الحوسبة الضبابية (حوسبة الحافة)

4
(4)

الدكتور/ عدنان مصطفى البار

أستاذ نظم المعلومات المشارك، قسم نظم المعلومات

جامعة الملك عبدالعزيز

الدكتور/ خالد علي المرحبي

أستاذ علوم الحاسب المساعد، قسم علوم الحاسبات

جامعة أم القرى

المقدمة

أصبحت الحوسَبة السّحابيّة أحدَ ركائز عملِ التّطبيقات والأجهزة على اختلافِ أنواعِها ومسمياتِها وأهدافِها. لكن التطورَ الكبير والسريعَ في التطبيقات البرمجيّة واستخدام إنترنت الأشياء يقابله تطوّر أقلَّ سرعةً في خدمات الإنترنت والبنيّةِ ونتيجة لكون الحوسبة السحابية تواجه صعوبة في تلبية متطلبات انترنت الأشياء. ظهرت منصة جديده واعده تُلبي متطلباتها تسمى بالحوسبة الضبابية (Fog Computing) ولقد برزت الحاجةُ إلى هذا النّموذجِ بعدَ انتشارِ إنترنت الأشياء (IoT) وقيام هذه الأجهزةِ الصّغيرة بتوليد كمّ من البياناتِ كبير جدّاً وحاجتها إلى قدرات تحليل وسرعة ردّ كبيرة جدّاً من قِبَل السّحابة، إضافةً إلى الحاجة إلى نطاق تردُّد عريض جدّاً لايستطيع الإنترنت الحاليّ مواكبَتَهُ. فغالباً ما ترسل هذه الأجهزةُ البياناتِ إلى السّحابة وتنتظرُ الرَّدَّ كي تقومَ باتّخاذِ القرارِ في مهمتَّهِا المنوطَةِ بها. وفي حالة الحوسبة الضبابية تقوم هذه الأجهزة بإرسال هذه البياناتِ إلى أجهزة قريبة منها كالهواتفِ الذّكيّةِ والتّواصلِ معها واستلام الرّد في وقت أقصرَ بكثير مُقارنة بالوقت اللازم للإرسالِ إلى السّحابة وذلك بفضل تواجد هذه الأجهزة الطّرفيّة في منطقة جغرافية قريبة جدّاً.

تهدف هذه المقالة إلى تعريف القارئ بمفهوم الحوسبة الضبابية وعلاقتها بانترنت الأشياء وما يرتبط بها من تقنيات وما يترتب على ذلك من تطبيقات متنوعة في شتى المجالات.

تقنية الحوسبة الضبابية  (Frog Computing)

  • مفهوم الحوسبة الضبابية

عبارة عن الّنموذجُ الهيكليّ المُمَدِد للحوسَبَة السّحابيّة بحيث تقوم الأجهزة الطّرفيّة (أي المتواجدة على أطراف السّحابةِ) بعمليّاتِ المعالجةِ وحفظ البياناتِ وأغلب العمليّاتِ الّتي تقوم بها السّحابة. من هذه الأجهزة الطّرفيّة مُشّغلات الفيديو والحواسيب الشّخصيّة والأجهزة الذّكيّة وغيرها وبهذه الطّريقة يمكن الإستفادة من مواردِ الأجهزةِ الخاملةِ أو شبهِ الخاملةِ القريبةِ عوضاً عن التّواصل مع المُخّدِماتِ الرّئيسيّةِ المتواجدةِ في السّحابةِ البعيدةِ.

  • الهدف من الحوسبة الضبابية

الهدف من الحوسبة الضبابية هو وضع الموارد بحيث تكون قريبة من المستخدمين، مما يساعد على توفير الخدمة للمستخدمين بشكل سريع حيث يمكننا الإستفادة من قدرات الحوسبة الضبابية في مشاركة البيانات. فالحوسبة الضبابية تستطيع تقديم خدمات تخزينية. بالتالي يستطيع أصحاب البيانات تخزين بياناتهم السرية في العديد من العقد الضبابية، الأمر الذي يمكن أن يسبب المزيد من التحديات لأمن مشاركة البيانات.

  • كيف تعمل الحَوسَبَةُ الضّبابيّةُ؟

يتكوَّنُ هذا النّموذجُ من جزأينِ رئيسيّينِ وهما السّحابَةُ والأطراف الحاسوبية ((Fog Nodes أو أطرافٌ حاسوبيّةٌ مرتبطةٌ بشكلٍ وثيقٍ بإنترنت الأشياء والسّحابة كلتيهما. تكون هذه الأطراف صلةَ الوصل بين السّحابةِ وأجهزةِ إنترنت الأشياء وتقوم بعددٍ من المهمّاتِ عِوَضاً عن السّحابة ومن ثمّ تقومُ برفعِ تقاريرَ دوريّةٍ للسّحابةِ.

بالنّسبةِ للأطرافِ الحاسوبيّةِ سوف تقوم بالتّالي:

  • استقبال البيانات المولَّدَةِ من أجهزة إنترنت الأشياء بشكل لحظي.
  • تشغيل البرامجَ المهيّأةَ للتّواصلِ مع أجهزة إنترنت الأشياء وتحليلِ البياناتِ المستقبلة ومن ثمَّ إرسال النّتائجَ والقرارات لهذه الأجهزةِ بسرعةِ أجزاءٍ من الثّانية.
  • تقديمُ خدماتِ التّخزينِ المؤقّتِ وعادةً ماتكونُ بمدةِ ساعةٍ إلى الساعتين.
  • إرسالُ تقاريرَ دوريّةٍ للسّحابةِ.

بالّنسبة للسّحابة فسوف تقومُ بالتّالي:

  • استقبال وتجميعُ التّقارير الدّوريّةِ المستقبَلَةِ من العديدِ من الأطرافِ الحاسوبيّةِ.
  • تحليل البياناتِ والتّقاريرِ المُستقَبَلَةِ وجمعها ببياناتٍ أخرى مفيدةٍ في عمليّاتِ اتّخاذ القرار.
  • يمكنها إرسال قوانينَ عمل جديدة للأطراف الحاسوبيّة بناءً على البيانات المُستَقبَلَةِ.

 استخدامات الحوسبة الضبابية

يمكن للحوسبة الضبابية أن توفر خدمات الموقع و جودة الخدمة لتطبيقات الوقت الحقيقي والتدفق. كما تشمل استخداماتها الآليات الصناعية ، النقل و شبكات من أجهزة الإستشعار. واستخدامات أخرى منها:

  • الشبكة الذكية

مُعالجة البيانات من تطبيقات موازنة تحميل الطاقة، مثل الشبكات الصغيرة والعدادات الذكية والأوامر إلى المحركات وتوليد التقارير في الوقت الفعلي. اعتمادًا على الطلب على الطاقة وتوافرها، تتحول الأجهزة تلقائياً إلى الطاقات البديلة (الرياح والطاقة الشمسية).

  • إشارات المرور الذكية

يمكن للكاميرات الفيديو في الشوارع أن تشعر تلقائيًا ببعض السيارات، مثل سيارات الإسعاف، وتغيير أضواء الشوارع لفتح الممرات من خلال حركة المرور أو التعرف على وجود المشاة وحساب المسافة والسرعة للمركبة التي تقترب .

  • أجهزة الإستشعار اللاسلكية وشبكات المشغل

يمكن للمشغلات تنفيذ إجراءات فعلية، على عكس أجهزة الإستشعار اللاسلكية التقليدية، والتحكم في عملية القياس والإستقرار والسلوكيات التذبذبية عن طريق إرسال التنبيهات.

  • التحكم اللامركزي في المباني الذكية

يساعد التحكم اللاسلكي في قياس درجة الحرارة والرطوبة ومستويات الغاز في المبنى، ويتم تبادل هذه المعلومات بين جميع أجهزة الإستشعار من أجل تشكيل قياسات موثوقة.

 مميزات الحوسبة الضبابية

توجد مميزات للحوسبة الضبابية ومنها:

  • دعم العدد المتزايد فى أجهزة انترنت الأشياء والذى يحتاج إلى حوسبة غير مركزية لتسرع الأعمال وتدعم الكم الهائل للأجهزة والبيانات.
  • يتم استخدامها فى التطبيقات التى لديها حساسية أمنية من نقل بيانتها إلى الحوسبة السحابية .
  • تأتى أهمية الحوسبة الضبابية من أهمية تحليل البيانات الضخمة وسرعة اتخاذ القرارات فى الوقت المناسب

 الفرق بين الحوسبة السحابية والحوسبة الضبابية

الحوسبة السحابية

تتيح للمستخدمين ذوى القدرات الحاسوبية المختلفة تخزين البيانات ومُعالجتها إما في سحابة مملوكة ملكية خاصة أو على خادم خارجي لطرف ثالث موجود في مركز بيانات، ومع تحول الأعمال الحاسوبية لتصبح أكثر وأكثر تنوعاً وتعقيداً، فإن الطلب على أداء مُعالجة البيانات بات هو الآخر أعلى من ذلك، وفي عملية تحول البيانات إلى السحابة ، بدأت الحوسبة السحابية تستهلك موارد الشبكة الهائلة والوقت ، وهو ما يؤدي إلى ازدحام الشبكة والموثوقية المنخفضة ويمكن أن تكون الحوسبة السحابية على هيئة ثقيلة وكثيفة في القدرة الحاسوبية.

الحوسبة الضبابية

تمكّن الحوسبة الضبابية خدمات الحوسبة من البقاء في حافة الشبكة بدلًا من الخوادم الموجودة في مركز البيانات. مقارنة بالحوسبة السحابية، الحوسبة الضبابية تؤكد على القرب من المستخدمين النهائيين وأهداف العميل، التوزيع الجغرافي الكثيف، تجميع الموراد المحلية ، التقليل من الكمون وتوفير النطاق الترددي للشبكة الأساسية لتحقيق أفضل جودة خدمة. كما تدعم الشبكات الضبابية مفهوم إنترنت الأشياء الذي يوصِّل معظم الأجهزة التي يستخدمها البشر مع بعضها البعض.

انترنت الأشياء والحوسبة الضبابية

أصبحنا نستخدم انترنت الأشياء في مجالات حياتنا المختلفة من دون أن نشعر بهذا فعند الإعتماد بشكل أساسى على إنترنت الأشياء في المستقبل يُبرِز حاجتنا إلى بنية تحتيّة جديدة. فالبنيّةُ التّحتيّةُ الحاليّةُ ليست مهيّئةً للكمِّ، والنّوعِ، والتّنوّعِ في البياناتِ المولَّدَةِ من قِبَل أجهزةِ إنترنتِ الأشياء. ملياراتُ الأجهزة الّتي لم تكن متصلةً بالإنترنت مسبقاً تولِّدُ أكثرَ من 2 اكزابايت (10006 بايت) يوميّاً. وفي العام 2020، من المُقدَّرِ أن يكونَ هناك أكثرَ من 50 مليار جهاز متَّصلٍ بالإنترنت وبحاجةِ نطاقِ تردُّدٍ عريضٍ جدّاً للتّواصُلِ مع السّحابَةِ الّتي بدورها يجبُ أن تكبُرَ وتتوسَّع بالقّدْرِ الكافي! ملياراتُ الأجهزة هذه ستكون مختلفةَ الأنواعِ والأهدافِ فمنها الصّناعيُّ والأمنيُّ والتّعليميُّ و الصِّحِّيُّ والشَّخصيُّ. منها ما سيكون متصلاً بمتحكِّماتٍ صناعيّةٍ لتزويدِ هذه المتحكِّماتِ بدرجةِ الحرارةِ باستمرارٍ أو بكونِ أحد خطوط الإمداد مُقفَلاً أم مفتوحاً. في أغلبِ الحالاتِ، يكون هناك مُتَطَلَّبٌ واضحٌ وكبيرٌ لهذه الأجهزةِ في اتّخاذِ القراراتِ بسرعةٍ كبيرةٍ شبهِ لحظيَّةٍ حيث أنّها غالباً ماتكونُ أجهزةً ذاتَ مهمَّةٍ حسّاسةٍ جدّاً. انتظارُ الرَّدِّ من السّحابةِ يُعتَبَرُ أحدَ الجوانبِ الضّعيفةِ في نموذج الحوسَيَةِ السّحابيّةِ بسبب بطءِ الإستجابةِ لأسبابٍ عديدةٍ جدّاً. وهنا تبرز إيجابيّاتُ الحَوسَبَةِ الضّبابيّةِ حيث سنستطيعُ نقلَ الطَّرَفِ الّذي يقومُ بالتّحليلِ والرَّدِّ إلى مكان جغرافي قريب جدّاً من الجهاز المولِّد للبيانات .

وعند القيامِ بنقلِ الأجهزةِ المسؤولَةِ عن تحليلِ البياناتِ إلى مراكزَ جغرافيّةٍ قريبةٍ من أجهزةِ إنترنت الأشياء نقوم باكتساب العديد من الأمورِ الإيجابيّةِ. منها أن نكون قد قمنا بحفظ بياناتِ الإنترنت وقمنا باستخدام الشّبكةِ الدّاخليّةِ فقط. إضافةً إلى قيامنا بتأمينِ البياناتِ الحسّاسةِ من الخروجِ منَ الشّبكةِ الدّاخليّةِ إلى إنترنت العالَمِ الخارجيِّ وتعريضها للخطر. كذلك، نقومُ بزيادةِ سرعة الاستجابة بين أجهزة إنترنت الأشياء والأجهزة المحلِّلة للبياناتِ إلى سرعاتٍ شبِهِ لحظيّةٍ.

 الخاتمة

للحوسَبَةِ الضّبابيّة العديدَ من المزايا خصوصاً في تطبيقاتٍ معيّنة صناعيّة وخدميّة وطبيّة. أهمُّها هو عدم الحاجة لإرسال البيانات بشكل كبير إلى السّحابةِ عبرَ الإنترنت وسرعة الإستجابةِ والإستفادةِ من العتَادِ المتوفِّر. كذلك، من المهمِّ ملاحظةُ مستوى الحمايةِ الّذي يمكنُ الحصولَ عليه عند استخدام هذا النّموذج.

 المراجع

  •         https://www.networkworld.com/article/3224893/internet-of-things/what-is-edge-computing-and-how-it-s-changing-the-network.html
  •         https://techcrunch.com/2017/08/03/edge-computing-could-push-the-cloud-to-the-fringe/
  •         https://opensource.com/article/17/9/what-edge-computing
  •         https://www.quora.com/Whats-the-difference-between-edge-computing-and-cloud-computing
  •         https://www.infoworld.com/article/3197555/cloud-computing/make-sense-of-edge-computing-vs-cloud-computing.html
  •         https://www.nanalyze.com/2016/07/fog-computing-vs-cloud-computing-vs-edge-computing/
  •         https://www.networkworld.com/article/3224893/internet-of-things/what-is-edge-computing-and-how-it-s-changing-the-network.html
  •         https://blogs.microsoft.com/iot/2017/09/19/five-ways-edge-computing-will-transform-business/
  •         http://www.businessinsider.com/edge-computing-in-the-iot-forecasts-key-benefits-and-top-industries-adopting-an-analytics-model-that-improves-processing-and-cuts-costs-2016-7

 

Print Friendly, PDF & Email

قيمنا

4 / 5. 4

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

انتقل إلى أعلى