طبقة المدينة City Layer - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 طبقات هيكلية المدن الذكية (استكمال)

المفاهيم الأساسية

طبقة المدينة (City Layer): طبقة النقل المباشر بين أجهزة إنترنت الأشياء الطرفية ومراكز البيانات أو الإنترنت. يجب أن تكون مرنة لضمان وصول البيانات وتقليل التأخر الزمني وفقدان الحزم.

طبقة مركز البيانات (Data Center Layer): المكان الذي تُرسل إليه البيانات للمعالجة والتخزين واستخراج الأنماط والمعلومات لدعم القرارات (مثل إدارة إشارات المرور).

طبقة الخدمات (Services Layer): الطبقة التي تقدم القيمة الفعلية لإنترنت الأشياء من خلال عرض البيانات المعالجة وفقاً لمتطلبات المستخدمين وحالات الاستخدام المختلفة (مثل إعادة توجيه الحافلات).

خريطة المفاهيم

```markmap

7. الرسائل في إنترنت الأشياء

ما سيتعلمه الطالب

تطبيقات المدن الذكية

• التعرف على طبقات هيكلية المدن الذكية

- طبقة الشارع (Street)

- أجهزة ومستشعرات طبقة الشارع

- مستشعر مغناطيسي (Magnetic Sensor)

- مستشعرات الإضاءة (Lighting Controller)

- كاميرات المراقبة (Video Cameras)

- مستشعر جودة الهواء (Air Quality Sensor)

- العدادات (Counters)

- طبقة المدينة (City)

- وظيفتها: النقل المباشر بين الأجهزة الطرفية ومراكز البيانات/الإنترنت

- متطلباتها:

- نشر موجهات ومحولات شبكية بمستوى أعلى من طبقة الشارع

- تقليل البيانات عبر بروتوكولات متعددة

- المرونة لضمان وصول الحزم (خاصة للتطبيقات الحساسة للتأخر أو فقدان الحزم)

- طبقة مركز البيانات (Data Center)

- وظيفتها: معالجة وتخزين البيانات واستخراج الأنماط لدعم القرارات

- أمثلة تطبيقية:

- إعطاء تصور لحركة المرور على مستوى المدينة

- إدارة مدة ومزامنة إشارات المرور تلقائياً

- موقع التخزين: الخدمات السحابية أو مراكز بيانات البلدية/الشركات الخاصة

- طبقة الخدمات (Services)

- وظيفتها: تقديم الخدمات الفعلية للسلطات والمواطنين بناءً على البيانات المعالجة

- أمثلة تطبيقية:

- إعادة توجيه الحافلات لتجنب الازدحام

- تسيير المزيد من قطارات الأنفاق تلقائياً

- توقع قرارات الركاب

• تحديد أمثلة على المدن الذكية

- مثال: مشاريع المدن الذكية في المملكة العربية السعودية بحلول 2030

- تشمل: الإدارة الذكية للمرور ومواقف السيارات، أنظمة الحفاظ على البيئة، إدارة النفايات، الإسكان الذكي، أنظمة إدارة الأراضي

- الهدف: تحسين نوعية حياة المواطنين والاستدامة المالية وجودة الخدمة

أساسيات بروتوكول MQTT

• وصف وظيفة بروتوكول MQTT
• تصنيف جودة الخدمة (QoS) لبروتوكول MQTT

إنشاء تطبيق عملي

• استخدام البرمجة النصية في بايثون لنشر الرسائل إلى عميل MQTT X
• إنشاء ملف بيانات JSON لتخزين التقارير
• استخدام مفكرة Jupyter لتحليل البيانات في ملف JSON

الأدوات المستخدمة

• بيئة التطوير المتكاملة للأردوينو (Arduino IDE)
• أداة JetBrains PyCharm
• بيئة محاكاة دوائر Autodesk Tinkercad Circuits
• عميل MQTT X

```

نقاط مهمة

• طبقة المدينة: حساسة للتأخر الزمني وفقدان الحزم، مما قد يؤدي إلى تنبيهات أو تقارير غير صحيحة.
• مركز البيانات: يمكنه استخدام نفس البيانات (مثل بيانات المرور) لأغراض متعددة (التخطيط وإدارة الإشارات).
• الخدمات: تكمن الأهمية الفعلية لإنترنت الأشياء في هذه الطبقة التي تقدم الخدمات النهائية.
• التطبيق العملي: يوضح الشكل 7.2 (خريطة الرياض) مثالاً على التحديث الفوري للحركة المرورية كتطبيق للطبقات المذكورة.

طبقة المدينة City Layer

يمكن النظر إلى طبقة المدينة على أنها طبقة النقل المباشرة بين أجهزة إنترنت الأشياء الطرفية (IoT Edge Devices)، ومراكز البيانات أو الإنترنت. ويجب نشر موجهات الشبكة ومحولات في هذه الطبقة في مستوى أعلى من طبقة الشارع لدعم نقل البيانات الضخمة. كما يجب أن تقلل طبقة مدينة البيانات من خلال أنواع عديدة من البروتوكولات لتطبيقات إنترنت الأشياء المختلفة. قد تتسم بعض هذه التطبيقات بالحساسية للتأخر الزمني أو لفقدان الحزم، حيث يمكن أن يؤدي فقدان حزمة معينة إلى تشغيل تنبيه أو إنشاء تقرير غير صحيح. لذلك، يجب أن تكون طبقة المدينة مرنة لضمان وصول حزمة البيانات المرسلة من مستشعر أو بوابة إلى وجهتها دائما.

طبقة مركز البيانات Data Center Layer

ترسل البيانات التي تجمعها المستشعرات إلى مركز البيانات للمعالجة والتخزين، وبناء على عمليات معالجة البيانات هذه، تحدد المعلومات والأنماط المهمة، ثم إنشاء الأفكار ودعم القرارات. على سبيل المثال، يمكن لمركز البيانات إعطاء تصور لحركة المرور على مستوى المدينة، ومساعدة السلطات في تحديد أهمية إضافة مركبات نقل جماعي إضافية أو تقليلها. ويمكن استخدام نفس بيانات حركة المرور لإدارة مدة عمل إشارات المرور في المدينة ومزامنتها تلقائيا للتحكم بالازدحام المروري. وتعد الخدمات السحابية وتخزين البيانات سحابيا ضرورة لتطوير أي حل شامل لإنترنت الأشياء، كما يمكن تخزين هذه البيانات في مراكز البيانات التابعة لسلطات المدينة أو للشركات الخاصة، وذلك حسب التشريعات المحلية.

طبقة الخدمات Services Layer

تكمن الأهمية الفعلية لإنترنت الأشياء في الخدمات التي تقدمها للسلطات والمواطنين، ويجب عرض البيانات التي تعالج وفقا للمتطلبات الخاصة بكل مستهلك للبيانات، ووفق متطلبات تجربة المستخدم وحالات الاستخدام المختلفة. يمكن مثلا إعادة توجيه الحافلات وأنظمة النقل العام الأخرى لتجنب مواقع الازدحام المروري المتكررة، كما يمكن تسيير المزيد من قطارات الأنفاق بصورة تلقائية وذلك استجابة لزيادة الازدحام المروري، وتوقع قرارات الركاب باختيار وسائل النقل العام للتنقل بدلا من السيارات الخاصة في الأيام التي تشهد حركة مرور مكثفة.

شكل 7.2: التحديث الفوري للحركة المرورية

مثال

تخطط وزارة الشؤون البلدية والقروية والإسكان لتنفيذ أكثر من 50 مشروعا لمدن ذكية متصلة بإنترنت الأشياء بحلول عام 2030. تشمل هذه المشاريع الإدارة الذكية لحركة المرور ومواقف السيارات وأنظمة الحفاظ على البيئة، وكذلك إدارة التخلص من النفايات، والإسكان الذكي، وأنظمة إدارة الأراضي. وذلك لتحقيق الهدف الرئيس وهو تحسين نوعية حياة المواطنين وتحقيق الاستدامة المالية وجودة الخدمة.

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

--- SECTION: طبقة المدينة City Layer --- طبقة المدينة City Layer يمكن النظر إلى طبقة المدينة على أنها طبقة النقل المباشرة بين أجهزة إنترنت الأشياء الطرفية (IoT Edge Devices)، ومراكز البيانات أو الإنترنت. ويجب نشر موجهات الشبكة ومحولات في هذه الطبقة في مستوى أعلى من طبقة الشارع لدعم نقل البيانات الضخمة. كما يجب أن تقلل طبقة مدينة البيانات من خلال أنواع عديدة من البروتوكولات لتطبيقات إنترنت الأشياء المختلفة. قد تتسم بعض هذه التطبيقات بالحساسية للتأخر الزمني أو لفقدان الحزم، حيث يمكن أن يؤدي فقدان حزمة معينة إلى تشغيل تنبيه أو إنشاء تقرير غير صحيح. لذلك، يجب أن تكون طبقة المدينة مرنة لضمان وصول حزمة البيانات المرسلة من مستشعر أو بوابة إلى وجهتها دائما. --- SECTION: طبقة مركز البيانات Data Center Layer --- طبقة مركز البيانات Data Center Layer ترسل البيانات التي تجمعها المستشعرات إلى مركز البيانات للمعالجة والتخزين، وبناء على عمليات معالجة البيانات هذه، تحدد المعلومات والأنماط المهمة، ثم إنشاء الأفكار ودعم القرارات. على سبيل المثال، يمكن لمركز البيانات إعطاء تصور لحركة المرور على مستوى المدينة، ومساعدة السلطات في تحديد أهمية إضافة مركبات نقل جماعي إضافية أو تقليلها. ويمكن استخدام نفس بيانات حركة المرور لإدارة مدة عمل إشارات المرور في المدينة ومزامنتها تلقائيا للتحكم بالازدحام المروري. وتعد الخدمات السحابية وتخزين البيانات سحابيا ضرورة لتطوير أي حل شامل لإنترنت الأشياء، كما يمكن تخزين هذه البيانات في مراكز البيانات التابعة لسلطات المدينة أو للشركات الخاصة، وذلك حسب التشريعات المحلية. --- SECTION: طبقة الخدمات Services Layer --- طبقة الخدمات Services Layer تكمن الأهمية الفعلية لإنترنت الأشياء في الخدمات التي تقدمها للسلطات والمواطنين، ويجب عرض البيانات التي تعالج وفقا للمتطلبات الخاصة بكل مستهلك للبيانات، ووفق متطلبات تجربة المستخدم وحالات الاستخدام المختلفة. يمكن مثلا إعادة توجيه الحافلات وأنظمة النقل العام الأخرى لتجنب مواقع الازدحام المروري المتكررة، كما يمكن تسيير المزيد من قطارات الأنفاق بصورة تلقائية وذلك استجابة لزيادة الازدحام المروري، وتوقع قرارات الركاب باختيار وسائل النقل العام للتنقل بدلا من السيارات الخاصة في الأيام التي تشهد حركة مرور مكثفة. --- SECTION: شكل 7.2 --- شكل 7.2: التحديث الفوري للحركة المرورية --- SECTION: مثال --- مثال تخطط وزارة الشؤون البلدية والقروية والإسكان لتنفيذ أكثر من 50 مشروعا لمدن ذكية متصلة بإنترنت الأشياء بحلول عام 2030. تشمل هذه المشاريع الإدارة الذكية لحركة المرور ومواقف السيارات وأنظمة الحفاظ على البيئة، وكذلك إدارة التخلص من النفايات، والإسكان الذكي، وأنظمة إدارة الأراضي. وذلك لتحقيق الهدف الرئيس وهو تحسين نوعية حياة المواطنين وتحقيق الاستدامة المالية وجودة الخدمة. وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: التحديث الفوري للحركة المرورية Description: A detailed satellite map of a section of Riyadh, Saudi Arabia, showing roads, buildings, and traffic flow. The map is overlaid with green, yellow, and red lines indicating traffic conditions. Key landmarks visible include 'Riyadh', 'King Khalid University Hospital', 'The View Mall', 'Embassy of the Arab', 'Arabian Gulf', 'Alhamra Mall', 'Rawdah Park', 'Castrol Khurais'. The map depicts a dense urban area with a complex road network, suggesting real-time traffic monitoring. The traffic lines are predominantly green, indicating smooth flow, with some yellow and red segments indicating congestion. The map is oriented with North approximately at the top. X-axis: N/A Y-axis: N/A Data: N/A Context: Illustrates the application of City Layer and Services Layer concepts in smart cities for real-time traffic management and urban planning, as described in the surrounding text.