جلب التطور السريع للتطبيقات المحمولة والتطبيقات القائمة على نموذج إنترنت الأشياء العديد من التحديات لتطوير الحلول القائمة على السحابة. ترجع هذه التحديات بشكل رئيسي إلى:
(1) نقل كميات هائلة من البيانات إلى السحابة، (2) أوقات استجابة عالية للاتصالات و (3) عدم قدرة هذا النموذج على الاستجابة في بعض المجالات التي تتطلب رد فعل سريع للأحداث.
أدى الوعي المتزايد في البيئات الصناعية مثل إنترنت الأشياء الصناعي، المنظمات إلى إعادة التفكير في بنيتها التحتية من خلال اعتماد بنى الحوسبة السحابية والضباب والحوسبة الحاف، حيث تتيح لهم هذه البنيات الاستفادة من العديد من موارد الحوسبة وتخزين البيانات.
وقد تبدو الحوسبة السحابية والضبابية والحافة متشابهة جدًا، ولكن لديهم بعض الاختلافات، وتعمل كطبقات مختلفة في أفق IIoTتكمل بعضها البعض.
الحوسبة السحابية
يمكن تعريف الحوسبة السحابية كنموذج لتوفير واستخدام تقنيات المعلومات والاتصالات، والتي تسمح بالوصول عن بعد عبر الإنترنت إلى مجموعة من موارد الحوسبة المشتركة في شكل خدمات.
يمكن تقسيم نظام الكمبيوتر هذا إلى قسمين: الواجهة الأمامية (أجهزة العميل) والواجهة الخلفية (الخوادم) ؛ بينما تنقسم نماذج تقديم خدمات الحوسبة إلى ثلاثة:البرمجيات كخدمة[1](SaaS) والنظام الأساسي كخدمة[2](PaaS) والبنية التحتية كخدمة[3](IaaS). إن اعتماد هذه البنى يجلب فوائد للمنظمات، من الأداء والتوافر وقابلية التوسع والتواصل بين أجهزة استشعار إنترنت الأشياء وأنظمة المعالجة وزيادة قدرات التخزين والمعالجة.
الشکل1:الحوسبة السحابية
الحوسبة الضبابية
كانت الحوسبة الضبابية مصطلحًا صاغته شركة Cisco في عام 2014 كوسيلة لتقريب إمكانات الحوسبة السحابية من الشبكة. إنها بنية حوسبة لامركزية حيث يتم توزيع البيانات والاتصالات والتخزين والتطبيقات بين مصدر البيانات والسحابة. أي أنها بنية أفقية تشارك الموارد والخدمات المخزنة في أي مكان في السحابة على أجهزة إنترنت الأشياء.
بطريقة مختصرة ومبسطة للغاية، تمثل الحوسبة الضبابية طبقة الضباب أسفل طبقة السحابة، وإدارة الاتصالات بين السحابة وحافة الشبكة.
الفرق الكبير بين الحوسبة الضبابية والحوسبة السحابية هو أنه نظام مركزي بينما الأول هو بنية تحتية لامركزية موزعة.
الشکل2: الحوسبة الضبابية
ما هي إيجابيات وسلبيات الحوسبة الضبابية؟
الايجابيات:
مع تخزين البيانات ومعالجتها في شبكة LAN في بنية حوسبة الضباب، فإنها تمكن المؤسسات من تجميع البيانات من أجهزة متعددة، وهذا على النقيض من جمع البيانات من نقطة اتصال أو جهاز واحد، أو مجموعة واحدة من الأجهزة المتصلة بالسحابة.
ونظرًا لأن الحوسبة الضبابية تُمكِّن الشركات من جمع البيانات من أجهزة مختلفة، فإن لديها أيضًا قدرة أكبر على معالجة بيانات أكثر من الحوسبة الحافة، حيث تستطيع الحوسبة الضبابية معالجة المزيد من البيانات في وقت واحد، ويحسّن قدرات الحافة من خلال قدرته على معالجة الطلبات في الوقت الفعلي، اذ أن أفضل وقت لتنفيذ الحوسبة الضبابية هو عندما يكون لديك ملايين الأجهزة المتصلة التي تشارك البيانات ذهابًا وإيابًا.
السلبيات:
بينما تتمتع الحوسبة الضبابية بميزة في القدرة على الاتصال بمزيد من الأجهزة وبالتالي معالجة بيانات أكثر من الحوسبة الحافة، فأن هذا البعد من الحوسبة الضبابية هو أيضًا له عيب محتمل، فهناك حاجة لمزيد من البنية التحتية وبالتالي المزيد من الاستثمار للحوسبة الضبابية.
على الرغم من أن الحوسبة الضبابية والحوسبة الحافةعلى حد سواء تجري عملية المعالجة والتخزينفي حافة الشبكة وأقرب إلى العقد[4] الطرفية، فإن هذه النماذج ليست متطابقة. اذ ينص اتحاد Open Fog على أن الحوسبة الحافة غالبًا ما تسمى خطأ بالحوسبة الضبابية.
الحوسبة الحافة
الحوسبة الحافة تقع على حدود الشبكة، ويمكن لهذه البنية أن تجعل معالجة مصدر البيانات أقرب حتى دون الحاجة إلى إرسالها إلى سحابة بعيدة أو أنظمة مركزية أخرى للمعالجة.
يعمل ذلك على تحسين سرعة وأداء نقل البيانات وكذلك الأجهزة والتطبيقات من خلال تقليل المسافة والوقت لإرسال البيانات إلى مصادر مركزية. يكمنالاختلاف الرئيسي بين الحوسبة الحافة والحوسبة الضبابية في المكان الذي تتم فيه المعالجة، بينما تتم المعالجة في الحوسبة الحافة مباشرة على الأجهزة التي توضع فيها أجهزة الاستشعار، أو على بوابة قريبة فعليًا من أجهزة الاستشعار.
ثم تكمن مزايا الحوسبة الحافة في تحسين الاتصال ووقت الاستجابة والأمان أيضًا، حيث يحدث تشفير البيانات بالقرب من قلب الشبكة.
ومع ذلك، فإن الحوسبة الحافة لها نطاق عمل أكثر محدودية، من الناحية العملية، تستخدم الحوسبة الضبابية دائمًا الحوسبة الحافة، وهو حل يكمل الحوسبة السحابية. ومع ذلك، قد تستخدم الحوسبة الحافة أو لا تستخدم الحوسبة الضبابية، فتتضمن الحوسبة الضبابية عادةً السحابة، في حين أن الحافة لا تشمل ذلك.
الشکل3: حوسبة الحافة
أين تقع الحوسبة الحافة؟
من الجدير بالذكر أن الحوسبة الحافة، والحوسبة السحابية، والحوسبة الضبابية يتم استخدامها بالتبادل في بعض الحالات، حيث أن جميعها تحتوي على الحافة كمصطلح مشترك.
يشير مصطلح الحافة المستخدم في صناعة الاتصالات عادةً إلى محطات الجيل الرابع والخامس وشبكات RANومزودي خدمة الإنترنت. ومع ذلك، فإن مصطلح الحافة المستخدم حديثًا في مجال إنترنت الأشياء يشير إلى الشبكة المحلية حيث توجد أجهزة الاستشعار وأجهزة إنترنت الأشياء.
وبعبارة أخرى، فإن الحوسبة الحافة هي الخطوة الأولى الفورية من أجهزة إنترنت الأشياء، مثل نقاط وصول Wi-Fi أو بواباتها، فإذا تم إجراء الحساب على أجهزة إنترنت الأشياء نفسها، يُشار إلى نموذج الحوسبة هذا باسم الحوسبة الضبابية، تشير شركة جنرال إلكتريك إلى أن الحوسبة الضبابية تركز على التفاعلات بين الأجهزة الطرفية، في حين تركز الحوسبة الحافة على التكنولوجيا المرتبطة بالأشياء المتصلة مثل نقاط وصول Wi-Fi.
ما هي إيجابيات وسلبيات الحوسبة الحافة؟
الايجابيات
إحدى الفوائد الرئيسية للحوسبة الحافة هي أنه لا يتم نقل البيانات، وأكثر أمانًا. “تحتفظ حوسبة Edge بجميع البيانات والمعالجة على الجهاز الذي أنشأها في البداية. وهذا يبقي البيانات منفصلة ومضمونة في الجهاز الأصلي، وهذا أكده جيسون أندرسون، نائب الرئيس في ستراتوس تكنولوجيز، الذي قال، ان “توفر تقنية الحوسبة الحافة الوقت والموارد في الحفاظ على العمليات من خلال جمع البيانات وتحليلها في الوقت الفعلي.
واضاف، إن “الشبكات على الحافة تقدم تحليلات في الوقت الحقيقي تقريبًا تساعد على تحسين الأداء وزيادة وقت التشغيل”.
السلبيات
إن العيب الوحيد في الحوسبة الحافة، كما أشار كريس نيلسون، نائب رئيس OSIsoft، هو تحقيق التوازن بين الاحتفاظ بالبيانات في الحافة و إدخالها في سحابة مركزية عند الضرورة.
قد تكافح الشركات لفهم التوازن بين جلب البيانات إلى السحابة مقابل معالجتها على الحافة. من حيث التكلفة، في بعض الأحيان يكون تحليل البيانات محليًا أكثر فاعلية، ومع ذلك، في بعض الحالات قد تحتاج البيانات للانتقال إلى السحابة. يمكن أن تصبح مشكلة معقدة للتعامل مع العلامات التجارية، حيث يتم التعامل بشكل أفضل مع مجموعات البيانات التي تتطلب خوارزميات أكثر تعقيدًا في السحابة، في حين يتم الاحتفاظ بالعمليات التحليلية الأبسط على الحافة.
الحوسبة الضبابية والحوسبة الحافة، امتداد للحوسبة السحابية
مع الطلبات المستمرة على تقنيات أفضل وأسرع، تدفع الشركات باستمرار حدودها إلى أبعد من ذلك لتلبية احتياجات المستهلكين. أصبحت المؤسسات مترددةالآن فيما إذا كانت السحابة وحدها قادرة على مواكبة التدفق العالي للبيانات. وهل من الضروري إرسال كل شيء إلى السحابة؟ وهل هناك طريقة لتخزين البيانات بشكل انتقائي على السحابة؟
اليوم، تطورت التكنولوجيا عدة أضعاف، لدرجة أنه يمكنك بث مقاطع الفيديو الخاصة بك بدقة 4K إلى العالم. لقد تحول الإنترنت من مجرد مصدر للمعلومات إلى آلية تغذية البيانات التي تساعدفي العمليات الحسابية. إنها تتحول من البنيات المركزية إلى البنى الموزعة، مع تدفق الفيديو، والواقع المعززوالواقع الافتراضي، والتقنيات الاخرى التي مكنتالعديد من الميزات المتقدمة للمستخدمين. عادةً ما تتعامل التطبيقات الذكية التي تستخدم [5]ML (تعلم الآلة) مع كميات هائلة من البيانات، والتي تصبح مكلفة لإرسالها أو تخزينها في خدمة سحابية مركزية. علاوة على ذلك، ليس من الضروري حتى أن يكون كل جزء من البيانات التي يتم جمعها مفيدًا للمستهلك أو الشركة. إذا كان من الممكن إجراء جزء من معالجة البيانات على حافة الشبكة، فيمكن تمرير المعلومات المهمة فقط إلى الخادم السحابي الذي سيساعد في تقليل التكاليف بشكل كبير. سيساعد تحويل طاقة الحوسبة بالقرب من حافة الشبكة في تقليل التكاليف بالإضافة إلى تحسين الأمان.
تبدو حوسبتا الحافة والضباب قابلين للتبادل، وهما يشتركان في بعض أوجه التشابه الرئيسية. تعمل أنظمة الحوسبة الحافةوالضبابية على حد سواء على تحويل معالجة البيانات أقرب إلى مصدر توليد البيانات. الهدف الرئيسي للقيام بذلك هو تقليل كمية البيانات المرسلة إلى السحابة. يساعد ذلك في تقليل وقت الاستجابة وبالتالي تحسين وقت استجابة النظام، خاصة في التطبيقات الحرجة للمهام البعيدة. من خلال تقريب معالجة البيانات من المصدر، تعمل الشركات أيضًا على تحسين الأمان لأنها لا تحتاج إلى إرسال جميع البيانات عبر الإنترنت العام.
الفرق بين الحوسبة السحابية والضبابية والحافة
تقدم كل من الحوسبة الحافة والحوسبة الضبابية وظائف مماثلة من حيث دفع كل من الذكاء والبيانات إلى منصات التحليل القريبة التي تقع إما على أو بالقرب من مصدر نشأة البيانات، سواء كانت سيارات أو محركات أو مكبرات صوت أو شاشات أو أجهزة استشعار أو مضخات.
وتستفيد كلتا التقنيتين من قوة إمكانات الحوسبة داخل شبكة محلية لأداء مهام حسابية ربما تم إجراؤها في السحابة بسهولة، حيث يمكنهم مساعدة الشركات على تقليل اعتمادها على الأنظمة الأساسية المستندة إلى السحابة لمعالجة البيانات وتخزينها، مما يؤدي غالبًا إلى مشكلات وقت الاستجابة، وتكون قادرة على توليد قرارات تعتمد على البيانات بشكل أسرع.
- موقع معالجة البيانات[6]
والفرق الأساسي بين الحوسبة السحابية وحوسبة الضبابية والحوسبةالحافة هو الموقع الذي تحدث فيه معالجة البيانات.
في الحوسبة السحابية، تتم معالجة البيانات على خادم سحابي مركزي، والذي يقع عادةً بعيدًا عن مصدر المعلومات. يتم ذلك على الخدمات السحابية مثل Amazon E2C instances.
غالبًا ما تحدث حوسبة الحافة مباشرة على الأجهزة التي تتصل بها المستشعرات أو جهاز بوابة بالقرب من المستشعرات. من ناحية أخرى، تحول حوسبة الضبابية مهام الحوسبة الحافة إلى المعالجات المتصلة بأجهزة الشبكة المحلية أو الشبكة المحلية مباشرة بحيث يمكن أن تكون أبعد ماديًا عن المشغلات وأجهزة الاستشعار. لذلك، بالنسبة للحوسبة المتطورة، تتم معالجة البيانات على المستشعر أو الجهاز نفسه دون التحول إلى أي مكان آخر. في المقابل، في الحوسبة الضبابية، تتم معالجة البيانات داخل بوابة إنترنت الأشياء أو العقد الموجودة في شبكة LAN.
- قوة المعالجة وقدرات التخزين
توفر الحوسبة السحابية إمكانات تكنولوجية معالجة فائقة ومتقدمة. يمكنها تخزين بيانات أكثر بكثير من الحوسبة الضبابية التي تتمتع بقوة معالجة محدودة. وبالمثل، فإن قدرات المعالجة وقدرات التخزين أقل في حالة الحوسبة الحافة، حيث يتم تنفيذ كل منهما على أجهزة استشعار إنترنت الأشياء نفسها.
- الغرض
تعتبر الحوسبة السحابية هي الأنسب للتحليل المتعمق على المدى الطويل للبيانات، في حين أن الحوسبة الضبابية والحافة تكون أكثر ملاءمة للتحليل السريع المطلوب للاستجابة في الزمن الحقيقي[7]. سيكون من المفيد أيضًا أن نذكر هنا أن الحوسبة السحابية تتطلب الوصول المستمر إلى الإنترنت، في حين أن الاثنين الآخرين يمكنهما العمل حتى بدون الإنترنت. وبالتالي، فهي أكثر ملاءمة لحالات الاستخدام حيث قد لا يكون لأجهزة استشعار إنترنت الأشياء اتصال سلس بالإنترنت. من حيث الأمان، فان الحوسبة الضبابية والحافة أكثر أمانًا. ففيالحوسبة الضبابية، تظل البيانات موزعة بين العقد، وبالتالي، من الصعب معالجة البيانات مقارنة بالبنية المركزية للحوسبة السحابية. في الحوسبة الحافة، تظل البيانات على الجهاز نفسه، مما يجعلها أكثر أمانًا من بين الثلاثة.
لذا، في الحالات التي يكون فيها الأمن مصدر قلق كبير، تفضل الحوسبة الضبابية والحافة. مرة أخرى، نظرًا لأن البيانات يتم توزيعها بين العقد في حوسبة الضباب، فإن فترة التوقف عن العمل ضئيلة مقارنة بالحوسبة السحابية، حيث يتم تخزين كل شيء في مكان واحد وإذا حدث أي خطأ (اي في الحوسبة السحابية)، فإنه يزيل النظام بأكمله. حتى في حالة تعطلاحدى العقد (node) في الحوسبة الضبابية، تظل العقد الأخرى عاملة، مما يجعلها الخيار الصحيح لحالات الاستخدام التي تحتاج الى استمرارية.
المشكلة الوحيدة هي التدفق الهائل للبيانات التي يتم جمعها من كل جهاز. كيف (وأين) يمكن معالجة مثل هذه الكميات الهائلة من البيانات؟
الحوسبة الحافة والحوسبة الضبابية هما حلان محتملان، ولكن ما هي هاتان التقنيتان، وما هي الاختلافات بين الاثنين؟ لقد طلبنا من خبراء الصناعة ابداء رأيهم في هاتين التقنيتين.
توفر كل من الحوسبة الضبابية والحوسبة الحافه نفس الوظائف من حيث دفع كل من البيانات والذكاء إلى المنصات التحليلية الموجودة إما على أو من حيث نشأت البيانات، سواء كانت تلك الشاشات أو السماعات أو المحركات أو المضخات أو المستشعرات.
وتقول جيسيكا كاليفانو، رئيس التسويق والاتصالات في Temboo:”إن كلاهما (اي الحوسبة الحافة والضبابية) معني بالاستفادة من قدرات الحوسبة داخل شبكة محلية للقيام بمهام حسابية كانت ستُنفذ عادةً في السحابة”.
يمكن أن تساعد كلتا التقنيتين المؤسسات على تقليل اعتمادها على الأنظمة الأساسية المستندة إلى السحابة لتحليل البيانات، مما يؤدي غالبًا إلى مشكلات وقت الاستجابة، وبدلاً من ذلك تكون قادرة على اتخاذ قرارات تستند إلى البيانات بشكل أسرع.
الا ان الفرق الرئيسي بين الحوسبة الحافة والحوسبة الضبابية يعود إلى المكان الذي تتم فيه معالجة هذه البيانات، وعادة ما تحدث حوسبة الحافة مباشرة على الأجهزة التي يتم توصيل أجهزة الاستشعار بها أو جهاز بوابة قريب فعليًا من أجهزة الاستشعار.
ويقول بول بتروورث، الشريك المؤسس والمدير الفني في Vantiq :”ان الحوسبة الضبابية تعمل على نقل أنشطة الحوسبة الحافة إلى المعالجات المتصلة بشبكة LAN أو إلى أجهزة LAN نفسها بحيث قد تكون بعيدة عن أجهزة الاستشعار والمشغلات”.
لذلك، مع الحوسبة الضبابية، تتم معالجة البيانات داخل العقد في الحوسبة الضبابية أو بوابة إنترنت الأشياء الموجودة داخل الشبكة المحلية. أما بالنسبة للحوسبة الحافة، تتم معالجة البيانات على الجهاز أو المستشعر نفسه دون نقلها إلى أي مكان.
قوة الحوسبة في الأعمال
الإنترنت الصناعي للأشياء صناعة متنامية تتطلب طرقًا أكثر كفاءة لإدارة نقل البيانات ومعالجتها. وبالتالي، يمكن للمؤسسات مقارنة ودمج قدرات الحوسبة السحابية والضبابية والحافة للاستفادة الكاملة من الفرص الناشئة وفتح الإمكانات الحقيقية لتقنيات اليوم.
يؤدي نشر تقنيات الحوسبة السحابية أو الضبابية أوالحافة الى معالجة المعلومات من أجهزة إنترنت الأشياء بشكل صحيح إلى تحسين تحولها الرقمي نحو الصناعة، وهي موجة تحدث بالفعل في العالم.
غير إنترنت الأشياء طريقة عمل الشركات، وشهدت الصناعة تحولًا هائلاً من البرامج المحلية إلى الحوسبة السحابية، حيث امتد إنترنت الأشياء عبر العديد من الصناعات التي تخدم المستهلكين على المستوى العالمي، من المساعد الصوتي الذكي إلى المنازل الذكية.
وتعمل العلامات التجارية على توسيع نطاق خدماتها وتجربة أفكار مختلفة لتعزيز تجربة العملاء. يتم الآن جمع البيانات المتعلقة بسلوك العملاء من خلال طرق متنوعة ومبتكرة. من خلال تخزين البيانات ومعالجتها باستخدام تقنية السحابة، قمنا بتحرير أنفسنا من المتاعب التي لا هوادة فيها للوصول إلى البيانات بطريقة محدودة.
يمكننا الآن الوصول إلى ميزات إضافية على هواتفنا وأجهزة الكمبيوتر وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة إنترنت الأشياء الخاصة بنا دون الحاجة إلى توسيع قوة الحوسبة أو الاستثمار في سعة تخزين الذاكرة – كل الفضل يعود إلى الحوسبة السحابية. ومع ذلك ، هناك اليوم حاجة ماسة لتقليلزمن الاستجابة في تطبيقات محددة، مثل الأجهزة المنزلية الذكية أو السيارات ذاتية القيادة.
ختاما
على الرغم من أن الحوسبة السحابية لا تزال التفضيل الأول لتخزين البيانات وتحليلها ومعالجتها، فإن الشركات تتجه تدريجيًا نحو حوسبة الحافة و الضبابية لتقليل التكاليف. الفكرة الأساسية لتكييف هاتين المعماريتين ليست استبدال السحابة تمامًا ولكن لفصل المعلومات الحاسمة عن العامة.
تتطلب التطبيقات الذكية والأجهزة المستندة إلى إنترنت الأشياء أدوات فورية لاتخاذ القرار، وبينما تضيف الشركات ميزات جديدة ومحسنة وأفضل بكثير تساعد في اتخاذ قرارات سريعة، لا يزال هناك بطىء في زمن الاستجابة، الأمر الذي يتطلب استخدام الحوسبة الضبابية والحوسبة الحافة، اذ كل منهماتهدفان إلى التعامل مع مشكلة واحدة – تحسين الأداء.
الا إن الحوسبة الضبابية مرغوبة أكثر من قبل شركات معالجة البيانات ومقدمي الخدمات، اذ إن دمج نظام الضباب أو الحوسبة المتطورة في مؤسسة كانت تعتمد على الحوسبة السحابية لتلبية احتياجاتها الحسابية لسنوات ليست مهمة سهلة. ومع ذلك، فإن الحاجة إلى جمع كميات هائلة من البيانات، خاصة في عصر شبكة 5G، ومرئيات 4K، وبيانات جودة HD عبر الإنترنت، قد تضطر الشركات إلى تجاوز حدودها واعتماد الحوسبة الضبابية أو الحافة.
[1]Software as a Service
[2]Platform as a Service
[3]Infrastructure as a Service
[4]Node
[5]Machine Learning
[6]Location of Data Processing
[7]Real-time
