المتوقع أن تنخفض تكلفة وحدات إنترنت الأشياء الخلوية والاتصال، مما يجعل التكنولوجيا أكثر سهولة في الوصول إليها للشركات الصغيرة والمتوسطة الحجم.

خاتمة

إن إنترنت الأشياء الخلوي هو تقنية قوية تربط الأجهزة عبر الشبكات الخلوية، مما يوفر تغطية واسعة النطاق وقابلية للتطوير والأمان. وهو مثالي للتطبيقات التي تتطلب اتصالات بعيدة المدى وموثوقية ودعمًا لأعداد كبيرة من الأجهزة. وفي حين توجد تحديات مثل التكلفة واستهلاك الطاقة، فإن الفوائد تفوق القيود بكثير، مما يجعل إنترنت الأشياء الخلوي حجر الزاوية في الأنظمة الذكية المستقبلية.