طبقات إنترنت الأشياء: الهيكلية والوظيفة

تتكوَّن هيكلية نظام إنترنت الأشياء من ثلاث طبقات أساسية، والهدف من هذا التقسيم تبسيط فهم بِنية النظام، وإتاحة توسيع النموذج ليشمل طبقات فرعية أُخرى. وتُرتَّب الطبقات هرميًّا: طبقة الإدراك في القاعدة، ثمَّ طبقة الشبكة في الوسط، ثمَّ طبقة التطبيقات في القمة.

أوَّلًا: طبقة الإدراك أو الاستشعار: هي الطبقة الأساسية الدنيا، وتقع في بداية سلسلة نقل البيانات، وتعمل على استشعار البيئة المحيطة وجمع المعلومات من الكائنات الذكية وتحديدها بشكل فريد داخل الشبكة. ووظائفها ثلاث: جمع البيانات من البيئة المحيطة أو من كائنات متصلة عن طريق استشعار البيئة؛ وتعرُّف الأشياء وهُوِيَّتها وموقعها وحالتها؛ ونقل البيانات الأوَّلية إلى الطبقة العليا لمعالجتها وتحليلها. وتُجمَع البيانات فيها من الحسّاسات، وهي أجهزة تُستخدَم لقياس عناصر فيزيائية مثل الحرارة والرطوبة والضوء والحركة، ومن المُشغِّلات التي تُنفِّذ الأوامر في البيئة المادية.

ثانيًا: طبقة الشبكة أو الاتصال: تضمُّ أجهزة التوجيه والبوابات وأبراج الإرسال، ووظيفتها نقل البيانات التي جمعتها الطبقة الدنيا إلى حيث تُعالَج، وضمان وصولها سليمةً وفي الوقت المناسب. وهي المسؤولة عن اختيار تقنية الاتصال المناسبة لكل جهاز بحسب المدى المطلوب واستهلاك الطاقة وحجم البيانات.

ثالثًا: طبقة التطبيقات: هي قمة الهرم، وفيها خوادم السحابة والواجهات التي يتعامل معها المُستخدِم. ووظيفتها تحويل البيانات المُعالَجة إلى خدمة مفهومة: لوحة معلومات، أو تنبيه، أو أمر تحكُّم يُرسَل عائدًا إلى المُشغِّلات.

البُنى الثلاث للطبقات: إلى جانب بِنية الطبقات الثلاث توجد بِنية من خمس طبقات وأُخرى من سبع طبقات. والفرق بينها في درجة التفصيل لا في الفكرة؛ فكلَّما زاد عدد الطبقات فُصِلت وظائف كانت مُجمَّعة، مثل فصل الحوسبة الطرفية أو الضبابية عن طبقة الاتصال، وفصل تجميع البيانات عن معالجتها. وتُستعمَل البِنية الأبسط للشرح والفهم، وتُستعمَل البُنى الأكثر تفصيلًا في تصميم الأنظمة الكبيرة التي تحتاج إلى تحديد دقيق لمسؤولية كل مستوى.

لماذا التقسيم إلى طبقات: لأنَّه يفصل المسؤوليات؛ فيُمكِن تغيير تقنية الاتصال من دون المساس بالحسّاسات، وتطوير التطبيق من دون تغيير الشبكة. وهذا الفصل هو ما يجعل النظام قابلًا للتوسُّع والصيانة.

1. تُقسَّم أنظمة إنترنت الأشياء إلى طبقات (Layers) متخصّصة لتنظيم عملها؛ فكل طبقة مسؤولة عن مهمة محدّدة في رحلة البيانات من الاستشعار حتى التطبيق. يبسّط هذا التقسيم تصميم النظام وصيانته ويتيح تطوير كل طبقة باستقلالية.
2. يتناول هذا الدرس مفهوم الطبقات في أنظمة إنترنت الأشياء وأهميتها في تنظيم العمل، ويستعرض أشهر البنى المعمارية (بنية الطبقات الثلاث، والخمس، والسبع)، ويركّز على بنية الطبقات السبع موضّحاً وظيفة كل طبقة وكيفية تفاعلها مع بقيّة الطبقات.

لماذا الطبقات؟: تنظيم النظام في طبقات يفصل الاهتمامات: الأجهزة، الاتصال، المعالجة، التطبيق — فيسهل التوسّع والصيانة.

1. اقتُرحت بنى معمارية عدّة لإنترنت الأشياء: بنية الطبقات الثلاث (الإدراك، الشبكة، التطبيق) وهي أبسطها؛ وبنية الطبقات الخمس التي تضيف طبقتي المعالجة والأعمال؛ وبنية الطبقات السبع الأكثر تفصيلاً والأنسب للأنظمة المعقّدة.
2. يتناول هذا الدرس مفهوم الطبقات في أنظمة إنترنت الأشياء وأهميتها في تنظيم العمل، ويستعرض أشهر البنى المعمارية (بنية الطبقات الثلاث، والخمس، والسبع)، ويركّز على بنية الطبقات السبع موضّحاً وظيفة

من الأبسط إلى الأشمل: كلّما زاد عدد الطبقات زاد التفصيل والقدرة على إدارة الأنظمة المعقّدة، مقابل زيادة في التعقيد.

تتكوّن بنية الطبقات السبع من: طبقة الأشياء (Things Layer) للحسّاسات والأجهزة؛ طبقة الاتصال (Connectivity Layer) لنقل البيانات؛ طبقة الحوسبة الطرفية/الضبابية (Edge/Fog Computing Layer) للمعالجة قرب المصدر؛ طبقة تجميع البيانات (Data Accumulation Layer) لتخزينها؛ طبقة تجريد البيانات (Data Abstraction Layer) لتوحيدها؛ ثم طبقة التطبيقات وطبقة التعاون والعمليات (Collaboration and Processes Layer) لاتخاذ القرار وإشراك المستخدمين.

ترتيب الطبقات: احفظ ترتيب الطبقات السبع من الأسفل (الأشياء) إلى الأعلى (التعاون والعمليات)، وتذكّر أن البيانات تتدفّق صعوداً من الاستشعار إلى القرار.