أنترنت الأشياء : “النقطة الزمنية التي تجاوز فيها عدد الأشياء أو الأجسام المتصلة بالإنترنت عدد البشر”

إنترنت الأشياء ^[1] (بالإنجليزية: Internet of Things – IoT)‏، مصطلح برز حديثا ^[2][3]، يُقصد به الجيل الجديد من الإنترنت (الشبكة) الذي يتيح التفاهم بين الأجهزة المترابطة مع بعضها عبر بروتوكول الإنترنت، ^[4] والأجهزة المزودة بأجهزة استشعار، وقدرة معالجة، وبرامج، وتقنيات أخرى تتصل وتتبادل البيانات مع الأجهزة والأنظمة الأخرى عبر الإنترنت أو شبكات الاتصال الأخرى.^{[5][6][7][8][9]} وتشمل هذه الأجهزة الأدوات والمستشعرات والحساسات وأدوات الذكاء الاصطناعي المختلفة وغيرها.^[10] ويتخطى هذا التعريف المفهوم التقليدي وهو تواصل الأشخاص مع الحواسيب والهواتف الذكية عبر شبكة عالمية واحدة ومن خلال بروتوكول الإنترنت التقليدي المعروف. وما يميز إنترنت الأشياء أنها تتيح للإنسان التحرر من المكان، أي أن الشخص يستطيع التحكم في الأدوات من دون الحاجة إلى التواجد في مكان محدّد للتعامل مع جهاز معين.^[11] تم اعتبار “إنترنت الأشياء” تسمية خاطئة لأن الأجهزة لا تحتاج إلى الاتصال بالإنترنت العام؛ إنها تحتاج فقط إلى الاتصال بشبكة، ^[12] وأن تكون قابلة للعنونة بشكل فردي.^[13][14]

تطور المجال بسبب تقارب التقنيات المتعددة، بما في ذلك الحوسبة الموجودة في كل مكان، وأجهزة الاستشعار السلعية، والأنظمة المضمنة القوية بشكل متزايد، بالإضافة إلى التعلم الآلي.^[15][16] تُمكن المجالات القديمة للأنظمة المضمنة، وشبكات الاستشعار اللاسلكية، وأنظمة التحكم، والأتمتة (بما في ذلك التشغيل الآلي للمنزل والمباني)، بشكل مستقل وجماعي، إنترنت الأشياء.^[17][18] في سوق المستهلكين، تُعد تقنية إنترنت الأشياء مرادفة لمنتجات “المنزل الذكي“، بما في ذلك الأجهزة والأدوات (تركيبات الإضاءة، وأجهزة تنظيم الحرارة، وأنظمة أمان المنزل، والكاميرات، والأجهزة المنزلية الأخرى) التي تدعم نظامًا بيئيًا واحدًا أو أكثر شائعًا، والتي يُمكن التحكم فيها عبر الأجهزة المرتبطة بهذا النظام البيئي، مثل الهواتف الذكية والسماعات الذكية. يُستخدم إنترنت الأشياء أيضًا في أنظمة الرعاية الصحية.^[19]

هناك عدد من المخاوف بشأن المخاطر في نمو تقنيات ومنتجات إنترنت الأشياء، خاصة في مجالات الخصوصية والأمان، وبالتالي، كانت هناك تحركات من قِبل الصناعة والحكومة لمعالجة هذه المخاوف، بما في ذلك تطوير المعايير الدولية والمحلية، والمبادئ التوجيهية، والأطر التنظيمية.^[20] نظرًا لطبيعتها المترابطة، فإن أجهزة إنترنت الأشياء عُرضة لانتهاكات الأمان ومخاوف الخصوصية. في الوقت نفسه، تُنشئ الطريقة التي تتواصل بها هذه الأجهزة لاسلكيًا غموضًا تنظيميًا، مما يُعقد الحدود القضائية لنقل البيانات.^[21]

في حوالي عام 1972 طور مُختبر ستانفورد للذكاء الاصطناعي آلة بيع تُحكم بواسطة الكمبيوتر، لاستخدامها في المواقع البعيدة، مُكيفة من آلة مُستأجرة من كومباس جروب، والتي كانت تبيع نقدًا أو من خلال محطة كمبيوتر بالدين.^[22][23] شملت المنتجات البيرة والزبادي والحليب.^[22][23] سُميت باسم “برانسينغ بوني” على اسم الغرفة، والتي سُميت على اسم نزل في “سيد الخواتم“، ^[23][24] حيث سُميت كل غرفة في مُختبر ستانفورد للذكاء الاصطناعي على اسم مكان في الأرض الوسطى.^[25] فيما لا تزال نسخة لاحقة تعمل حاليًا في قسم علوم الكمبيوتر في ستانفورد، بعد تحديث الأجهزة والبرامج.^[23]

في عام 1982 بُني مفهوم مُبكر لجهاز ذكي متصل بالشبكة كواجهة إنترنت لأجهزة الاستشعار المُثبتة في آلة بيع كوكاكولا بقسم علوم الكمبيوتر بجامعة كارنيغي ميلون، ^[26] والتي زودها طلاب الدراسات العليا المُتطوعون، وقدمت نموذجًا لدرجة الحرارة وحالة الجرد، ^[27][28] مُستوحاة من آلة البيع التي يتحكم فيها الكمبيوتر في غرفة “برانسينغ بوني” في مُختبر ستانفورد للذكاء الاصطناعي. [21] في البداية كانت هذه الآلة مُتاحة فقط في حرم جامعة كارنيجي ميلون، ثم أصبحت أول جهاز متصل بشبكة أربانت.^[29][30]

أنتجت ورقة مارك وايزر البحثية عام 1991 حول الحوسبة الموجودة في كل مكان، “كمبيوتر القرن الحادي والعشرين”، بالإضافة إلى الأماكن الأكاديمية مثل “يوبي كومب”، و”بيركوم”، الرؤية المُعاصرة لإنترنت الأشياء.^[31][32] في عام 1994، وصف رضا راجي المفهوم في آي تربل إي سبيكتروم بأنه “نقل حزم صغيرة من البيانات إلى مجموعة كبيرة من العُقد، وذلك لدمج وأتمتة كل شيء من الأجهزة المنزلية إلى المصانع بأكملها”.^[33] بين عامي 1993 و1997، اقترحت العديد من الشركات حلولًا مثل “مايكروسوفت في العمل”، أو “نوفل نيست”. اكتسب المجال زخمًا عندما تصور بيل جوي الاتصال بين الأجهزة كجزء من إطار عمله “Six Webs”، الذي عُرض في المُنتدى الاقتصادي العالمي في دافوس عام 1999.^[34]

ظهر مفهوم “إنترنت الأشياء” والمُصطلح نفسه لأول مرة في خطاب ألقاه بيتر تي لويس، أمام المؤتمر الأسود التمهيدي الخامس عشر في واشنطن العاصمة، والذي نُشر في سبتمبر 1985. وفقًا للويس فأن “إنترنت الأشياء هو دمج الأشخاص والعمليات والتكنولوجيا مع الأجهزة وأجهزة الاستشعار القابلة للتوصيل لتمكين المراقبة عن بُعد والحالة والتلاعب وتقييم اتجاهات هذه الأجهزة.” ^[35]

صاغ كيفن آشتون من بروكتر آند جامبل، لاحقًا من مركز “أوتو آي دي” التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، مُصطلح “إنترنت الأشياء” بشكل مُستقل في عام 1999، ^[36] على الرغم من أنه يُفضل عبارة “إنترنت للأشياء”.^[37] في تلك المرحلة، كان ينظر إلى تحديد التردد اللاسلكي (RFID) على أنه أمر ضروري لإنترنت الأشياء، ^[38] مما سيسمح لأجهزة الكمبيوتر بإدارة جميع الأشياء الفردية.^[39][40][41] يتمثل الموضوع الرئيسي لإنترنت الأشياء في تضمين أجهزة إرسال واستقبال مُتنقلة قصيرة المدى في أدوات مُختلفة وضرورات يومية لتمكين أشكال جديدة من الاتصال بين الأشخاص والأشياء، وبين الأشياء نفسها.^[42]

في عام 2004، توقع كورنيليوس “بيت” بيترسون، الرئيس التنفيذي لشركة نت سيليكون، أن “العصر القادم من تكنولوجيا المعلومات ستسيطر عليه أجهزة إنترنت الأشياء، وستكتسب الأجهزة المُتصلة بالشبكة في النهاية شعبية وأهمية لدرجة أنها ستتجاوز بكثير عدد أجهزة الكمبيوتر ومحطات العمل المُتصلة بالشبكة.” اعتقد بيترسون أن الأجهزة الطبية وأجهزة التحكم الصناعية ستُصبح تطبيقات مُهيمنة لهذه التكنولوجيا.^[43]

ببساطة، حددت شركة سيسكو أنترنت الأشياء بأنه “النقطة الزمنية التي تجاوز فيها عدد الأشياء أو الأجسام المتصلة بالإنترنت عدد البشر”. وقدرت الشركة أن إنترنت الأشياء قد “وُلد” بين عامي 2008 و2009، حيث ارتفعت نسبة الأشياء إلى عدد الأشخاص من 0.08 في عام 2003 إلى 1.84 في عام 2010.

غالبًا ما تُقسم المجموعة الواسعة من تطبيقات أجهزة إنترنت الأشياء ^[45] إلى مساحات المستهلكين، والتجارية، والصناعية، والبنية التحتية.^[46][47]

تشهد أجهزة إنترنت الأشياء للاستخدام الاستهلاكي إنتاجًا متزايدًا، وتشمل هذه الأجهزة المتعلقة بالمركبات المتصلة، والتشغيل الآلي للمنزل، والتكنولوجيا القابلة للارتداء، والصحة المتصلة، والأجهزة ذات إمكانيات المراقبة عن بُعد.^[48]

تُعد أجهزة إنترنت الأشياء جزءًا من المفهوم الأكبر للتشغيل الآلي للمنزل، والذي يمكن أن يشمل الإضاءة، والتدفئة وتكييف الهواء، وأنظمة الوسائط والأمان، وأنظمة الكاميرات.^[49][50] يمكن أن تشمل الفوائد طويلة المدى توفير الطاقة عن طريق ضمان إطفاء الأنوار والإلكترونيات تلقائيًا أو عن طريق جعل سكان المنزل على دراية بالاستخدام.^[51]

يمكن أن يعتمد المنزل الذكي أو المنزل الآلي على نظام أساسي أو محاور تتحكم في الأجهزة والأدوات الذكية.^[52] على سبيل المثال، باستخدام “هوم كيت” من آبل، يمكن للمُصنعين التحكم في منتجاتهم وملحقاتهم المنزلية بواسطة تطبيق في أجهزة آي أو إس مثل آيفون وساعة أبل.^[53][54] يمكن أن يكون هذا تطبيقًا مُخصصًا أو تطبيقات آي أو إس أصلية مثل سيري.^[55] ويمكن توضيح ذلك في حالة “أساسيات المنزل الذكي من لينوفو”، وهو خط من الأجهزة المنزلية الذكية التي يتم التحكم فيها من خلال تطبيق “آبل هوم”، أو سيري دون الحاجة إلى جسر واي فاي.^[22]

هناك أيضًا محاور منزلية ذكية مُخصصة تُقدم كمنصات مُستقلة لتوصيل مُنتجات منزلية ذكية مُختلفة. وتشمل هذه “أمازون إيكو”، و”جوجل هوم”، وهوم بود من آبل، و”مركز الأشياء الذكية” من سامسونج.^[56] بالإضافة إلى الأنظمة التجارية، هناك العديد من الأنظمة البيئية مفتوحة المصدر وغير المُلزمة الملكية، بما في ذلك “المساعد المنزلي”، و”أوبن هاب”، و”دوموتيكز”.^[57]

أحد التطبيقات الرئيسية للمنزل الذكي هو مُساعدة كبار السن والمعاقين. تستخدم أنظمة المنزل هذه التكنولوجيا المُساعدة لاستيعاب الإعاقات المُحددة للمالك.^[58] يُمكن للتحكم الصوتي مُساعدة المُستخدمين الذين يعانون من قيود في الرؤية والحركة، بينما يُمكن توصيل أنظمة التنبيه مُباشرةً بزرعات القوقعة الصناعية التي يرتديها المُستخدمون الذين يعانون من ضعف السمع.^[59] كما يُمكن تجهيزها بميزات أمان إضافية، بما في ذلك أجهزة الاستشعار التي تُراقب حالات الطوارئ الطبية مثل السقوط أو النوبات.^[60] يُمكن لتكنولوجيا المنزل الذكي المُطبقة بهذه الطريقة أن توفر للمُستخدمين مزيدًا من الحرية ونوعية حياة أفضل.^[58]

يُشير مُصطلح “إنترنت الأشياء للمؤسسات” (بالإنجليزية: Enterprise IoT)‏ إلى الأجهزة المُستخدمة في بيئات الأعمال والشركات.

إنترنت الأشياء الطبي (IoMT) هو تطبيق لإنترنت الأشياء للأغراض الطبية والصحية، وجمع البيانات وتحليلها للبحث، والمراقبة.^{[61][62][63][64][65]} يُشار إليه باسم “الرعاية الصحية الذكية”، ^[66] باعتباره التكنولوجيا اللازمة لإنشاء نظام رعاية صحية رقمي، يربط الموارد الطبية المتاحة وخدمات الرعاية الصحية.^[67][68]

يمكن استخدام أجهزة إنترنت الأشياء لتمكين المراقبة الصحية عن بُعد وأنظمة الإخطار في حالات الطوارئ. تتراوح هذه الأجهزة من أجهزة مراقبة ضغط الدم، ومعدل ضربات القلب إلى الأجهزة المُتقدمة القادرة على مراقبة الغرسات المُتخصصة، مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب، وأساور المعصم الإلكترونية، أو أجهزة السمع المُتقدمة.^[69] بدأت بعض المُستشفيات في تطبيق “أسرة ذكية” يمكنها اكتشاف وقت شغلها ومتى يُحاول المريض النهوض. يمكنها أيضًا ضبط نفسها لضمان تطبيق الضغط والدعم المناسبين على المريض دون التفاعل اليدوي للمُمرضات.^[22] أشار تقرير Goldman Sachs لعام 2015 إلى أن أجهزة إنترنت الأشياء للرعاية الصحية “يمكنها توفير أكثر من 300 مليار دولار للولايات المتحدة في النفقات الصحية السنوية عن طريق زيادة الإيرادات وتقليل التكاليف”.^[22] علاوة على ذلك، أدى استخدام الأجهزة المحمولة لدعم المتابعة الطبية إلى إنشاء “الصحة المتنقلة”، التي تُستخدم لتحليل الإحصاءات الصحية.^[70]

يمكن أيضًا تجهيز أجهزة استشعار مُتخصصة داخل أماكن المعيشة لمراقبة صحة وكبار السن ورفاهيتهم العامة، مع ضمان توفير العلاج المناسب ومساعدة الأشخاص على استعادة الحركة المفقودة من خلال العلاج أيضًا.^[71] تُنشئ أجهزة الاستشعار هذه شبكة من أجهزة الاستشعار الذكية القادرة على جمع المعلومات القيّمة ومعالجتها ونقلها وتحليلها في بيئات مُختلفة، مثل توصيل أجهزة المراقبة المنزلية بالأنظمة المُستندة إلى المستشفى.^[66] تُعد الأجهزة الاستهلاكية الأخرى لتشجيع الحياة الصحية، مثل الموازين المتصلة أو أجهزة مراقبة القلب القابلة للارتداء، ممكنة أيضًا مع إنترنت الأشياء.^[72] تتوفر أيضًا منصات إنترنت الأشياء الشاملة لمراقبة الصحة للمرضى قبل الولادة والمُزمنين، مما يُساعد على إدارة العلامات الحيوية الصحية ومتطلبات الأدوية المُتكررة.^[66]

أتاحت التطورات في أساليب تصنيع الإلكترونيات البلاستيكية والنسيجية أجهزة استشعار إنترنت الأشياء الطبي منخفضة التكلفة للغاية، والتي تُستخدم لمرة واحدة. يمكن تصنيع أجهزة الاستشعار هذه، جنبًا إلى جنب مع إلكترونيات تحديد الهوية بموجات الراديو المطلوبة، على الورق أو المنسوجات الإلكترونية لأجهزة الاستشعار التي تعمل لاسلكيًا والتي تُستخدم لمرة واحدة.^[73] تم إنشاء تطبيقات للتشخيص الطبي في نقطة الرعاية السريرية، حيث تُعد قابلية النقل وانخفاض تعقيد النظام أمرًا أساسيًا.^[74]

في عام 2018 انتقل تطبيق إنترنت الأشياء الطبي من صناعة المُختبرات السريرية، إلى صناعات الرعاية الصحية والتأمين الصحي.^[23] حيث يسمح إنترنت الأشياء الطبي في للأطباء والمرضى والآخرين، مثل أوصياء المرضى والمُمرضات والعائلات وما شابه، بأن يكونوا جزءًا من النظام، حيث يتم حفظ سجلات المرضى في قاعدة بيانات، مما يسمح للأطباء وبقية الطاقم الطبي بالوصول إلى معلومات المريض.^[75] يوفر إنترنت الأشياء الطبي في صناعة التأمين الوصول إلى أنواع أفضل وجديدة من المعلومات الديناميكية. يشمل ذلك الحلول القائمة على أجهزة الاستشعار مثل أجهزة الاستشعار الحيوية والأجهزة القابلة للارتداء والأجهزة الصحية المتصلة وتطبيقات الهاتف المحمول لتتبع سلوك العملاء. يمكن أن يؤدي هذا إلى اكتشاف تأمين أكثر دقة ونماذج تسعير جديدة.^[76]

يلعب تطبيق إنترنت الأشياء في مجال الرعاية الصحية دورًا أساسيًا في إدارة الأمراض المُزمنة وفي الوقاية من الأمراض ومكافحتها. تُمكن المراقبة عن بُعد من خلال ربط حلول لاسلكية قوية. تُمكن قابلية الاتصال مُمارسي الصحة من التقاط بيانات المريض وتطبيق خوارزميات مُعقدة في تحليل البيانات الصحية.^[77]

يمكن أن يُساعد إنترنت الأشياء في دمج عمليات الاتصال والتحكم ومعالجة المعلومات عبر مُختلف أنظمة النقل. ويتجلى ذلك في تطبيقه الشامل على كافة مكونات النظام النقلي، بدءًا من المركبة نفسها وصولًا إلى البنية التحتية والسائق أو المستخدم.^[78] ومن ثَمَّ، يتيح التفاعل الديناميكي بين هذه المكونات تحقيق اتصال فعال بين المركبات وداخلها، فضلًا عن تمكين التحكم الذكي في حركة المرور، وإدارة مواقف السيارات بفاعلية، وتطبيق أنظمة تحصيل الرسوم الإلكترونية، وتحسين الخدمات اللوجستية، وإدارة الأسطول، فضلًا عن تعزيز السلامة والتحكم في المركبات وتقديم خدمات المساعدة على الطريق.^[79][80]

في أنظمة اتصالات المركبات، يتألف الاتصال بين المركبة وكل ما يحيط بها (V2X) من ثلاثة أركان أساسية: الاتصال بين المركبات ذاتها (V2V)، والاتصال بين المركبات والبنية التحتية للطريق (V2I)، والاتصال بين المركبات والمشاة (V2P). ويُعد نظام V2X بمثابة اللبنة الأولى في مسار التحول نحو القيادة الذاتية وإقامة بنية تحتية ذكية للطرق.^[81]

يمكن توظيف أجهزة إنترنت الأشياء في رصد وتسيير الأنظمة الميكانيكية والكهربائية والإلكترونية المستعملة في شتى أنواع المباني (كالمباني العامة والخاصة والصناعية والمؤسساتية والسكنية) ^[22] ضمن أنظمة التشغيل الآلي للمنازل والمباني. وفي هذا الإطار، تتناول الدراسات ثلاثة محاور رئيسية:^[82]

• دمج الإنترنت مع أنظمة إدارة طاقة المباني لإنشاء “مباني ذكية” موفرة للطاقة وقائمة على إنترنت الأشياء.^[23]
• الوسائل المُمكنة للمراقبة اللحظية لتقليل استهلاك الطاقة ^[51] ومراقبة سلوكيات شاغلي المباني.^[23]
• دمج الأجهزة الذكية في البيئة العمرانية وكيف استثمارها في التطبيقات المُستقبلية.^[23]

ويُعرف أيضًا باسم إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT)، حيث تكتسب أجهزة إنترنت الأشياء الصناعية البيانات من المعدات المتصلة وتحللها، فضلًا عن تكنولوجيا العمليات (OT) والمواقع والأفراد. وبالتعاون مع أجهزة مراقبة تكنولوجيا العمليات (OT)، يساعد إنترنت الأشياء الصناعي على تنظيم ومراقبة الأنظمة الصناعية.^[83] كما يمكن تطبيق نفس التنفيذ لتحديث السجلات الآلي لمواقع الأصول في وحدات التخزين الصناعية، حيث يمكن أن تختلف أحجام الأصول من برغي صغير إلى قطع غيار كاملة للمحرك، وقد يؤدي سوء وضع هذه الأصول إلى خسارة الوقت والجهد والمال.

إنترنت الأشياء قادر على ربط أجهزة التصنيع المتنوعة والمزودة بقدرات استشعار، وتحديد، ومعالجة، وتواصل، وتشغيل، وشبكية.^[84] يتيح ذلك التحكم في الشبكة وإدارة معدات التصنيع، وإدارة الأصول والمخزون، أو التحكم في عمليات التصنيع نفسها، مما يفتح آفاقًا واسعة أمام التطبيقات الصناعية والتصنيع الذكي.^[85] تتيح أنظمة إنترنت الأشياء الذكية تحقيق سرعة في التصنيع وتحسين المنتجات الجديدة والاستجابة السريعة لمتطلبات السوق المتغيرة.^[22]

تندرج أنظمة التحكم الرقمية المسؤولة عن أتمتة عناصر التحكم في العمليات وأدوات المشغل وأنظمة معلومات الخدمة، والتي تهدف إلى تعزيز سلامة وأمان المصنع، ضمن نطاق إنترنت الأشياء الصناعي (IIoT).^[86] يمكن أيضًا تطبيق مبادئ إنترنت الأشياء على إدارة الأصول من خلال الصيانة التنبؤية، والتقييم الإحصائي، والقياسات الدقيقة، مما يساهم في زيادة الموثوقية إلى أقصى حد.^[87] يمكن دمج أنظمة الإدارة الصناعية مع الشبكات الذكية، مما يتيح تحسين كفاءة الطاقة. وتوفر الأجهزة الاستشعار المتصلة بالشبكة مجموعة واسعة من البيانات القيمة التي يمكن استخدامها في القياسات، والتحكم الآلي، وتحسين عمليات المصنع، وإدارة الصحة والسلامة، وغيرها من الوظائف.^[22] ولا يقتصر استخدام إنترنت الأشياء على التصنيع العام، بل يمتد إلى عمليات تصنيع البناء أيضاً.^[88]

هناك العديد من تطبيقات إنترنت الأشياء في الزراعة ^[89] مثل جمع البيانات عن درجة الحرارة، وهطول الأمطار، والرطوبة، وسرعة الرياح، وتفشي الآفات، ومحتوى التربة. يمكن استخدام هذه البيانات لأتمتة تقنيات الزراعة، واتخاذ قرارات مستنيرة لتحسين الجودة والكمية، وتقليل المخاطر والهدر، وتقليل الجهد اللازم لإدارة المحاصيل. على سبيل المثال، يمكن للمزارعين الآن مراقبة درجة حرارة التربة ورطوبتها عن بُعد، وحتى تطبيق البيانات التي تم الحصول عليها من إنترنت الأشياء على برامج التسميد الدقيقة.^[90] الهدف العام هو أن البيانات من أجهزة الاستشعار، إلى جانب معرفة المزارع وحدسه بشأن مزرعته، يمكن أن تُساعد في زيادة إنتاجية المزرعة، وكذلك في تقليل التكاليف.

في أغسطس 2018 شرعت شركة تويوتا تسوشو في شراكة مع شركة مايكروسوفت لتطوير أدوات حديثة لتربية الأسماك. واستندت هذه الشراكة على منصة مايكروسوفت أزور السحابية، التي استُخدمت في تطوير مجموعة من التطبيقات المبتكرة لإدارة الموارد المائية في مزارع الأسماك. وقد شارك باحثون من جامعة كينداي في تطوير آليات ضخ المياه، مستعينين بالذكاء الاصطناعي لتحليل بيانات حركة الأسماك على أحزمة النقل.^[91] وبهذه الطريقة، تمكن الباحثون من تقدير أعداد الأسماك بدقة وتحليل كفاءة تدفق المياه بناءً على البيانات التي جمعوها.

يُعد مشروع “فارم بيتس” التابع لمايكروسوفت ريسيرش مثالًا آخر على تطبيقات الزراعة الذكية التي تعتمد على تقنيات السحابة.^[92] حيث يستخدم هذا المشروع الترددات التلفزيونية غير المستغلة لتوصيل البيانات من المزارع إلى الشبكات السحابية. وقد أصبح هذا المشروع متاحًا الآن عبر منصة مايكروسوفت أزور.^[93]

أصبحت أجهزة إنترنت الأشياء تُستخدم لمراقبة بيئات وأنظمة القوارب واليخوت.^[94] تُترك العديد من قوارب الترفيه دون مراقبة لأيامٍ في الصيف، ولأشهرٍ في الشتاء، لذا فإن هذه الأجهزة توفر تنبيهات مبكرة قيمة بشأن الفيضانات والحرائق وانخفاض شحن البطاريات. يُمكن استخدام شبكات البيانات العالمية مثل سيغفوكس، إلى جانب البطاريات طويلة العمر ودوائر الميكروإلكترونيات، لمراقبة غرف المحركات والمجاري والبطاريات باستمرار، وإرسال التقارير إلى تطبيقات أندرويد وآبل المتصلة، على سبيل المثال.

تُعتبر مراقبة والتحكم في عمليات البنية التحتية الحضرية والريفية المستدامة، مثل الجسور، ومسارات السكك الحديدية، ومزارع الرياح على اليابسة وفي البحر، من التطبيقات الرئيسية لإنترنت الأشياء. يمكن استخدام بنية إنترنت الأشياء لمراقبة أي أحداث أو تغييرات في الظروف الهيكلية التي قد تؤثر على السلامة وتزيد من المخاطر.^[66] يمكن أن تستفيد صناعة البناء من إنترنت الأشياء من خلال توفير التكاليف، وتقليل الوقت، وتحسين جودة العمل، وإلغاء الورق، وزيادة الإنتاجية. يساعد ذلك في اتخاذ قرارات أسرع وتوفير المال من خلال تحليل البيانات في الوقت الفعلي. كما يمكن استخدامه في جدولة أنشطة الإصلاح والصيانة بكفاءة من خلال تنسيق المهام بين مختلف مقدمي الخدمات والمستخدمين لهذه المرافق.^[22] يمكن أيضًا استخدام أجهزة إنترنت الأشياء للتحكم في البنية التحتية الحيوية مثل الجسور لتوفير الوصول إلى السفن. من المحتمل أن يؤدي استخدام أجهزة إنترنت الأشياء لمراقبة وتشغيل البنية التحتية إلى تحسين إدارة الحوادث وتنسيق الاستجابة للطوارئ، وكذلك تحسين جودة الخدمة، وزيادة أوقات التشغيل، وتقليل تكاليف التشغيل في جميع مجالات البنية التحتية.^[95] حتى مجالات مثل إدارة النفايات يمكن أن تستفيد من هذه التكنولوجيا.^[96]

تُنفذ حاليًا العديد من المشاريع الطموحة على نطاق واسع لتطبيق تقنيات إنترنت الأشياء، بهدف الارتقاء بإدارة المدن والبنى التحتية. ومن الأمثلة البارزة على ذلك، مدينة سونغدو في كوريا الجنوبية التي تُعتبر رائدة في مجال المدن الذكية. وبالرغم من أنها لا تزال قيد الإنشاء، فقد بلغت نسبة الإنجاز في المنطقة التجارية حوالي 70% بحلول يونيو عام 2018. وتتميز هذه المدينة بتصميمها المستقبلي الذي يعتمد على الأتمتة الشاملة، مع تقليل الحاجة إلى التدخل البشري إلى أدنى حد ممكن.^[97]

في عام 2014 شهدت مدينة شنت أندر الإسبانية مشروعًا مماثلاً، حيث تبنت نهجًا متكاملًا لتطبيق تقنيات إنترنت الأشياء. وقد حققت هذه المدينة، التي يبلغ عدد سكانها 180 ألف نسمة، نجاحًا ملحوظًا في هذا المجال، حيث شهد تطبيقها الخاص بأجهزة الهواتف الذكية 18 ألف تحميلًا. ويتصل هذا التطبيق بشبكة تضم 10 ألف جهاز استشعار، مما يوفر مجموعة واسعة من الخدمات الذكية مثل تحديد مواقف السيارات ورصد المؤشرات البيئية. وتستفيد هذه المدينة من البيانات التي تجمعها هذه الأجهزة لتعزيز تجربة المتسوقين من خلال تقديم عروض خاصة مخصصة، وذلك بناءً على سلوكياتهم داخل المدينة. ويهدف هذا النهج إلى تحقيق أقصى استفادة من كل تفاعل مع المستخدم.^[98]

من الأمثلة الأخرى على المشاريع واسعة النطاق التي تُنفذ حاليًا أو من المخطط تنفيذها قريبًا مدينة المعرفة الصينية السنغافورية في غوانغجو، والتي تهدف إلى تعزيز التعاون الثقافي والمعرفي بين البلدين.^[99] كما تشمل هذه الأمثلة الجهود المبذولة في سان خوسيه، كاليفورنيا، لتحسين جودة الهواء والماء، والحد من التلوث الضوضائي، وزيادة كفاءة النقل.^[100] وفي سنغافورة طُبقت أنظمة ذكية لإدارة حركة المرور في المنطقة الغربية.^[101]

وباستخدام تقنية الوصول العشوائي متعدد الطور (RPMA)، بنت شركة إنجينيوم – ومقرها سان دييغو – شبكة وطنية واسعة النطاق لنقل البيانات منخفضة التردد.^[102] وتعمل هذه الشبكة، المعروفة باسم “شبكة الآلات”، على نفس تردد 2.4 جيجاهرتز المستخدم في شبكات الواي فاي، وتغطي أكثر من ثلث سكان الولايات المتحدة عبر 35 مدينة رئيسية، من بينها سان دييغو ودالاس.^[103]

شرعت الشركة الفرنسية “سيجفوكس” في عام 2014 في بناء شبكة اتصالات لاسلكية ذات نطاق ضيق للغاية في منطقة خليج سان فرانسيسكو، لتكون بذلك أولى الشركات التي تنفذ مثل هذا المشروع على الأراضي الأمريكية.^[104][105] وقد أعلنت الشركة لاحقًا عن عزمها على إقامة أربعة آلاف محطة قاعدة لتغطي 30 مدينة أمريكية بحلول نهاية عام 2016، مما يجعلها أكبر مزود لخدمات إنترنت الأشياء في البلاد حتى تلك اللحظة.^[106][107]

تشارك شركة سيسكو بدورها في مشاريع المدن الذكية. فقد قامت الشركة بنشر تقنيات متطورة تشمل شبكات واي فاي الذكية، وأنظمة الأمن والسلامة الذكية، والإضاءة الذكية، ومواقف السيارات الذكية، والنقل الذكي، ومحطات الحافلات الذكية، والأكشاك الذكية، والخدمات الحكومية عن بعد، والتعليم الذكي في منطقة تمتد لمسافة 5 كيلومتر (3.1 ميل) في مدينة فيجايوادا الهندية.^[108][109]

مثال آخر على انتشار هذه التكنولوجيا يتجسد في المشروع الذي أتمته شركة “نيويورك ووتروايز” في مدينة نيويورك، والذي يهدف إلى ربط جميع سفن المدينة وتمكين مراقبتها على مدار الساعة. وقد صممت هذه الشبكة وهندستها شركة فلويدميش نيتوركس، وهي شركة متخصصة في تطوير الشبكات اللاسلكية ذات التطبيقات الحيوية ومقرها شيكاغو. تغطي شبكة “نيويورك ووتروايز” حاليًا نهر هدسون والنهر الشرقي، وخليج نيويورك العلوي. بفضل هذه الشبكة اللاسلكية، أصبحت شركة “نيويورك ووتروايز” قادرة على إدارة أسطولها وركابها بطريقة لم تكن ممكنة سابقًا. وتشمل التطبيقات المحتملة لهذه الشبكة: تعزيز الأمن، وإدارة الطاقة والأسطول بكفاءة، وتوفير خدمات الإشارات الرقمية والواي فاي العام، وإدارة تذاكر الركوب بشكل رقمي.^[110]

تتزايد أعداد الأجهزة المنزلية والصناعية المُتصلة بالإنترنت، والتي تشمل المصابيح والأجهزة الكهربائية والمحركات والمضخات وغيرها. هذه الأجهزة، بفضل اتصالها بالشبكة، قادرة على التواصل مع شركات المرافق. لا يقتصر دور هذا التواصل على تحقيق التوازن في توليد الطاقة فحسب، بل يتعداه إلى تحسين كفاءة استهلاك الطاقة بشكل عام.^[22] تُتيح هذه الأجهزة للمستخدمين التحكم بها عن بُعد عبر واجهات سحابية، مما يسمح بجدولة تشغيلها وإيقافها، كالتحكم في أنظمة التدفئة والإضاءة والأفران. وبالتالي، فإنها تُمكّن من إدارة استهلاك الطاقة بشكل أكثر فعالية.^[22]

تُعتبر الشبكة الذكية تطبيقًا عمليًا لإنترنت الأشياء في قطاع الطاقة. فهي تجمع البيانات المتعلقة بالطاقة والقوة من مختلف الأجهزة المتصلة، وتُعالجها لتحسين كفاءة إنتاج وتوزيع الكهرباء.^[111] باستخدام بنية تحتية متقدمة للقياس (AMI) تستطيع شركات الكهرباء جمع البيانات من المستخدمين النهائيين وإدارة الأجهزة المتصلة بالشبكة الكهربائية مثل المحولات. وهذا بدوره يساهم في تحسين أداء الشبكة الكهربائية وتلبية احتياجات المستهلكين بشكل أفضل.^[22]

تستعين تطبيقات إنترنت الأشياء في مجال مراقبة البيئة بجُملة من المستشعرات المتطورة التي تسهم بشكل فعال في حماية البيئة.^[112] فمن خلال هذه المستشعرات، يمكن رصد جودة الهواء والماء وتغيرات الغلاف الجوي وخصائص التربة بدقة عالية.^[113] ولا يقتصر الأمر على ذلك، بل تمتد هذه التطبيقات لتشمل مراقبة حركة الكائنات الحية البرية وموائلها الطبيعية.^[114] وقد أتاح تطوير الأجهزة المتصلة بالإنترنت والتي تعمل بكفاءة عالية على توفير تطبيقات أخرى ذات أهمية قصوى،^[115] مثل أنظمة الإنذار المبكر بالزلازل أو التسونامي، مما يمكن خدمات الطوارئ من تقديم استجابة أسرع وأكثر فعالية في حالات الطوارئ.^[22][116]

تتميز أجهزة إنترنت الأشياء المستخدمة في هذا المجال بقدرتها على تغطية مساحات جغرافية واسعة، وقد تكون متحركة لتتبع التغيرات البيئية بدقة أكبر.^[117] وقد أجمع الخبراء على أن المعايير التي يفرضها إنترنت الأشياء على أجهزة الاستشعار اللاسلكية ستحدث نقلة نوعية في هذا المجال، وستساهم في تطوير حلول مبتكرة لمواجهة التحديات البيئية.^[118][119]

مثال آخر على دمج إنترنت الأشياء هو “المختبر الحي” أو “المعمل الحي” الذي يجمع بين البحث والابتكار، مُنشئًا شراكة فريدة تجمع بين القطاع العام والخاص والمجتمع.^[120] بين عامي 2006 و2024، ظهر أكثر من 440 معملًا حيًا (على الرغم من أن بعضها قد توقف عن العمل).^[121] تستعين هذه المعامل بإنترنت الأشياء لتسهيل التعاون وتبادل المعرفة بين مختلف الأطراف، مما يسهم في ابتكار منتجات وتقنيات جديدة بشكل جماعي.^[122][123]

لكي تتمكن الشركات من تطوير خدمات إنترنت الأشياء وتطبيقها في المدن الذكية، تحتاج إلى حوافز تشجعها على ذلك.^[124] تلعب الحكومات دورًا محوريًا في هذا الصدد، حيث إن تغييراتها في السياسات تساهم بشكل كبير في تمكين المدن من تبني حلول إنترنت الأشياء التي تعزز الكفاءة والفعالية في استخدام الموارد. ومن الأمثلة على هذه الحوافز التي تقدمها الحكومات: التخفيضات الضريبية والإيجارات المعقولة، وتحسين وسائل النقل العام، وتوفير بيئة محفزة للابتكار تسمح للشركات الناشئة والشركات الإبداعية والشركات متعددة الجنسيات بالتعاون المشترك، وتشارك البنية التحتية وسوق العمل، والاستفادة من التقنيات المحلية، وتحسين عمليات الإنتاج وتكاليف المعاملات.^[55][125]

إنترنت الأشياء العسكرية (IoMT) هو تطبيق عملي لتقنيات إنترنت الأشياء في ميدان القتال، بهدف تعزيز قدرات الاستطلاع والمراقبة وتحقيق الأهداف القتالية. ويتأثر هذا المجال تأثرًا بالغًا بالتطورات المتوقعة في طبيعة الحروب المستقبلية، خاصة في البيئات الحضرية. ويتضمن هذا التطبيق مجموعة واسعة من التقنيات الذكية، مثل أجهزة الاستشعار المتنوعة، والذخائر الموجهة، والمركبات الجوية والبرية غير المأهولة، والروبوتات المتقدمة، والأجهزة البيومترية القابلة للارتداء، وغيرها الكثير من الأنظمة التي تساهم في تحقيق التفوق في ساحة المعركة.^[126]

ومن الأمثلة البارزة على تطبيقات إنترنت الأشياء العسكرية نظام “Xaver 1000” المتطور، الذي طورته شركة “كاميرو تك” الإسرائيلية. يعتمد هذا النظام على أحدث التقنيات في مجال تصوير الأجسام خلف الجدران، حيث يستخدم رادار الموجات المليمترية الذي يعمل بترددات عالية جداً. ويتميز النظام بقدرته على تتبع الأهداف المتحركة بدقة عالية، وذلك بفضل اعتماد على تقنيات الذكاء الاصطناعي المتقدمة. كما يوفر النظام صورًا ثلاثية الأبعاد عالية الدقة للأجسام الموجودة خلف الحواجز، مما يمنح القوات المسلحة ميزة استخباراتية هائلة.^[127]

إنترنت الأشياء في ساحة المعركة هو مشروع بدأه ونفذه مختبر أبحاث الجيش الأمريكي (ARL) يسعى لاستغلال إمكانات “إنترنت الأشياء” في ميدان المعركة، وذلك بهدف تعزيز قدرات الجنود وتزويدهم بأدوات تكنولوجية متقدمة. يركز هذا المشروع البحثي على دراسة الأسس العلمية لتقنيات إنترنت الأشياء، وتطبيقها في البيئات القتالية.^[128] في عام 2017 أُسس “التحالف البحثي التعاوني لإنترنت الأشياء في ساحة المعركة” (IoBT-CRA). يهدف هذا التحالف إلى بناء شراكة وثيقة بين الصناعة والأوساط الأكاديمية وباحثين الجيش، وذلك لتطوير النظريات والتطبيقات العملية لتقنيات إنترنت الأشياء في المجال العسكري. من خلال هذا التحالف، يسعى الباحثون إلى وضع اللبنات الأساسية لتقنيات المستقبل التي ستحدث ثورة في طرق تنفيذ العمليات العسكرية.^[129][130]

مشروع “محيط الأشياء” هو برنامج تقوده وكالة مشاريع البحوث المتقدمة الدفاعية الأمريكية (داربا) مصمم لإقامة شبكة إنترنت للأشياء عبر مساحات واسعة من المحيطات بهدف جمع ومراقبة وتحليل بيانات النشاط البيئي والسفني. ينطوي المشروع على نشر حوالي 50,000 طوفًا تستوعب مجموعة أجهزة استشعار سلبية تكشف وتتبع السفن العسكرية والتجارية بشكل مستقل كجزء من شبكة قائمة على السحابة.^[131]

تتعدد تطبيقات التغليف الذكي أو النشط، حيث يتم طبع رمز الاستجابة السريعة (QR Code) أو علامة الاتصال قريب المدى (NFC) على المنتج أو عبوته. هذه العلامات، وإن كانت سلبية في ذاتها، إلا أنها تحمل معرفًا فريدًا (عادة ما يكون عنوانًا إلكترونيًا) يتيح للمستخدم، عبر هاتفه الذكي، ^[132] الوصول إلى محتوى رقمي خاص بالمنتج.^[133]

رغم عدم تصنيف هذه العناصر ضمن نطاق إنترنت الأشياء بصورة صارمة، إلا أنها تشكل حافزًا للتفاعلات الرقمية. وقد صُوغ مصطلح “إنترنت التعبئة والتغليف” لوصف التطبيقات التي تعتمد على هذه المعرفات الفريدة في أتمتة سلاسل التوريد، حيث يجري مسحها على نطاق واسع من قبل المستهلكين للوصول إلى محتوى رقمي.^[134]

يمكن التحقق من صحة هذه المعرفات الفريدة، وبالتالي من المنتج نفسه، عبر “علامة مائية رقمية حساسة للنسخ” أو “نمط كشف النسخ” عند مسح رمز الاستجابة السريعة.^[135] كما يمكن لعلامات الاتصال قريب المدى أن تشفر الاتصالات لضمان الأمان.^[136]

من أبرز الاتجاهات البارزة في تكنولوجيا إنترنت الأشياء في السنوات الأخيرة هو التزايد المطرد في عدد الأجهزة المتصلة بالشبكة العنكبوتية والقابلة للتحكم عن بعد.^[137] تتباين تطبيقات هذه التكنولوجيا تفاوتًا واسعًا، مما يترتب عليه تنوع في الخصائص الفنية للأجهزة، إلا أنها تتشارك في بعض السمات الجوهرية.

تُتيح تكنولوجيا إنترنت الأشياء آفاقًا أوسع لاندماج العالم المادي مع النظم الحاسوبية بشكل مباشر،^[138] مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة وتحقيق مكاسب اقتصادية،^[139] وتقليل الاعتماد على الجهد البشري.^[140][141] وقد أشارت شركة (IoT Analytics) وهي شركة أبحاث تحليلية متخصصة في إنترنت الأشياء إلى وجود 16.6 مليار جهاز على الأقل متصل بتكنولوجيا إنترنت الأشياء في عام 2023. وفي عام 2020 توقعت نفس الشركة وصول عدد الأجهزة المتصلة إلى 30 مليار جهاز بحلول عام 2025. وحتى أكتوبر 2024 بلغ عدد الأجهزة المتصلة حوالي 17 مليار جهاز.^{[142][143][144]}

لم يكن الذكاء المحيطي والتحكم الذاتي جزءًا أساسيًا من مفهوم إنترنت الأشياء في بداياته. كما أن هذين المفهومين لا يعتمدان بالضرورة على بنية الإنترنت. ومع ذلك هناك تحول ملحوظ في الأبحاث، تقوده شركات كبرى مثل إنتل، نحو دمج مفهومي إنترنت الأشياء والتحكم الذاتي. تشير النتائج الأولية إلى أن الأشياء نفسها هي المحرك الأساسي وراء تطور ما يسمى بـ “إنترنت الأشياء المستقل”.^[145]

ومن أبرز الأساليب المستخدمة في هذا المجال هو “التعلم المعزز العميق”، حيث تُوفر مُعظم أنظمة إنترنت الأشياء بيئة ديناميكية تتفاعل فيها الأجهزة.^[146] لا يمكن تدريب الأجهزة على التصرف بذكاء في مثل هذه البيئة باستخدام خوارزميات التعلم الآلي التقليدية مثل التعلم المُشرف. أما بالاعتماد على نهج التعلم المعزز، فيمكن للجهاز استشعار حالة البيئة المحيطة (مثل درجة حرارة الغرفة)، ثم اتخاذ إجراءات (كتشغيل أو إيقاف نظام التدفئة والتبريد)، ويتعلم من خلال زيادة المكافآت المتراكمة التي يحصل عليها على المدى الطويل.

يُمكن تقسيم ذكاء إنترنت الأشياء إلى ثلاثة مستويات أساسية: أجهزة إنترنت الأشياء نفسها، وعقد الحافة (Edge) أو الضبابية (Fog)، والحوسبة السحابية.^[147] وتتوقف الحاجة إلى اتخاذ قرارات ذكية والتحكم الفوري في كل مستوى على مدى حساسية التطبيق لمرور الوقت. فعلى سبيل المثال، تتطلب السيارات ذاتية القيادة القدرة على اكتشاف العقبات في الوقت الفعلي لتجنب الحوادث، وهو أمر يستحيل تحقيقه عن طريق نقل البيانات إلى السحابة ثم انتظار استجابة. لذا، يجب أن تتم جميع العمليات الحسابية والتحليلية داخل السيارة نفسها.

يمثل دمج خوارزميات التعلم الآلي المتقدمة، مثل التعلم العميق، في أجهزة إنترنت الأشياء مجالًا بحثيًا واعدًا يسعى لجعل الأجهزة أكثر ذكاءً واستقلالية. كما يمكن الاستفادة القصوى من أنظمة إنترنت الأشياء من خلال تحليل البيانات الضخمة التي تجمعها هذه الأجهزة، واستخراج المعلومات الكامنة فيها، والتنبؤ بالقرارات الأمثل. وقد تم تطبيق مجموعة واسعة من تقنيات التعلم الآلي في هذا المجال، بدءًا من الطرق التقليدية مثل الانحدار والآلات الداعمة للنماذج والغابات العشوائية، ووصولًا إلى الطرق المتقدمة مثل الشبكات العصبية التلافيفية وشبكات الذاكرة القصيرة المدى المطولة، والمشفرات التلقائية المتغيرة.^[58][148]

في المستقبل، قد يتحول إنترنت الأشياء إلى شبكة مفتوحة غير قابلة للتوقع، تتفاعل فيها كيانات ذكية ذاتية التنظيم، كخدمات الويب ومكونات البنية الخدمية، وأشياء افتراضية كالصور الرمزية. ستتمكن هذه الكيانات من العمل بشكل مستقل، ساعيةً إلى أهدافها الخاصة أو المشتركة، وذلك تبعًا للسياق والظروف البيئية. يعتمد هذا السلوك المستقل على جمع ومعالجة معلومات السياق، وقدرة هذه الكيانات على اكتشاف التغيرات البيئية، مثل أعطال أجهزة الاستشعار، واتخاذ الإجراءات التصحيحية اللازمة. ويعد هذا الاتجاه البحثي محورًا أساسيًا، ^[149] وهو أمر ضروري لضمان مصداقية تقنية إنترنت الأشياء. تستخدم المنتجات والحلول الحالية لإنترنت الأشياء مجموعة متنوعة من التقنيات لدعم هذا الأتمتة الذكية، إلا أن هناك حاجة إلى تطوير أنماط ذكاء أكثر تعقيدًا لتسهيل نشر أجهزة الاستشعار والنظم المادية الذكية في البيئات الواقعية.^[150]

تتألف هندسة نظام إنترنت الأشياء، في أبسط صورها، من ثلاث طبقات:^[151]

• الطبقة الأولى: طبقة الأجهزة: تشمل هذه الطبقة الأجسام المادية المتصلة بالشبكة والتي تعرف بـ “الأشياء”. تتضمن هذه الأجسام مجموعة واسعة من المستشعرات والمشغلات التي تتواجد في مختلف معدات إنترنت الأشياء. تتواصل هذه الأجهزة مع الطبقة التالية باستخدام مجموعة متنوعة من البروتوكولات، مثل مودباس، وبلوتوث، وزيجبي، بالإضافة إلى بروتوكولات خاصة مصممة لتلبية متطلبات تطبيقات محددة.^[61]
• الطبقة الثانية: طبقة بوابةالحافة: تعمل بوابات الحافة كوسيط بين الأجهزة والطبقة السحابية. تقوم هذه البوابات بجمع البيانات الخام من المستشعرات وإجراء معالجة أولية لها. كما توفر وظائف أمنية لضمان سلامة البيانات أثناء نقلها إلى السحابة.^[61] تستخدم بوابات الحافة مجموعة متنوعة من التقنيات لتحقيق هذه الأهداف، بما في ذلك WebSockets ومركز الأحداث. وفي بعض الحالات، قد تقوم بوابات الحافة بتنفيذ عمليات تحليلية محلية أو حوسبة ضبابية لتقليل الحاجة إلى نقل كميات كبيرة من البيانات إلى السحابة. بالإضافة إلى ذلك، توفر بوابات الحافة واجهة موحدة للطبقات العليا، مما يسهل عملية إدارة النظام بأكمله.^[61]
• الطبقة الثالثة: طبقة السحابة: تمثل الطبقة السحابية الجزء العلوي من النظام، حيث يتم تخزين وتحليل البيانات التي تم جمعها من الأجهزة. تستخدم تطبيقات السحابية هندسة الخدمات الدقيقة، وهي نهج تصميم يعتمد على بناء تطبيقات من مجموعة من الخدمات الصغيرة المستقلة. تتميز هذه الخدمات بأنها متعددة اللغات وآمنة، وتستخدم بروتوكولات مثل HTTPS وOAuth لضمان حماية البيانات.^[152] يتم تخزين البيانات في قواعد بيانات متنوعة، بما في ذلك قواعد البيانات المتسلسلة الزمنية ومخازن الأصول. تتميز الطبقة السحابية بوجود نظام انتظار للأحداث والرسائل، والذي يلعب دورًا حاسمًا في معالجة الاتصالات التي تحدث بين الطبقات المختلفة.^[153]

شبكة ويب الأشياء هي تطوير قائم على مفهوم إنترنت الأشياء، إذ تمثل بنية تحتية لطبقة التطبيقات الخاصة بإنترنت الأشياء. تهدف هذه الشبكة إلى دمج البيانات المتأتية من أجهزة إنترنت الأشياء في تطبيقات الويب، مما يفتح آفاقًا جديدة للاستخدامات المبتكرة. ولبرمجة وتسيير تدفق المعلومات في بيئة إنترنت الأشياء، قُدِمَ نهج معماري يُسمى “إدارة العمليات في كل مكان” (BPM Everywhere). هذا النهج يجمع بين مبادئ إدارة العمليات التقليدية وتقنيات استخراج المعرفة من العمليات (Process Mining)، مع توفير قدرات خاصة لأتمتة التحكم في أعداد كبيرة من الأجهزة المتزامنة.

يتطلب إنترنت الأشياء سعةً واسعة للتوسع في البنية التحتية الشبكية لمواكبة الزيادة المضطردة في عدد الأجهزة المتصلة.^[154] ويمكن توظيف بروتوكول “6LoWPAN” من إعدادات عمل الإنترنت (IETF) لربط هذه الأجهزة بشبكات بروتوكول الإنترنت.^[155] ومع انضمام مليارات الأجهزة إلى الشبكة العنكبوتية، سيضطلع بروتوكول الإنترنت الإصدار السادس بدور محوري في التعامل مع قابلية التوسع على مستوى الشبكة. كما يمكن لبروتوكولات أخرى مثل بروتوكول التطبيقات المقيدة من إعدادات عمل الإنترنت و”زيرو إم كيو” وإم كيو تي تي أن توفر نقلًا خفيفًا للبيانات. وفي الحقيقة، غالبًا ما تختفي مجموعات من أجهزة إنترنت الأشياء وراء عقد بوابة ولا تمتلك عناوين شبكية فريدة. ولا يعدّ تحقيق رؤية شاملة بجميع الأشياء المتصلة ضروريًا في معظم التطبيقات، إذ تكفي ربط البيانات على مستوى أعلى.

وتُعد الحوسبة الضبابية بديلًا مناسبًا لتجنب تدفق كميات هائلة من البيانات عبر الشبكة. وتمتاز أجهزة الحافة بقدرة محدودة جدًا على التحليل ومعالجة البيانات.^[156] وتُعد هذه القدرة المحدودة سمة أساسية في أجهزة إنترنت الأشياء، إذ تكمن مهمتها في توفير البيانات عن الأشياء المادية مع المحافظة على استقلاليتها. وتتطلب العمليات الحسابية المكثفة استهلاكًا أكبر للطاقة، مما يؤثر سلبًا على قدرة أجهزة إنترنت الأشياء على العمل بشكل مستدام. وتُعد قابلية التوسع أمرًا سهلًا لأن أجهزة إنترنت الأشياء تقوم ببساطة بتوفير البيانات عبر الشبكة إلى خادم يتمتع بقدرة حسابية كافية.^[157]

إنترنت الأشياء اللامركزي هو تطوير حديث لمفهوم إنترنت الأشياء التقليدي، حيث يتم اعتماد الحوسبة الضبابية كحل بديل للتعامل مع الطلبات المتزايدة للأجهزة المتصلة وتوزيع الأحمال الحسابية على خوادم السحابة. الهدف الأساسي من هذا النهج هو تخفيف العبء عن الخوادم المركزية وتحسين استجابة التطبيقات التي تتطلب زمن استجابة قصير للغاية، مثل أنظمة مراقبة العلامات الحيوية للمرضى، وتطبيقات الاتصال بين المركبات ذاتية القيادة، وأنظمة الكشف عن الأعطال في الأجهزة الصناعية.^[158] يظهر هذا التحسين بشكل خاص في الأنظمة الضخمة التي تضم ملايين العقد المتصلة.^[159]

في نموذج إنترنت الأشياء التقليدي، يتم توجيه الاتصالات عبر شبكة مركزية، حيث تتخذ عقدة رئيسية مركزية كافة القرارات المتعلقة بجمع البيانات وتخزينها ونقلها.^[160][161] على عكس ذلك، يسعى إنترنت الأشياء اللامركزي إلى تقسيم النظام إلى وحدات أصغر،^[162] حيث يتم تفويض جزء من صلاحيات اتخاذ القرار إلى عقد فرعية في المستويات الدنيا وفقًا لسياسات محددة مسبقًا.^[163]

تهدف بعض الحلول المقترحة في مجال إنترنت الأشياء اللامركزي إلى التغلب على تحديات محدودية النطاق الترددي وقلة الطاقة في الأجهزة التي تعمل بالبطاريات أو الأجهزة اللاسلكية من خلال الاستفادة من تقنيات سلسلة الكتل.^{[164][165][166]}

في الأنظمة شبه المنغلقة أو المنغلقة، كالأنظمة المتكاملة التي تصل إلى نطاق عالمي، يُنظر إلى إنترنت الأشياء غالبًا على أنه نظام معقد. يعود ذلك إلى تعدد الروابط المتشابكة وتفاعل الكيانات المستقلة فيه، فضلًا عن قدرته على استيعاب كيانات جديدة.^[167] أما في الأنظمة المفتوحة بالكامل، فيُحتمل أن يُعتبر بيئة فوضوية تسعى الأنظمة فيها غالبًا إلى غايات محددة.

ومن الناحية التطبيقية، لا تعمل كل عناصر إنترنت الأشياء في فضاء عام وواسع. غالبًا ما تُنشأ أنظمة فرعية لتقليل مخاطر الخصوصية والسيطرة وضمان الموثوقية. فعلى سبيل المثال، تقتصر مشاركة بيانات الروبوتات المنزلية الذكية العاملة ضمن منزل ذكي على الشبكة المحلية، ولا تتجاوز إلى الإنترنت العام.^[168]

تُعد إدارة وتحكم الشبكات الديناميكية للأجهزة المتصلة بالإنترنت عشوائيًا مهمة شاقة باستخدام البنية الشبكية التقليدية. وتُقدم الشبكات المعرفة بالبرمجيات حلًا مرنًا وديناميكيًا قادرًا على تلبية متطلبات التنوع الواسع في تطبيقات إنترنت الأشياء المبتكرة.^[169][170]

لا يزال حجم شبكة الأشياء المتصلة بالإنترنت غير محدد بدقة، إذ تُذكر أعدادًا بالبلايين بل وبالتريليونات في مستهلّ المقالات المتعلقة بهذا المجال. فعلى سبيل المثال، بلغ عدد الأجهزة الذكية في المنازل عام 2015 نحو 83 مليون جهاز، ومن المتوقع أن يرتفع هذا العدد ليصل إلى 193 في عام 2020.^[50][171] كما شهد عدد الأجهزة المتصلة بالشبكة الرقمية زيادة بنسبة 31% بين عامي 2016 و2017، ليبلغ 8.4 مليار جهاز.^[172]

في سياق إنترنت الأشياء، قد تكون دقة تحديد الإحداثيات الجغرافية للأجهزة عاملًا حاسماً.^[173] في الماضي، كانت معلومات الموقع الزماني والمكاني للأجهزة أقل دقة، حيث كان يمكن للمحلل البشري تقييم أهمية هذه المعلومات لاتخاذ القرار المناسب وتكميلها عند الحاجة. ومع ذلك، تتطلب بعض أجهزة إنترنت الأشياء، مثل المستشعرات، معرفة دقيقة بموقعها، نظرًا لأهمية هذا العنصر في تحليل البيانات التي تجمعها.^[174]

تتيح تطبيقات مثل “جيو ويب” و”ديجتال إرث” إمكانية تنظيم وربط الأشياء وفقًا لأبعادها المكانية. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات قائمة، من قبيل التعامل مع “المقاييس المكانية المتغيرة” والحاجة إلى معالجة كميات هائلة من البيانات وتوفير فهرسة تسمح بالبحث السريع وعمليات الجوار.

في بيئة إنترنت الأشياء، إذا أصبحت الأجهزة قادرة على اتخاذ إجراءات ذاتية، فإن دور الوسيط البشري يصبح زائدًا عن الحاجة. لذا، يجب أن يُعطى “السياق المكاني الزماني”، الذي نأخذه كأمر مسلّم به، دورًا محوريًا في هذا النظام المعلوماتي. كما تلعب “المعايير الجغرافية المكانية” دورًا بالغ الأهمية في إنترنت الأشياء، تمامًا كما تلعب المعايير دورًا رئيسيًا في شبكة الإنترنت العالمية.^[175][176]

تتمتع أجهزة إنترنت الأشياء بحصة واعدة في الأسواق المتنامية. وقد أشار جان لويس غاسيه، أحد رواد صناعة التقنية، في مقال له إلى تحدٍّ كبير يواجه هذا المجال، أطلق عليه “مشكلة سلة أجهزة التحكم”.^[177] تكمن هذه المشكلة في التعدد الهائل للتطبيقات والأجهزة التي لا تتشارك في بروتوكولات اتصال موحدة، مما يؤدي إلى تعقيد التفاعل بينها.^[63] ولتجاوز هذا التحدي، يسعى قادة التكنولوجيا إلى وضع معايير موحدة للتواصل بين الأجهزة، بهدف تحسين تجربة المستخدم. ومن جهة أخرى، يتجه بعض الخبراء إلى مفهوم “التفاعل التنبؤي للأجهزة”، حيث يتم استغلال البيانات المتاحة للتنبؤ بسلوك المستخدم وتشغيل الأجهزة تلقائياً، مما يضمن تكاملًا أعمق بينها.^[178]

يُعد إنترنت الأشياء الاجتماعي نوعًا جديدًا من شبكات إنترنت الأشياء، يُركز على أهمية التفاعل الاجتماعي والروابط بين الأجهزة المتصلة.^[179] ويُعتبر نمطًا يُمكّن الأجهزة من التواصل والتعاون فيما بينها، عبر مختلف التطبيقات، دون حاجة لتدخل بشري مباشر، وذلك لخدمة أصحابها بخدمات متكاملة.^[180] ولا يتحقق هذا الإنجاز إلا بدعم بنية تحتية متينة، تجمع بين هندسة البرمجيات المتطورة وتقنيات الأجهزة المتصلة.^[181]

يُعرف إنترنت الأشياء بأنّه نظام يمنح كل جهاز هوية فريدة، شبيهة بهوية المواطن في المجتمع، ويربطه بالشبكة العنكبوتية لتقديم الخدمات للمستخدمين.^[182] أما إنترنت الأشياء الاجتماعي فيُعرّف على أنه شبكة تواصل خاصة بالأجهزة المتصلة بالإنترنت، حيث تتفاعل هذه الأجهزة فيما بينها لتحقيق أهداف مختلفة تخدم الإنسان.^[183]

يكمن الاختلاف الجذري بين إنترنت الأشياء الاجتماعي وإنترنت الأشياء التقليدي في طبيعة التعاون بين الأجهزة. فالأخير يعمل بطريقة سلبية، إذ يُبرمج لتنفيذ مهام محددة ضمن نظام معين، ولا يتعدى ذلك. أما الأول فيتميز بكونه نشطًا إذ يُدار بواسطة تقنيات الذكاء الاصطناعي التي تمكنه من تنفيذ مهام غير متوقعة، وذلك من خلال تجميع وتنسيق عمل أجهزة متعددة من أنظمة مختلفة، مما يعود بالنفع على المستخدمين.^[184]

تُطلق أجهزة إنترنت الأشياء المزوّدة بقدرات تفاعلية قدراتها ووظائفها، متبادلةً المعلومات ومراقبة بعضها البعض وانتقالًا بينها، مُكونةً بذلك شبكة متكاملة من الأجهزة الذكية. هذا التفاعل المتبادل يُعرف بـ “إنترنت الأشياء الاجتماعي”،^[185] والذي يسهم في توفير خدمات ذكية للمستخدمين، تتوقع احتياجاتهم وتلبيها، خاصةً في حالات الطوارئ.^[186]

تعتمد تقنية المنازل الذكية المستندة إلى إنترنت الأشياء على رصد البيانات الصحية للمرضى وكبار السن عبر تحليل مقاييسهم الفسيولوجية وإخطار المرافق الطبية القريبة عند الحاجة إلى خدمات طبية عاجلة.^[187] وفي حالة الطوارئ، يتم استدعاء سيارة إسعاف آليًا من أقرب مستشفى متوفر مع تحديد موقع الانتقاء، وتخصيص غرفة للمريض، ونقل بياناته الصحية إلى قسم الطوارئ لتظهر فورًا على حاسوب الطبيب لاتخاذ الإجراءات المناسبة.^[187]

كذلك، تقوم أجهزة الاستشعار في المركبات وعلى الطرق وإشارات المرور برصد حالة المركبات والسائقين، وتنبيههم عند الضرورة، بالإضافة إلى التنسيق الآلي لضمان سير القيادة الذاتية بسلاسة. وفي حالة وقوع حادث، تقوم كاميرا إنترنت الأشياء بإبلاغ أقرب مستشفى ومركز شرطة لتقديم الإسعافات اللازمة.^[188]

إنَّ إنترنت الأشياء نظامٌ معقَّدٌ ومتشعب الأوجه.^[189] ومن بين العوامل الرئيسية التي تُثني الكثيرين عن تبنِّي منتجات وخدمات هذا النظام، هو “تعقيده الشديد”.^[190] فعمليات التثبيت والإعداد تتطلب مهارات تقنية قد لا يتوفر لدى الكثيرين، مما يجعل من الضروري أن تكون أجهزة إنترنت الأشياء قادرة على التهيئة والتكيُّف الذاتي لتقديم خدمات متنوعة في بيئات مختلفة.^[191]

يُمثل “أمن الأنظمة” هاجسًا مستمرًا لأي تكنولوجيا، وهو أمر بالغ الأهمية في سياق إنترنت الأشياء الاجتماعي، حيث يتطلب الأمر مراعاة أمن الأجهزة الفردية، فضلًا عن آليات الثقة المتبادلة بين الأجهزة المتعاونة عبر الزمن والمكان.^[181]

فيما تُشكل “دقة وموثوقية المستشعرات” تحديًا آخر يواجه إنترنت الأشياء الاجتماعي. ففي العديد من الحالات، يتطلب الأمر من المستشعرات أن تستجيب بسرعة فائقة لتجنب وقوع الحوادث والإصابات والخسائر في الأرواح.^[181]

توجد العديد من التقنيات التي تمكّن إنترنت الأشياء. ومن الضروري في هذا المجال الشبكة المستخدمة للتواصل بين أجهزة تركيب إنترنت الأشياء، وهي وظيفة يمكن أن تؤديها العديد من التقنيات السلكية أو اللاسلكية.^{[192][193][194]}

تستند الفكرة الأصلية لمركز “أوتو آي دي” إلى علامات تحديد الهوية بموجات الراديو والتعريف المميز من خلال رمز المنتج الإلكتروني. وقد تطورت هذه الفكرة إلى أن تحتوي الأشياء على عنوان بروتوكول الإنترنت أو معرف الموارد الموحد.^[195]

تأتي وجهة نظر بديلة من عالم الويب الدلالي، ^[196] حيث تركز على جعل جميع الأشياء قابلة للتوجيه بواسطة بروتوكولات التسمية الحالية، مثل معرف الموارد الموحد، وليس فقط تلك الإلكترونية أو الذكية أو المدعومة بتحديد الهوية بموجات الراديو. فيما لا تتحدث الكائنات بنفسها وإنما يمكن الإشارة إليها من قبل وكلاء آخرين، مثل الخوادم المركزية القوية التي تعمل نيابة عن مالكيها البشريين.^[197]

يُشير التكامل مع الإنترنت إلى أن الأجهزة ستستخدم عنوان بروتوكول الإنترنت كمعرف مميز. نظرًا لمساحة العنوان المحدودة في بروتوكول الإنترنت الإصدار الرابع (التي تسمح بـ 4.3 مليار عنوان مختلف)، سيتعين على الكائنات في إنترنت الأشياء استخدام الجيل التالي من بروتوكول الإنترنت (IPv6) للتوسع إلى مساحة العنوان الكبيرة المطلوبة.^{[198][199][200]}

ستستفيد أجهزة إنترنت الأشياء أيضًا من التكوين التلقائي غير المتصل للحالة الموجود في الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت، ^[201] حيث يقلل ذلك من عبء التكوين على المضيفين، ^[22] وكذلك من ضغط رأس IETF 6LoWPAN. إلى حد كبير، لن يكون مستقبل إنترنت الأشياء ممكنًا بدون دعم الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت؛ وبالتالي، ستكون التبني العالمي له في السنوات القادمة أمرًا حاسمًا للتطوير الناجح لإنترنت الأشياء في المستقبل.

تحدد التحكم بموارد الاكتشاف التلقائي (ADRC) بروتوكول طبقة التطبيق وإطار العمل الداعم لتنفيذ تطبيقات إنترنت الأشياء.

1. شبكات البلوتوث المتداخلة: مواصفة توفر نوعية شبكة متداخلة لتقنية بلوتوث منخفض الطاقة (BLE) مع زيادة عدد العقد وطبقة تطبيق موحدة (نماذج).
2. لاي فاي (ضوء دقيق): تقنية اتصالات لاسلكية مشابهة لمعيار واي فاي، ولكن تستخدم الاتصال بالضوء المرئي لزيادة عرض النطاق الترددي.
3. الاتصال قريب المدى (NFC): بروتوكولات اتصال تمكن جهازين إلكترونيين من التواصل ضمن نطاق 4 سم.
4. تحديد الهوية باستخدام الترددات الراديوية (RFID): تقنية تستخدم المجالات الكهرومغناطيسية لقراءة البيانات المخزنة في العلامات المدمجة في عناصر أخرى.
5. واي فاي: تقنية لشبكات المناطق المحلية تعتمد على معيار آي تربل إي 802.11، حيث يمكن للأجهزة الاتصال من خلال نقطة وصول مشتركة أو مباشرة بين الأجهزة الفردية.
6. زيجبي: بروتوكولات اتصال لشبكات المناطق الشخصية تعتمد على معيار آي تربل إي 802.15.4، توفر استهلاك منخفض للطاقة، ومعدل بيانات منخفض، وتكلفة منخفضة، وعرض نطاق ترددي عالي.
7. موجة زي: بروتوكول اتصالات لاسلكية يُستخدم بشكل رئيسي في تطبيقات الأتمتة المنزلية والأمن.

1. الجيل الرابع المتقدم (LTE-Advanced): مواصفة اتصالات عالية السرعة للشبكات المحمولة، توفر تحسينات على معيار LTE مع تغطية موسعة، وزيادة في سرعة نقل البيانات، وتقليل في زمن الاستجابة.
2. الجيل الخامس (5G): يمكن استخدام شبكات الجيل الخامس لتحقيق المتطلبات العالية للاتصالات في إنترنت الأشياء وربط عدد كبير من أجهزة إنترنت الأشياء، حتى عندما تكون في حالة تنقل.^[202] يشمل الجيل الخامس ثلاث ميزات تعتبر مفيدة لدعم عناصر معينة من إنترنت الأشياء: النطاق العريض المحمول المعزز (eMBB)، والاتصالات الضخمة لنوع الآلات (mMTC)، والاتصالات فائقة الاعتمادية وذات زمن الاستجابة المنخفض (URLLC).^[203]
3. لورا (LoRa): يمكن أن تصل إلى مدى يصل إلى 3 ميل (4.8 كـم) في المناطق الحضرية، وما يصل إلى 10 ميل (16 كـم) أو أكثر في المناطق الريفية (في خط الرؤية).
4. داش 7 (DASH7): نطاق يصل إلى 2 كم.

• الشبكات واسعة النطاق منخفضة الطاقة (LPWAN): هي شبكات لاسلكية مصممة للسماح بالتواصل على مسافات طويلة بمعدل بيانات منخفض، مما يقلل من استهلاك الطاقة وتكاليف الإرسال. تشمل تقنياتها وبروتوكولاتها المتاحة: لوراوان، وسيجفوكس (Sigfox)، و”NB-IoT، و”Weightless”، و”RPMA”، و”MIoTy”، و”آي تربل إي 802.11ah”.^[204]
• محطة ذات فتحة صغيرة جدًا (VSAT): تقنية اتصالات عبر الأقمار الصناعية تستخدم هوائيات صغيرة للدخول الضيق والعريض.^[205]

• إيثرنت: معيار الشبكات العامة يستخدم روابط الزوج الملتوي والألياف البصرية بالتزامن مع المحاور أو المفاتيح.
• اتصال عبر الخطوط الكهربائية (PLC): تقنية اتصالات تستخدم الأسلاك الكهربائية لنقل الطاقة والبيانات. تستخدم مواصفات مثل “HomePlug” لتوصيل أجهزة إنترنت الأشياء.

تؤدي التقنيات المختلفة أدوارًا مُختلفة في حزمة البروتوكولات. فيما يلي عرض مُبسط ^[206] لأدوار العديد من تقنيات الاتصال الشائعة في تطبيقات إنترنت الأشياء: