صفحة 49 - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 5: صَنِّف أنواع التطبيقات التي تستخدم بروتوكولات اتصالات TCP و UDP على التوالي.

الإجابة: س5: - TCP: تطبيقات تحتاج اتصالاً موثوقاً وتسليمًا بالترتيب مثل تصفح الويب (HTTP/HTTPS)، البريد الإلكتروني (SMTP/IMAP/POP3)، نقل الملفات (FTP/SFTP)، الدخول عن بُعد (SSH)، وكذلك بروتوكولات إنترنت الأشياء مثل MQTT. - UDP: تطبيقات تركز على السرعة وزمن التأخير المنخفض وتتحمل فقدًا بسيطًا للحزم مثل البث الصوتي/المرئي المباشر، VoIP، الألعاب عبر الإنترنت، DNS/DHCP، وكذلك بروتوكولات إنترنت الأشياء مثل CoAP.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** لنفهم هذا السؤال، علينا أولاً أن نعرف الفرق الأساسي بين بروتوكولي TCP و UDP في شبكات الحاسب. بروتوكول TCP يضمن وصول البيانات بشكل موثوق ومرتب، حيث يتأكد من استلام كل حزمة ويعيد إرسال ما فُقد، لكن هذا يأخذ وقتاً إضافياً. أما بروتوكول UDP فهو أسرع لأنه يرسل البيانات دون تأكيد الاستلام أو ترتيبها، مما قد يؤدي إلى فقدان بعض الحزم ولكن مع سرعة أكبر. بناءً على هذه الخصائص: - **التطبيقات التي تستخدم TCP** هي تلك التي لا تتحمل فقدان البيانات أو عدم ترتيبها، مثل تصفح مواقع الويب (HTTP/HTTPS) حيث يجب أن تصل صفحات الموقع كاملة وبالترتيب، أو إرسال البريد الإلكتروني (SMTP/IMAP) حيث لا نريد فقدان أي جزء من الرسالة، أو نقل الملفات (FTP) الذي يتطلب وصول الملف سليماً. - **التطبيقات التي تستخدم UDP** هي تلك التي تفضل السرعة وتتحمل فقداناً بسيطاً للبيانات، مثل المكالمات الصوتية عبر الإنترنت (VoIP) أو البث المباشر للألعاب، حيث التأخير الزمني أكثر إزعاجاً من فقدان بعض البيانات المؤقت، أو خدمات مثل DNS التي تطلب سرعة في الرد. إذن الإجابة هي: **TCP للتطبيقات التي تحتاج موثوقية وترتيباً مثل الويب والبريد، وUDP للتطبيقات التي تحتاج سرعة وتتحمل فقداناً بسيطاً مثل البث المباشر والألعاب**.

سؤال 6: صِف الخصائص الرئيسة لبروتوكول الشبكة 802.15.4.IEEE، والتي تُكسبه أهمية كبيرة في تطبيقات إنترنت الأشياء. اكتب أفكارك أدناه.

الإجابة: س6: يتميز 802.15.4 IEEE (أساس شبكات LR-WPAN) بخصائص تجعله مناسبًا لإنترنت الأشياء، أهمها: - استهلاك طاقة منخفض جدًا (مناسب للأجهزة العاملة بالبطارية ودعم أوضاع السكون). - تكلفة منخفضة وتعقيد بسيط في العتاد والبرمجيات. - معدلات نقل منخفضة إلى متوسطة مناسبة لبيانات الحساسات. - مدى قصير مناسب للمنازل والمباني. - يدعم أعدادًا كبيرة من العقد وبنى شبكية مثل النجمية والند للند. - آليات وصول للوسط تقلل التصادم (مثل CSMA/CA). - ميزات أمنية مثل التشفير 128-AES. - يعمل في نطاقات مثل GHz 2,4.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** بروتوكول 802.15.4 IEEE هو معيار لشبكات الاتصال اللاسلكية الشخصية ذات المدى المنخفض (LR-WPAN)، وهو الأساس التقني للعديد من بروتوكولات إنترنت الأشياء مثل Zigbee وThread. **الخطوة 2 (الخصائص والتطبيق):** يتميز هذا البروتوكول بعدة خصائص تجعله مثالياً لتطبيقات إنترنت الأشياء: - **استهلاك طاقة منخفض جداً**: مما يسمح للأجهزة بالعمل لسنوات على بطارية صغيرة، وهو أمر حيوي لأجهزة الاستشعار الموزعة. - **تكلفة وتعقيد منخفضان**: مما يسهل تصنيع أجهزة رخيصة وبسيطة على نطاق واسع. - **معدل نقل بيانات مناسب**: ليس عالي السرعة ولكنه كافٍ لنقل البيانات من الحساسات (مثل قراءات درجة الحرارة أو الرطوبة) بشكل فعال. - **مدى اتصال قصير**: مناسب للتطبيقات داخل المباني أو المنازل، حيث تتواصل الأجهزة القريبة مع بعضها. - **يدعم شبكات كبيرة**: يمكنه ربط عشرات أو مئات العقد في شبكات مرنة مثل النجمية أو الشبكية. - **آليات وصول ذكية**: مثل CSMA/CA لتقليل التداخل بين الأجهزة عند الإرسال. - **ميزات أمنية**: يوفر تشفيراً لحماية البيانات من الاعتراض. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذلك، هذه الخصائص مجتمعة تُكسب البروتوكول أهمية كبيرة في إنترنت الأشياء، حيث يحتاج إلى أجهزة رخيصة، موفرة للطاقة، وقادرة على العمل في شبكات كثيفة داخل نطاق محدود.

سؤال 7: ابحث في الإنترنت عن معلومات حول الاختلافات الرئيسة في طرائق الاتصال بين الشبكات الخلوية وتقنيات البلوتوث.

الإجابة: س7: - نطاق التغطية: الشبكات الخلوية واسعة، بينما البلوتوث قصير المدى. - طريقة الاتصال: الخلوية تعتمد على بنية تحتية، أما البلوتوث فعادة اتصال مباشر. - الطيف: الخلوية مرخصة، والبلوتوث غير مرخص. - استهلاك الطاقة: الخلوية أعلى، والبلوتوث منخفض. - السعة/السرعة: الخلوية أعلى، والبلوتوث أقل. - التنقل: الخلوية تدعم التجوال، والبلوتوث محدود. - التكلفة: الخلوية تتطلب اشتراكًا، البلوتوث لا.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** للمقارنة بين طرائق الاتصال في الشبكات الخلوية وتقنية البلوتوث، ننظر إلى عدة جوانب رئيسية بناءً على طبيعة كل تقنية. أولاً، **نطاق التغطية**: الشبكات الخلوية (مثل 4G/5G) مصممة لتغطية مناطق جغرافية واسعة عبر أبراج الخلايا، مما يسمح بالاتصال عبر المدن أو الدول. بينما البلوتوث مصمم للاتصال قصير المدى، عادة ضمن غرفة أو مسافة بضعة أمتار فقط. ثانياً، **طريقة إنشاء الاتصال**: تعتمد الشبكة الخلوية على بنية تحتية كبيرة (الأبراج ومحطات الأساس) تديرها شركات الاتصالات، ويتصل الجهاز بهذه البنية. أما البلوتوث فيعمل عادةً بشكل مباشر بين جهازين (ند لند) دون الحاجة إلى بنية تحتية مركزية. ثالثاً، **الطيف الترددي**: تستخدم الشبكات الخلوية نطاقات ترددية مرخصة من الجهات التنظيمية، مما يضمن جودة الخدمة. بينما يستخدم البلوتوث نطاقات غير مرخصة (مثل 2.4 جيجا هرتز) مما قد يؤدي إلى تداخل مع أجهزة أخرى. رابعاً، **استهلاك الطاقة**: البلوتوث مصمم ليكون موفراً للطاقة، مما يجعله مناسباً للأجهزة المحمولة الصغيرة مثل السماعات أو الحساسات. أما الاتصال الخلوي فيستهلك طاقة أكبر بسبب المدى الطويل والتعقيد. خامساً، **سرعة نقل البيانات**: الشبكات الخلوية الحديثة توفر سرعات عالية تصل إلى مئات الميجابت في الثانية، مناسبة لبث الفيديو عالي الجودة. بينما سرعة البلوتوث أقل، لكنها كافية لنقل الصوت أو ملفات صغيرة. سادساً، **التنقل**: تدعم الشبكات الخلوية التجوال بين الخلايا أثناء الحركة، مما يحافظ على الاتصال. أما البلوتوث فاتصاله محدود بالنطاق القصير وقد ينقطع عند الابتعاد. سابعاً، **التكلفة**: استخدام الشبكة الخلوية يتطلب عادةً اشتراكاً شهرياً مع مشغل الاتصالات. بينما استخدام البلوتوث مجاني ولا يتطلب أي رسوم. إذن الإجابة هي: **تختلف الطريقتان في النطاق، والبنية التحتية، والطيف، واستهلاك الطاقة، والسرعة، والقدرة على التنقل، والتكلفة**.

أي من التطبيقات التالية يستخدم بروتوكول TCP بشكل أساسي بسبب حاجته إلى اتصال موثوق وتسليم البيانات بالترتيب؟

• أ) البث الصوتي المباشر ومكالمات VoIP.
• ب) تصفح الويب (HTTP/HTTPS) ونقل الملفات (FTP).
• ج) الألعاب عبر الإنترنت وخدمة DNS.
• د) بث الفيديو المباشر وخدمة DHCP.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: تصفح الويب (HTTP/HTTPS) ونقل الملفات (FTP).

الشرح: 1. TCP يضمن وصول البيانات بشكل موثوق ومرتب. 2. تطبيقات مثل تصفح الويب تحتاج لتحميل الصفحات كاملة وبالترتيب. 3. نقل الملفات يتطلب وصول الملف سليماً دون أخطاء. 4. لذلك، هذه التطبيقات تستخدم TCP.

تلميح: فكر في التطبيقات التي لا تتحمل فقدان أي جزء من البيانات، مثل صفحات الموقع أو الملفات الكاملة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

أي من الخصائص التالية تُعد الأكثر أهمية في جعل بروتوكول IEEE 802.15.4 مناسباً لتطبيقات إنترنت الأشياء؟

• أ) سرعة نقل بيانات عالية جداً ودعم التجوال بين الشبكات.
• ب) استهلاك طاقة منخفض جداً وتكلفة منخفضة.
• ج) استخدام نطاقات ترددية مرخصة فقط وتشفير 256-بت.
• د) مدى اتصال يصل إلى عدة كيلومترات ودعم الفيديو عالي الدقة.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: استهلاك طاقة منخفض جداً وتكلفة منخفضة.

الشرح: 1. أجهزة إنترنت الأشياء تحتاج للعمل لسنوات على بطاريات صغيرة. 2. انخفاض التكلفة يسمح بنشر أعداد كبيرة من الأجهزة. 3. هاتان الخاصيتان أساسيتان لجدوى المشاريع العملية. 4. البروتوكول مصمم خصيصاً لهذه المتطلبات.

تلميح: تذكر أن أجهزة إنترنت الأشياء غالباً ما تكون موزعة وتعمل بالبطاريات لفترات طويلة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

بناءً على الاختلافات الأساسية، أي من العبارات التالية تصف بشكل صحيح الفرق الرئيسي في نطاق التغطية بين الشبكات الخلوية وتقنية البلوتوث؟

• أ) كلاهما مصمم لنفس النطاق الجغرافي ولكن بتقنيات وصول مختلفة.
• ب) الشبكات الخلوية للاتصال داخل المباني فقط، والبلوتوث للاتصال الخارجي.
• ج) الشبكات الخلوية مصممة لتغطية مناطق جغرافية واسعة، بينما البلوتوث للاتصال ضمن نطاق قصير جداً.
• د) البلوتوث يغطي مدى أوسع من الشبكات الخلوية ولكنه أبطأ.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: الشبكات الخلوية مصممة لتغطية مناطق جغرافية واسعة، بينما البلوتوث للاتصال ضمن نطاق قصير جداً.

الشرح: 1. الشبكات الخلوية (مثل 4G/5G) تعتمد على أبراج تغطي مدناً أو دولاً. 2. البلوتوث مصمم للاتصال المباشر بين أجهزة قريبة (عدة أمتار). 3. هذا الاختلاف في المدى يحدد طبيعة التطبيقات المناسبة لكل تقنية. 4. الخلوية للتنقل الواسع، والبلوتوث للتوصيل المحلي.

تلميح: فكر في المدى الذي تحتاجه للاتصال عبر المدينة مقابل الاتصال بين جهازين في نفس الغرفة.

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: سهل

أي من الميزات الأمنية التي يدعمها بروتوكول IEEE 802.15.4 تساهم في حماية بيانات أجهزة إنترنت الأشياء؟

• أ) جدار حماية (Firewall) مدمج في كل عقدة.
• ب) توقيع رقمي باستخدام خوارزمية RSA-2048.
• ج) تشفير 128-AES.
• د) مصادقة باستخدام بصمة الإصبع.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: تشفير 128-AES.

الشرح: 1. أمن البيانات حاسم في تطبيقات إنترنت الأشياء. 2. بروتوكول IEEE 802.15.4 يدعم تشفير AES بمفتاح 128-بت. 3. هذا النوع من التشفير قوي ويوازن بين الأمن وكفاءة الأداء. 4. يحمي البيانات من الاعتراض والقراءة غير المصرح بها.

تلميح: ابحث عن آلية تشفير قياسية توفر حماية للبيانات أثناء نقلها بين العقد.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط