The Economic Landscape of Fog Computing in Urban Environments

وتمارس المراكز الحضرية في جميع أنحاء العالم عملية إدماج الاستخبارات الرقمية في بنيتها الأساسية المادية، حيث تقوم البلديات بنشر ملايين أجهزة الاستشعار والكاميرات والأجهزة المرتبطة بها، فإن مسألة تحديد أين وكيف يمكن معالجة ما ينتج عن ذلك من آثار في البيانات تصبح قرارا اقتصاديا حاسما، إذ أن البنية الحاسوبية الموزعة التي تُعد البيانات على حافة الشبكة بدلا من أن تكون بديلا مركزيا للمدن التي تسعى إلى تحقيق فوائد منخفضة في مجال التساهل، وفهم المخاطر في مجال الابتكارات في المناطق الحضرية.

النفقات الرأسمالية: كسر الاستثمار الأولي

إن التكاليف الأولية لنشر طبقة حاسبية ضبابية في المدينة كبيرة ومتعددة الجوانب، وخلافاً للخدمات السحابية التي تعتمد على مراكز البيانات المركزية، يجب توزيع رموز الضباب على منطقة متروبولية، وغالباً ما يكون ذلك في مواقع محدودة المساحة والطاقة ومكافحة المناخ.

المعدات والهياكل الأساسية

ويشمل الإنفاق الرأسمالي الأساسي خواديم الحواف، والبوابات، ومعدات الربط الشبكي، والمجسات، ونموذجا واحدا من الضباب المتوسط المدى قادر على معالجة محلليات الفيديو أو تجهيز حركة المرور في الوقت الحقيقي، يكلف عادة ما بين 000 3 و 000 15 دولار، تبعا لمتطلبات تجهيز الطاقة، والتخزين، والتبريد، وبالنسبة لمدينة مثل برشلونة، التي نشرت أكثر من 000 19 جهاز استشعار عبر مبادرتها المتعلقة بالمدينة الذكية، فإن تكاليف المعدات وحدها يمكن أن تُدرَها.

التركيب والتكامل

وتكاليف العمل لتركيب عربات الضباب في البيئات الحضرية أعلى من تكاليف مراكز البيانات الخاضعة للمراقبة، وقد يتطلب العمل الحصول على التصاريح وإدارة حركة المرور والتنسيق مع المرافق المتعددة، وكثيرا ما يتطلب إعادة تجهيز أثاث الشوارع الحالي مثل مراكز المصابيح، وأعمدة إشارات المرور، وملاجئ الحافلات - التعقيد الهندسي، والدمج مع النظم القديمة للمدينة )مثل أجهزة مراقبة حركة المرور، ونظم إدارة الخدمات العامة، وشبكات المراقبة(

البرمجيات والرخص

Fog peruting platforms require operating systems, virtualization layers, data management software, and security tools. Commercial solutions such as Microsoft Azure Edge or VMware Edge Compute Stack[Fg][FogLT:3] come with pernode licensing fees that scale with node4

النفقات التشغيلية: إدارة شركة فوغ لاير

وبالإضافة إلى النشر الأولي، تؤثر التكاليف التشغيلية الجارية تأثيرا كبيرا على التكلفة الإجمالية للملكية، ويمكن التقليل من هذه النفقات المتكررة في دراسات الجدوى المبكرة.

الصيانة والدعم

وتستلزم الهياكل الأساسية الموزعة تفتيشا ماديا منتظما، وتحديثات للبرمجيات، واستبدال المعدات، بخلاف مركز بيانات سحابة واحد يستطيع فيه فريق صغير إدارة آلاف الخواديم، يتم تشتتت رموز الضباب جغرافيا، وقد تحتاج مدينة تضم 500 رباط ضبابية إلى فريق صيانة يضم 10-15 فنيا ميدانيا، يغطي كل منها منطقة محددة، وتتراوح تكاليف الصيانة السنوية عادة بين 10 و 15 في المائة من تكاليف المعدات الأولية.

استهلاك الطاقة

ويستمد كل رمز من رموز الضباب الكهرباء، وفي عمليات الانتشار الكثيفة، يصبح مشروع قانون الطاقة التراكمي كبيرا، وفي حين أن العوالق الفردية لا يمكن أن تستهلك إلا ٥٠ إلى ٢٠٠ واط، فإن شبكة من عدة مئات من النوافذ يمكن أن تسحب عشرات الكيلوات باستمرار، كما أن المدن يجب أن تُعامل في معدلات الكهرباء المحلية التي تختلف اختلافا كبيرا، ففي سنغافورة، مثلا، تبلغ معدلات الكهرباء الصناعية نحو ٠,١٥/كواه، بينما ترتفع في أجزاء من أوروبا)٢٥(.

الأمن والتأمين

وتُعرَّض نُظم التموين والسرقة والهجمات الإلكترونية إلى التعرض المادي للتلاعب والسرقة والهجمات الإلكترونية، وتنفيذ وحدات أمنية قوية تشمل وحدات أمن المعدات، والتشفير، واختبار التغلغل المنتظم، والقفل المادي - الأقفال الفوقية التشغيلية، وتشتري العديد من البلديات سياسات تأمين إلكترونية تغطي الهياكل الأساسية للحواف، مع تحديد أقساطها على أساس عدّة العقيدات وحساسية البيانات، وقد تدفع سنوياً بيانات مراقبة تجهيز المدن 000 50 دولار.

الاستحقاقات الاقتصادية: حيث يعود الموصلات الحاسوبية

وعلى الرغم من التكاليف الكبيرة، يمكن أن تدر رسوم حساب الضباب فوائد اقتصادية كبيرة تعوض الاستثمارات بمرور الوقت، وتتحقق هذه العائدات من خلال الكفاءة التشغيلية، وتحسين الخدمات العامة، وفرص الإيرادات الجديدة.

التأقلم الفعلي لحركة المرور

ويمكن للمدن، عن طريق تحليل بيانات حركة المرور عند الحافة بدلاً من إرسالها إلى السحابة، أن ترد على الازدحام في الألف ثانية، مما يتيح التحكم في إشارات المرور التكيفية، وإدارة الممر الدينامية، والتوصيات المتعلقة بتحديد المسارات في الوقت الحقيقي، وقد قامت مدينة Belo Horizonte، البرازيل ، بنشر نظام زحام مُحدّد من فترات السفر في جميع أنحاء البلد.

Energy Grid Management

ويدعم حساب الفوج دمج موارد الطاقة الموزعة مثل الألواح الشمسية وتخزين البطاريات في الشبكة، ويمكِّن تجهيز الزئبق من تحقيق التوازن في الوقت الحقيقي بين العرض والطلب، مما يقلل الاعتماد على محطات الذروة المكلفة، وقد يُعتبر برنامج " فيرمونات " (FLT:0) (FLT:1]) الكفاءة بمثابة برنامج يُفيد بأن نظام الاستجابة للطلبات القائمة على الضباب يخفض ذروته بنسبة 12 في المائة، ويوفد كل سنة، ويُدُ أهدافاً تتعلق باستدامة.

السلامة العامة والاستجابة في حالات الطوارئ

ويمكن للمحللين في حالة وجود وقت حقيقي على الحافة أن يكشفوا الحوادث أو الحرائق أو التهديدات الأمنية فوراً، وتخفض سرعة تجهيز البيانات فترات الاستجابة في حالات الطوارئ، وقد أسفرت دراسة نشرت في Journal of Urban Health عن زيادة معدلات البقاء في كل دقيقة في حالة إلقاء القبض على أفراد الشرطة بنسبة تتراوح بين 10 و15 في المائة.

مسارات الإيرادات الجديدة

ويمكن للبلديات أن تعامل البنية التحتية للضباب كمنبر للخدمات التجارية، فعلى سبيل المثال، تستأجر حيزاً في مواقد الضباب التي تُستخدمها الشركات الخاصة لرصد البيئة أو تحليلات الحشد، مما يولد أكثر من 000 500 دولار سنوياً، وتُباع فيه بيانات الاستشعار المُسمَّى عنها للباحثين أو شركات التأمين أو شركات التجزئة، وتُمثل طبقة إيرادات متينة أخرى.

التحديات والمخاطر الاقتصادية

ولا يمكن ضمان السلامة الاقتصادية لحوسبة الضباب، إذ يمكن أن تؤدي عدة مخاطر إلى تآكل الفوائد المتوقعة أو تصعيد التكاليف بصورة غير متوقعة.

الاستثمار الأولي العالي وعدم اليقين

وكثيراً ما تمتد فترة الانتكاس بالنسبة لنشر الضباب من 5 إلى 7 سنوات، أي أكثر من دورات ميزانية البلديات، وقد يتطلب المعتمدون المبكرون مثل Santander، إسبانيا ]، أنه في حين أن الفوائد الطويلة الأجل واضحة، فإن تأمين التمويل الأولي لـ 000 20 جهاز استشعار و 500 رغاة من الضباب يتطلب تمويلاً خلاقاً، بما في ذلك الشراكات بين القطاعين العام والخاص ومنح الاتحاد الأوروبي.

المسؤولية عن الأمن السيبراني

ويمكن أن يؤدي الإخلال الذي يعرقل إشارات المرور أو بيانات المراقبة إلى رفع الدعاوى، والغرامات التنظيمية، وفقدان الثقة العامة، كما أن الهجوم على " فدية " 2021 " على خط الأنبوب كولونيل () [وإن لم يكن نظاماً للمدينة) يدل على وجود حافة ضارة مالية هائلة في هجمات البنية التحتية(20).

إعاقة التكنولوجيا

ويعني سرعة وتيرة الابتكار في مجال المعدات والبرامجيات أن العوارض الضبابية التي يتم نشرها اليوم قد تكون قديمة في غضون 3-5 سنوات، كما أن المعايير الجديدة مثل ]IEE 1934 ] بالنسبة للمنصات الحاسوبية الضبابية قد تتطلب رفع مستوى التكلفة أو استبدالها، أما المدن التي تغلق في منابر الملكية فتتعرض للخطر فيما بعد عمليات تصفية المواد المزودة بمعاملات باهظهظهية.

التكامل مع النظم القائمة

ومعظم المدن لديها نظم تكنولوجيا المعلومات والتكنولوجيا التشغيلية التي لم تصمم من أجل الحوسبة الحادة، وكثيرا ما تؤدي إعادة استخدام هذه النظم للعمل مع رموز الضباب إلى تجاوزات في نطاقها، وأفادت مدينة كنساس كنساس سيتي بأن إدماج نظامها الخاص بسيارات السيارات الذكية مع طبقة جديدة من الضبابات يزيد عن المتوقع بسبب مسائل عدم وجود مراقبة.

مقارنة الحاسوب الفوقي إلى المصانع السحابية - الصوتية

و تقييم الحالة الاقتصادية لحساب الضباب يجب أن يقارنها بالبديل: إعادة ترتيب جميع بيانات الاستشعار إلى سحابة مركزية، في حين أن البنايات غير السحابية تقل تكاليف رأس المال الأولية، فإنها تحمل نفقات أكبر على نطاق الترددات وعقوبات على أساس الاحتياج، وجهاز استشعار نموذجي في المدينة يولد 10 ميغاواط من البيانات في اليوم،

الآثار المترتبة على السياسات والتمويل

ولا يمكن فصل اقتصاديات حساب الضباب عن بيئة السياسات العامة، ويمكن للمدن أن تحسن عملية التنفيذ عن طريق الشراكات الاستراتيجية وآليات التمويل المبتكرة.

الشراكات بين القطاعين العام والخاص

وتمول عمليات نشر عديدة ناجحة للضباب من خلال P3 حيث تتحمل الشركات الخاصة تكاليف رأس المال مقابل حصة من الوفورات التشغيلية أو من تحويل البيانات، وقد اشتملت مبادرة Barcelona Smart City على اتفاقات مع شركات الاتصالات السلكية واللاسلكية لنشر رموز ضبابية على المصابيح البلدية مقابل الوصول الحصري إلى بيانات المدن للخدمات التجارية، مما أدى إلى تخفيض نفقات المدينة بنسبة 60%.

المنح والحوافز الحكومية

وتقدم الهيئات الوطنية والدولية منح لمشاريع المدن الذكية تشمل حساب الضباب، وقد خصصت مقترحات الاتحاد الأوروبي Horizon Europe أكثر من بليون دولار لضبط الهياكل الأساسية للفولط، وفي الولايات المتحدة، زيادة فرص الانتقال [FLT] في إطار هذا الشكل من أشكال التمويل.

إطار تحليل التكاليف والفوائد

ولإتخاذ قرارات مستنيرة، ينبغي للمدن أن تعتمد أطراً موحدة لتحليل التكاليف والفوائد، تُحسب لكل من الفوائد القابلة للقياس الكمي وغير الملموسة، وقد تُظهر الجمعية الدولية للمهندسين عديمي الجنسية ] عوامل مثل مدخرات وقت المواطنين، وانخفاض التكاليف الصحية من التلوث المنخفض، وزيادة إنتاجية الأعمال التجارية، وقد يُظهر نموذج شامل لمدينة تضم عشرة ملايين دولار قيمة صافية من الدخل قدرها 50 مليون دولار.

النظرة إلى الرأس: الطريق الاقتصادي إلى الأمام

فالحساب الضئيل ليس حلاً يناسب الجميع، إذ أن استمراريته الاقتصادية يتوقف على كثافة التغطية بالحساسية، وعلى متطلبات التساهل في التطبيقات، وعلى البنية التحتية الحالية للمدينة، ويثبت أن الحركات الأولى، مع التخطيط الدقيق، والشراكات الاستراتيجية، والتركيز على النتائج القابلة للقياس، يمكن أن تفوق كثيراً التكاليف، وبما أن التكنولوجيا النضجية وتكاليف الميزة الخاصة لا تزال تتراجع في كل وحدة من وحدات الإقراض التنافسية(27).

" Fog computing enables the city to be not just visible, but responsive in real time. The economic return comes not from the nodes themselves, but from the decisions they empower. " ] - Dr. Rajesh Thakur, urban technology economist, Columbia University

For further reading, consult NIST’s guide to fog computing in intelligence cities and the ]IEE’s standards for edge and fog structures]. A detailed cost model is available in the McKinsey Global Institute report onelli cities[5].