المهارات الرقمية 12 فصل ثاني

الثاني عشر خطة جديدة

icon
الشرحالملخصأوراق العملحل اسئلة الدرسالنتاجات

 

الفكرة الرئيسة:
سأتعرَّف في هذا الدرس مفهوم إنترنت الأشياء المُعتمِد على الأقمار الصناعية، وأستكشف مزاياه وتحدِّياته، ومُكوِّناته وآليَّة عمله. كذلك سأتعرَّف أبرز تطبيقات إنترنت الأشياء المُعتمِد على الأقمار الصناعية في مختلف المجالات، وبخاصة في قطاع التعليم. وفي نهاية الدرس، سأُُنشِئ جدولًا يُمثِّل خارطة طريق لمراحل تطوُّر إنترنت الأشياء وتطبيقاته المستقبلية؛ ما يساعدني على فهم التوجُّهات العالمية والفرص المتاحة في هذا المجال المُتسارِع دائمًا.

      أفترض أَننَّي مسؤول عن تصميم مدن ذكية للمستقبل:

 
      أُدوِّن أبرز التطبيقات التي سأستخدمها.


      أذكر ثلاث وظائف أو خدمات سأستبدل بها تقنيات رقمية في المدن الذكية ، ثمَّ أُبرِّر إجابتي.

 

إجابة محتملة  :

أولاً: أبرز التطبيقات الذكية التي سأستخدمها  في مدينتي المستقبلية الذكية 

  1. شبكات الطاقة الذكية (Smart Grids): لإدارة استهلاك الكهرباء وتوزيعها بناءً على الحاجة اللحظية لتقليل الهدر.

  2. نظام النقل التبادلي الذكي: حافلات وقطارات ذاتية القيادة تتواصل مع بعضها لتجنب الازدحام وتقليل الحوادث.

  3. الإضاءة التكيفية: شوارع تضيء فقط عند استشعار حركة المشاة أو السيارات لتوفير الطاقة.

  4. إدارة النفايات الذكية: حاويات مزودة بحساسات ترسل إشعاراً لسيارات الجمع عند امتلائها فقط.

  5. المباني الخضراء والذكية: أنظمة تكييف وتبريد تعمل ذاتياً بناءً على عدد الأشخاص وجودة الهواء في الداخل.

 

 ثانياً: ثلاث وظائف سأستبدلها بتقنيات رقمية 

الوظيفة التقليدية البديل التقني الرقمي التبرير التقني
1. شرطي المرور الميداني إشارات المرور الذكية (AI-Driven) الإشارات الذكية تحلل تدفق السيارات عبر الكاميرات (Wi-Fi/5G) وتغير التوقيت لحظياً، مما ينهي الازدحام بدقة أعلى من التقدير البشري.
2. قارئ عدادات الكهرباء والمياه العدادات الذكية (Smart Meters) استخدام تقنية Zigbee لنقل بيانات الاستهلاك مباشرة لشركة الكهرباء؛ لضمان دقة الفواتير، وتقليل التكلفة التشغيلية، واكتشاف التسريبات فوراً.
3. الموزع الورقي للبريد والمعاملات منصات الخدمات السحابية و الدرونز استبدال الورق بالمعاملات الرقمية بالكامل، واستخدام "الدرونز" للتوصيل المادي؛ لسرعة الإنجاز، وتقليل انبعاثات السيارات، والحفاظ على البيئة من استهلاك الورق.

 

 

 

 

 

 

يشير استخدام شبكة إنترنت الأشياء المُعتمِدة على الأقمار الصناعية إلى التكامل بين شبكات الأقمار الصناعية وأجهزة إنترنت الأشياء بهدف تمكين الاتصال السلس وتبادل البيانات في ما بينها، لا سيَّما في المناطق النائية، والمناطق التي يصعب الوصول إليها بسبب ضعف البِنية التحتية الأرضية أو تآكلها. في هذه الحالة، تُستخدَم الأقمار الصناعية بوصفها مَحطّات وسيطة لنقل البيانات بين أجهزة إنترنت الأشياء والأنظمة المركزية؛ ما يُوفِّر تغطيةً عالميةً واتصالًا أكثرَ موثوقية.

وقد جاءت الحاجة إلى هذا النوع من الاتصال بسبب محدودية شبكات إنترنت الأشياء التقليدية التي تعتمد على تقنيات أرضية لا تُغطّي بفعّاليةٍ المناطق المعزولة والمناطق التي تعاني نقصًا في الخدمات.

 

 

 

يُبيِّن الشكل ( 4- 1) طريقة تبادل البيانات بين أجهزة إنترنت الأشياء والأنظمة المركزية عن طريق الأقمار الصناعية

 

 

يتطلَّب إنشاء هذه الشبكة توافر العناصر الآتية:


 1. الأجهزة الطرفية( IoT Device ):

تعمل الأجهزة الطرفية على جمع البيانات من البيئة المحيطة (مثل: السرعة، والموقع)، ثمّ تُرسِلها مباشرة إلى القمر الصناعي  أو عبر مَحطّة أرضية قريبة.
وقد تتصل هذه الأجهزة مباشرة بالقمر الصناعي ( Direct Access) أو بمَحطّة أرضية ( Indirect  Access ) مثل برج الاتصالات.


 2. القمر الصناعي ( Satellite ):

يعمل القمر الصناعي بوصفه جسرًا لنقل البيانات من الأجهزة الطرفية إلى المَحطّة الأرضية أو إلى قمر آخر ما يُوفِّر تغطية عالمية في الأماكن النائية.
 

 3. المَحطَّة الأرضية (Satellite Gateway ):

تتلقّى المَحطّة الأرضية إشارات من القمر الصناعي ثمّ تُحوِّلها إلى الشبكة الأرضية أو إلى الخوادم الخاصة بالتطبيق.

 

 

4. رأس الشبكة والخدمة  ( Service and Network Head-End ) : 

يُمثِّل رأس الشبكة مركز إدارة البيانات، وهو يتولّى عملية توزيعها على المُستخدِمين أو الأنظمة الأُخرى. 


5.خوادم المعالجة/ التطبيقات( Cloud Platforms /Applications Servers ) :

بعد استقبال البيانات من المَحطّات الأرضية  فإنَّها تُخزَّن ثمّ تُحلَّل في خوادم سحابية أو خوادم داخلية. تُستخدَم هذه البيانات لاتِّخاذ القرارات، وإرسال التنبيهات، وتفعيل الإجراءات التلقائية.  
ومن ثَمّ فإنَّ هذه الخوادم تُوفِّر واجهات للمُستخدِمين تُمكِّنهم من مراقبة البيانات في الزمن الحقيقي (الفعلي)


 6. شبكة التوزيع الأرضية( Broadcast Distribution Network ):

تُوزِّع هذه الشبكة البيانات على وجهاتها النهائية (المُستخدِم، النظام الذكي، تطبيق التحكمُّ...)عن طريق الشبكات الأرضية التقليدية أو السحابية.


 7. بروتوكولات التشفير والأمان ( Security Protocols):

تُستخدَم هذه البروتوكولات لضمان سلامة البيانات وخصوصيتها أثناء النقل من الجهاز إلى الخادم عبر الأقمار الصناعية. ويشمل ذلك التشفير، والتوثيق، وضمان النزاهة.

 

تتفرََّد شبكة إنترنت الأشياء التي تعتمد على الأقمار الصناعية بمجموعة من المزايا التي تجعلها خيارًا مثاليًّا للعديد من التطبيقات، لا سيَّما في البيئات البعيدة والبيئات الصعبة.


يُمكِن إجمال أبرز هذه المزايا في ما يأتي:


 1. التغطية الجغرافية الواسعة:

تتيح شبكات إنترنت الأشياء المُعتمِدة على الأقمار الصناعية الاتصال والتواصل مع مناطق جغرافية شاسعة  بما في ذلك الأماكن النائية التي يصعب الوصول إليها (مثل: الصحاري، والجبال، والمحيطات) باستخدام الشبكات الأرضية التقليدية ،  حتّى إنَّ ذلك يشمل المناطق التي لا تصلها شبكات الواي فاي (Wi-Fi ) وشبكات الجيل الخامس (5G).

كذلك يُمكِن لشبكات إنترنت الأشياء المُعتمِدة على الأقمار الصناعية أنْ تدعم عددًا كبيرًا من الأجهزة؛ ما يجعلها مناسبة للتطبيقات الواسعة النطاق التي تتطلَّب اتصالًا مستمرًّا في مواقع مُتعدِّدة أو مواقع مُتفرِّقة.


  2.موثوقية الاتصال( Reliability ):

تمتاز شبكات إنترنت الأشياء المُعتمِدة على الأقمار الصناعية بقدرتها على مقاومة انقطاع الخدمة الناجم عن الكوارث الطبيعية، أو الأعطال في البِنية التحتية الأرضية، أو الأعطال الناتجة من الأحوال الجوية.

كذلك تدعم هذه الشبكات جمع البيانات والتحكمُّ عن بُعْد في الوقت الحقيقي (الفعلي)باستمرار حتّى في البيئات الصعبة جدًّا ما يُعزِّز الكفاءة التشغيلية

 

3. عدم الحاجة إلى بِنية تحتية أرضية مُعقّدة:

خلافًا للشبكات الأرضية، فإنَّ شبكات إنترنت الأشياء المُعتمِدة على الأقمار الصناعية لا تتطلَّب إنشاء أبراج أو عمل تمديدات أرضية؛ ما يُسهِّل عملية انتشارها، ويُقلِّل من التكاليف اللوجستية والإنشائية. ومن ثَمّ فإنَّ هذا النوع من الشبكات مناسب للمشروعات المُؤقَّتة والمشروعات الطارئة والمشروعات في مناطق الكوارث.

يضاف إلى ذلك أنَّ الحلول بالأقمار الصناعية تُعَدُّ أكثر جدوى من الناحية الاقتصادية مقارنةً بتمديد الشبكات الأرضية في المناطق القليلة السّكّان والمناطق النائية.


4. استهلاك الطاقة المُنخفِض:

صُمِّمت شبكات إنترنت الأشياء المُعتمِدة على الأقمار الصناعية لتعمل بكفاءة عالية واستهلاك مُنخفِض للطاقة؛ ما يجعلها مثالية لأجهزة الاستشعار عن بُعْد والأجهزة التي تعتمد على مصادر الطاقة المحدودة كتلك التي تعمل بالبطّاريات، مثل: الحسّاسات البيئية، وأجهزة التتبُّع.

بالرغم من الإمكانات والمزايا الكثيرة التي تُوفِّرها تقنيات شبكة إنترنت الأشياء عبر الأقمار الصناعية، فإنَّ هذه الشبكات تُواجِه تحدِّيات تقنية وتنظيمية عديدة، أبرزها:

 1. زمن الوصول ( Latency ):

من أبرز التحدِّيات التي تُواجِهها شبكات إنترنت الأشياء المُعتمِدة على الأقمار الصناعية:التأخير في انتقال الإشارة عبر الفضاء وبخاصة عند استخدام الأقمار الصناعية ذات المدار الجغرافي الثابت(GEO).

فهذا التأخير قد يُسبِّب مشكلة كبيرة في التطبيقات التي تتطلَّب استجابة فورية، مثل: القيادة الذاتية، والتحكمُّ في الأنظمة الحيوية.


2. مُتطلَّبات الطاقة ( Power Requirements ):

يؤدّي إرسال البيانات واستقبالها عبر الأقمار الصناعية إلى استهلاك أكثر للطاقة مقارنةً بالشبكات الأرضية؛ ذلك أنَّ هذه البيانات تقطع مسافات فضائية طويلة أثناء عملية إرسالها واستقبالها، في ما يُشكِّل تحدِّيًا للأجهزة الطرفية التي تعمل في أماكن نائية، وتعتمد على بطّاريات محدودة السعة؛ ما يتطلَّب حلولًا ذكيةً لإدارة الطاقة.


 3. التنظيم والترخيص ( Regulatory and Licensing Issues ):

يتطلَّب تشغيل أنظمة إنترنت الأشياء عبر الأقمار الصناعية الامتثال لإجراءات تنظيمية دولية مُعقَّدة، تشمل الحصول على تراخيص لاستخدام الطيف التردُّدي، وموافقة الجهات الحكومية التي قد تكون مُعقَّدة وتستغرق وقتًا طويلًا؛ ما قد يُفْضي إلى تأخُّر في عملية النشر، أو زيادة في التكاليف.

إجابة محتملة:
من المزايا الأخرى لشبكة إنترنت الأشياء المعتمدة على الأقمار الصناعيَّة:
1.  المرونة وسرعة النشر: حيث لا يوجد حاجة لمدِّ كابلات، أو إنشاء أبراج اتِّصال.
2.التكامل مع شبكات أخرى: يمكن للأقمار الصناعيَّة أنْ تكمل شبكات الجيل الخامس أو Wi-Fi و Zigbee في الأماكن التي لا تغطِّيها.
3 .التوسُّع العالميُّ: حيث يمكن خدمة عملاء أو أنظمة في بلدان متعدِّدة من دون الحاجة إلى تغيير كبير في البنية أو تكاليف إضافيَّة.
 

من التحدِّيِات الأخرى:
1. تكلفة التشغيل العالية: الاشتراك في خدمات الاتِّصال عبر الأقمار الصناعيَّة غالبًا أغلى من الشبكات الأرضيَّة.
2. السعة المحدودة: الأقمار الصناعيَّة مصمَّمة لنقل بيانات بسيطة من ملايين المستشعرات، لكنَّها ليست مثاليَّة للفيديو عالي الجودة، أو البيانات الضخمة.
3 . الأحوال الجوِّيَّة: الأمطار الغزيرة أو العواصف قد تؤثِّر على قوَّة الإشارة  خاصَّة في التردُّدات العالية مثل ( Ka-band)
4 . الأمن السيبرانيُّ: البيانات المرسلة عبر الفضاء تحتاج إلى بروتوكولات تشفير قويَّة لمنع التنصُّت أو الاختراق.

 

الخلاصة  :   إنترنت الأشياء عبر الأقمار الصناعية ليس مجرد وسيلة للاتصال   لكنها العمود الفقري للمشاريع العالمية  لانّها حل لمشكلة المناطق غير المغطاة   لكن تكلفتها مرتفعة وتحتاج دوما  لرؤية السماء بوضوح 
 

 

 تُستخدَم تقنيات شبكة إنترنت الأشياء القائمة على الأقمار الصناعية في مجموعة واسعة من المجالات التي تتطلَّب تغطية عالمية و موثوقية عالية، لا سيََّما في المناطق البعيدة والأماكن المعزولة.


في ما يأتي استعراض لأبرز هذه التقنيات:

النقل البحري والمِلاحة ( Maritime and Shipping ):

تُستخدَم هذه التقنية في تتبُّع تحرُّكات السفن والقوارب في البحار والمحيطات؛ ما يُسِهِم في تعزيز سلامة النقل، ويُسِهِّل عمليات الشحن والخدمات الحيوية(اللوجستية).
كذلك تتيح هذه التقنية مراقبة الأعطال وملاحظة التغيرُات البيئية أثناء الرحلات البحرية الطويلة.

 

 

السكك الحديدية والنقل البَرِّي ( Rail and Land Transportation ):

تسمح هذه التقنية بتتبُّع القطارات والشاحنات الثقيلة في المسارات الطويلة، وتُسِهِم في ضمان سلامة الحمولات وتحسين الجدولة اللوجستية.
 

 

صناعات النفط والغاز ( Oil and Gas Industry ):

يُمكِن بهذه التقنية مراقبة البِنية التحتية الحسّاسة، مثل خطوط الأنابيب ومِِنصّات التنقيب في المناطق النائية وأعماق البحار. وهي تساعد على تقليل المخاطر التشغيلية، وتُسِهِم في تحسين الصيانة الوقائية ومُتطلَّبات السلامة العامة. 

 

 

إدارة الكوارث والطوارئ ( Disaster Management and Emergency Response ):

تُعَدُّ الأقمار الصناعية وسيلة مُهِمَّة لضمان الاتصالات أثناء حدوث الكوارث الطبيعية(مثل: الزلازل، والفيضانات، والعواصف) لا سيَّما عند انهيار الشبكات الأرضية.

تُستخدَم هذه التقنية في إرسال التنبيهات، وتنسيق عمليات الإنقاذ، وتوزيع المساعدات.

 

المراقبة البيئية ( Environmental Monitoring ):

يستفاد من هذه التقنية في مراقبة التغيُّرات المناخية، ورصد نِسب تلوُّث الهواء والماء، وتتبُّع حرائق الغابات في مناطق يصعب الوصول إليها. تقوم هذه التقنية على جمع بيانات من أجهزة استشعار مُوزَّعة على أماكن نائية، ثمَّ تحليلها ضمن نطاق زمني وجغرافي واسع. وبذلك يُمكِن تتبُّع تحرُّكات الحيوانات المُهدَّدة بالانقراض عبر أجهزة استشعار متصلة بالأقمار الصناعية؛ ما يساعد على دعم دراسات الهجرة، ويُسِهِم في الحَدِّ من طرائق الصيد غير المشروعة، ومراقبة الأنشطة البشرية في المَحْميات الطبيعية والمناطق المَحْمية.

 

 

أذكر فائدة واحدة لاستخدام الأقمار الصناعية في كلٍّ من أنظمة إنترنت الأشياء الآتية:


1- مراقبة الحياة البََرِِّية(Wildlife Monitoring)


2 - مراقبة جودة الهواء عالميًًّا (Global Air Quality Monitoring)
3 - مراقبة الجليد في القطب الشمالي القطب الجنوبي (Polar Ice Monitoring)


بعد ذلك أُشارِك النتائج التي أتوصَّل إليها مع الزملاء/ الزميلات في الصف، ثمَّ نُعِدُّ معًا تقريرًا مُشترَكًا عن هذه الفوائد.

 

الحل :

فوائد استخدام الأقمار الصناعية في أنظمة إنترنت الأشياء (IoT)

النظام الذكي الفائدة الرئيسية لاستخدام الأقمار الصناعية
1. مراقبة الحياة البرية
  • تتبُّع حركة الحيوانات المهاجرة في مناطق شاسعة أو نائية (الغابات، والصحاري).
  •  الكشف عن الصيد غير المشروع، أو النشاطات البشريَّة غير المرغوبة.
  •  جمع بيانات بيئيَّة مرتبطة بالحياة البريَّة مثل درجات الحرارة أو الرطوبة.
  •  تقليل التدخُّل البشريِّ المباشر، وحماية الحيوانات من الاضطراب
2. مراقبة جودة الهواء عالمياً
  • قياس مستويات الملوِّثات( NO₂ ،CO₂ ، الجسيمات الدقيقة)في مختلف القارّات.
  •  توفير بيانات لحظيَّة وموحَّدة على المستوى العالميِّ.
  •  دعم السياسات الدوليَّة لمكافحة التلوُّث والتغيُّر المناخيِّ.
  •  رصد مصادر التلوُّث الكبرى (المناطق الصناعيَّة، والحرائق الكبيرة)
  •  التنبُّؤ بتأثيرات انتقال التلوُّث بين الدول عبر التيّارات الهوائيَّة
3. مراقبة الجليد في القطبين
  • جمع بيانات دقيقة حول سُمك الجليد وحجمه على مساحات شاسعة.
  •   توفير اتِّصالات في مناطق نائية لا تصلها أيُّ شبكة أرضيَّة.
  •   دعم أبحاث التغيُّر المناخيِّ عبر مراقبة ذوبان الجليد على المدى الطويل.
  •   تحسين سلامة الملاحة البحريَّة في المناطق القطبيَّة.
  •   المساعدة في التنبُّؤ بارتفاع مستويات البحار عالميًّا

 

الخلاصة : 

القوة الحقيقية للأقمار الصناعية في إنترنت الأشياء تكمن في  :

  الوصول إلى ما لا يمكن الوصول إليه 

فهي تتجاوز العوائق الجغرافية والظروف الجوية القاسية  مما يجعلها الأداة المثالية لحماية البيئة ومراقبة كوكبنا بشكل شامل ومستمر 

 

  تطبيقات شبكة إنترنت الأشياء في مجال التعليم

أصبحت تقنية إنترنت الأشياء ( IoT) من الركائز الرئيسة لتطوير البيئة التعليمية، وبخاصة في الغرف الصفية الذكية. في ما يأتي أبرز التقنيات والتطبيقات التي تُسهِم في تحسين عملية التعلُّم والتعليم 

1 - الألواح الذكية و أجهزة العرض التفاعلية: 

  تُمكِّن هذه الألواح والأجهزة المُعلِّمين والمُعلِّمات من تقديم المحتوى بطرائق مرئية جاذبة وشائقة.


2- أدوات المساعدة الذكية:

  تُسِهِّل هذه الأدوات عملية التعلُّم على الطلبة، مثل المساعدات الصوتية التي تتيح للطلبة التفاعل الصوتي المباشر مع المحتوى.


3-أنظمة تتبُّع الأداء الأكاديمي:

تُستخدَم هذه الأنظمة في جمع البيانات وتحليلها لتقديم تعليم مُخصَّص يُناسِب احتياجات كل طالب وطالبة.


4- أتمتة المهام الإدارية:

 تعمل هذه التقنية على ضبط الشؤون الإدارية في المدارس وتيسيرها، مثل تتبُّع عملية الحضور اليومي تلقائيًّا؛ ما يُخفِّف الأعباء الإدارية على المُعلِّمين والمُعلِّمات.

5- التحكُّمُ الذكي في البيئة الصفية:

تُسِهِم هذه التقنية في تهيئة البيئة الصفية المناسبة للتعلُّم، مثل استخدام أنظمة الإضاءة والتكييف الذكية في ضبط درجة الحرارة وشِدَّة الإضاءة بما يُناسِب وقت الحِِصّة الصفية وراحة الطلبة.


6- الأقفال الذكية:

تعمل هذه التقنية عل تعزيز مناحي الأمن والأمان عبر التحكُّم في عمليات الدخول إلى الصفوف والمختبرات والخروج منها.


7- أنظمة الأمان الذكية:

تشمل هذه الأنظمة آلات التصوير (الكاميرات) وأجهزة الاستشعار التي يُمكِن مراقبتها عبر الهاتف الذكي أو جهاز الحاسوب؛ ما يجعل البيئة المدرسية أكثر أمانًا.


8-الترجمة الفورية:

تُستخدَم الترجمة الفورية في تسهيل عملية التواصل بين الطلبة والمُعلِّمين والمُعلِّمات داخل الصفوف المُتعدِّدة اللغات، وذلك باستخدام أجهزة الترجمة الفورية.


9-  دعم الطلبة من ذوي الاحتياجات الخاصة:

تتضمَّن هذه التقنية استخدام العديد من الأدوات المُبتكَرة، مثل: القفّازات الذكية التي تُترجِم لغة الإشارة إلى نصوص، وأدوات تحويل الكلام إلى نص مكتوب لضعاف السمع
 

 

أفترض أَنَّ غرفتي الصفية قد أصبحت جزءًا من مدرسة ذكية تعتمد على نظام إنترنت الأشياء. بناءً على ذلك، أُفكِّر في إجابات للأسئلة الآتية:


-1 - ما الأجهزة الذكية التي سيتحكَّم فيها جهاز الحاسوب؟
-2 - ماذا سأستفيد من التقنيات التي يُوفِّرها نظام إنترنت الأشياء؟
-3-  كيف ستبدو بيئة التعلُُّم في غرفتي الصفية الذكية؟


بعد ذلك أرسم مُخطَّطًا بسيطًا لغرفتي الصفية الذكية، أُبيِّن فيه الأجهزة الذكية التي أرغب في وجودها، مثل: الحسّاسات، والألواح الذكية، وآلات التصوير (الكاميرات) وأجهزة التحكُّم في الإضاءة، ثمَّ أُشارِك فكرتي والنتائج التي أتوصَّل إليها مع الزملاء/ الزميلات في الصف.

 

الحل : 

-1 - ما الأجهزة الذكية التي سيتحكَّم فيها جهاز الحاسوب؟

  • الألواح الذكيَّة: ( Interactive Smart Boards ) للشرح التفاعليِّ، والربط بالإنترنت.

  •  الحسَّاسات: ( Sensors ) مثل حسّاسات الحركة والحرارة، لتحديد وجود الطلبة، أو تصاعد دخان.

  •  الكاميرات الذكيَّة: لمتابعة الصفِّ، وتسجيل الدروس، أو مراقبة الأمن.

  • أجهزة التحكُّم في الإضاءة: لتشغيل الأضواء أو إطفائها تلقائيًّا عند دخول الصفِّ، أو حسب الإضاءة الطبيعيَّة.

  • أجهزة التكييف والتدفئة الذكيَّة : Smart HVAC) Smart Heating, Ventilation, and Air Conditioning ) للحفاظ على راحة الطلبة.

  •  الميكروفونات والسمّاعات الذكيَّة: لتحسين جودة الصوت في الصفِّ.

-2 - ماذا سأستفيد من التقنيات التي يُوفِّرها نظام إنترنت الأشياء؟

  • ت وفير بيئة تعلُّم مريحة: ضبط الإضاءة والحرارة تلقائيًّا.
  •   تعليم تفاعليٌّ: الألواح الذكيَّة، والأجهزة اللوحيَّة تجعل الدرس أكثر جاذبيَّة.
  •  أمان أعلى: الكاميرات وأجهزة الاستشعار تضمن سلامة الطلبة.
  •   كفاءة الطاقة: الأضواء والتكييف تعمل فقط عند الحاجة.
  •   إدارة فعّالة: المعلِّم يمكنه التحكُّم من الحاسوب أو الهاتف بالأجهزة كلِّها.

 

-3-  كيف ستبدو بيئة التعلُُّم في غرفتي الصفية الذكية؟

  • غرفة حديثة، مجهَّزة بأجهزة استشعار ذكيَّة تتفاعل مع وجود الطلبة.
  •  الألواح الذكيَّة مرتبطة بالإنترنت لتبادل المحتوى مع الطلبة.
  •  الكاميرات تسجِّل المحاضرات، أو تبثُّها عبر الإنترنت للطلبة الغائبين.
  •  إضاءة وتكييف ذكيّان يوفِّران جوًّا مثاليًّا للتعلُّم.
  •  الأجهزة كلُّها متَّصلة بشبكة IoT يتحكَّم بها الحاسوب أو تطبيق على الهاتف.


 صورة مقترحة يمكن أنْ يرسمها الطلّاب بطريقتهم الخاصَّة.

 

       1-  في السقف: مستشعرات حركة (Zigbee) للتحكم في الإضاءة + كاميرا ذكية لبث الدروس.

 2 - على الجدران: لوح تفاعلي كبير متصل بالإنترنت + مستشعر حرارة ورطوبة.

3- على الأبواب: قارئ بطاقات ذكية (RFID) لتسجيل الحضور.

4- على مقاعد الطلاب: أجهزة لوحية (Tablets) متصلة بالشبكة الصفية.

5- في الزاوية: خزانة شحن ذكية للأجهزة اللوحية تعمل بجدولة زمنية

 

أستخدم برنامج ( Packet Tracer) لتصميم شبكة تتضمَّن حسّاساتٍ، أوقمارًا صناعيةً، وَ مَحطَّةً أرضيةً، ومركزًا للبيانات. وهذه بعض الإرشادات والخطوات التوجيهية التي ستساعدني على تصميم الشبكة:


  1-  فتح البرنامج، ثمَّ إنشاء (مشروع جديد).    ( يمكن الاستعانة بــ              )


  2- إضافة الحسّاسات: اختيار Environmental Sensor . من قائمة ،End Devices > Home > IoT ثمََّ إضافة الحسّاسات الثلاثة الآتية: حسّاس درجة الحرارة، وحسّاس الرطوبة، وحسّاس جودة الهواء.


  3-  إضافة القمر الصناعي:
       أ- اختيار Satellite Dish .من قائمة .Network Devices > Wireless Devices
       ب- إضافة Satellite (رمزه يُشبِه رمز القمر الصناعي).


  4-  إضافة مركز البيانات:
إضافة Server وأ IoT Server من قائمة End Devices > Servers ، ثمَّ إطلاق الاسم الآتي  عليها: . .Environmental_Data_Server


   5-  وصل الحسّاسات بالمَحطَّة الأرضية:
تحتوي الحسّاسات على اتصال لاسلكي ( Wireless )؛ لذا يوصَل كل حسّاس بمَحطَّة (Satellite Dish) باستخدام الاتصال اللاسلكي( Zigbee ) تبعًا للإعدادات المتاحة في البرنامج.


  6 - ربط المَحطَّة الأرضية بالقمر الصناعي:
الضغط عى Satellite Dish ، ثمََّ اختيار Connect > Satellite Link . لربط المَحطَّة الأرضية بالقمر الصناعي المضاف إلى الشبكة.


  7 – ربط القمر الصناعي بمركز البيانات:
    وصل القمر الصناعي من Satellite Link إلى Environmental_Data_Server ؛ فيظهر خطُّ اتصال يربط القمر الصناعي بالمَحطَّة الأرضية والخادم.


  8 – إعداد الحسّاسات من قائمة .Config


  9 – إعداد الخادم من قائمة .Config


  10 – الاختبار:
         أ- تشغيل .Simulation Mode
       ب- مراقبة الحُزَم وهي تنتقل من الحسّاسات .➡️ Satellite Dish ➡️ Satellite ➡️ Server
       ج- ملاحظة التأخير الطبيعي للاتصال بالأقمار الصناعية، ومقارنة ذلك بزمن اتصال الواي فاي ( Wi-Fi ) العادي. 

 

تُعرَّف الحوسبة المُتضمَّنة (المُدمَجة) :  بأنَّها نظام حاسوبي صغير مُخصَّص لتنفيذ مهمة واحدة أو مجموعة مُحدَّدة من المهام، وهو يحتوي عادةً على مُكوِّنات مادية وأُخرى برمجية تعمل معًا لأداء وظيفة مُعيَّنة.

تُستخدَم الحوسبة المُتضمَّنة (المُدمَجة) في مجموعة واسعة من التطبيقات اليومية، مثل: الهواتف الذكية، والساعات الذكية، والأجهزة الطبية الذكية، وأنظمة التحكُّم في السّيّارات والمنازل الذكية،وأجهزة الترفيه داخل المَركَبات، وأنظمة المراقبة، والتطبيقات الزراعية، والطائرات من دون طيّار.

يُذكَر أنَّ الحوسبة المُتضمَّنة (المُدمَجة) تُعَدُّ جزءًا أساسيًّا من بِنية نظام إنترنت الأشياء؛ لِما تُوفِّره من قدرة على المعالجة والتحكُّم في الأجهزة المتصلة.

 

يُبيِّن الجدول الآتي استخدامات الحوسبة المُتضمَّنة (المُدمَجة) ( Embedded Computing ) في عدد من المجالات الحيوية التي تُعَدُّ من الركائز الأساسية في تطبيقات شبكة إنترنت الأشياء

 

الحوسبة المتضمَّنة (المدمجة) في الأجهزة الطبية 

يؤدّي هذا النوع من الحوسبة دوا رئيسًا في تحسين جودة الرعاية الصحية، وذلك بتعزيز مستوى الدِّقَّة والفعالية في أجهزة التشخيص والمراقبة والعلاج.
   

  أجهزة المراقبة القابلة للارتداء

أجهزة تقيس معدَّل ضربات القلب، وجودة النوم، ومستويات النشاط البدني، وتربط البيانات بتطبيقات صحية؛ لتحليلها ومتابعتها. 

 

الأجهزة القابلة للزرع
 

أجهزة تعمل على تنظيم ضربات القلب، وتساعد على تحفيز الأعصاب مثلا. ومن َ ثمَّ، فهي تستخدم أنظمة مدمجة لمراقبة وظائف الجسم والاستجابة لها حالًا.
 

  معدّات التشخيص الطبي
 يمثِّل هذا النوع من المعّدات أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي، وأجهزة التصوير بالموجات فوق الصوتية. وهي تعتمد على أنظمة متضمَّنة (مدمجة) للتحكُّم في المعالجة، وإنتاج صور دقيقة.

 

  مضّخات الأنسولين الذكية
ُ تستخدم في هذه المضّخات أنظمة حوسبة تعمل على تحديد جرعات الأنسولين المناسبة،وتحسين التحكُّم في نسبة السكَّر لدى مرضى السكَّري.

 

 الحوسبة المتضمَّنة (المدمجة) في الأنظمة الزراعية


أحدث هذا النوع من الحوسبة ثورة تقنية في القطاع الزراعي عن طريق الأتمتة والمراقبة الذكية.

أجهزة التحكُّم في الريِّ الذكي

ُ تنظِّم هذه الأجهزة عمليات الريِّ بصورة تلقائية بناءً على قراءات أجهزة الاستشعار لرطوبة التربة.

 

الروبوتات الزراعية

تتولّى هذه الروبوتات زراعة المحاصيل وحصادها بكفاءة، وذلك باستخدام بيانات - في الوقت الحقيقي (الفعلي)- من أجهزة الاستشعار ونظام تحديد المواقع العالمي 

 

الحوسبة المتضمَّنة (المدمجة) في الطائرات من دون طيّار ( Drones )


تعتمد تقنية الطائرات من دون طيّار على الحوسبة المتضمَّنة (المدمجة) لتنفيذ مهام ُ معقَّدة بصورة ذاتية وفعّالة.

  المِلاحة المستقلة

   تتضمَّن هذه التقنية دمج نظام تحديد المواقع العالمي ( GPS ) في الحوسبة المتضمَّنة (المدمجة) للطائرة؛ ما يسمح لها بالتنقُّل بشكل مستقل عبر مناطق شاسعة َ وفقًا لمسارات  مبرمجة.

 

  تكامل المستشعرات


  تتضمَّن هذه التقنية التقاط صور دقيقة للتربة والمحاصيل والتضاريس باستخدام الأشعة تحت الحمراء والطيف المتعدّد . 

 

 الحوسبة المتضمَّنة (المدمجة) في الأنظمة الذكية ضمن البيئات الخطرة


ُ يستخدم هذا النوع من الحوسبة في مناطق التفجيرات، وأعماق البحار، والمناطق الصناعية، والبيئات الملوَّثة.


روبوتات إزالة الألغام

روبوتات ذكيّة ُ مزوَّدة بوحدات حوسبة ُ متضمَّنة (مدمجة) لمعالجة إشارات الحسّاسات المدمجة، مثل حسّاسات المعادن والضغط.


المركبات الموجَّهة تحت الماء :( (ROV /AUV)

َ مركبات ذاتية القيادة تحت الماء، وهي مزوَّدة بوحدات حوسبة ُ متضمَّنة ( مدمجة) لمعالجة بيانات المِلاحة والصور تحت الماء.تعمل هذه الوحدات على فحص خطوط أنابيب النفط وأكبال الإنترنت البحرية وصيانتها، إضافةً إلى جمع بيانات علمية عن الحياة البحرية والتيارات، وقياس الضغط ونِسب الملوحة

إثراء : 

أبحث في المواقع الإلكترونية الموثوقة في شبكة الإنترنت أو غيرها من مصادر المعرفة  المتاحة عن الحوسبة المُتضمَنة (المُدمَجة)وتطبيقاتها وتطوُراتها المسّتقبلية المُتوقَعة، ثمََّ أُشارِك النتائج التي أتوصَل إليها مع الزملاء/ الزميلات في الصف.

 

التطوُّرات المستقبليَّة المتوقَّعة

  •   دمج الحوسبة المضمَّنة مع الذكاء الاصطناعيِّ لزيادة القدرة على اتِّخاذ قرارات ذاتيَّة في الوقت الفعليِّ.
  •   تطوير أجهزة طبِّيَّة مضمَّنة أكثر دقَّة قادرة على التشخيص المبكِّر للأمراض.
  •   الاعتماد على الحوسبة المضمَّنة في المَرْكبات ذاتيَّة القيادة لتقليل الحوادث، وتحسين النقل الذكيِّ.
  •  استخدام الحوسبة المضمَّنة في المباني والمدن الذكيَّة لإدارة الطاقة والمياه والنفايات بكفاءة عالية.
  •  تعزيز التكامل مع إنترنت الأشياء عبر الأقمار الصناعيَّة لتوسيع نطاق التغطية إلى المناطق النائية.

 

 

 

الحل : 

الخطُُّ الزمنيُّ لتطوُّر إنترنت الأشياء.
المرحلة الأولى: البدايات النظريَّةَ ( 1980s-1990s )
الملامح:
بداية ظهور فكرة "الأجهزة المتَّصلة".
أوََّل تجربة مشهورة: ثلّاجة مشروبات متَّصلة بالإنترنت في جامعة(  Carnegie Mellon (1982
التطبيقات: تجارب أكاديميَّة على ربط الأجهزة بالشبكات.

المرحلة الثانية: التسمية والانطلاقة ( 2005 – 1999 )
الملامح:
العالم Kevin Ashton صاغ مصطلح " Internet of Things " عام 1999 .
استخدام تقنية RFID على نطاق واسع في سلاسل التوريد والمخزون.
التطبيقات: تتبُّع المنتجات في المخازن والمصانع.


المرحلة الثالثة: الانتشار التجار (2015 – 2005)
الملامح:
انتشار الهواتف الذكيَّة والاتِِّصالات اللاسلكيَّة (Wi-Fi، Bluetooth)
تأسيس منصّات أوَّليَّة لإدارة أجهزة .IoT
التطبيقات: المنازل الذكيََّة (Smart Homes ) وأنظمة النقل الذكيَّة، والمراقبة الأمنيَّة.
 

المرحلة الرابعة: التكامل مع الحوسبة السحابيَّةَ ( 2020 – 2015 )
الملامح:
انتشار منصّات الحوسبة السحابيَّة (AWS IoT) ، Microsoft Azure IoT)
ظهور المدن الذكيَّة.
التطبيقات: الرعاية الصحِّيَّة الذكيَّة،  والطاقة الذكيَّة.
 

المرحلة الخامسة: عصر الذكاء الاصطناعيِّ ( 2020 – حتّى الآن)
الملامح:
دمج الذكاء الاصطناعيِِّ ( AI ) مع . IoT
استخدام الحوسبة الطرفيََّة ( Edge Computing ) لمعالجة البيانات محلِّيًا
توسُّع في تطبيقات 5G + IoT .
التطبيقات: السيّارات ذاتيَّة القيادة، والزراعة الذكيَّة، والرعاية الصحِّيَّة عن بُعد، وإنترنت الأشياء الصناعيُّ(IoT)
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Jo Academy Logo