تحليل ثماني تقنيات لاسلكية لإنترنت الأشياء

تلعب تقنيات الاتصالات اللاسلكية دورًا محوريًا في إنترنت الأشياء، إذ تشمل جوانب عديدة. تقدم هذه المقالة نبذة مختصرة عن بعض تقنيات الاتصالات الأكثر استخدامًا في إنترنت الأشياء اليوم.

1. الشبكات الخلوية

جميعنا على دراية بتقنية الاتصالات الخلوية، وهي نفس التقنية المستخدمة في الهواتف المحمولة. في البداية، صُممت هذه الشبكات للهواتف الذكية التي تعمل بالبطاريات، ولم تكن مثالية لتطوير إنترنت الأشياء. إلا أن التطورات الحديثة جعلت تقنيات الاتصالات الخلوية أكثر ملاءمة لتطبيقات إنترنت الأشياء.

على الرغم من توفر شبكات الهاتف المحمول على نطاق واسع في معظم المناطق، إلا أن الاتصال الخلوي غالباً ما يكون ضعيفاً في المواقع التي تشتد فيها الحاجة إلى المراقبة، مثل المصاعد وغرف المرافق والأقبية. وبينما ساهمت التقنيات الحديثة في خفض استهلاك الطاقة، لا تزال الاتصالات الخلوية تتطلب طاقة أكبر من العديد من التقنيات اللاسلكية الأخرى.

شبكات الجيل الخامس الخلويةباعتبارها تقنية الجيل القادم، توفر هذه التقنيات سرعة عالية وقدرة على الحركة، مما يجعلها مناسبة للمراقبة بالفيديو والنقل والخدمات اللوجستية ونقل البيانات الطبية والأتمتة. وتشير التقديرات إلى أنه بحلول عام 2024، سيكون هناك1.9 مليار مستخدم لشبكات الجيل الخامس الخلوية حول العالم.

2. LPWAN

طُوّرت تقنية LPWAN لمعالجة تحديات الاتصال الخلوي. وبالمقارنة مع تقنيتي البلوتوث والواي فاي، تستطيع LPWAN نقل حزم بيانات صغيرة لمسافات أطول بكثير.

لوراوانتُعدّ هذه الشبكة من أكثر شبكات إنترنت الأشياء استخدامًا، إذ تُمكّن من الاتصال لمسافات طويلة. وتتميز باستهلاكها المنخفض للطاقة وشرائحها الاقتصادية. إضافةً إلى ذلك، تُتيح هذه الشبكة بعيدة المدى إمكانية الاتصال بمناطق واسعة ذات كثافة سكانية عالية.

3. واي فاي

على الرغم من شيوع استخدام تقنية الواي فاي في المنازل، إلا أن تغطيتها المحدودة، واعتمادها على مصدر طاقة، وقيود قابليتها للتوسع، تجعلها أقل فعالية لتطبيقات إنترنت الأشياء. تُعدّ تقنية الواي فاي أنسب للأجهزة المنزلية التي يسهل توصيلها بمصدر طاقة، وهي عمومًا ليست الخيار الأمثل لتطبيقات إنترنت الأشياء الصناعية.

معيار شائع لشبكة الواي فاي،واي فاي 6توفر هذه التقنية نطاقًا تردديًا أعلى حتى في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية. ومع ذلك، لا تزال تتطلب تحديثات للبنية التحتية.

4. شبكات المش

كما يوحي الاسم، تعتمد الشبكات المتداخلة على التفاعلات بين مكوناتها. وعلى عكس الشبكات النجمية، حيث تتواصل جميع العقد مع مركز رئيسي، تنقل الشبكات المتداخلة البيانات بين العقد حتى تصل إلى البوابة.

لا تُعدّ الشبكات المتداخلة فعّالة على مسافات طويلة، وتتطلب عددًا كبيرًا من أجهزة الاستشعار لتوفير تغطية كافية. كما أنها تستهلك طاقة أكبر من التطبيقات قصيرة المدى. مع ذلك، تتميز الشبكات المتداخلة بالمتانة والموثوقية، وتتيح نقل البيانات بسرعة عبر الشبكة، كما أنها سهلة النشر.

5. تقنية البلوتوث وتقنية البلوتوث منخفض الطاقة (BLE)

تُعد تقنية البلوتوث تقنية اتصالات قصيرة المدى شائعة مصممة لنقل البيانات من نقطة إلى أخرى أو من نقطة إلى أجهزة استهلاكية متعددة.

لتلبية الاحتياجات المحددة لأجهزة إنترنت الأشياء الاستهلاكية،تقنية بلوتوث منخفضة الطاقةتم تطويرها. غالبًا ما تقترن الأجهزة المزودة بتقنية البلوتوث بالهواتف الذكية، التي تعمل كمراكز رئيسية لإرسال البيانات إلى السحابة. حاليًا، تُستخدم تقنية البلوتوث منخفض الطاقة (BLE) بشكل أساسي فيالأجهزة الطبية القابلة للارتداء.

6. بروتوكولات Zigbee وغيرها من بروتوكولات الشبكات اللاسلكية

تقنية Zigbee تشبه إلى حد كبير تقنية الشبكات المتداخلة. إنها تقنية لاسلكية قصيرة المدى توفر تغطية الشبكة عن طريق نقل بيانات المستشعرات بين العقد.

على عكس تقنيات LPWAN، تقدم Zigbeeمعدلات بيانات أعلى مع كفاءة طاقة منخفضة. تعتبر بروتوكولات Zigbee وغيرها من بروتوكولات الشبكة المماثلة هي الأنسب لتطبيقات إنترنت الأشياء قصيرة إلى متوسطة المدى حيث يتم توزيع العقد بكثافة وبشكل متساوٍ.

يُعد استخدام Zigbee في إنترنت الأشياء مثالاً كلاسيكياً على ما يلي:أتمتة المنزل. لا يعتبر Zigbee مناسبًا بشكل عام للتطبيقات الصناعية، حيث أن اتصاله أقل موثوقية عندما تكون أجهزة الاستشعار موزعة عبر مناطق جغرافية واسعة أو بيئات شبكية معقدة.

7. الشبكة المحلية / الشبكة الشخصية

تُعدّ الشبكات المحلية (LANs) والشبكات الشخصية (PANs) شبكات نقل بيانات فعّالة من حيث التكلفة، لكن اتصالها غير موثوق به نسبيًا. في حلول إنترنت الأشياء، تُمثَّل الشبكات الشخصية والشبكات المحلية اللاسلكية عادةً بـواي فاي وبلوتوث.

يعمل الواي فاي بأفضل شكل في البيئات المغلقة ويتطلب إشارات قوية وقربًا من نقاط الوصول لضمان التشغيل السلس.

8. تحديد الهوية باستخدام الترددات الراديوية

تحديد الهوية باستخدام الترددات الراديوية (RFID)تستخدم هذه التقنية موجات الراديو لنقل كميات صغيرة من المعلومات عبر مسافات قصيرة جدًا. وهي مفيدة للغاية في قطاعي تجارة التجزئة والنقل.

تُستخدم علامات RFID بشكل شائع في ربط المنتجات أو المعدات في العمليات اللوجستية، مما يسمح للشركات بتتبع حركة الأصول بسهولة في الوقت الفعلي. تساعد هذه التقنية على تبسيط إدارة سلسلة التوريد والمخزون. في قطاع التجزئة، تُستخدم علامات RFID بشكل أساسي فيعدادات الدفع الذاتي والرفوف الذكية.