الشبكات اللاسلكية وتقنيات الاتصال المختلفة

تختلف تقنيات الاتصال في أنظمة إنترنت الأشياء باختلاف المدى المطلوب، واستهلاك الطاقة، وحجم البيانات المنقولة، ونوع الشبكة التي تعمل ضمنها.

أنواع الاتصال ونطاقاتها كما وردت: الاتصال عبر منفذ التسلسل العام يعمل ضمن الشبكة الشخصية، والإيثرنت ضمن الشبكة المحلية، والواي فاي ضمن الشبكة المحلية اللاسلكية، والبلوتوث وزِغْبي ضمن الشبكة الشخصية اللاسلكية، والتعريف بالترددات الراديوية ضمن المدى القريب، وشبكات الجيل الثاني إلى الرابع ضمن الشبكة واسعة النطاق.

الموازنة بين ثلاث تقنيات: يُقارَن بين البلوتوث والواي فاي وزِغْبي بثلاثة معايير: المدى، واستهلاك الطاقة، ومعدَّل نقل البيانات. فالواي فاي أعلاها في معدَّل النقل وأكثرها استهلاكًا للطاقة، والبلوتوث وسط بينهما ومُخصَّص للمديات القصيرة بين جهازين، وزِغْبي أقلُّها استهلاكًا للطاقة وأنسبها للشبكات التي تضمُّ عددًا كبيرًا من الحسّاسات التي ترسل رسائل صغيرة مُتقطِّعة، وهو يعمل على الترددات 868 و915 ميجاهيرتز.

إنترنت الأشياء عبر الأقمار الصناعية: يُستعمَل لتغطية المناطق التي لا تصلها الشبكات الأرضية. وله سبعة عناصر تُكوِّن منظومته، ولكلٍّ منها مزايا وتحدِّيات؛ فمزيَّته الكبرى تغطية المناطق النائية والبحار والصحارى التي يتعذَّر مدُّ بنية تحتية إليها، وتحدِّيه الأبرز كُلفة العتاد والاشتراك، وزمن التأخير في الوصول، ومحدودية معدَّل نقل البيانات قياسًا بالشبكات الأرضية.

كيف تُختار التقنية: ابدأ من المسافة بين الجهاز ونقطة التجميع؛ فإن كانت أمتارًا قليلة فالشبكة الشخصية اللاسلكية تكفي، وإن كانت داخل مبنى فالشبكة المحلية اللاسلكية، وإن تعدَّت ذلك فالشبكات واسعة النطاق أو الأقمار الصناعية. ثمَّ انظر في مصدر الطاقة؛ فالجهاز الذي يعمل ببطارية لسنوات لا يحتمل تقنية شرِهة للطاقة. ثمَّ انظر في حجم البيانات؛ فنقل الفيديو يحتاج ما لا يحتاجه إرسال قراءة حرارة كل ساعة.

الحوسبة المُدمَجة: تعتمد أجهزة إنترنت الأشياء على أنظمة حوسبة مُضمَّنة داخلها، وهي أنظمة مُصمَّمة لأداء وظيفة مُحدَّدة بموارد محدودة من المُعالِجة والذاكرة والطاقة، وهذا ما يجعل اختيار تقنية الاتصال قرارًا هندسيًّا لا تفصيلًا ثانويًّا.

1. البلوتوث (Bluetooth) تقنية اتصال لاسلكي قصيرة المدى ومنخفضة استهلاك الطاقة، تربط الأجهزة القريبة مباشرةً (نقطة إلى نقطة) دون الحاجة إلى بنية شبكية معقّدة. تُستخدم في السماعات والساعات الذكية وأجهزة اللياقة.
2. يعرّف هذا الدرس أبرز تقنيات الشبكات اللاسلكية المستخدمة في إنترنت الأشياء: البلوتوث (Bluetooth)، والواي فاي (Wi-Fi)، وزيجبي (Zigbee)، موضّحاً آلية عمل كلٍّ منها ومزاياها وتطبيقاتها، ثم يقارن بينها من حيث نطاق التردّد، ومعدّل نقل البيانات، واستهلاك الطاقة، والتكلفة، والمدى، والمرونة.

استخدام يومي: سماعات الأذن اللاسلكية والساعة الذكية تتصل بهاتفك عبر البلوتوث لقربها وقلّة استهلاكها للطاقة.

1. الواي فاي (Wi-Fi) تقنية شبكة لاسلكية عالية السرعة ومعدّل نقل بيانات مرتفع، تربط الأجهزة بالإنترنت عبر موجّه (Router) ضمن مدى متوسط، مقابل استهلاك طاقة أعلى من البلوتوث وزيجبي.
2. مناسبة للتطبيقات التي تحتاج نقل بيانات كثيفة كالفيديو.
3. يعرّف هذا الدرس أبرز تقنيات الشبكات اللاسلكية المستخدمة في إنترنت الأشياء: البلوتوث (Bluetooth)، والواي فاي (Wi-Fi)، وزيجبي (Zigbee)، موضّحاً آلية عمل كلٍّ منها ومزاياها وتطب

السرعة مقابل الطاقة: الواي فاي يقدّم أعلى معدّل نقل بيانات لكنه الأكثر استهلاكاً للطاقة بين التقنيات الثلاث.

زيجبي (Zigbee) تقنية منخفضة الطاقة ومنخفضة معدّل البيانات مصمّمة لشبكات إنترنت الأشياء التي تضمّ أعداداً كبيرة من الأجهزة؛ تعمل بطوبولوجيا شبكية (Mesh) ينظّمها منسّق زيجبي (Zigbee Coordinator). مثالية لأجهزة المنزل الذكي (إنارة، حسّاسات).

المقارنة: البلوتوث = مدى قصير وطاقة منخفضة؛ الواي فاي = سرعة عالية ومدى متوسط وطاقة مرتفعة؛ زيجبي = طاقة ومعدّل منخفضان لكن يدعم أعداداً كبيرة من الأجهزة بشبكة Mesh.

معايير المقارنة: قارن التقنيات الثلاث عبر: نطاق التردّد، معدّل نقل البيانات، استهلاك الطاقة، التكلفة، المدى، والمرونة — واربط كل تقنية بتطبيقها الأنسب.