شرح الموضوع
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، سأُنشِئ جدولًا يُمثِّل خارطة طريق لمراحل تطوُّر إنترنت الأشياء وتطبيقاته المستقبلية؛ ما يساعدني على فهم التوجُّهات العالمية والفرص المتاحة في هذا المجال المُتسارع دائمًا.
نتاجات التعلّم :
- أعرّف مفهوم إنترنت الأشياء المُعتمد على الأقمار الصناعية (Satellite IoT).
- أوضّح مكوّنات شبكات إنترنت الأشياء المُعتمدة على الأقمار الصناعية.
- أوضّح آليّة عمل إنترنت الأشياء المُعتمد على الأقمار الصناعية.
- أبيّن مزايا إنترنت الأشياء المُعتمد على الأقمار الصناعية.
- أوضّح التحدّيات التي يواجهها إنترنت الأشياء المُعتمد على الأقمار الصناعية.
- أوضّح بعض تطبيقات إنترنت الأشياء المُعتمد على الأقمار الصناعية.
- أصف استخدام إنترنت الأشياء في مجال التعليم.
- أذكر أمثلة على استخدام الحوسبة المتضمّنة (المدمجة) في مجال الصحة والزراعة والملاحة الجوية.
- أفسّر سبب استخدام الحوسبة المتضمّنة (المدمجة) في المناطق الخطرة والتفجيرات في أعماق البحار ومناطق البيئة الملوّثة.
تطبيقات إنترنت الأشياء: ماذا سنتعلّم؟
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، سأُنشِئ جدولًا يُمثِّل خارطة طريق لمراحل تطوُّر إنترنت الأشياء وتطبيقاته المستقبلية
- المفاهيم والمصطلحات: إنترنت الأشياء المُعتمِد على الأقمار الصناعية (Satellite IoT)، الحوسبة المُتضمَّنة المُدمَجة (Embedded Computing)، الطائرات من دون طيّار (Drones).
نشاط تمهيدي: أفترض أنَّني مسؤول عن تصميم مدن ذكية للمستقبل: أدوِّن أبرز التطبيقات التي سأستخدمها. أذكر ثلاث وظائف أو خدمات سأستبدل بها تقنيات رقمية في المدن الذكية، ثمَّ أُبرِّر إجابتي.
شبكات إنترنت الأشياء المُعتمدة على الأقمار الصناعية:
لماذا نحتاج إنترنت الأشياء عبر الأقمار الصناعية؟
- لا سيّما في المناطق النائية، والمناطق التي يصعب الوصول إليها بسبب ضعف البنية التحتية الأرضية أو تآكلها.
- تُستخدم الأقمار الصناعية بوصفها محطّات وسيطة لنقل البيانات بين أجهزة إنترنت الأشياء والأنظمة المركزية؛ ما يوفّر تغطية عالمية واتصالاً أكثر موثوقية.
- وقد جاءت الحاجة إلى هذا النوع من الاتصال بسبب محدودية شبكات إنترنت الأشياء التقليدية التي تعتمد على تقنيات أرضية لا تُغطّي بفعالية المناطق المعزولة والمناطق التي تعاني نقصاً في الخدمات.
آليّة عمل شبكة إنترنت الأشياء المُعتمدة على الأقمار الصناعية:
كيف تصل بيانات الجهاز إلى الخادم عبر القمر الصناعي؟
- يُبيّن الشكل (4-1) طريقة تبادل البيانات بين أجهزة إنترنت الأشياء والأنظمة المركزية عن طريق الأقمار الصناعية.
- يتطلّب إنشاء هذه الشبكة توافر العناصر الآتية:
- الأجهزة الطرفية (IoT Device): تعمل الأجهزة الطرفية على جمع البيانات من البيئة المحيطة (مثل: السرعة، والموقع)، ثمّ تُرسلها مباشرةً إلى القمر الصناعي، أو عبر محطّة أرضية قريبة.
- وقد تتصل هذه الأجهزة مباشرة بالقمر الصناعي (Direct Access)، أو بمحطّة أرضية (Indirect Access)، مثل برج الاتصالات.
- القمر الصناعي (Satellite): يعمل القمر الصناعي بوصفه جسراً لنقل البيانات من الأجهزة الطرفية إلى المحطّة الأرضية أو إلى قمر آخر؛ ما يوفّر تغطية عالمية في الأماكن النائية.
- المحطّة الأرضية (Satellite Gateway): تتلقّى المحطّة الأرضية إشارات من القمر الصناعي، ثمّ تُحوّلها إلى الشبكة الأرضية أو إلى الخوادم الخاصة بالتطبيق.
- رأس الشبكة والخدمة (Service and Network Head-End): يمثّل رأس الشبكة مركز إدارة البيانات، وهو يتولّى عملية توزيعها على المستخدمين أو الأنظمة الأخرى.
وبعد المحطة والرأس، تنتقل البيانات إلى الخوادم والتوزيع والحماية.
- خوادم المعالجة/ التطبيقات (Cloud Platforms/ Applications Servers): بعد استقبال البيانات من المحطّات الأرضية، فإنّها تُخزّن ثمّ تُحلّل في خوادم سحابية أو خوادم داخلية.
- تُستخدم هذه البيانات لاتّخاذ القرارات، وإرسال التنبيهات، وتفعيل الإجراءات التلقائية.
- ومن ثمّ، فإنّ هذه الخوادم توفّر واجهات للمستخدمين تُمكّنهم من مراقبة البيانات في الزمن الحقيقي (الفعلي).
- شبكة التوزيع الأرضية (Broadcast Distribution Network): تُوزّع هذه الشبكة البيانات على وجهاتها النهائية (المستخدم، النظام الذكي، تطبيق التحكّم...) عن طريق الشبكات الأرضية التقليدية أو السحابية.
- بروتوكولات التشفير والأمان (Security Protocols): تُستخدم هذه البروتوكولات لضمان سلامة البيانات وخصوصيتها أثناء النقل من الجهاز إلى الخادم عبر الأقمار الصناعية. ويشمل ذلك التشفير، والتوثيق، وضمان النزاهة.
مزايا شبكة إنترنت الأشياء المُعتمدة على الأقمار الصناعية:
مزايا الشبكة: لماذا هي خيار مثالي في البيئات الصعبة؟
- تتفرّد شبكة إنترنت الأشياء التي تعتمد على الأقمار الصناعية بمجموعة من المزايا التي تجعلها خياراً مثالياً للعديد من التطبيقات، لا سيّما في البيئات البعيدة والبيئات الصعبة.
- التغطية الجغرافية الواسعة: تتيح شبكات إنترنت الأشياء المُعتمدة 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 يمكن لشبكات إنترنت الأشياء المُعتمدة على الأقمار الصناعية أن تدعم عدداً كبيراً من الأجهزة؛ ما يجعلها مناسبة للتطبيقات الواسعة النطاق التي تتطلّب اتصالاً مستمرّاً في مواقع متعدّدة أو مواقع متفرّقة.
- موثوقية الاتصال (Reliability): تمتاز شبكات إنترنت الأشياء المُعتمدة على الأقمار الصناعية بقدرتها على مقاومة انقطاع الخدمة الناجم عن الكوارث الطبيعية، أو الأعطال في البنية التحتية الأرضية، أو الأعطال الناتجة من الأحوال الجوية.
- كذلك تدعم هذه ال:بات جمع البيانات والتحكّم عن بُعد في الوقت الحقيقي (الفعلي) باستمرار، حتّى في البيئات الصعبة جدّاً؛ ما يُعزّز الكفاءة التشغيلية.
- عدم الحاجة إلى بنية تحتية أرضية مُعقّدة: خلافاً للشبكات الأرضية، فإنّ شبكات إنترنت الأشياء المُعتمدة على الأقمار الصناعية لا تتطلّب إنشاء أبراج أو عمل تمديدات أرضية؛
- ما يُسهّل عملية انتشارها، ويُقلّل من التكاليف اللوجستية والإنشائية.
- ومن ثمّ، فإنّ هذا النوع من الشبكات مناسب للمشروعات المؤقّتة والمشروعات الطارئة والمشروعات في مناطق الكوارث.
- يضاف إلى ذلك أنّ الحلول بالأقمار الصناعية تُعدّ أكثر جدوى من الناحية الاقتصادية مقارنةً بتمديد الشبكات الأرضية في المناطق القليلة السكّان والمناطق النائية.
- استهلاك الطاقة المنخفض: صُمّمت شبكات إنترنت الأشياء المُعتمدة على الأقمار الصناعية لتعمل بكفاءة عالية واستهلاك منخفض للطاقة؛ ما يجعلها مثالية لأجهزة الاستشعار عن بُعد والأجهزة التي تعتمد على مصادر الطاقة المحدودة كتلك التي تعمل بالبطّاريات، مثل: الحسّاسات البيئية، وأجهزة التتبّع.
التحدّيات التي تواجهها شبكة إنترنت الأشياء المُعتمدة على الأقمار الصناعية:
التحدّيات: زمن الوصول والطاقة والترخيص
- بالرغم من الإمكانات والمزايا الكثيرة التي تُوفّرها تقنيات شبكة إنترنت الأشياء عبر الأقمار الصناعية، فإنّ هذه الشبكات تُواجه تحدّيات تقنية وتنظيمية عديدة، أبرزها:
- زمن الوصول (Latency): من أبرز التحدّيات التي تُواجِهها شبكات إنترنت الأشياء المُعتمدة على الأقمار الصناعية: التأخير في انتقال الإشارة عبر الفضاء، وبخاصة عند استخدام الأقمار الصناعية ذات المدار الجغرافي الثابت (GEO).
- فهذا التأخير قد يُسبّب مشكلة كبيرة في التطبيقات التي تتطلّب استجابة فورية، مثل: القيادة الذاتية، والتحكّم في الأنظمة الحيوية.
- مُتطلّبات الطاقة (Power Requirements): يؤدّي إرسال البيانات واستقبالها عبر الأقمار الصناعية إلى استهلاك أكثر للطاقة مقارنة بالشبكات الأرضية؛
- ذلك أنّ هذه البيانات تقطع مسافات فضائية طويلة أثناء عملية إرسالها واستقبالها، في ما يُشكّل تحدّياً للأجهزة الطرفية التي تعمل في أماكن نائية، وتعتمد على بطّاريات محدودة السعة؛ ما يتطلّب حلولاً ذكيةً لإدارة الطاقة.
- التنظيم والترخيص (Regulatory and Licensing Issues): يتطلّب تشغيل أنظمة إنترنت الأشياء عبر الأقمار الصناعية الامتثال لإجراءات تنظيمية دولية مُعقّدة، تشمل الحصول على تراخيص لاستخدام الطيف التردّدي،
- وموافقة الجهات الحكومية التي قد تكون مُعقّدة وتستغرق وقتاً طويلاً؛ ما قد يُفضي إلى تأخّر في عملية النشر، أو زيادة في التكاليف.
أبحث
تقنيات شبكة إنترنت الأشياء المُعتمدة على الأقمار الصناعية:
أين تُستخدم هذه التقنيات؟ من البحار إلى الغابات
- تُستخدم تقنيات شبكة إنترنت الأشياء القائمة على الأقمار الصناعية في مجموعة واسعة من المجالات التي تتطلّب تغطية عالمية وموثوقية عالية، لا سيّما في المناطق البعيدة والأماكن المعزولة.
- النقل البحري والملاحة (Maritime and Shipping): تُستخدم هذه التقنية في تتبّع تحرّكات السفن والقوارب في البحار والمحيطات؛
- ما يُسهم في تعزيز سلامة النقل، ويُسهّل عمليات الشحن والخدمات الحيوية (اللوجستية).
- كذلك تتيح هذه التقنية مراقبة الأعطال وملاحظة التغيّرات البيئية أثناء الرحلات البحرية الطويلة.
- السكك الحديدية والنقل البرّي (Rail and Land Transportation): تسمح هذه التقنية بتتبّع القطارات والشاحنات الثقيلة في المسارات الطويلة، وتُسهم في ضمان سلامة الحمولات وتحسين الجدولة اللوجستية.
- صناعات النفط والغاز (Oil and Gas Industry): يُمكن بهذه التقنية مراقبة البنية التحتية الحسّاسة، مثل خطوط الأنابيب ومنصّات التنقيب في المناطق النائية وأعماق البحار.
- وهي تساعد على تقليل المخاطر التشغيلية، وتُسهم في تحسين الصيانة الوقائية ومُتطلّبات السلامة العامة.
- إدارة الكوارث والطوارئ (Disaster Management and Emergency Response): تُعدّ الأقمار الصناعية وسيلة مُهمّة لضمان الاتصالات أثناء حدوث الكوارث الطبيعية (مثل: الزلازل، والفيضانات، والعواصف)،
- لا سيّما عند انهيار الشبكات أرضية.
- تُستخدم هذه التقنية في إرسال التنبيهات، وتنسيق عمليات الإنقاذ، وتوزيع المساعدات.
- المراقبة البيئية (Environmental Monitoring): يستفاد من هذه التقنية في مراقبة التغيّرات المناخية، ورصد نَسَب تلوّث الهواء والماء، وتتبّع حرائق الغابات في مناطق يصعب الوصول إليها.
- تقوم هذه التقنية على جمع بيانات من أجهزة استشعار مُوزّعة على أماكن نائية، ثمّ تحليلها ضمن نطاق زمني وجغرافي واسع.
- وبذلك يُمكن تتبّع تحرّكات الحيوانات المُهدّدة بالانقراض عبر أجهزة استشعار متصلة بالأقمار الصناعية؛ ما يساعد على دعم دراسات الهجرة، ويُسهم في الحدّ من طرائق الصيد غير المشروعة، ومراقبة الأنشطة البشرية في المحميات الطبيعية والمناطق المحمية.
أذكر فائدة واحدة لاستخدام الأقمار الصناعية في كلّ من أنظمة إنترنت الأشياء الآتية:
مراقبة الحياة البرّية (Wildlife Monitoring).
مراقبة جودة الهواء عالمياً (Global Air Quality Monitoring).
مراقبة الجليد في القطب الشمالي القطب الجنوبي (Polar Ice Monitoring).
ومن الأقمار الصناعية ننتقل إلى الصف الذكي.
- 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
- الألواح الذكية وأجهزة العرض التفاعلية: تُمكّن هذه الألواح والأجهزة المُعلّمين والمعلّمات من تقديم المحتوى بطرائق مرئية جاذبة وشائقة.
- أدوات المساعدة الذكية: تُسهّل هذه الأدوات عملية التعلّم على الطلبة، مثل المساعدات الصوتية التي تتيح للطلبة التفاعل الصوتي المباشر مع المحتوى.
- أنظمة تتبّع الأداء الأكاديمي: تُستخدم هذه الأنظمة في جمع البيانات وتحليلها لتقديم تعليم مُخصّص يُناسب احتياجات كل طالب وطالبة.
- أتمتة المهام الإدارية: تعمل هذه التقنية على ضبط الشؤون الإدارية في المدارس وتيسيرها، مثل تتبّع عملية الحضور اليومي تلقائيّاً؛ ما يُخفّف الأعباء الإداري على المُعلّمين والمعلّمات.
- التحكّم الذكي في البيئة الصفية: تُسهم هذه التقنية في تهيئة البيئة الصفية المناسبة للتعلّم، مثلاً استخدام أنظمة الإضاءة والتكييف الذكية في ضبط الحرارة وشدّة الإضاءة بما يُناسب وقت الحصّة الصفية وراحة الطلبة.
- الأقفال الذكية: تعمل هذه التقنية عل عزيز مناحي الأمن والأمان عبر التحكّم في عمليات الدخول إلى الصفوف والمختبرات والخروج منها.
- أنظمة الأمان الذكية: تشمل هذه الأنظمة آلات التصوير (الكاميرات) وأجهزة الاستشعار التي يُمكن مراقبتها عبر الهاتف الذكي أو جهاز الحاسوب؛ ما يجعل البيئة المدرسية أكثر أماناً.
- الترجمة الفورية: تُستخدم الترجمة الفورية في تسهيل عملية التواصل بين الطلبة والمُعلّمين والمعلّمات داخل الصفوف المتعدّدة اللغات، وذلك باستخدام أجهزة الترجمة الفورية.
- دعم الطلبة من ذوي الاحتياجات الخاصة: تتضمّن هذه التقنية استخدام العديد من الأدوات المبتكرة، مثل: القفّازات الذكية التي تترجم لغة الإشارة إلى نصوص،
- وأدوات تحويل الكلام إلى نص مكتوب لضعاف السمع.
أفترض أنّ غرفتي الصفية قد أصبحت جزءاً من مدرسة ذكية تعتمد على نظام إنترنت الأشياء. بناءً على ذلك، أفكّر في إجابات للأسئلة الآتية:
ما الأجهزة الذكية التي سيتحكّم فيها جهاز الحاسوب؟
ماذا سأستفيد من التقنيات التي يُوفّرها نظام إنترنت الأشياء؟
كيف ستبدو بيئة التعلّم في غرفتي الصفية؟
الحوسبة المتضمّنة (المُدمجة) وتطبيقاتها:
الحوسبة المتضمّنة: حاسوب صغير لمهمة محددة
- تُستخدم الحوسبة المتضمّنة (المُدمجة) في مجموعة واسعة من التطبيقات اليومية، مثل: الهواتف الذكية، والساعات الذكية، والأجهزة الطبية الذكية، وأنظمة التحكّم في السيّارات والمنازل الذكية، وأجهزة الترفيه داخل المركبات، وأنظمة المراقبة، والتطبيقات الزراعية، والطائرات من دون طيّار.
- يُذكر أنّ الحوسبة المتضمّنة (المُدمجة) تُعدّ جزءاً أساسيّاً من بنية نظام إنترنت الأشياء؛ لما تُوفّره من قدرة على المعالجة والتحكّم في الأجهزة المتصلة.
- يُبيّن الجدول الآتي استخدامات الحوسبة المتضمّنة (المُدمجة) في عدد من المجالات الحيوية التي تُعدّ من الركائز الأساسية في تطبيقات شبكة إنترنت الأشياء
الحوسبة المتضمّنة (المُدمجة) في الأجهزة الطبية
في الطب: أجهزة تراقب القلب والسكّر
- يؤدّي هذا النوع من الحوسبة دوراً رئيساً في تحسين جودة الرعاية الصحية، وذلك بتعزيز مستوى الدقّة والفعالية في أجهزة التشخيص والمراقبة والعلاج.
- أجهزة المراقبة القابلة للارتداء: أجهزة تقيس مُعدّل 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 مثلاً.
- ومن ثمّ، فهي تستخدم أنظمة مُدمجة لمراقبة وظائف الجسم والاستجابة لها حالاً.
- معدّات التشخيص الطبي: يُمثّل هذا النوع من المعدّات أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي، وأجهزة التصوير بالموجات فوق الصوتية.
- وهي تعتمد على أنظمة مُضمّنة (مُدمجة) للتحكّم في المعالجة، وإنتاج صور دقيقة.
- مضخّات الأنسولين الذكية: تُستخدم في هذه المضخّات أنظمة حوسبة تعمل على تحديد جرعات الأنسولين المناسبة، وتحسين التحكّم في نسبة السكّر لدى مرضى السكّري.
الحوسبة المتضمّنة (المُدمجة) في الأنظمة الزراعية
في الزراعة: ريّ ذكي وروبوتات
- أحدث هذا النوع من الحوسبة ثورة تقنية في القطاع الزراعي عن طريق الأتمتة والمراقبة الذكية.
- أجهزة التحكّم في الريّ الذكي: تُنظّم هذه الأجهزة عمليات الريّ 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 المتضمّنة (المُدمجة) في الطائرات من دون طيّار (Drones)
في الطائرات من دون طيّار: ملاحة وحسّاسات
- تعتمد تقنية الطائرات من دون طيّار على الحوسبة المتضمّنة (المُدمجة) لتنفيذ مهام مُعقّدة بصورة ذاتية وفعّالة.
- الملاحة المستقلة: تتضمّن هذه التقنية دمج نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في الحوسبة المتضمّنة (المُدمجة) للطائرة؛
- ما يسمح لها بالتنقل بشكل مستقل عبر مناطق شاسعة وفقاً لمسارات مُبرمجة.
- تكامل المُستشعرات: تتضمّن هذه التقنية التقاط صور دقيقة للتربة والمحاصيل والتضاريس باستخدام الأشعة تحت الحمراء والطيف المُتعدّد.
الحوسبة المتضمّنة (المُدمجة) في الأنظمة الذكية ضمن البيئات الخطرة
في البيئات الخطرة: روبوتات ومركبات تحت الماء
- يُستخدَم هذا النوع من الحوسبة في مناطق التفجيرات، وأعماق البحار، والمناطق الصناعية، والبيئات المُلوَّثة.
- روبوتات إزالة الألغام: روبوتات ذكية مُزوّدة بوحدات حوسبة متضمّنة (مُدمجة) لمعالجة إشارات الحسّاسات المدمجة، مثل حسّاسات المعادن والضغط.
- المركبات المُوجّهة تحت الماء (ROV/AUV): مركبات ذاتية القيادة تحت الماء، وهي مُزوّدة بوحدات حوسبة متضمّنة (مُدمجة) لمعالجة بيانات الملاحة والصور تحت الماء.
- تعمل هذه الوحدات على فحص أنابيب النفط وأكبال الإنترنت البحرية وصيانتها، إضافةً إلى جمع بيانات علمية عن الحياة البحرية والتيارات، وقياس الضغط ونَسَب الملوحة.
نشاط فردي: أرسم – باستخدام تطبيق حاسوبي مناسب – خطًّا زمنيًّا يُبيِّن مراحل تطوُّر أنظمة إنترنت الأشياء اعتمادًا على المعلومات التي درستُها في الوحدة، وأُضمِّنه المُدَد الزمنية وأهمَّ التطبيقات. بعد ذلك أُدوِّن النتائج التي أتوصَّل إليها، ثمَّ أُشارِكها مع الزملاء/ الزميلات في الصف.
المواطنة الرقمية
المواطنة الرقمية: مسؤولية وابتكار
- المسؤولية الرقمية: أُفكّر في الآثار الناجمة عن استخدام التطبيقات الذكية في المجتمع والبيئة، وألتزم باستخدامها على نحو يحترم القوانين والأعراف، ويحمي خصوصية الآخرين.
- الابتكار الرقمي: أوظّف تطبيقات إنترنت الأشياء في ابتكار حلول ذكية، وأراعي حماية البيانات، وألتزم بأفضل الممارسات الأمنية عند إنشاء أيّ تطبيق أو تجربته.
أقيّم تعلّمي
أقيّم تعلّمي: اختبر نفسك
المعرفة: أستخدم ما تعلّمته من معارف في هذا الدرس للإجابة عن الأسئلة الآتية:
السؤال الأوّل: أوضّح المقصود بكلّ ممّا يأتي:
- نظام إنترنت الأشياء المُعتمد على الأقمار الصناعية (Satellite IoT).
- الحوسبة المتضمّنة (المُدمجة) (Embedded Computing).
السؤال الثاني: أوضّح آليّة عمل شبكة إنترنت الأشياء المُعتمدة على الأقمار الصناعية.
السؤال الثالث: أبيّن سبب استخدام الحوسبة المتضمّنة (المُدمجة) في كلّ ممّا يأتي:
- البيئات الملوّثة.
- أعماق البحار.
السؤال الرابع: أذكر مثالين على كلّ ممّا يأتي:
استخدام أنظمة إنترنت الأشياء في مجال التعليم.
استخدام الحوسبة المتضمّنة (المُدمجة) في مجال الزراعة.
استخدام الحوسبة المتضمّنة (المُدمجة) في مجال الأجهزة الطبية.
المهارات: أوظّف مهارات التفكير الناقد والبحث الرقمي والتواصل في الإجابة عن السؤالين الآتيين:
السؤال الأوّل: أتأمّل الجملة الآتية: "إنّ استخدام الحوسبة المتضمّنة (المُدمجة) في أنظمة إنترنت الأشياء المُعتمدة على الأقمار الصناعية يُحسّن من كفاءة هذه الأنظمة، لكنّه قد يزيد من تكلفتها وتعقيدها".
أبيّن رأيي في هذه الجملة، ثمّ أبرّر إجابتي بذكر حالتين أو مثالين أوضّح فيهما النتائج (الإيجابية أو السلبية) المترتّبة على استخدام الحوسبة المتضمّنة (المُدمجة) مع الأقمار الصناعية.
السؤال الثاني: أفترض أنني أعمل ضمن فريق بحثي لتطوير روبوتات بحرية ذكية تُستخدم في أعماق البحار والمحيطات، وتُرسل بياناتها إلى الأقمار الصناعية:
- أقترح ثلاث وظائف ذكية يُمكن لوحدات الحوسبة المتضمّنة (المُدمجة) أداؤها داخل هذه الروبوتات من دون حاجة إلى إرسال جميع البيانات الخام إلى الأقمار الصناعية.
- أوضّح كيف يُسهم ذلك في تحسين كفاءة النظام.
تعليمات للمراجعة والتحسين:
تقويم ذاتي: أين أنا من نتاجات الدرس؟
أسئلة الوحدة
أسئلة الوحدة: راجع الدرس مع بقية الوحدة
السؤال الأوَّل: أنسب كل جملة من الجمل الآتية إلى المصطلح العلمي الذي يناسبها:
- الواجهة الأمامية لأجهزة إنترنت الأشياء، هدفها الرئيس جمع البيانات من محيطها، وإرسال البيانات إلى محيطها.
- نظام يُوفِّر معلومات دقيقة عن الموقع والسرعة والوقت لعدد غير مُحدَّد من المُستخدِمين المُجهَّزين على الأرض وفي البحر والجوِّ والفضاء، بوصفه يُمثِّل إحدى الطرائق الأولى لتتبُّع البيانات الرقمية وفهرستها للعالَم المادي.
- تقنية تُعْنى بجمع البيانات في نظام إنترنت الأشياء، وتحوي أجهزة إلكترونية صغيرة تُخزِّن المعلومات، وتتصل مع أجهزة أُخرى باستخدام الموجات الراديوية.
- تقنية اتصال لاسلكية قصيرة المدى تعمل على وصل الإشارات بين الأجهزة مسافةً تزيد على (10) أمتار أو أقل، وتستخدم موجات الراديو ضمن نطاق التردُّد (2.3) جيجاهيرتز (GHz)، وقد استُخدمت في الأصل لنقل البيانات بين الهواتف المحمولة وأجهزة الحاسوب، ثمَّ أُعيد تصميمها على نحوٍ يتضمَّن إجراء اتصالات لاسلكية فعّالة، واستخدام طاقة مُنخفضة بتكلفة قليلة.
- تقنية اتصال لاسلكي تدعم التطبيقات التي تتطلَّب طاقةً مُنخفضةً وتكلفةً قليلةً ومُعدَّل بياناتٍ مُتدنِّيًا، وهي تُركِّز على الشبكات البسيطة الذاتية التنظيم بين أجهزة مُنخفِضة الطاقة، تنقل البيانات حتّى مسافة (100) م، وتعمل ضمن نطاق التردُّد (2.4) جيجاهيرتز (GHz).
- تقنية تُستخدَم في المناطق النائية والأماكن التي يصعب الوصول إليها بسبب البنية التحتية الأرضية المحدودة.
- نظام حاسوبي صغير مُصمَّم لأداء مهمة واحدة أو مجموعة مُحدَّدة من المهام، وهو يحتوي عادةً على مُكوِّنات مادية وأُخرى برمجية تعمل معًا لأداء وظيفة مُعيَّنة.
- طبقة مسؤولة عن جمع البيانات من محيطها ومن الكائنات الأُخرى، وهي تعمل على تحديد الكائنات بشكل فريد داخل شبكات إنترنت الأشياء، وتنقل البيانات التي تجمعها إلى الطبقة التالية.
- طبقة مسؤولة عن تحويل تدفُّقات البيانات الشبكية غير المُتجانِسة إلى معلومات مناسبة من حيث التخزين والتحليل.
- أجهزة صغيرة تُستخدَم في تعقُّب الأفراد (بخاصة الأطفال وكبار السِّنِّ)، والحيوانات الأليفة، والمَركَبات والشاحنات (بوصف ذلك جزءًا من نظام مكافحة السَّرِقة). وهي تتصف بحجمها الصغير، وخفَّة وزنها، وسهولة حملها أو تثبيتها. وقد تكون مُزوَّدة ببطاقة (SIM) للاتصال، وتكون غالبًا مقاومة للماء.
السؤال الثاني: أُعدِّد مزايا شبكة إنترنت الأشياء المُعتمِدة على الأقمار الصناعية.
السؤال الثالث: أملأ الفراغ بما هو مناسب في الجمل الآتية:
- أ. من مُكوِّنات شبكات إنترنت الأشياء المُعتمِدة على الأقمار الصناعية:
- ب. من طبقات بنية الطبقات السبع لنظام إنترنت الأشياء:
- ج. من مُكوِّنات نظام (RFID):
السؤال الرابع: أُوضِّح كيف تُستخدَم تقنية (RFID) للدفع ببطاقة الائتمان.
السؤال الخامس: أُعدِّد سلبيات نظام إنترنت الأشياء (IoT).
السؤال السادس: كيف تُجمَع البيانات في طبقة الإدراك ضمن بنية الطبقات الثلاث لنظام إنترنت الأشياء (IoT)؟
السؤال السابع: أُعدِّد مُكوِّنات تقنية البلوتوث (Bluetooth) في المنازل الذكية.
السؤال الثامن: أُقارِن بين تقنية البلوتوث (Bluetooth) وتقنية زيجبي (Zigbee) من حيث:
- مدى نقل البيانات.
- نطاق التردُّد.
السؤال التاسع: تعتمد الطائرات من دون طيّار (Drones) اعتمادًا كبيرًا على الحوسبة المُتضمَّنة (المُدمَجة) في المِلاحة وجمع البيانات. أُوضِّح ذلك، وأُدعِّم إجابتي بأمثلة.
السؤال العاشر: أذكر تحدِّيين اثنين من التحدِّيات التي تُواجِهها شبكة إنترنت الأشياء المُعتمِدة على الأقمار الصناعية.
