السؤال الأوََّل:
فيمََ يستفاد من وجود طبقات لنظام إنترنت الأشياء؟
- توفِّر طبقات إنترنت الأشياء إطارًا منظَّمًا لجعل الأداء فعّالًا لأنظمة إنترنت الأشياء.
- تعدُّ مسؤولة عن إدارة تدفُّق البيانات بكفاءة، والحفاظ على قابليَّة توسُّع النظام.
- تقسِّم طبقات إنترنت الأشياء المَهمَّة إلى طبقات لتبسيط التصميم، وجعل تطويرها ونشرها وصيانتها أسهل.
- تتيح طبقات إنترنت الأشياء التحكُّم بشكل أفضل في كلِّ مكوِّن لتحسين الأمان وإدارة البيانات باستخدام تقنيات وأجهزة مختلفة
السؤال الثاني:
أملأ الفراغ باسم الطبقة الصحيح لنظام إنترنت اأشياء في الجمل الآتية:
1. أعلى الطبقات في بِنية نظام إنترنت الأشياء، وهي تستقبل البيانات المعالجة من الطبقات السابقة، وتستخدمها وفق مُتطلَّبات التطبيقات التي تتيح للمُستخدِمين التفاعل مع البيانات في نظام إنترنت الأشياء (طبقة التطبيقات - Application Layer )
2. الطبقة المسؤولة عن جمع البيانات من محيطها ومن الكائنات الأُخرى، وهي تعمل على تحديد الكائنات بشكل فريد داخل شبكات إنترنت الأشياء ( طبقة الإدراك/الاستشعار - Perception Layer )
3. الطبقة التي تُوفِّر مجموعة من بروتوكولات الاتصال ومنهجيات دعم الشبكة لأجهزة إنترنت الأشياء ( طبقة الاتصال - Communication Layer ).
السؤال الثالث:
أرسم مُُخطَّطًا يُوضِّح بِنية الطبقات السبع لنظام إنترنت الأشياء، ثمَّ أُبيِّن وظيفة كل طبقة من هذه الطبقات في مكانها المناسب.
السؤال الرابع:
أُُعلِِّل ما يأتي:
1. تُعَدُّ طبقة الحوسبة الضبابية واحدة من الطبقات المُهِمةَّ في الأنظمة الحديثة لإنترنت الأشياء.
لأنَّها تقلِّل من زمن الاستجابة ( Latency) من خلال معالجة البيانات قرب مكان توليدها (الحافَّة ) بدلًا من إرسالها مباشرة إلى السحابة وهذا يُحسِّن الأداء، ويُساعد في القرارات الفوريَّة، مثل التحكُّم في أنظمة المرور، أوتشغيل التبريد في مصنع غذائيّ ( تخفف الضغط على مراكز المعالجة المركزية وتحسين كفاءة النظام )
2. تعمل البِنية الطبقية في نظام إنترنت الأشياء على تعزيز الأمن والأمان.
لأنّ تقسيم النظام إلى طبقات يتيح تطبيق آليَّات حماية مختلفة في كلِّ طبقة (تشفير البيانات في طبقة الشبكة، وإدارة الصلاحيّات في طبقة التطبيق، ومراقبة الوصول في طبقة الأعمال) هذا يعزِّز الدفاع المتعدِّد المستويات (Multi-Layer Security) ويصعِّب اختراق النظام بالكامل
3. تُخزَّن البيانات في طبقة تجميع البيانات بصورة انتقائية.
لأنَّ الأنظمة الحديثة تُولِّد كمِّيّات هائلة من البيانات، وتخزينها كاملة يُرهق النظام؛ لذلك يتمُّ تصفية البيانات، وتخزين ما هو مهمٌّ فقط (مثل القيم غير الطبيعيَّة أو البيانات الحرجة) ممّا يقلِّل من تكاليف التخزين، ويُحسِّن كفاءة التحليل
4. تُسهِم طبقة التعاون والعمليات في تحسن اتِّخاذ القرار داخل أنظمة إنترنت الأشياء.
لأنَّها تُنظِّم تبادل البيانات بين الأجهزة والأنظمة المختلفة، وتُنسِّق العمليّات بشكل تكامليٍّ. وهذا يُنتج صورة أشمل للبيانات، ويُسهِّل على النظام أو المدير اتِّخاذ قرارات أدقَّ (مثلًا: ربط بيانات الطقس ببيانات الزراعة الذكيَّة لاتِّخاذ قرار بالريِّ)
5. توجد نماذج مختلفة من بِنى الطبقات لأنظمة إنترنت الأشياء.
لأنَّ طبيعة التطبيقات تختلف (صناعيَّة، وصحِّيَّة، وزراعيَّة، ونقل، وغيرها)وكلُّ مجال يحتاج بنية مرنة تناسبه؛ لذلك ظهرت نماذج متعدِّدة (3 طبقات - 5 طبقات - 7 طبقات) لتوفير مستويات مختلفة من التفصيل تلائم الأهداف والاحتياجات تبعاً لاختلاف المعايير، ونطاق التطبيق، وحجم البيانات، والبيئة التشغيلية.
السؤال الخامس:
أُُحدِّد في الجدول الآتي الرقم والاسم لكل طبقة من الطبقات بحسب الوظيفة التي تؤدّّيها، والتي ورد ذكرها في الجدول:
| وظيفة الطبقة |
رقم الطبقة واسمها |
| التخزين | ( طبقة 4) تجميع البيانات |
| التعامل مع البشر. | (الطبقة 7) طبقة التعاون والعمليّات |
| تنسيق البيانات، وتقليصها، وفَكُّ تشفيرها، وتقييمها. | (الطبقة3 )طبقة الحوسبة الحافَّة/ الضبابيَّة |
| جمع البيانات، وتحويلها إلى إشارات رقمية. | (طبقة 1) طبقة الإدراك (الأشياء) |
| تفسير البيانات. | ( طبقة 6) طبقة التطبيقات |
| توحيد أوجه التنسيق بين البيانات المختلفة، وإدارة أنواع مختلفة من البيانات، وتفويض الوصول إليها. | ( طبقة 5) طبقة تجريد البيانات |
| الاتصال الأفقي بين الأشياء الذكية، ونقل البيانات الآمن بين المستويات المختلفة للشبكة، والعمل على توجيه هذه البيانات | ( طبقة 2) طبقة الاتِّصال |
المهارات: أُُوظِِّف مهارات التفكير الناقد والبحث الرقمي والتواصل في الإجابة عن الأسئلة الآتية:
السؤال الأوََّل:
أبحث في شبكة الإنترنت عن بِنية الطبقات الخمس لنظام إنترنت الأشياء، ثمََّ أُُعدِّد هذه الطبقات، وأُُبيِّن وظيفة كلٍّ منها.
بنية الطبقات الخمس ووظائفها:
-
الإدراك: جمع البيانات من البيئة.
-
النقل: نقل البيانات من طبقة الإدراك إلى المعالجة.
-
المعالجة (Middleware): تخزين وتحليل ومعالجة كميات ضخمة من البيانات.
-
التطبيقات: تقديم الخدمات والواجهات للمستخدم.
-
الأعمال: إدارة النظام بالكامل، الرسوم البيانية الكبرى، والخصوصية والنماذج الاقتصادية.
السؤال الثاني:
في نظام ذكي لإدارة مواقف ال يّسّارات في مدينة حديثة، استُُخدِِمت أجهزة استشعار للكشف عن المواقف الشاغرة، وإرسال المعلومات إلى تطبيق في الهاتف يُرشِد السائقين إلى
أقرب موقف متاح، إضافةً إلى عرض السعر والخدمات القريبة:
1- أربط كل طبقة من طبقات البِنية ذات سبع الطبقات بدور واضح في هذا النظام.
نظام إدارة مواقف السيارات:
- طبقة الإدراك Perception Layer : الحسَّاسات المثبَّتة في المواقف تكشف إذا كان الموقف شاغرًا أو مشغولًا . RFID /كاميرات للتعرُّف على المَرْكبات.
- طبقة الاتِّصال Communication Layer :نقل بيانات الحسََّاسات عبر Wi-Fi/5G/Zigbee إلى خادم النظام المركزيّ أو السحابة.
- طبقة الحوسبة الطرفيَّةEdge Computing Layer معالجة أوليَّة للبيانات بالقرب من الموقف (مثلًا جهاز صغير يحسب عدد المواقف المتاحة قبل إرسالها للسحابة)
- طبقة تجميع البياناتData Accumulation Layer تنسيق البيانات القادمة من عدََّة مواقف مختلفة، وربطها بالخوادم السحابيَّة.
- طبقة تجريد البيانات Data Abstraction Layer تنظيم البيانات وتخزينها في قاعدة بيانات، مع توفير واجهات ( APIs ) لتطبيق الهاتف.
- طبقة التطبيقاتApplications Layer تطبيق الهاتف الذكيِّ الذي يوجِّه السائق لأقرب موقف، ويعرض السعر والخدمات القريبة.
- طبقة التعاون والعمليّاتCollaboration and Processes Layer إدارة النظام: التسعير الديناميكيُّ وتحليل البيانات لاتِّخاذ قرارات (مثل إضافة مواقف جديدة، أو تحسين الخدمات)
2-أيُّ الطبقات ستكون أكثر عرضة للأعطال أو الهجمات السيبرانية؟ لماذا؟
- طبقة الاتِّصال: لأنَّها مسؤولة عن نقل البيانات، فهي معرَّضة لهجمات الاختراق، والتنصُّت، وهجمات حجب الخدمة DoS
- طبقة التطبيقات: معرَّضة لهجمات التصيُّد، وإدخال بيانات خبيثة، واختراق التطبيق على الهاتف.
- طبقة الأشياء: يمكن تعطيل الحسَّاسات مادِّيًّا(تخريب/ تلاعب)
3-أقترح تطويرًا مُمكِنًا للنظام، ث أُحدِّد الطبقة التي يجب تعزيزها لتحقيق ذلك.
إضافة ميزة الحجز المسبق للمواقف مع الدفع الإلكترونيِّ عبر التطبيق، مع تحليل ذكيٍّ لأنماط استخدام المواقف (مثل التنبؤ بالمواقف الشاغرة بناءً على أوقات الذروة)
الطبقات التي يجب تعزيزها:
- طبقة التطبيقات ( Applications Layer ) لتطوير واجهة الحجز.
- طبقة الأعمال ( Business Layer ) لتطبيق سياسات جديدة (تسعير مرن، وإدارة الحجوزات)
- طبقة الأمان (ضمن الشبكة والبيانات) لضمان حماية المدفوعات الإلكترونيَّة والبيانات الشخصيَّة
السؤال الثالث:
أُُصمِّم فكرة مُبتكَرة يُستخدَم فيها إنترنت الأشياء لتحسين نظام الصحة المدرسية،وأُراعي فيها ما يأتي:
اجابة 1 :
1- تحديد بِنية الطبقات التي سأستخدمها، وتبرير إجابتي.
نظام مراقبة جودة الهواء ودرجة حرارة الطلاب عبر بوابات ذكية.
-
بنية الطبقات: الـ 7 طبقات لضمان معالجة فورية لأي حالة إغماء أو ارتفاع حرارة (حوسبة طرفية) ولتخزين السجلات الصحية (تراكم).
2-حصر البيانات التي سيجمعها النظام.
درجة حرارة الجسم، نسبة الأكسجين في الصفوف، عدد الطلاب المتواجدين.
3-توضيح كيفية انتقال البيانات خلال الطبقات.
مؤشِّرات حيويَّة، وبيئة الصفِّ، وموقع داخليٌّ ونظافة.
من الحساسات (السوار الذكي ) للطلاب -> عبر Wi-Fi المدرسة -> معالجة فورية في غرفة الصحة -> تخزين في قاعدة بيانات المدرسة -> ظهور تقارير على لوحة تحكم المدير والممرض.
اجابة 2
1- تحديد بِنية الطبقات التي سأستخدمها، وتبرير إجابتي.
سأستخدم البنية الخماسيَّة؛ لأنَّها توازن بين البساطة والدقَّة، وتُبرز أين تتمُّ المعالجة والحوكمة :
- طبقة الإدراك :حسّاسات وأساور/ بطاقات طلّاب.
- طبقة الاتِّصال نقل آمن للبيانات .
- طبقة إدارة الخدمات : تنقية البيانات،وكشف البيانات المتطرِّفة، ونماذج ذكاء اصطناعيٍّ بسيطة على الحافة + تحليلات أوسع في السحابة.
- طبقة التطبيقات :لوحة مسؤولة الصحَّة المدرسيَّة، وتطبيق وليِّ الأمر، ولوحات الصفِّ.
- طبقة الأعمال :السياسات الصحِّية، والصلاحيات، والتقارير، والخصوصية والامتثال.
السبب: الخماسيَّة تُظهر بوضوح أين تُجرى قرارات فورية، وأين تتمُّ التحليلات الشاملة، وكيف تدار السياسات والخصوصية.
2-حصر البيانات التي سيجمعها النظام.
3-توضيح كيفية انتقال البيانات خلال الطبقات.
مؤشِّرات حيويَّة، وبيئة الصفِّ، وموقع داخليّ ونظافة.
