Table of Contents
مقدمة: الأداء الأمثل في نشر المعدات الكهربائية
وتتزايد صقل النظم الهندسية بشبكة الإنترنت للأجهزة المجسّدة، والمواقف، والبوابات، والحواجز التي تجمع البيانات المتعلقة بالعالم المادي وتحيلها وتتصرف فيها، سواء في مصنع ذكي أو شبكة مياه بلدية أو في مجال الزراعة الدقيقة، فإن وضع هذه الأجهزة وتشكيلها يؤثران تأثيراً مباشراً على أداء النظام، ونوعية البيانات، وتكلفة الربط الناظرة، وطريقة نشر الآلاف من وسائل الاتصال.
() برمجة المتغيرات ] (IP) هي فئة من أفضل التقنيات الرياضية التي تقتصر فيها بعض أو جميع متغيرات القرار على قيم التبريد، وعندما تكون هذه المتغيرات ثنائية (0 أو 1)، تصبح التركيبة أداة قوية لاتخاذ قرارات بنعم/لا، مثل " تركيب جهاز استشعار في موقع المرشحين X " أو " وضع قيود على المستوى الأمثل من حيث الدمج " .
فهم تحديات نشرات النفط الخام الكبيرة
القيود على التكاليف وحساسية الميزانية
أما تكاليف أجهزة الاستشعار الرئيسية لأجهزة الاستشعار عن طريق أجهزة ايوت، ووحدات الاتصال، ولوازم الطاقة، والضميمات - فيمكن أن تكون كبيرة، وفي كثير من الأوساط الصناعية، يمكن أن يؤدي جهاز واحد للاستشعار العالي الدقة إلى تكلفة مئات الدولارات، ومن ثم فإن نفقات التركيب، بما في ذلك الأسلاك، والتركيب، والتكليف، تضيف عبئا ماليا إضافيا، ومن ثم فإن التكاليف التشغيلية مثل استبدال البطاريات، ورسوم نقل البيانات، والصيانة الثابتة على عدد محدد من أهداف دورة الحياة.
متطلبات التغطية والاستشعار
وفي كل نظام هندسي توجد به مناطق يجب رصدها أو اختراعها، وفي مصنع كيميائي، يجب أن تغطي أجهزة استشعار الضغط ودرجات الحرارة كل سفينة حرجة وخط أنابيب، وفي سيناريو زراعي ذكي، يجب أن تلتقط أجهزة استشعار رطب التربة تقلباً مكانياً في جميع أنحاء الميدان، وتقتضي القيود على التغطية عادة أن تكون كل نقطة اهتمام ضمن نطاق الاستشعار الذي لا يقل عن جهاز واحد، أو أن احتمال الكشف يتجاوز عتبة.
ضمانات التواصل والاتصال
ولا فائدة من أجهزة التأشيرات الفوقية إذا لم تتمكن من إبلاغ بياناتها، ويجب أن تكفل النماذج المتشابكة أن يربط كل جهاز استشعار بوابات مباشرة أو من خلال مجموعة من المياة المتعددة الأسطح، مع احترام نطاق الاتصالات، واتساع النطاق، والحدود القصوى للضرائب، وفي البيئات القاسية (مثل الأنفاق الجوفية، والمنابر الخارجية)، فإن التكاثر اللاسلكي يضعف، ويجعل من القيود المفروضة على الوصلات الشبكية قيوداً صارمةً بوجه خاصً.
الحد من الطاقة والإمدادات من الطاقة والطاقة
وتتوفر للمستشعرات التي تعمل بالبطارية ميزانية محدودة للطاقة، إذ أن تكاليف استبدالها مرتفعة في المناطق النائية أو الخطرة، وبالتالي فإن عمر الأجهزة هو معبر تصميم حرج، ويمكن أن تتضمن برامج الطاقة معدلات استهلاك الطاقة وقدرات البطاريات، إما كقيود (مثلا، يجب أن يكون مجموع الطاقة المستخدمة في اليوم أقل من القدرة المتاحة) أو كجزء من الهدف (مثلا، تقليل مجموع الطاقة التي تستهلكها الشبكة).
Integer Programming: A Mathematical Framework for IoT Optimization
مقرر ملزم
At the heart of the IP formulation are binary decision variables, typically denoted xi {0,1}. For each candidate location i[F representte:5] where an IoT programming could be placed:6
المهمة الموضوعية: خفض التكاليف إلى الحد الأدنى
(د) إذا تغيرت [[11]]] [FLT:]i،] ] ، فإن الهدف هو وضع جهاز في الموقع i
القيود: التغطية، والتواصل، والموارد
مضيق التغطية
[[العامل] [العامل]] [الرمز:](ي)](ج) [الرمز: 1:1])
Connectivity Constraints
Connectivity is modeled using graph theory. Let y]ij] be a binary changing indicating whether a communication link exists between devices at locations i and
الميزانية وضغوط الموارد
ويجب ألا يتجاوز مجموع النفقات الميزانية المتاحة: ci x]i] /. ويمكن أن تحد القيود الإضافية على الموارد من عدد الأجهزة التي من نوع معين، أو مجموع حجم البيانات لكل بوابة، أو مجموع استهلاك الطاقة عبر الشبكة.
برامج خطية مختلطة - متعدّدة
وعندما تكون لأجهزة التوحيد القياسي معايير مستمرة مثل القدرة على نقل المواد، أو معدل البيانات، أو القدرة على البطارية - يصبح النموذج ] [برنامج خطي ثابت ] (MILP) مثلاً، يمكن أن تُصاغ قدرة أجهزة الاستشعار على نقلها على أنها متغيرات مستمرة، بينما يظل قرار تركيب أجهزة الاستشعار ذات معالجات ثنائية.
أساليب الحل: النهج الناهج الناهجة والهيكلية
الفرع والمبنى وفرع وكوك
(ب) الطرق التقليدية [للشركات الدولية] والمشروع المتعدد الأطراف هي: الفرع والفرع والقطع (الفرعية) (الفرعية) (الفرعية) (القسم التصحيحي) [الإقليم الميسر عملياً في مشاريع فرعية أصغر، حلّ التخفيف من برمجة خطية في كل عقد.
الطرائق الهيمنة والتمثيلية
وبالنسبة للحالات الكبيرة جدا )مئات الآلاف من المواقع المرشحة(، يمكن أن تصبح الأساليب الدقيقة قابلة للحساب، ثم ينتقل المهندسون إلى الوحدويات الدوارة - الإنشاءات، والبحث المحلي، والتحفيز، أو الخرغاريتمات الوراثية، وفي حين أن هذه الأساليب لا تضمن المثلى، فإنهم كثيرا ما ينتجون حلولا عالية الجودة بسرعة.
دراسات حالة عملية في مجال برمجة Integer من أجل نشر مادة IoT
مصنع تصنيع الذكاء: وضع الاستشعار للنفقة الافتراضية
وفي محطة كبيرة لجمع السيارات، كانت هناك حاجة إلى أجهزة استشعار للتشغيل ودرجات الحرارة لرصد 200 1 آلة حرجة، وقام المهندسون بصياغة نموذج للضغط المتكامل المشدد بالتغطية، حيث بلغ عدد المواقع المرشحة 000 5 موقع، وكان الهدف هو تقليل تكاليف أجهزة الاستشعار وأجهزة التموين إلى أدنى حد، مع ضمان أن تكون كل آلة في حدود 3 مترات من أجهزة الاستشعار على الأقل (للتجديد) وبعد حلها، كان الحل الأمثل يتطلب تخفيضا قدره 000 350 دولار(أ)
شبكة رصد نوعية الهواء في مدينة سمارت
وكانت إحدى المدن الرئيسية ترغب في نشر 200 عقدة لرصد نوعية الهواء عبر منطقة تبلغ مساحتها 500 كيلومتر مربع لقياس درجة الحرارة 2.5 و2 و0 الأوزون، وشملت هذه المشكلة قيوداً في الميزانية، وقيود في نطاق الاتصال (لم يكن لدى كل نُظمة حدود لشبكة لوروا وانغ تبلغ كيلومترات مربعة)، وولاية تغطي جميع الوحدات السكنية، باستخدام نموذج متعدد المؤشرات مع متغيرات التنسيب الثنائية ومتغيرات توزيع النفقة المستمرة، حدد المخططون نسبة مئوية من التصميم الأولي
الزراعة الدقيقة: وضع أجهزة الاستشعار المتنقلة تحت مضيق الري
وفي مضيق ممتد يبلغ 200 هكتار، كان يتعين وضع أجهزة استشعار لرطوبة التربة لتعظيم كفاءة الري، وكان التحدي هو أن أجهزة الاستشعار تعمل في ثلاث طبقات مختلفة من التربة، وأن كل جهاز استشعار يمكن أن يقيس طبقة واحدة فقط، وشمل نموذج IP قيودا على عدد أجهزة الاستشعار لكل طبقة، وميزانية، ووصلات لاسلكية إلى بوابة مركزية.
أدوات البرمجيات والإدماج مع منابر الأيوت
[يُمكن أن تكون هناك عدة مذيبات ذات أداء رفيع تدعم البرمجة المُحدِّدة.() وتُقدِّم مذيبات تجارية مثل [FLT:]
وتشمل أفضل الممارسات التحقق من التغطية وافتراضات الربط على أساس ظروف العالم الحقيقي (مثل خرائط نشر الراديو ومجال الاستشعار) وإجراء تحليل للحساسية بشأن البارامترات الرئيسية مثل حدود الميزانية والتغطية، وتستخدم منظمات كثيرة نموذج IP كجزء من توأم رقمي، وتحديث خطة النشر باعتبارها حالات فشل في الاستشعار أو تغيير متطلبات النظام.
القيود والنظر في المسألة
وفي حين أن البرمجة المتسرعة أداة صارمة، فإن لها قيوداً، ويجب أن تصاغ بعناية؛ ويمكن أن يؤدي سوء التقسيم أو الموضوعي إلى عدم استقرار عددي، وفي حالات كثيرة جداً، لا يمكن أن تصبح أوقات الحل باهظة، حتى مع أحدث المذيبات، وفي هذه الحالات، تستخدم أساليب التحلل (مثلاً، وضع الطوابق، أو فرضيات الارتداد) أو أساليب البرمجة الهضمية الهجينة، بالإضافة إلى ذلك،
وينبغي للمهندسين أيضاً أن يعتبروا أن الحل الأمثل للورق قد يكون غير قابل للثبات بسبب القيود العملية على التركيب (مثل نقاط التكتل الهيكلي، وتوافر الطاقة، والقيود التنظيمية) وينبغي أن يقترن نموذج البرمجة في البروتغر باستعراض قائم على الإنسان من أجل تعديل مواقع المرشحين والقيود التي تصادفها.
توجيهات المستقبل: إدماج المعلومات الإدارية والحساب الإلكتروني والنشر المستقل
ويفتح تقارب برمجة أجهزة التبريد مع التعلم الآلي إمكانيات جديدة، ويمكن للعوامل التعليمية المعززة أن تتعلم تعديل قرارات النشر في الوقت الحقيقي استنادا إلى التغذية المرتدة في جودة البيانات، بينما توفر البرمجة في مرحلة البخار العمود الفقري للتشكيل الأولي، وبالإضافة إلى ذلك، فإن ارتفاع الحوسبة يتيح للمذيبات أن تعمل على أفضل وجه في البوابات في وقت قريب من الوقت الحقيقي، مما يتيح نقلا ديناميا لأدوار أجهزة التوحيد (مثل، وهو جهاز التتبع).
كما أن البحوث المتعلقة ببرمجة أجهزة التبريد المستمر و الإفراط في استخدام الطاقة أمر ذو أهمية، حيث أن عمليات نشر هذه الأجهزة يجب أن تكون مواكبتها لفشل الأجهزة، وتأخير الاتصالات، وعدم التيقن في جمع الطاقة، ومن المرجح أن يجمع الجيل القادم من النظم الهندسية بين البرمجة المتسرعة وبين نظام التشغيل الرقمي لضمان فعالية التكلفة
الاستنتاج: إطار عمل متجدد للمتمثلين في مادة التخصيب القابلة للتداول والتكلفة والأكثر تأثيراً
وتوفر برامج التبريد أفرقة هندسية طريقة سليمة من الناحية الرياضية وشفافة وقابلة للتكرار في تصميم عمليات نشر أجهزة التوليد، ومن خلال وضع نماذج صريحة للمفاضلة بين التكلفة، والتغطية، والربط، والقيود المفروضة على الموارد، تقدم حلولاً تكون مثالية ومبررة لأصحاب المصلحة، ومن المصانع الذكية إلى المدن الذكية، لا تزال الدراسات الإفرادية تدل على تخفيضات كبيرة في التكاليف - تبلغ 15-30 في المائة - مع تحسين أداء النظام.
ومع ضخ نظم إيوت إلى بلايين الأجهزة، فإن تعقيد قرارات النشر لن يزداد إلا، فاعتماد برامج التبريد اليوم يزود المهندسين بالأدوات اللازمة للتعامل مع هذا التعقيد بشكل واثق، بما يكفل وضع كل جهاز استشعار ومحاضر ومدخل حيث يحقق أعلى قيمة لكل دولار ينفق.