الدرس الثاني - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 الاتصال في شبكة إنترنت الأشياء

المفاهيم الأساسية

شبكة إنترنت الأشياء: تتكون من العديد من الأجهزة التي ترسل وتستقبل البيانات بين بعضها، وتختلف في إمكانياتها مثل النطاق وعرض النطاق الترددي واستهلاك الطاقة.

العقد الطرفية (Edges): عقد تمثل قطاعات المصنع، وقد يحدث فيها حريق يتم تحديده عشوائياً. ترسل رسالة تحتوي على رقم القطاع ثم تسكن.

العقد الوسطى (Proxies): عقد تقرأ الرسائل الواردة وتعيد توجيهها إلى وحدة التحكم الرئيسة، وقد تطبع رسائل توضيحية.

وحدة التحكم الرئيسة (Main Controller): عقدة داخلية تقرأ الرسائل الواردة وتطبع رسائل الإنذار بالحريق.

خريطة المفاهيم

```markmap

تأثير إنترنت الأشياء على الصناعة

أسئلة تطبيقية وتحليلية

3. تحليل التعرض للهجمات الإلكترونية

• قدم تحليلاً لكيفية تعرض المصانع المتصلة بأنظمة إنترنت الأشياء للهجمات الإلكترونية.

4. مساهمة الحوسبة الطرفية

• صف مدى مساهمة الحوسبة الطرفية في المصانع المتصلة في تحسين كفاءتها وقدرتها الإنتاجية.

5. تطبيقات في صناعة النفط والغاز

• اذكر كيفية استخدام حلول إنترنت الأشياء الصناعية الذكية لتحسين العمليات في صناعة النفط والغاز.

أدوات محاكاة إنترنت الأشياء

برنامج كاب كاربون (CupCarbon)

#### خطوات التنزيل والتشغيل

##### 1. التنزيل

• افتح المتصفح
• نزّل الملف من الرابط: http://binary-academy.com/dnld/KSA/IOT2/BinaryCupCarbon.zip

##### 2. الاستخراج

• ابحث عن الملف في مجلد "التنزيلات" (Downloads)
• اضغط بزر الفأرة الأيمن واختر "استخراج الكل" (Extract All)
• اختر سطح المكتب كوجهة للاستخراج

##### 3. التشغيل

• ابحث عن المجلد المستخرج على سطح المكتب وافتحه
• اضغط ضغطًا مزدوجًا على ملف CupCarbon.jar لتشغيل البرنامج

##### 4. المتطلبات الأساسية

• تأكد من تثبيت جافا (Java) على جهازك

#### النافذة الرئيسية للبرنامج

##### مكونات الواجهة

• النافذة الرئيسية (تحتوي على الخريطة ووحدة التحكم)
• شريط القوائم
• شريط الأدوات
• قائمة المتغيرات
• الخريطة
• شريط الحالة
• وحدة التحكم (Console)

#### إنشاء مشروع محاكاة جديد

##### الخطوة 1: بدء مشروع جديد

• اضغط على أيقونة "New Project" (مشروع جديد) من شريط الأدوات.

##### الخطوة 2: حفظ المشروع

• اختر الموقع المراد حفظ المشروع فيه.
• اكتب اسم الملف: "My First CupCarbon Simulation".

##### الخطوة 3: تأكيد الحفظ

• اضغط على زر "Save" (حفظ).

#### إضافة عقدة إلى المشروع

##### خطوات إضافة العقدة

• اضغط على IoT Node (عقدة إنترنت أشياء) من شريط الأدوات.
• اضغط على الخريطة في المكان المطلوب لإضافة العقدة.
• اضغط على All (الكل) من شريط الأدوات (الحالة).
• اضغط على Esc في لوحة المفاتيح للخروج من وضع الإضافة.

##### وصف العقدة

• تُعرض في العقدة المُعرّف الخاص بها.
• تحتوي على دائرة داخلية لتشغيلها.
• لها دائرة خارجية تشير إلى نصف قطر المستشعر للكشف.
• لها دائرة خارجية أخرى للكشف عن الأجهزة اللاسلكية الأخرى.

#### إنشاء المقطع البرمجي للعقدة

##### مثال مقطع برمجي بسيط

• الغرض: طباعة رسالتين ("hello" و "world") بالتناوب.
• الكود:

import time

while node.loop():

node.print("hello")

time.sleep(1)

node.print("world")

time.sleep(1)

##### ملاحظة مهمة

• تأكد من استخدام المسافة البادئة المناسبة داخل التكرار (Loop) حتى يعمل المقطع البرمجي بشكل صحيح.

#### خطوات إنشاء المقطع البرمجي في المحرر

##### 1. فتح محرر البايثون

• اضغط على Python (البايثون) من شريط الأدوات.

##### 2. كتابة الكود

• اكتب التعليمات البرمجية بلغة بايثون في المحرر النصي.

##### 3. تسمية الملف

• اكتب "hello" في حقل File name (اسم الملف).

##### 4. حفظ الملف

• اضغط على Save (حفظ).

##### 5. إغلاق المحرر

• أغلق نافذة محرر البايثون.

#### إدراج المقطع البرمجي وتشغيل المحاكاة

##### خطوات الإدراج والتشغيل

• 1: اضغط على العقدة.
• 2: اضغط على علامة تبويب Device Parameter (معامل الجهاز) في قائمة Parameter (معامل).
• 3: اضغط على صندوق Script file (ملف البرنامج).
• 4: اختر المقطع البرمجي (مثل `hello.py`) من القائمة المنسدلة، ثم اضغط على الزر الموجود على اليمين لإدراجه في العقدة.
• 5: اضغط على Save project (حفظ المشروع) من شريط الأدوات.
• 6: اضغط على Run IoT Simulation (تشغيل محاكاة إنترنت الأشياء) من شريط الأدوات لتشغيل المحاكاة.

##### معاملات الجهاز (Device Parameters) في النافذة

• Id: 1
• Longitude (خط الطول): 46.73789978027344
• Latitude (خط العرض): 24.775045466605246
• Sensor Radius (نصف قطر الاستشعار): 20.0
• UART D/Rate: 9600
• Drift (sigma): 3.0E-5

#### حالات المحاكاة (Simulation Cases)

##### نتيجة تشغيل المثال البرمجي

• تتناوب العقدة في طباعة النصين "hello" و "world" لمدة ثانية واحدة لكل منهما.

##### تمثيل مرئي للحالات

• حالة محاكاة 1: تمثيل مرئي يوضح شبكة أو تغطية إشارة، مع وجود نصوص مثل "hello" و "world" و "IOT" في مركزها.
• حالة محاكاة 2: تمثيل مرئي مشابه للحالة الأولى، يوضح سيناريو محاكاة آخر.

#### خصائص ومميزات إضافية

• يمكن محاكاة بروتوكول زيجبي (ZigBee) الخاص بالأشياء الذكية.
• يمكن إنتاج مخططات لوحدات التحكم الدقيقة مثل الأردوينو.
• ملاحظة: يمكن برمجة عقد كاب كاربون بلغات غير البايثون (أي أن الجملة التي تقول "بالبايثون فقط" خاطئة).

#### تمارين تطبيقية متقدمة

##### تمرين 6: برمجة عقدة واحدة

• المهمة: إنشاء عقدة وبرمجتها بحيث تطبع الرسائل "A" و "B" و "C" لفترات زمنية مختلفة في تكرار.
• التفاصيل: طباعة "A" لمدة ثانية، و "B" لمدة ثانيتين، و "C" لمدة 3 ثوان.

##### تمرين 7: برمجة عقدتين متزامنتين

• المهمة: إنشاء عقدتين وبرمجتهما بلغة بايثون.
• التفاصيل: يعرض كل مقطع برمجي رسالة "blink" بشكل متكرر. ترسل كل عقدة رسالة عندما تكون الأخرى غير نشطة.

مشروع محاكاة: مراقبة الحريق والتحذيرات

الهدف

• محاكاة نظام مراقبة حريق في المصانع باستخدام عقد متصلة.

آلية العمل

• إنشاء حرائق عشوائية في قطاعات المصنع.
• تبدأ وحدة التحكم الرئيسة بإغلاق القطاع الذي يوجد فيه الحريق.

تدفق الرسائل

• تبدأ من العقد الطرفية (Edges).
• تمر عبر العقد الوسطى (Proxies).
• تصل إلى وحدة التحكم الرئيسة (Main Controller).

وظائف العقد

#### العقد الطرفية (Edges)

• تمثل قطاعات المصنع.
• تحدث فيها الحرائق (يتم تحديدها عشوائياً).
• ترسل رسالة تحتوي على رقم القطاع.
• تسكن لمدة زمنية محددة بعد الإرسال.

#### العقد الوسطى (Proxies)

• تقرأ الرسائل الواردة.
• تعيد توجيه الرسائل إلى وحدة التحكم الرئيسة.
• قد تطبع رسائل ذاتية لتوضيح عملها للمستخدم.

#### وحدة التحكم الرئيسة (Main Controller)

• تقرأ الرسائل الواردة.
• تطبع رسائل الإنذار التي أنشأتها العقد الطرفية لإبلاغ المستخدم بالحريق.

```

نقاط مهمة

• مشروع هذا الدرس هو محاكاة لنظام مراقبة الحريق في المصانع باستخدام عقد متصلة.
• تتدفق رسالة الإنذار من العقدة الطرفية (التي اكتشفت الحريق) عبر العقد الوسطى لتصل إلى وحدة التحكم الرئيسة.
• كل نوع من العقد (طرفية، وسطى، رئيسة) له وظيفة محددة في عملية نقل ومعالجة رسالة الإنذار.
• يتم تمثيل هيكل الشبكة واتجاه تدفق الرسائل في رسم توضيحي يظهر العقد الثلاثة وارتباطها.

الاتصال في شبكة إنترنت الأشياء

تكون شبكة إنترنت الأشياء من العديد من الأجهزة التي ترسل وتستقبل البيانات بين بعضها. تتميز هذه الأجهزة في إمكانياتها المختلفة مثل النطاق، وعرض النطاق الترددي للبيانات، واستهلاكها للطاقة، وبالتالي تقوم بتشغيل مجموعات مختلفة من الأوامر لتوفير العديد من الوظائف، وتستكشف الشبكة الآتي شبكة مثل هذه، وتستكشف اللبنات البرمجية الأساسية المكونة لها.

مراقبة الحريق والتحذيرات

ستُنشئ في هذا الدرس مشروعاً يحاكي نظام مراقبة الحريق في المصانع. سيتم في هذه المحاكاة إنشاء حرائق عشوائية في مصنع، وسيبدأ التحكم الرئيسة بالمصنع عن القطاع الذي يوجد فيه الحريق. سيتنفذ ذلك باستخدام مجموعة متنوعة من العقد ذات الوظائف المختلفة التي ستتواصل مع بعضها لتمرير الرسالة بدءاً من العقد الطرفية (Edges) مروراً بالعقد الوسطى (Proxies) لتصل أخيراً إلى العقدة الداخلية، وحدة التحكم الرئيسة (Main Controller).

العقد ووظائفها

ستستخدم ثلاثة أنواع من العقد في مشروعك لتمثيل قطاعات المصنع المختلفة: • قد يحدث حريق في الأطراف (Edges) وسيتم تحديده بواسطة مولد أرقام عشوائية. في مثل هذه الحالات، ستطيع العقدة الطرفية (Edge) رسالة تحتوي على رقم القطاع مجاورة لها، ثم ستسكن لمدة زمنية محددة. • سيقرأ الوكلاء أي رسائل قد تلقوها ويعيدونونها إلى وحدة التحكم الرئيسة (Main Controller). كما قد يقومون بطباعة رسالة ذاتية ليبلغ المستخدم بما يقومون به. • تقوم وحدة التحكم الرئيسة أيضاً أي رسائل قد تكون تلقتها، وتطبع الرسائل التي أنشأت بواسطة العقد الطرفية التي تخبر المستخدم بالحريق.

www.ien.edu.sa

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

--- SECTION: الدرس الثاني --- الاتصال في شبكة إنترنت الأشياء تكون شبكة إنترنت الأشياء من العديد من الأجهزة التي ترسل وتستقبل البيانات بين بعضها. تتميز هذه الأجهزة في إمكانياتها المختلفة مثل النطاق، وعرض النطاق الترددي للبيانات، واستهلاكها للطاقة، وبالتالي تقوم بتشغيل مجموعات مختلفة من الأوامر لتوفير العديد من الوظائف، وتستكشف الشبكة الآتي شبكة مثل هذه، وتستكشف اللبنات البرمجية الأساسية المكونة لها. مراقبة الحريق والتحذيرات ستُنشئ في هذا الدرس مشروعاً يحاكي نظام مراقبة الحريق في المصانع. سيتم في هذه المحاكاة إنشاء حرائق عشوائية في مصنع، وسيبدأ التحكم الرئيسة بالمصنع عن القطاع الذي يوجد فيه الحريق. سيتنفذ ذلك باستخدام مجموعة متنوعة من العقد ذات الوظائف المختلفة التي ستتواصل مع بعضها لتمرير الرسالة بدءاً من العقد الطرفية (Edges) مروراً بالعقد الوسطى (Proxies) لتصل أخيراً إلى العقدة الداخلية، وحدة التحكم الرئيسة (Main Controller). العقد ووظائفها ستستخدم ثلاثة أنواع من العقد في مشروعك لتمثيل قطاعات المصنع المختلفة: • قد يحدث حريق في الأطراف (Edges) وسيتم تحديده بواسطة مولد أرقام عشوائية. في مثل هذه الحالات، ستطيع العقدة الطرفية (Edge) رسالة تحتوي على رقم القطاع مجاورة لها، ثم ستسكن لمدة زمنية محددة. • سيقرأ الوكلاء أي رسائل قد تلقوها ويعيدونونها إلى وحدة التحكم الرئيسة (Main Controller). كما قد يقومون بطباعة رسالة ذاتية ليبلغ المستخدم بما يقومون به. • تقوم وحدة التحكم الرئيسة أيضاً أي رسائل قد تكون تلقتها، وتطبع الرسائل التي أنشأت بواسطة العقد الطرفية التي تخبر المستخدم بالحريق. --- SECTION: رابط الدرس الرقمي --- www.ien.edu.sa وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: الشكل 8.12: العقد ووظائفها Description: A network diagram illustrating three types of nodes: 'الطرقية' (Edges), 'الوسطى' (Proxies), and 'المتحكم' (Main Controller). The 'Edges' are at the bottom and top, connected to 'Proxies' in the middle, which are then connected to the 'Main Controller' at the center. Pink shaded areas indicate overlapping communication zones. Arrows indicate the direction of message flow. Data: Represents the communication flow in a network, showing how messages travel from edge nodes through proxy nodes to the main controller. Context: Illustrates the architecture of a network for fire surveillance and notification, showing the roles of different nodes in message transmission.