الشبكات الخارجية Edge Networking في IoT وأمثلية نشر الحوسبة على الحافة

الشبكات الخارجية: مستقبل إنترنت الأشياء (IoT) ونشر الحوسبة على الحافة

شهد العالم في السنوات الأخيرة طفرة هائلة في انتشار أجهزة إنترنت الأشياء (IoT)، من الأجهزة المنزلية الذكية إلى المستشعرات الصناعية المعقدة. مع هذا النمو المتسارع، أصبح من الضروري تطوير تقنيات جديدة قادرة على التعامل مع الكم الهائل من البيانات المتولدة، وتقليل زمن الاستجابة، وتحسين كفاءة الشبكات. هنا تظهر أهمية الشبكات الخارجية (Edge Networking) والحوسبة على الحافة (Edge Computing) كحلول جذرية لهذه التحديات، حيث تعدان بمثابة المحرك الأساسي لمستقبل IoT. هذه المقالة ستستكشف بعمق مفهوم الشبكات الخارجية، وكيفية عملها، وأهميتها في تحسين أداء تطبيقات IoT، بالإضافة إلى مناقشة أفضل الممارسات لنشر الحوسبة على الحافة.

فهم الشبكات الخارجية والحوسبة على الحافة

ما هي الشبكات الخارجية؟

الشبكات الخارجية، أو Edge Networking، هي بنية شبكات تعتمد على توزيع قدرات المعالجة والتخزين والشبكات بالقرب من مصدر البيانات. بدلاً من إرسال جميع البيانات إلى السحابة (Cloud) للمعالجة، يتم إجراء جزء كبير من العمليات على الأجهزة الطرفية، مثل أجهزة الاستشعار، والبوابات (Gateways)، والخوادم المحلية. هذا النهج يقلل من زمن الاستجابة، ويحسن كفاءة عرض النطاق الترددي، ويعزز الأمان والخصوصية.

الهدف الرئيسي من الشبكات الخارجية هو تقريب الحوسبة من المكان الذي يتم فيه توليد البيانات. هذا يسمح بمعالجة البيانات في الوقت الفعلي، مما يفتح الباب أمام تطبيقات جديدة تتطلب استجابة سريعة، مثل القيادة الذاتية، والرعاية الصحية عن بعد، والمدن الذكية. تعتبر الشبكات الخارجية بمثابة العمود الفقري الذي يدعم نشر الحوسبة على الحافة بشكل فعال.

ما هي الحوسبة على الحافة؟

الحوسبة على الحافة، أو Edge Computing، هي نموذج حوسبة يتيح معالجة البيانات على الأجهزة الطرفية أو بالقرب منها، بدلاً من الاعتماد فقط على السحابة. تتضمن الحوسبة على الحافة نشر تطبيقات وخدمات على أجهزة مثل أجهزة التوجيه (Routers)، والمفاتيح (Switches)، والخوادم الصغيرة الموجودة في المواقع البعيدة أو في البيئات الصناعية.

تسمح الحوسبة على الحافة بتنفيذ مهام مثل تحليل البيانات، واتخاذ القرارات، والتحكم في الأجهزة في الوقت الفعلي. هذا يقلل من زمن الاستجابة، ويحسن تجربة المستخدم، ويقلل من تكاليف عرض النطاق الترددي. يمكن للحوسبة على الحافة أن تعمل بشكل مستقل عن الاتصال بالسحابة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب استمرارية الخدمة حتى في حالة انقطاع الاتصال بالإنترنت.

الفرق بين الشبكات الخارجية والحوسبة على الحافة

غالبًا ما يتم استخدام مصطلحي "الشبكات الخارجية" و "الحوسبة على الحافة" بالتبادل، ولكن هناك اختلافات دقيقة. الشبكات الخارجية هي بنية شبكات أوسع، تركز على توزيع قدرات الشبكات والمعالجة. الحوسبة على الحافة هي جزء من هذه البنية، وتركز على تنفيذ الحوسبة الفعلية على الأجهزة الطرفية.

بمعنى آخر، يمكن اعتبار الشبكات الخارجية هي الإطار العام، بينما الحوسبة على الحافة هي جزء من هذا الإطار، وهي المسؤولة عن معالجة البيانات وتنفيذ التطبيقات. الشبكات الخارجية توفر البنية التحتية اللازمة للحوسبة على الحافة، بينما الحوسبة على الحافة تستخدم هذه البنية التحتية لتحقيق أهدافها.

فوائد الشبكات الخارجية والحوسبة على الحافة في IoT

تقليل زمن الاستجابة

أحد أهم فوائد الشبكات الخارجية والحوسبة على الحافة هو تقليل زمن الاستجابة. من خلال معالجة البيانات بالقرب من مصدرها، يتم تقليل المسافة التي يجب أن تنتقل فيها البيانات، مما يؤدي إلى استجابات أسرع. هذا أمر بالغ الأهمية في التطبيقات التي تتطلب استجابة فورية، مثل القيادة الذاتية، والروبوتات الصناعية، وأنظمة المراقبة الأمنية.

على سبيل المثال، في سيارة ذاتية القيادة، يجب أن تتفاعل السيارة بسرعة مع التغيرات في البيئة المحيطة بها. من خلال معالجة بيانات المستشعرات على الحافة، يمكن للسيارة اتخاذ القرارات بسرعة أكبر، مما يحسن السلامة ويقلل من خطر الحوادث.

تحسين كفاءة عرض النطاق الترددي

مع تزايد عدد أجهزة IoT، يزداد حجم البيانات المتولدة بشكل كبير. يؤدي إرسال كل هذه البيانات إلى السحابة إلى استهلاك كبير لعرض النطاق الترددي. الشبكات الخارجية والحوسبة على الحافة تساعد في تقليل هذا الاستهلاك عن طريق معالجة البيانات محليًا.

بدلاً من إرسال جميع البيانات الأولية، يتم إرسال فقط البيانات المهمة أو الملخصة إلى السحابة. هذا يقلل من الحاجة إلى عرض نطاق ترددي كبير، ويقلل من تكاليف الاتصال، ويحسن كفاءة الشبكات.

تعزيز الأمان والخصوصية

توفر الشبكات الخارجية والحوسبة على الحافة طبقة إضافية من الأمان والخصوصية. من خلال معالجة البيانات محليًا، يتم تقليل خطر تعرض البيانات الحساسة للوصول غير المصرح به أثناء انتقالها عبر الشبكة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الحوسبة على الحافة لتشفير البيانات أو إخفاء هويتها قبل إرسالها إلى السحابة. هذا يساعد في حماية خصوصية المستخدمين وضمان الامتثال للوائح حماية البيانات.

زيادة الاعتمادية والمرونة

تتيح الشبكات الخارجية والحوسبة على الحافة زيادة الاعتمادية والمرونة في تطبيقات IoT. يمكن للأجهزة الطرفية الاستمرار في العمل حتى في حالة انقطاع الاتصال بالسحابة.

بفضل القدرة على معالجة البيانات محليًا، يمكن للتطبيقات الاستمرار في العمل حتى في حالة انقطاع الاتصال بالإنترنت أو في حالة وجود مشكلات في الشبكة. هذا يضمن استمرارية الخدمة ويحسن تجربة المستخدم.

أفضل الممارسات لنشر الحوسبة على الحافة

تحديد المتطلبات بعناية

قبل نشر الحوسبة على الحافة، من الضروري تحديد المتطلبات بعناية. يجب تحديد أنواع البيانات التي سيتم معالجتها، والمهام التي سيتم تنفيذها على الحافة، وزمن الاستجابة المطلوب، ومتطلبات الأمان والخصوصية.

يساعد تحديد المتطلبات بعناية في اختيار الأجهزة والبرامج المناسبة، وتصميم البنية التحتية المناسبة، وضمان تحقيق الأهداف المرجوة.

اختيار الأجهزة والبرامج المناسبة

يعتمد اختيار الأجهزة والبرامج المناسبة على متطلبات التطبيق. يجب اختيار الأجهزة التي توفر الأداء المطلوب، واستهلاك الطاقة المنخفض، والقدرة على تحمل الظروف البيئية القاسية.

يجب أيضًا اختيار البرامج التي تدعم الحوسبة على الحافة، مثل منصات الحوسبة على الحافة، وأدوات إدارة الأجهزة، وأدوات تطوير التطبيقات.

تصميم البنية التحتية المناسبة

يجب تصميم البنية التحتية للحوسبة على الحافة بعناية. يجب تحديد مواقع الأجهزة الطرفية، وتصميم الشبكة، وتحديد آليات إدارة الأجهزة.

يجب أيضًا مراعاة عوامل مثل الأمان، والخصوصية، وقابلية التوسع، والإدارة عن بعد.

إدارة الأجهزة عن بعد

تعد إدارة الأجهزة عن بعد أمرًا بالغ الأهمية في بيئات الحوسبة على الحافة. يجب استخدام أدوات لإدارة الأجهزة، وتحديث البرامج، ومراقبة الأداء، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها عن بعد.

تساعد إدارة الأجهزة عن بعد في تقليل التكاليف، وتحسين الكفاءة، وضمان استمرارية الخدمة.

الأمن والخصوصية

يجب إعطاء الأولوية للأمن والخصوصية في جميع جوانب نشر الحوسبة على الحافة. يجب استخدام آليات التشفير، والتحكم في الوصول، ومراقبة التهديدات لحماية البيانات الحساسة.

يجب أيضًا الالتزام بلوائح حماية البيانات، مثل اللائحة العامة لحماية البيانات (GDPR).

الخلاصة

تمثل الشبكات الخارجية والحوسبة على الحافة تحولاً جذريًا في الطريقة التي نتعامل بها مع بيانات IoT. من خلال تقريب الحوسبة من مصدر البيانات، يمكننا تحقيق زمن استجابة أسرع، وتحسين كفاءة عرض النطاق الترددي، وتعزيز الأمان والخصوصية، وزيادة الاعتمادية والمرونة. مع استمرار نمو IoT، ستصبح الشبكات الخارجية والحوسبة على الحافة أكثر أهمية، مما يتيح تطبيقات جديدة ومبتكرة في مجموعة متنوعة من الصناعات. إن فهم هذه التقنيات وتطبيق أفضل الممارسات لنشرها هو مفتاح النجاح في عالم IoT المتنامي.