إدماج مجهزة مبيدات الآفات مع أجهزة الاستشعار اللاسلكية شبكات البيئات الذكية

كفاءة الطاقة من خلال خفض البيانات

ويستهلك النقل اللاسلكي طاقة أكبر بكثير من الحاسب المحلي، وقد ينفق النويدات العادية للشبكة 80 في المائة من طاقتها البطارية على الاتصالات اللاسلكية، وتتيح أجهزة تجهيز نظام المعلومات الإدارية على المعالم المستعارة : بدلا من توجيه إنذارات الموجات الأولية المكتشفة، لا تنقل النواة سوى عبوة صغيرة تحتوي على نتيجة كشف، أو علامة تصنيف، أو قياس مستمد.

تحسين نوعية الإشارة والاستحقاقات

وتلوث إشارات الاستشعار بالأشعة دائماً بالضوضاء والتدخل والقطع الأثرية البيئية.() ويمكن أن تُميّز نماذج أجهزة الإنذار التابعة لجهاز DSP، مثل التصفيف التكييف، وأجهزة التصفيق في كل من كالمان، ومسح الموجات، إشارات نظيفة في الوقت الحقيقي، وفي نظام الرصد الصوتي للمبنى الذكي، مثلاً، يمكن أن يميز بين صوت كسر النافذة واكتشافات عالية.

القابلية للتسويق والوحدة

ونظراً لأن العقدين اللذين يمكن الحصول عليهما من نظام إدارة الدعم الميداني يعالجان التجهيز المحلي، فإن السحابة المركزية أو الخادم يُعفى من ابتلاع البيانات الخام وتجهيزها مسبقاً، مما يجعل من مباشرة توسيع بيئة ذكية من عشرات إلى آلاف العقد دون تحميل العمود الفقري للشبكة، إذ يمكن للمرشدين أن يخلطوا بين أنواع الاستشعار والوقت والضغط والكاميرات وأجهزة التكرير المصغرة وأجهزة التوجيه ذات المستوى الاجمالي.

الهيكل التقني للتكامل بين نظام إدارة شؤون المرأة والشبكة

وقد ظهرت عدة أنماط معمارية لدمج مجهزي نظام الأفضليات المعمم بشبكات الاستشعار اللاسلكية، ويتوقف الاختيار على مدى ملاءمة التطبيق، وقوته، وضغوط التكاليف.

DSP-on-Node (Edge Processing)

وهنا، توضع رقاقة مخصصة من نظام إدارة الدعم الميداني أو جهاز متحكم مصغر مع مجموعة من التعليمات الخاصة بنظام إدارة الدعم الميداني مباشرة على جهاز الاستشعار، وهذا هو النهج الأكثر شيوعاً للتطبيقات في الوقت الحقيقي، ويجمع نظام إدارة الدعم الميداني إشارة الناظر عن طريق مركز متكامل للتصنيف والتحليل، ثم يُصدر نتيجة منخفضة البيانات إلى جهاز البث الإذاعي للنادل (DFext)().

DSP at the Gateway (Fog Processing)

أما الطلبات التي تتطلب قدراً أكبر من الطاقة الحسابية من النويدات الصغيرة، فيمكن أن توفر مثل تحليلات الفيديو أو بيانات الأشعة الصوتية المتعددة القنوات، ويمكن أن تُبث إلى بوابة قريبة، ولا تزال هذه البوابة، وهي في كثير من الأحيان منصة متنقلة أقوى مثل طائرة نفاثة تابعة للشبكة أو منصة رزبيري مع تسارع نظام إدارة الدعم الميداني، وتُستخدم إشارات من عدة نودسات قبل إرسال ملخصات إلى السحابة ذات كفاءة.

موزعة (العمل التعاوني)

وفي البيئات الذكية المتقدمة، يمكن أن تنسق أجهزة الاستشعار المتعددة لحل مشكلة جماعية، مثلا، لتحديد مصدر سليم في مكتب ذكي، فإن عدة أجهزة ميكروفونية كل منها تقارن بين الزمن والاختلاف في التقدير باستخدام نظامها المحلي، ثم تتبادل هذه التقديرات على الشبكة العالمية لسواتل الملاحة لتثبيت موقف المسببين للانبعاثات.

التطبيقات الرئيسية في البيئات الذكية

وقد أدى الجمع بين نظام إدارة الدعم الميداني وشبكة الأمن العالمي إلى توليد مجموعة واسعة من عمليات نشر العالم الحقيقي، فيما يلي بعض المجالات الأكثر تأثيرا.

بيوت الذكاء: مريحة وأمنية ووفورات في الطاقة

وفي الأماكن السكنية، تتيح شبكة أجهزة الاستشعار عن بعد التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء، التي لا يمكن أن تُستخدم في المتوسط، وترفض أجهزة الاستنشاق، قبل إرسال تعديل نقطة محددة إلى جهاز حرارة ذكي، كما أن أجهزة الاستشعار عن طريق الحركة التي تستخدم أجهزة الاستنشاق بالأشعة تحت الحمراء ذات القاعدة العالية، والتي يمكن أن تُحد من الدقة في استخدام أجهزة الاستنشاق، يمكن أن تميز تلقائياً بين أجهزة الكشف عن التف وأجهزة الكشف عن هوية البشر.

المدن الذكية: حركة المرور، التلوث، السلامة العامة

ويمكن أن تستخدم السلطات الحضرية [الفرعية] في بيانات الاستشعار. ويمكن أن تستخدم نظم الإدارة الافتراضية في أجهزة البرمجيات غير المجهزة بالأجهزة اللاسلكية، وأجهزة الاستشعار الصوتية التي تُرسَل في الطرقات لتصنيف المركبات وتصنيفها (السيارات والشاحنات والدراجات النارية) وتقدير سرعة كل ذلك في الوقت الحقيقي.

التشغيل الآلي الصناعي والصيانة الافتراضية

وتعتمد الصناعة في مجال رصد الحالة اعتماداً كبيراً، إذ تُعد طابقاً للمصنع مجهزاً بالهزاز اللاسلكي وبدرجات الحرارة وأجهزة الاستشعار الحالية - كل منها جهاز مستحضر مدمج - يمكن أن يكشف عن علامات التبديل أو الخلل أو سوء السلوك، ويُعد نظام إدارة الدعم الميداني تنبيهات تحليلية (مثل تحليل الظروف) لتحديد مستويات الصيانة غير المتوقعة.

الرعاية الصحية: رصد المرضى عن بعد

ويضع مراقبو الصحة المرهقة - بما في ذلك رقائق النبض ومقاييس النبض وأجهزة رصد الغلوكوس المستمر - أحجاماً ضخمة من البيانات، ويمكِّن تجهيز نظام المعلومات المسبقة عن البضائع داخل الجهاز القابل للارتداء من الكشف عن الاضطرابات في الوقت الحقيقي، وإزالة النسيج، وضغط البيانات قبل إرسالها إلى هاتف ذكي أو سحابة، مما يقلل العبء على الرابط اللاسلكي (المحافظة على الترددات المنخفضة)

الزراعة الذكية

وتستخدم الزراعة الدقيقة أجهزة الاصطناعية لرصد طرطوبة التربة، ورطوبة أوراق الترميز، وظروف الكائنات المجهرية، ويمكن لمجهزي نظام إدارة الدعم الميداني تحليل قراءات أجهزة الاستشعار الخام لحصر نماذج التبخر على العقد، مما يؤدي إلى الري فقط عند الضرورة، ويمكن للمستشعرات الصوتية التي تستخدم نظام دعم البرامج أن تعدّ أجهزة محركات أجنحة غير مرئية لتقدير عدد السكان الأشد فقراً.

التحديات التي تواجه التغلب على التحديات

وعلى الرغم من وعدها، فإن إدماج مجهزي نظام إدارة الدعم الميداني بشبكات الاستشعار اللاسلكية ليس بدون عقبات، ويجب على المهندسين أن يبحروا بعدة تحديات تقنية واقتصادية.

استهلاك السلطة ضد الأداء

تكاليف المعدات الحاسوبية والتقليل منها

فإضافة رقاقة من طراز دي إس بي إلى كل جهاز استشعار يزيد تكلفة الموازين وحيز اللوحات، وبالنسبة للأجهزة اللاسلكية ذات الحساسية من حيث التكلفة، مع مئات أو آلاف العقد، يمكن أن يكون ذلك باهظاً، أما السوكات المتكاملة التي تجمع بين الاستشعار، ونظام دي إس بي، والإذاعة على رقاقة واحدة، فإن تكلفة الوحدة لا تزال أعلى من مجرد متحكم صغير، ويجب على مهندسي النظام أن يقرروا أين يستثمروا قوة الحصان في كل مكان.

الأمن وخصوصية البيانات

وعادة ما تبث شبكة المعلومات العالمية في طبيعتها، مما يجعلها عرضة للتنصت والتجسس، وعندما تقوم إدارة شؤون السلامة والأمن بمعالجة البيانات الحساسة مثل التسجيلات الصوتية أو الحيويات الطبية - يجب حماية سلامة وسرية البيانات المجهزة، ويجب أن تكون بروتوكولات التشفير والتوثيق خفيفة الوزن بما يكفي لتشغيل عقدات مزودة بالموارد دون التضحية بالأداء في الوقت الحقيقي.

قابلية التشغيل البيني والمعايير

والمشهد الذي تطبعه شبكة WSN مجزأ عبر البروتوكولات اللاسلكية: زغبي، ز-وايف، بلوتوث ميش، ثريد، وواي-في هالو، وأجهزة لاسلكية فرعية تابعة للشبكة العالمية لسواتل الملاحة، ويجب أن تتداخل النوافذ القائمة على نظام إدارة الدعم الاجتماعي مع الهياكل الأساسية القائمة ومنابر السحاب، وقد يؤدي عدم توحيد أشكال البيانات والتفاعلات بين التجهيز إلى محاولة غير متكافئة لتبني البائعين في 14 و 51.

الاتجاهات المستقبلية

ويشير مسار التكامل بين نظام إدارة الدعم الاجتماعي والشبكة إلى زيادة الاستخبارات، وانخفاض السلطة، وتشديد التقريب مع التكنولوجيات الناشئة.

AI في إدج مع TinyML

أما نماذج التعلم من الآلات، التي تُستخدم بمجرد حصر نطاق الخواديم السحابية، فهي الآن قيد المضغوطة والمنتشرة على أجهزة التحكم المصغرة التي تستخدمها وزارة الصحة والمناطق الإلكترونية، وهي ميدان يُعرف باسم TinyML .() ويمكن أن تعجل أجهزة المعالجة بالشبكة العصبية في مهام مثل تحديد الهوية، والاعتراف بالأشعة، وبيئة البرمجيات الجاهزة.

5G and Massive IoT

وسيدعم بدء تشغيل شبكات من طراز 5G، بفضل قدرتها على الاتصال بالآلات الضخمة، الكثافة غير المسبوقة من أجهزة الاستشعار، مع وجود وحدات حاسوبية حافة تشمل صفائف قوية من نظام الأفضليات المعمم، سيمكن 5G من التنسيق المنخفض في مختلف المقاطعات الذكية في المدن أو التفشي في المعسكرات الصناعية، وسيتيح التكامل لمجهزي نظام إدارة الدعم الميداني أن يفرغوا من المهام التي تتطلب كثافة مقارنة والتي لا تكفي للشبكات التي تكون غير كافية.

Energy Harvesting and Self-Powered Nodes

فالتقدم في جمع الطاقة - من الطاقة الشمسية أو الحرارية أو الهزات أو مصادر الترددات الوسيطة - يجعل من الواقع أناسات الاستشعار ذات الطاقة الذاتية، حيث أن مجهزي نظام الأفضليات المعمم يصبحون أكثر كفاءة، يمكنهم العمل بشكل متقطع على الطاقة المحصولة، وتخزينها في المكثفات، والقيام بعملية معالجة التفجيرات عندما تكون الطاقة كافية، مما سيزيل صيانة البطاريات في منشآت بعيدة أو يصعب الوصول إليها، ويوسع بدرجة كبيرة آفاق الانتشار.

تجهيز الإشارات المقاوم والارتقاء

وستتكيف الخوارزميات المستقبلية لنظام الأفضليات المعمم في الوقت الحقيقي مع الظروف البيئية المتغيرة، فعلى سبيل المثال، يمكن لمعاملات مرشحة للعقيدة أن تتكيف على أساس مستويات الضوضاء المكتشفة، أو أن معدل أخذ العينات يمكن أن يتغير دينامياً في استخلاص الأحداث العابرة بينما يوفر الطاقة خلال فترات هادئة، وسيمكن التعلم من هذا السلوك التكييفي دون إعادة برمجة واضحة، مما يجعل البيئات الذكية أكثر استقلالاً وقوة.

خاتمة

إن إدماج مجهزي نظام الأفضليات المعمم بشبكات الاستشعار اللاسلكية يمثل لبنة أساسية للبيئات الذكية، إذ يتيح تجهيز البيانات في الوقت الحقيقي وبكفاءة استخدام الطاقة وبدقة على الحافة، فإن تطبيقات القوى التكنولوجية هذه التي كانت ذات مرة تتحول إلى مبان ذاتية للمراقبة الصوتية على نطاق المدينة، وفي حين أن التحديات في توليد الطاقة، والتكاليف، والأمن، والقابلية للتشغيل المتبادل، تظل الابتكارات الحالية في مجال تخطي باطراد للخيارات الصناعية.