الحوسبة الضبابية: المفهوم والإيجابيات والسلبيات وكيفية تطبيقها

تهدف الحوسبة الضبابية إلى تحقيق مرونة واستجابة في الوقت الحقيقي، وتخفيف الضغط على الشبكة الرئيسية وتقليل استهلاك النطاق الترددي، بالإضافة إلى تحسين استخدام الطاقة وتقليل الانبعاثات الكربونية. فما هو مفهوم الحوسبة الضبابية وأهم الإيجابيات والسلبيات الناتجة عن تطبيقها داخل المؤسسات؟

مفهوم الحوسبة الضبابية (Fog computing)

الحوسبة الضبابية (Fog Computing) هي نموذج للحوسبة الموزعة يهدف إلى توفير قدرة الحوسبة والتخزين والشبكات والخدمات السحابية على مستوى الحواف (Edge) أو الأجهزة المحلية بدلاً من الاعتماد بشكل كامل على السحابة المركزية. وتهدف الحوسبة الضبابية إلى تحسين أداء التطبيقات وتخفيف الضغط على الشبكات وتقديم خدمات قريبة من المستخدمين والأجهزة المتصلة.

إيجابيات الحوسبة الضبابية

تعتبر الحوسبة الضبابية مهمة في تمكين تطبيقات الواقع المعزز والواقع الافتراضي، فيكون من أهم أهدافها ما يلي:

1. استجابة في الوقت الحقيقي

تسمح الحوسبة الضبابية بتنفيذ المعالجة والتحليل على الحواف القريبة من المصادر المستندة على البيانات. مما يتيح استجابة سريعة في الوقت الحقيقي للتطبيقات التي تتطلب وقت استجابة منخفض، مثل الأجهزة الطبية المحمولة والسيارات الذكية وأنظمة المراقبة.

2. تخفيف الضغط على الشبكة

من خلال تنفيذ المعالجة والتحليل في الحواف القريبة، يتم تقليل كمية البيانات التي يجب نقلها عبر الشبكة الرئيسية. وهذا يقلل من استهلاك النطاق الترددي ويخفض تكاليف الاتصال ويحسن أداء الشبكة بشكل عام.

3. خصوصية البيانات

بدلاً من إرسال البيانات الحساسة إلى مراكز بيانات بعيدة، يمكن معالجتها وتحليلها في الحواف القريبة. لتعزيز خصوصية البيانات وتقليل المخاطر المرتبطة بانتقال البيانات عبر الشبكة العامة.

4. توفير الطاقة والاستدامة

بفضل الحوسبة الضبابية، يمكن تقليل استهلاك الطاقة والانبعاثات الكربونية. وعندما يتم معالجة البيانات في الحواف القريبة، يتم تقليل الحاجة إلى إرسال البيانات عبر الشبكة الرئيسية، مما يقلل من استهلاك الطاقة للاتصالات وتشغيل مراكز البيانات الضخمة.

5. تعزيز الاستقرار والموثوقية

بوجود مصادر معالجة وتخزين إضافية في الحواف القريبة، يتم تحسين استقرار النظام وموثوقيته. وعندما يحدث انقطاع في الشبكة الرئيسية، يمكن للحواف القريبة الاستمرار في تشغيل التطبيقات المحلية وتوفير الخدمات.

6. دعم تطبيقات الواقع المعزز والواقع الافتراضي

تتطلب بعض تطبيقات الواقع المعزز والواقع الافتراضي معالجة فورية واستجابة سريعة. تساعد الحوسبة الضبابية في تلبية هذه المتطلبات من خلال تحقيق المعالجة المحلية بالقرب من المستخدم.

اقرأ إيجابيات وسلبيات الحوسبة السحابية.

سلبيات الحوسبة الضبابية

بالرغم من الفوائد العديدة التي توفرها الحوسبة الضبابية، إلا أنها تواجه بعض السلبيات أيضًا، ومنها:

1. قضايا الأمان والخصوصية

تتطلب الحوسبة الضبابية تنقل البيانات بين الأجهزة المختلفة والحواف القريبة، مما يزيد من مخاطر تعرض البيانات للاختراق وانتهاك الخصوصية. لذا يجب اتخاذ تدابير أمان قوية لحماية البيانات وتأمين الاتصالات.

2. تعقيد الإدارة والتكامل

يشتمل النموذج الضبابي على مجموعة متنوعة من الأجهزة والتقنيات المختلفة، مما يجعل إدارة البنية التحتية والتكامل بينها أكثر تعقيدًا. ويتطلب هذا مهارات فنية وموارد إضافية لضمان التشغيل السلس والتكامل الفعال.

3. قيود القدرة الحوسبية

بالرغم من أن الحوسبة الضبابية تسمح بتنفيذ المعالجة المحلية في الحواف القريبة، إلا أنها قد تواجه قيودًا في القدرة الحوسبية المتاحة. وقد يكون هناك قيود في قدرة المعالجة والذاكرة وقدرة التخزين في الأجهزة الحافة، مما قد يؤثر على أداء التطبيقات القوية.

4. التحديات الشبكية

يتطلب النموذج الضبابي شبكة قوية وموثوقة لنقل البيانات بين الأجهزة والحواف القريبة. التي يمكن أن تواجه تحديات في مجالات اتصال الشبكة مثل الانقطاعات أو التأخيرات أو الاختناقات، مما قد يؤثر على أداء التطبيقات واستجابتها.

5. تعقيد التطوير والبرمجة

يتطلب العمل في بيئة الحوسبة الضبابية مهارات وخبرات برمجية متقدمة وفهم عميق للتقنيات المستخدمة. وقد يصعب على المطورين تطوير التطبيقات المناسبة وتنفيذها بشكل صحيح في هذا النموذج.

6. تعقيد الشروط التنظيمية والقانونية

قد تواجه الحوسبة الضبابية تحديات قانونية وتنظيمية متعلقة بمعالجة ونقل البيانات عبر الحدود وضمان الامتثال للمعايير والتنظيمات الخاصة بالخصوصية والأمان.

مهام العقد الضبابية

تتضمن مهام العقد الضبابية (Fog Computing) مجموعة من الأنشطة والوظائف التي تتم في الأجهزة المتصلة بالشبكة المحلية في بيئة الحوسبة الضبابية. ومن أهم المهام الأساسية للعقد الضبابية ما يلي:

1. المعالجة المحلية (Local Processing)

يعتبر العقد الضبابية توسيعًا للحوسبة السحابية، حيث يقوم بتنفيذ جزء من المعالجة والحسابات والتحليلات في الأجهزة المتواجدة في الحواف القريبة من المستخدمين. ويتيح ذلك تقليل التأخير والتحسين العام لأداء التطبيقات.

2. التخزين المؤقت (Caching)

يستخدم العقد الضبابية التخزين المؤقت لتخزين البيانات والمحتوى الشائع بشكل مؤقت في الحواف القريبة من المستخدمين. مما يسمح بتوفير وصول أسرع للبيانات وتقليل الضغط على الشبكة الرئيسية.

3. التوزيع وإدارة الموارد (Resource Distribution & Management)

يتم توزيع وإدارة الموارد الحاسوبية والشبكية في العقد الضبابية بشكل فعال. ويتم تنظيم توزيع المهام والتحكم في الأجهزة المتصلة واستخدام الموارد بطريقة تحقق أفضل أداء وكفاءة.

4. التواصل والتنسيق (Communication & Coordination)

يعمل العقد الضبابية على تمكين التواصل والتنسيق بين الأجهزة المختلفة والتطبيقات. ويتم توفير آليات للتواصل والتنسيق الفعال بين الحواف القريبة لتحقيق تكامل وتعاون بينها.

5. الاستشعار وجمع البيانات (Sensing & Data Collection)

يمكن للعقد الضبابية استخدام الأجهزة الاستشعارية الموجودة في الحواف القريبة لجمع البيانات البيئية والمعلومات الحسية. يتم تحليل ومعالجة هذه البيانات المجمعة لتحقيق تطبيقات ذات قيمة مضافة في الوقت الفعلي.

مهام السحابة المركزية في الحوسبة السحابية

تشمل مهام السحابة المركزية (Central Cloud) في الحوسبة السحابية على عدة أنشطة منها:

1. توفير البنية التحتية السحابية

تعمل السحابة المركزية على توفير البنية التحتية الضرورية لتشغيل الخدمات السحابية. وتشمل هذه المهمة توفير الخوادم والشبكات والتخزين والأنظمة الأساسية التي تدعم تشغيل التطبيقات وتخزين البيانات.

2. إدارة الموارد

يتم تنظيم وإدارة الموارد الحاسوبية والشبكية في السحابة المركزية. وتخصيص وتوزيع الموارد بشكل فعال لتلبية احتياجات التطبيقات والمستخدمين. ويتم تنفيذ عمليات مثل توزيع الحمولة، وإدارة السعة، والتوازن بين الأحمال لضمان الأداء العالي والاستجابة السريعة.

3. توفير خدمات الحوسبة

توفر السحابة المركزية مجموعة واسعة من الخدمات الحوسبية، مثل الحسابات الافتراضية، والتخزين السحابي، وخدمات قاعدة البيانات، والشبكات الافتراضية، وخدمات التحليل الضبابي، وغيرها. ويمكن للمستخدمين استخدام هذه الخدمات حسب الطلب دون الحاجة للاستثمار في البنية التحتية الخاصة بهم.

4. الأمان والخصوصية

تعمل السحابة المركزية على توفير آليات أمان وحماية البيانات والتطبيقات المخزنة والمعالجة في البيئة السحابية. وتشمل هذه المهمة على تطبيق إجراءات الأمان المتقدمة وتشفير البيانات ومراقبة الوصول والتحقق من الهوية لضمان حماية البيانات والخصوصية.

5. النسالة والتوافق

يتم تحديث وتطوير خدمات السحابة المركزية بشكل مستمر لتلبية المتطلبات المتغيرة للتطبيقات والمستخدمين. يتم التوافق مع معايير وبروتوكولات مختلفة للسماح بالتكامل السلس وتبادل البيانات مع الأنظمة الأخرى.

6. الفوترة والتكاليف

توفر السحابة المركزية نماذج فوترة مرنة، وتشمل مهام السحابة المركزية (Central Cloud) في الحوسبة السحابية على عدة أنشطة ووظائف لتوفير الخدمات السحابية المتقدمة والإدارة عند استخدام الحوسبة السحابية.

مكونات الحوسبة الضبابية

تتكون الحوسبة الضبابية من عدة مكونات أساسية، ومنها ما يلي:

1. الأجهزة المحلية (Edge Devices)

تشمل على الأجهزة المحلية المختلفة مثل أجهزة الاستشعار (Sensors) والمحولات (Gateways) وأجهزة الشبكة والأجهزة الذكية (Smart Devices) المنتشرة في المواقع اللامركزية مثل المصانع أو السيارات أو الأجهزة المنزلية الذكية. وتلعب هذه الأجهزة دورًا حاسمًا في تجميع البيانات ومعالجتها وتخزينها وتقديم خدمات محددة.

2. الشبكات المحلية (Edge Networks)

تتألف من الشبكات المحلية القريبة من المستخدمين والأجهزة المحلية. وتساعد هذه الشبكات في توصيل الأجهزة المحلية ببعضها البعض وبالشبكة الرئيسية لتبادل البيانات وتقديم الخدمات.

3. الأجهزة الوسيطة (Fog Nodes)

تشكل الأجهزة الوسيطة نقاط الوصول القريبة من الحواف التي تقوم بتنفيذ المعالجة والتخزين المؤقت للبيانات وتوفير الخدمات المحددة في الموقع. تشمل الأجهزة الوسيطة الخوادم المحلية والمحولات وأجهزة التوجيه والتحكم وغيرها.

4. البرمجيات الضبابية (Fog Software)

تعتبر البرمجيات الضبابية جزءًا هامًا من الحوسبة الضبابية، حيث تساعد في تنفيذ وإدارة العمليات المحلية وتسهيل توفير الخدمات والتفاعل مع الأجهزة المحلية والشبكات.

5. الاتصالات السحابية (Cloud Connectivity)

تعمل الاتصالات السحابية على ربط الحواف المحلية بالسحابة المركزية، مما يتيح تبادل البيانات والمصادقة والتوجيه وإدارة الأجهزة والخدمات بين الحواف والسحابة المركزية.

6. الخدمات الضبابية (Fog Services)

تشمل على خدمات الحوسبة الضبابية مع تطبيقات وخدمات محددة تستفيد من قدراتها المحلية وتوفر الوصول السريع والاستجابة الفورية للمستخدمين.

ولكن يجب الأخذ في الاعتبار أن هذه المكونات يمكن أن تختلف قليلًا بناءً على النموذج المعماري والتنفيذ المحدد للحوسبة الضبابية في كل حالة، ويمكن أن يتم اعتبار بعض المكونات جزء من الأخرى أو تجميعها في وحدات متكاملة.

مبادئ الحوسبة الضبابية

تتمحور مبادئ الحوسبة الضبابية حول تحسين أداء وكفاءة نظرية الحوسبة وتوفير خدمات قريبة المسافة في البيئات الموزعة. ومن أهم مبادئ الحوسبة الضبابية ما يلي:

1. القرب من الحواف (Edge Proximity)

يتم تحقيق ذلك من خلال نشر مصادر الحوسبة والتخزين والشبكات في القرب من الأجهزة والمستخدمين النهائيين. مما يسمح بتقليل التأخير وزمن الاستجابة وتعزيز تجربة المستخدم.

2. التوزيع الموزع (Distributed Deployment)

تعتمد الحوسبة الضبابية على تقسيم المهام والمصادر عبر العديد من الأجهزة المحلية والشبكات المحلية. لتحقيق توازن الحمل وتحسين أداء النظام بشكل عام.

3. القدرة على الاستجابة الفورية (Real-Time Responsiveness)

يتم تنفيذ المعالجة وتحليل البيانات وتقديم الخدمات على الحواف بشكل مباشر وفوري. للاستفادة من القدرات المحلية وتلبية الاحتياجات الزمنية الحرجة وتقديم استجابة سريعة للأحداث المهمة.

4. الاستخلاص والتجميع (Aggregation and Consolidation)

يتم تجميع البيانات من الأجهزة المحلية وتحليلها وتجميعها في مستويات أعلى من النظام. للاستفادة من البيانات المجمعة واتخاذ قرارات أفضل وتحسين الأداء العام.

5. الأمان والخصوصية (Security and Privacy)

يجب أن تكون هناك آليات قوية لحماية البيانات وضمان الأمان والخصوصية في الحوسبة الضبابية. يجب ضمان سلامة الاتصالات والتشفير والتحقق من الهوية وغيرها من الإجراءات الأمنية.

6. التحكم والإدارة (Control and Management)

يجب توفير آليات فعالة لإدارة الأجهزة والموارد والخدمات المنتشرة في بيئة الحوسبة الضبابية. ويتضمن ذلك إدارة السياسات والتكوين والتحكم في الأداء والتواصل بين الأجهزة المختلفة.

7. المرونة والتكيف (Flexibility and Adaptability)

ينبغي أن تكون الحوسبة الضبابية قادرة على التكيف مع التغيرات في البيئة والاحتياجات والظروف المحيطة. لذا يجب أن تتمتع بالقدرة على تكييف التكوين وتوفير المرونة في استخدام الموارد وتكييف الخدمات وفقًا للطلب.

طرق تطبيق الحوسبة السحابية

يعتمد تطبيق الحوسبة السحابية على استخدام الشبكة والاتصالات للوصول إلى الموارد والخدمات في السحابة. كما يمكن للمستخدمين الوصول إلى الموارد وإدارتها واستخدامها من خلال واجهات برمجة التطبيقات (APIs) والواجهات الرسومية وأدوات إدارة السحابة. ومن أبرز الطرق المستخدمة لتنفيذ حلول الحوسبة السحابية ما يلي:

1. البنية التحتية كخدمة (IaaS)

تعتمد هذه الطريقة على استخدام موارد الحوسبة السحابية كخدمة قابلة للتطوير والاستخدام، حيث يتم توفير الموارد الأساسية مثل الخوادم الافتراضية والشبكات والتخزين، ويمكن للمستخدمين إدارة وتكوين هذه الموارد وتشغيل تطبيقاتهم عليها.

2. المنصة كخدمة (PaaS)

تعتمد هذه الطريقة على توفير بيئة برمجية كاملة لتطوير التطبيقات وتشغيلها في السحابة. وتوفير البنية الأساسية والأدوات التي تحتاجها لتطوير واختبار ونشر التطبيقات بسهولة دون الحاجة إلى الاهتمام بالتحديات البنية.

3. البرمجة كخدمة (FaaS)

تعتمد هذه الطريقة على تشغيل الشفرة المخصصة لوظائف معينة في بيئة السحابة. وتنفيذ الشفرة عند الحاجة فقط، وتوفير البنية الأساسية والموارد المطلوبة تلقائيًا دون التفاعل المباشر مع البنية التحتية.

4. البرمجة العميل-الخادم كخدمة (BaaS)

تعتمد هذه الطريقة على استخدام خدمات السحابة لتطوير تطبيقات العميل-الخادم. ويمكن للمطورين استخدام خدمات البنية التحتية المقدمة من السحابة مثل قواعد البيانات والتخزين والمصادر الأخرى لتطوير تطبيقاتهم.

5. البرمجة المتقدمة كخدمة (AaaS)

تعتمد هذه الطريقة على استخدام الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي وتحليل البيانات في بيئة السحابة. ويمكن الوصول إلى الخوارزميات والنماذج المدربة مسبقًا واستخدامها لتحليل البيانات وتقديم خدمات متقدمة مثل التعرف على الصور وتحليل النصوص.

6. السحابة العمومية والسحابة الخاصة والسحابة الهجينة

يمكن تنفيذ حلول الحوسبة السحابية على السحابة العمومية التي توفر الموارد للعموم أو على السحابة الخاصة التي تكون متاحة فقط لمؤسستك. كما يمكن استخدام السحابة الهجينة التي تجمع بين السحابة العمومية والسحابة الخاصة، حيث يتم توفير بعض الموارد على السحابة العمومية والموارد الحساسة أو الخاصة على السحابة الخاصة.

أنواع الحوسبة السحابية

تختلف أنواع الحوسبة السحابية في مستوى السيطرة والأمان والتوافر والتكلفة. لذا يجب على المؤسسات تقييم احتياجاتها ومتطلباتها قبل اتخاذ قرار بشأن أي نوع من أنواع الحوسبة السحابية يناسبها. ومن أنواع الحوسبة الحسابية ما يلي:

1. الحوسبة الضبابية على مستوى الجهاز

تعتبر الحوسبة الضبابية على مستوى الجهاز (Fog Computing at the Edge) تطورًا لنموذج الحوسبة الضبابية، وتركز على تحسين أداء واستجابة النظام عند مستوى الجهاز أو الحواف (Edge)، وهي تقنية تهدف إلى تحسين توزيع ومعالجة البيانات على مستوى الشبكة القريبة من المصادر التي تنتج البيانات.

وتستخدم الحوسبة الضبابية على مستوى الجهاز على أجهزة مثل أجهزة الاستشعار والمحولات وأجهزة التوجيه وغيرها. ويتيح هذا النموذج من الحوسبة تحقيق أقصى استفادة من الموارد المحلية على مستوى الجهاز، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة النظام وتحسين تجربة المستخدم.

2. حوسبة الضباب على مستوى الحافة

تركز حوسبة الضباب على مستوى الحافة (Edge Fog Computing) على معالجة البيانات وتوفير الخدمات قرب مصادر البيانات أو "الحواف"، وتحقيق ذلك بالتوازي مع الأجهزة المتصلة بالإنترنت. ويمكن تعريف الحواف كأي جهاز أو نقطة عقد (على سبيل المثال، بوابة أو جهاز شبكة) يقوم بمعالجة البيانات قرب مصدرها  وقبل إرسالها إلى السحابة.

وتعمل حوسبة الضباب على مستوى الحافة على تلبية احتياجات التطبيقات التي تتطلب استجابة سريعة ومعالجة قرب مصادر البيانات، وهي جزء أساسي من تطورات الحوسبة في العصر الرقمي الحالي.

3. حوسبة الضباب على مستوى البوابة

حوسبة الضباب على مستوى البوابة (Gateway-level fog computing) هي مفهوم يرتبط بتوزيع الموارد الحاسوبية والمعالجة والتخزين على مستوى البوابة القريبة من المستخدمين والأجهزة المتصلة بهم. وتُعرف البوابة كنقطة اتصال توفر واجهة بين الأجهزة المحلية والشبكة الخارجية، مثل الإنترنت. وفي حوسبة الضباب على مستوى البوابة، يتم توزيع الموارد الحاسوبية والخدمات والتطبيقات على مستوى البوابة القريبة من الأجهزة والمستخدمين.

وتهدف حوسبة الضباب على مستوى البوابة إلى توفير المعالجة والتحليل والتخزين في مستوى البوابة القريبة من المستخدمين والأجهزة، مما يحسن الأداء والاستجابة ويقلل من الحمل على الشبكة الخارجية.

4. الحوسبة الضبابية على المستوى السحابي

تجمع الحوسبة الضبابية على المستوى السحابي (Fog Computing at the Cloud Level) بين الحوسبة الضبابية (Fog Computing) والحوسبة السحابية (Cloud Computing). وتهدف إلى تحسين أداء وكفاءة الحوسبة السحابية من خلال توزيع الموارد الحاسوبية والخدمات على عدة طبقات أو مستويات.

وتعتمد الحوسبة الضبابية على نشر الموارد الحاسوبية والخدمات السحابية على مستوى الحواف (Edge Computing)، وهي البُنى التحتية الموجودة قرب المستخدمين أو الأجهزة المتصلة بهم مثل الموجهات والأجهزة الذكية والأجهزة القريبة من المشترك (CPE) وغيرها.

الفرق بين الحوسبة السحابية والضبابية

يمكن استخدام الحوسبة السحابية والحوسبة الضبابية معًا لتلبية احتياجات متنوعة في البيئات الحاسوبية المختلفة. وقد تستخدم الحوسبة السحابية لتوفير القدرة الكبيرة على المعالجة والتخزين، بينما تستخدم الحوسبة الضبابية للتعامل مع البيانات في الوقت الفعلي وعلى مستوى الحافة. ومن أهم الاختلافات بينهما ما يلي:

وأخيرًا، من الضروري معرفة أنه قبل تطبيق الحوسبة السحابية، يجب على المؤسسات والمستخدمين تحديد احتياجاتهم ومتطلباتهم وتحليل الفوائد والمخاطر المحتملة. كما يجب وضع استراتيجية للانتقال إلى الحوسبة السحابية وتدريب الموظفين على استخدامها بشكل صحيح.

تعلم حوكمة نظم المعلومات وإدارة الخدمات مع بكة

يمكنك الآن تعلم حوكمة نظم المعلومات والتدريب على وضع السياسات والإجراءات التي تضمن أن تكون تكنولوجيا المعلومات متناسبة مع أهداف المؤسسة وتلبي احتياجاتها وتحقق توازنًا بين المخاطر والمكافآت. ومن أهم الدورات المتوفرة على منصة بكة ما يلي:

1. مكتبة البنية التحتية لتقنية المعلومات ITIL® 4 Foundation.
2. أساسيات حوكمة تقنية المعلومات COBIT® 5.
3. أساسيات التطوير والعمليات DevOps Fundamentals.
4. قيادة التطوير والعمليات DevOps.
5. متخصص ITIL® 4: تعزيز قيمة أصحاب المصلحة (DSV).