صفحة 349 - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 1: وسّع مشروعك بإضافة المزيد من العُقد وإنشاء مسار بالمزيد من العلامات. لا تنسَ إضافة المقاطع البرمجية في العُقد الجديدة.

الإجابة: تمت إضافة عُقد جديدة وربطها بمسار يحتوي علامات أكثر، مع إضافة/نسخ المقاطع البرمجية نفسها إلى العُقد الجديدة لضمان عملها (إرسال/استقبال/استجابة) مثل العُقد الأصلية.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** لنفهم هذا السؤال. المطلوب هو توسيع مشروع موجود يتضمن عُقدًا (nodes) ومسارًا (path) به علامات (markers). الفكرة هنا هي أن نبدأ بالمشروع الحالي، ثم نضيف إليه عُقدًا جديدة. بعد إضافة العُقد الجديدة، يجب ربطها بالمسار بحيث يصبح المسار أطول ويحتوي على علامات أكثر من ذي قبل. نقطة مهمة جدًا: كل عُدة جديدة نضيفها يجب أن تحتوي على المقاطع البرمجية (code snippets) نفسها الموجودة في العُقد الأصلية. هذه المقاطع البرمجية هي التي تتحكم في وظائف العُقدة، مثل إرسال الرسائل أو استقبالها أو الرد عليها. إذن، للتوسيع بشكل صحيح: ننشئ عُقدًا جديدة، نضعها في المسار، وننسخ إليها البرمجة من العُقد القديمة لضمان أن تعمل بنفس الكفاءة. لذلك الإجابة هي: **تمت إضافة عُقد جديدة وربطها بمسار يحتوي علامات أكثر، مع إضافة/نسخ المقاطع البرمجية نفسها إلى العُقد الجديدة لضمان عملها (إرسال/استقبال/استجابة) مثل العُقد الأصلية.**

سؤال 2: حدّد ما إذا كان مشروعك يستخدم أقل عدد ممكن من محطات الشحن. حاول إزالة محطة، ونقل الأخريات لاختبار فرضيتك.

الإجابة: بعد إزالة محطة شحن واحدة تبين عدم قدرة مركبة التفتيش على إكمال المسار ونفدت البطارية قبل النهاية؛ لذلك لا يمكن تقليل العدد أكثر، والحد الأدنى هو وجود محطات شحن كافية.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** نتذكر أن في مشاريع الأنظمة التي تستخدم مركبات (مثل مركبة التفتيش)، تعتمد المركبة على محطات الشحن لإعادة شحن بطاريتها أثناء تنقلها في المسار. الهدف هو تصميم النظام بأقل عدد ممكن من محطات الشحن لتقليل التكلفة والتعقيد، ولكن مع ضمان أن المركبة تستطيع إكمال مهمتها دون أن تنفد بطاريتها.
2. **الخطوة 2 (التجربة والتحقق):** لتحديد ما إذا كان المشروع يستخدم أقل عدد ممكن، نجري اختبارًا: نحاول إزالة إحدى محطات الشحن الموجودة. بعد إزالتها، نعيد ترتيب مواقع محطات الشحن المتبقية (نقلها) لمعرفة إذا كان بإمكاننا تعويض المحطة المفقودة. ثم نختبر: نترك المركبة تتحرك في المسار. إذا استطاعت إكمال الجولة كاملة وصولًا إلى النهاية، فهذا يعني أن عدد المحطات يمكن تقليله. أما إذا لم تستطع، وتوقفت في منتصف الطريق لأن بطاريتها نفدت قبل أن تصل إلى محطة شحن، فهذا يعني أن العدد الحالي هو الحد الأدنى المطلوب.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** بناءً على الاختبار، إذا تبين أن إزالة أي محطة تؤدي إلى فشل المركبة في إكمال المسار، فإن الإجابة هي: **بعد إزالة محطة شحن واحدة تبين عدم قدرة مركبة التفتيش على إكمال المسار ونفدت البطارية قبل النهاية؛ لذلك لا يمكن تقليل العدد أكثر، والحد الأدنى هو وجود محطات شحن كافية.**

سؤال 3: عدّل البرمجة الخاصة بمركبة التفتيش لكي تستهلك المزيد من الطاقة، ولكي تُستنزف بطاريتها بشكل أسرع. دوّن نتائجك أدناه.

الإجابة: عند زيادة استهلاك الطاقة لكل حركة/إرسال انخفض مستوى البطارية بسرعة أكبر، فأصبحت المركبة تحتاج للتوقف عند محطات الشحن مرات أكثر، وفي حال عدم كفاية محطات الشحن توقفت المركبة قبل إكمال الجولة بسبب نفاد البطارية.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** في أنظمة المركبات الآلية، يتحكم البرنامج في استهلاك الطاقة. كل حركة تقوم بها المركبة (مثل التحرك للأمام أو الدوران) وكل عملية اتصال (مثل إرسال رسالة) تستهلك كمية معينة من الطاقة من البطارية.
2. **الخطوة 2 (التعديل والملاحظة):** المطلوب هو تعديل برمجة مركبة التفتيش لجعلها تستهلك طاقة أكثر لكل حركة أو لكل عملية إرسال. هذا يعني أننا نزيد قيمة استهلاك الطاقة في الكود. بعد هذا التعديل، نلاحظ ما يحدث: - مستوى البطارية سينخفض بسرعة أكبر مما كان عليه في التصميم الأصلي. - لأن البطارية تستنزف أسرع، ستضطر المركبة للتوقف عند محطات الشحن مرات أكثر خلال نفس المسار. - إذا كان عدد محطات الشحن في المسار غير كافٍ (أي المسافات بينها طويلة جدًا بالنسبة للاستهلاك الجديد)، فقد لا تتمكن المركبة من الوصول إلى المحطة التالية قبل أن تنفد البطارية تمامًا، فتتوقف في منتصف الطريق.
3. **الخطوة 3 (النتيجة والتسجيل):** إذن، بعد التعديل وتسجيل النتائج، نكتب: **عند زيادة استهلاك الطاقة لكل حركة/إرسال انخفض مستوى البطارية بسرعة أكبر، فأصبحت المركبة تحتاج للتوقف عند محطات الشحن مرات أكثر، وفي حال عدم كفاية محطات الشحن توقفت المركبة قبل إكمال الجولة بسبب نفاد البطارية.**

سؤال 4: وسّع مشروعك عن طريق إنشاء نوع ثالث من عُقد الحاوية وهو حاوية فارغة ستُرسل النص Empty (فارغة)، ولن تُحدد بواسطة مركبة التفتيش.

الإجابة: تم إنشاء عقدة حاوية فارغة ترسل الرسالة النصية Empty، وتم ضبط منطق مركبة التفتيش ليهمل الرسائل التي قيمتها Empty فلا يميزها/ لا يعلمها ولا يتعامل معها كحاوية مستهدفة.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** لنفهم هذا السؤال. المشروع الأصلي يحتوي على نوعين من عُقد الحاوية (container nodes)، على الأرجح. الآن المطلوب هو توسيع النظام بإضافة نوع ثالث جديد. هذا النوع الجديد يسمى "حاوية فارغة". الفكرة هنا أن هذه الحاوية لا تحتوي على أي شيء مفيد للمركبة، ولذلك فهي ترسل رسالة نصية واحدة فقط هي كلمة "Empty" (أي "فارغة"). السؤال المهم: كيف تتعامل مركبة التفتيش مع هذه العُقدة الجديدة؟ يجب أن نعدل منطق البرمجة (logic) الخاص بمركبة التفتيش. عندما تستقبل المركبة رسالة من عُدة، تفحص محتوى الرسالة. إذا كانت الرسالة هي "Empty"، فإن المركبة يجب أن تتجاهل هذه العُدة تمامًا. أي أنها: - لا تميزها (لا تعتبرها حاوية مستهدفة للفحص أو الجمع). - لا تعلم بوجودها (كأنها غير موجودة من منظور المهمة). - لا تتفاعل معها بأي شكل من الأشكال التي تتفاعل بها مع الحاويات العادية. إذن، للتوسيع بشكل صحيح: ننشئ عقدة النوع الجديد، نبرمجها لإرسال "Empty"، ونعدل برمجة المركبة لتتجاهل أي رسالة قيمتها "Empty". لذلك الإجابة هي: **تم إنشاء عقدة حاوية فارغة ترسل الرسالة النصية Empty، وتم ضبط منطق مركبة التفتيش ليهمل الرسائل التي قيمتها Empty فلا يميزها/ لا يعلمها ولا يتعامل معها كحاوية مستهدفة.**

سؤال 5: قد يكون لبطء اتصال شبكة المصنع آثار خطيرة على وظائف النظام. عدّل البرمجة الخاصة بعُقدة مركبة التفتيش لجعل العُقدة تسكن لمدة أطول. هل حدث تأخير أو فقدان لأي رسائل؟ دوّن ملاحظاتك أدناه.

الإجابة: نعم؛ زيادة زمن السكون أدت إلى تأخير ملحوظ في الاستجابة ومعالجة الرسائل، ومع السكون الطويل قد يحدث فقدان لبعض الرسائل المرسلة أثناء نوم العقدة (لأنها لا تكون مستقبلة/مستعدة للاستماع في تلك الفترة).

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** في الشبكات والأنظمة الموزعة، مثل شبكة مصنع، يعتمد أداء النظام على سرعة الاتصال بين العُقد. إذا كان الاتصال بطيئًا، فقد تحدث مشاكل مثل التأخير (delay) أو حتى فقدان الرسائل (message loss). إحدى طرق محاكاة بطء الاتصال في البرمجة هي جعل العُقدة "تسكن" أو "تنام" (sleep) لفترة زمنية أطول بين العمليات. خلال فترة السكون، تكون العُدة غير نشطة ولا تستمع للرسائل الواردة.
2. **الخطوة 2 (التعديل والاختبار):** المطلوب هو تعديل برمجة عُدة مركبة التفتيش لزيادة مدة السكون (sleep duration). بعد هذا التعديل، نختبر النظام ونسجل الملاحظات: - **التأخير:** نلاحظ أن استجابة المركبة للرسائل أو للأحداث أصبحت أبطأ. لأنها تقضي وقتًا أطول في النوم قبل معالجة المهمة التالية. - **فقدان الرسائل:** إذا أرسلت عُدة أخرى رسالة إلى مركبة التفتيش أثناء فترة سكونها الطويلة، فإن المركبة لن تكون في وضع الاستماع (listening mode). اعتمادًا على بروتوكول الاتصال المستخدم، هذه الرسالة قد: * تُخزن مؤقتًا وتُعالج لاحقًا (مسببًا تأخيرًا كبيرًا). * أو قد تُرفض وتُفقد تمامًا إذا لم يكن هناك نظام تخزين مؤقت. لذلك، زيادة زمن السكون تحاكي بطء الاتصال وتؤدي إلى هذه الآثار.
3. **الخطوة 3 (النتيجة والتسجيل):** إذن، بعد التعديل والملاحظة، نكتب النتائج: **نعم؛ زيادة زمن السكون أدت إلى تأخير ملحوظ في الاستجابة ومعالجة الرسائل، ومع السكون الطويل قد يحدث فقدان لبعض الرسائل المرسلة أثناء نوم العقدة (لأنها لا تكون مستقبلة/مستعدة للاستماع في تلك الفترة).**

في مشروع إنترنت الأشياء، إذا قمنا بتعديل برمجة مركبة التفتيش لزيادة استهلاك الطاقة لكل حركة أو إرسال، فما النتيجة المتوقعة على أداء البطارية والجولة؟

• أ) يزيد عمر البطارية وتحتاج المركبة لشحن أقل بسبب كفاءة البرمجة الجديدة.
• ب) ينخفض مستوى البطارية بسرعة أكبر، مما يزيد من حاجة المركبة للتوقف عند محطات الشحن، وقد تتوقف قبل إكمال الجولة إذا كانت محطات الشحن غير كافية.
• ج) لا يتأثر مستوى البطارية، ولكن سرعة المركبة تزداد بشكل ملحوظ.
• د) تستهلك المركبة طاقة أقل، مما يمكنها من إكمال عدة جولات دون توقف للشحن.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: ينخفض مستوى البطارية بسرعة أكبر، مما يزيد من حاجة المركبة للتوقف عند محطات الشحن، وقد تتوقف قبل إكمال الجولة إذا كانت محطات الشحن غير كافية.

الشرح: ١. زيادة استهلاك الطاقة في البرمجة يعني أن كل عملية (حركة/إرسال) تستهلك طاقة أكثر من التصميم الأصلي. ٢. يؤدي هذا إلى استنزاف أسرع لشحن البطارية. ٣. نتيجة لذلك، تحتاج المركبة للتوقف عند محطات الشحن مرات أكثر خلال نفس المسار. ٤. إذا كانت المسافات بين محطات الشحن طويلة جداً بالنسبة للاستهلاك الجديد، قد تنفد البطارية قبل الوصول للمحطة التالية، فتتوقف المركبة ولا تكمل الجولة.

تلميح: فكر في العلاقة بين استهلاك الطاقة ومعدل استنزاف البطارية، وكيف يؤثر ذلك على قدرة المركبة على إكمال مسارها.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: متوسط

في نظام إنترنت الأشياء بالمصنع، إذا قمنا بزيادة زمن السكون (Sleep Duration) في برمجة عقدة مركبة التفتيش لمحاكاة بطء الاتصال، فما التأثير المحتمل على الرسائل؟

• أ) تزداد سرعة معالجة الرسائل وتقل فرصة فقدانها بسبب زيادة كفاءة البرمجة.
• ب) لا يتأثر تدفق الرسائل، ولكن تستهلك العقدة طاقة معالجة أقل.
• ج) يحدث تأخير ملحوظ في معالجة الرسائل، ومع السكون الطويل قد تُفقد بعض الرسائل المرسلة أثناء فترة نوم العقدة.
• د) تتوقف جميع الرسائل حتى تستيقظ العقدة، ولكن لا يحدث أي فقدان على الإطلاق.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: يحدث تأخير ملحوظ في معالجة الرسائل، ومع السكون الطويل قد تُفقد بعض الرسائل المرسلة أثناء فترة نوم العقدة.

الشرح: ١. زيادة زمن السكون في البرمجة تجعل العقدة تنام لفترات أطول بين العمليات. ٢. خلال النوم، تكون العقدة غير قادرة على استقبال أو معالجة الرسائل الواردة فوراً. ٣. هذا يؤدي إلى تأخير (Delay) في الاستجابة للرسائل، حيث تنتظر حتى تستيقظ العقدة. ٤. إذا أُرسلت رسائل أثناء نوم العقدة ولم يكن هناك نظام تخزين مؤقت (Buffer)، فقد تُفقد هذه الرسائل تماماً.

تلميح: تذكر أن فترة السكون تعني أن العقدة غير نشطة ولا تستمع للرسائل الواردة.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: متوسط

أحد أهداف تحسين مشروع إنترنت الأشياء هو تقليل التكاليف. ما الفرضية التي يمكن اختبارها فيما يتعلق بعدد محطات الشحن في مسار المركبة؟

• أ) الفرضية هي أن زيادة عدد محطات الشحن يحسن الأداء دائمًا، ويجب اختبار ذلك بإضافة المزيد.
• ب) الفرضية هي أن المشروع قد لا يستخدم أقل عدد ممكن من محطات الشحن، ويمكن اختبار ذلك عن طريق إزالة محطة أو إعادة توزيع مواقع المحطات.
• ج) الفرضية هي أن مواقع محطات الشحن لا تؤثر على أداء المركبة، ويمكن وضعها في أي مكان.
• د) الفرضية هي أن محطات الشحن غير ضرورية إذا كانت بطارية المركبة قوية بما يكفي.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: الفرضية هي أن المشروع قد لا يستخدم أقل عدد ممكن من محطات الشحن، ويمكن اختبار ذلك عن طريق إزالة محطة أو إعادة توزيع مواقع المحطات.

الشرح: ١. الهدف هو تقليل التكاليف التشغيلية والهيكلية للمشروع. ٢. إحدى طرق تحقيق ذلك هي تقليل عدد محطات الشحن إلى الحد الأدنى الممكن. ٣. لاختبار هذه الفرضية، يمكن إزالة إحدى محطات الشحن الحالية. ٤. ثم مراقبة ما إذا كانت المركبة لا تزال قادرة على إكمال جولتها دون نفاد البطارية، أو إذا اضطررنا لنقل محطات أخرى لتعويض النقص. ٥. إذا نجحت المركبة، فهذا يعني أن المحطة كانت زائدة عن الحاجة.

تلميح: فكر في كيفية تحقيق التوازن بين تكلفة إنشاء المحطات وتغطية مسار المركبة دون نفاد طاقتها.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: سهل

كيف يمكن توسيع مشروع إنترنت الأشياء ليشمل نوعًا ثالثًا من عقد الحاوية، مثل 'حاوية فارغة'؟

• أ) عن طريق زيادة سرعة مركبة التفتيش فقط لتمر على جميع العقد بسرعة أكبر.
• ب) عن طريق إنشاء عقدة جديدة من نوع 'حاوية فارغة' تُرسل نصًا محددًا (مثل 'Empty') وتُبرمج لكي لا يتم تحديدها أو فحصها من قبل مركبة التفتيش.
• ج) عن طريق حذف جميع عقد الحاوية الحالية واستبدالها بنوع واحد فقط.
• د) عن طريق جعل جميع العقد ترسل نفس الرسالة بغض النظر عن حالتها.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: عن طريق إنشاء عقدة جديدة من نوع 'حاوية فارغة' تُرسل نصًا محددًا (مثل 'Empty') وتُبرمج لكي لا يتم تحديدها أو فحصها من قبل مركبة التفتيش.

الشرح: ١. التوسيع في مشاريع إنترنت الأشياء يعني إضافة مكونات أو وظائف جديدة. ٢. هنا، المطلوب هو إضافة نوع ثالث من العقد بخلاف الحاوية الممتلئة أو محطة الشحن. ٣. يتم برمجة هذه العقدة الجديدة (الحاوية الفارغة) لإرسال رسالة نصية محددة، مثل 'Empty'، إلى الشبكة. ٤. يتم أيضًا برمجة مركبة التفتيش (أو العقد الأخرى) لتجاهل هذه الرسالة أو عدم التعامل مع هذه العقدة كهدف للتفتيش، مما يوفر وقت وطاقة النظام.

تلميح: التوسيع يتطلب إضافة كود جديد لنوع العقدة الجديد ووظيفتها المميزة.

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: سهل

ما الخطوة الأولى لتوسيع مشروع إنترنت الأشياء بإضافة المزيد من العقد وعلامات المسار؟

• أ) شراء أجهزة أكثر تكلفة فقط دون الحاجة لتعديل البرمجة.
• ب) حذف بعض العقد القديمة أولاً لتوفير مساحة للجديدة.
• ج) إضافة العقد الجديدة إلى التصميم الفيزيائي أو المحاكاة للشبكة، ثم كتابة وتضمين المقاطع البرمجية المطلوبة لها.
• د) تغيير لون واجهة المستخدم للمشروع فقط.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: إضافة العقد الجديدة إلى التصميم الفيزيائي أو المحاكاة للشبكة، ثم كتابة وتضمين المقاطع البرمجية المطلوبة لها.

الشرح: ١. توسيع المشروع يبدأ بتحديد مواقع ووظائف العقد الجديدة وعلامات المسار. ٢. الخطوة العملية الأولى هي إضافة هذه العقد إلى نموذج النظام (سواء كان محاكاة أو تنفيذًا فعليًا). ٣. بعد إضافة العقد ماديًا أو في المحاكاة، يجب برمجتها. أي كتابة المقاطع البرمجية (Scripts) التي تحدد سلوكها (مثل الاستشعار، الإرسال، الاستقبال). ٤. أخيرًا، يتم ربط هذه المقاطع البرمجية بالعقد الجديدة وتشغيلها للتأكد من عملها ضمن الشبكة.

تلميح: التوسيع يتضمن جانبين: الهاردوير (العقد) والسوفتوير (البرمجة).

التصنيف: مسألة تدريبية | المستوى: سهل