Federated Learning and TinyML for Localization: Benefits, Applications, and Challenges

Akpojoto Siemuri; Mohammed Elmusrati

doi:10.26629/jtr.2026.08

المؤلفون

أكبويوتو سيموراي University of Vaasa ، شركة ون ناف العالمية، تامبري، فنلندا Author
محمد سالم المصراتي University of Vaasa ، Libyan Society for Research and Scientific Studies Author

DOI:

https://doi.org/10.26629/jtr.2026.08

الكلمات المفتاحية:

الحوسبة الطرفية، التعلّم الاتحادي، التعلّم الآلي المصغّر، التعلّم الآلي، التمركز و تحديد المواضع

الملخص

يشهد الطلب المتزايد على أنظمة إنترنت الأشياء (IoT) الذكية والمدركة للسياق دفعًا ملحوظًا نحو تطوير حلول التعلّم الآلي (ML) لتمكين إيجاد المواضع (Localization) في الزمن الحقيقي. إن نشر نماذج التعلّم الآلي على أجهزة الحافة (Edge Devices) الموزعة وذات الموارد المحدودة يوفّر فرصًا كبيرة، لكنه في الوقت ذاته يطرح تحديات فريدة من نوعها.
تقدّم هذه الورقة مراجعة منهجية ومقارنة للاستراتيجيات المعتمدة في تكييف وتصميم نماذج التعلّم الآلي بهدف نشرها على العتاد المضمّن (Embedded Hardware) ذي القيود الصارمة في الموارد وبالذات موارد الطاقة. نركّز بشكل خاص على التعلّم الآلي المصغّر (TinyML)، وهو نموذج يتيح تنفيذ خوارزميات التعلّم الآلي باستهلاك طاقة منخفض للغاية على المتحكمات الدقيقة وأجهزة الاستشعار، كما نستعرض تكامله مع التعلّم الاتحادي (Federated Learning - FL)، الذي يمكّن من تدريب النماذج بشكل تعاوني عبر أجهزة متعددة دون الحاجة إلى مركزة البيانات الحساسة.
نستعرض في هذه الدراسة استراتيجيات التدريب، وسير عمل النشر من السحابة إلى الحافة، وتقنيات تحسين النماذج، إضافة إلى أبرز تطبيقات التعلم المصغر مع التعلم الاتحادي في مجال تحديد الأماكن والمواضع. كما نقوم بتحليل المزايا التي تشمل المعالجة في الزمن الحقيقي، والحفاظ على الخصوصية، وكفاءة استهلاك الطاقة، إلى جانب التحديات المرتبطة بقيود القدرة الحاسوبية، وقابلية التشغيل البيني والثغرات الأمنية.
وتختتم المقالة بتحديد الفجوات البحثية الحالية، واقتراح توجهات مستقبلية لدمج تطبيقات التعلم المصغر مع التعلم الاتحادي ضمن أنظمة تمركز واسعة النطاق.

التنزيلات

تنزيل البيانات ليس متاحًا بعد.

السير الشخصية للمؤلفين

أكبويوتو سيموراي، University of Vaasa, شركة ون ناف العالمية، تامبري، فنلندا

حصل أكبوجوتو سيموري على درجة البكالوريوس في الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسوب من جامعة مينا الفيدرالية للتكنولوجيا في نيجيريا عام ٢٠١٠، ودرجة الماجستير في الأتمتة الصناعية اللاسلكية مع تخصص فرعي في الإدارة الصناعية من جامعة فاسا في فنلندا عام ٢٠١٩. وهو يتابع حاليًا دراسة الدكتوراه في تكنولوجيا الأتمتة في جامعة فاسا.

عمل أكبوجوتو سيموري مساعدًا باحثًا في مشروع منصة أبحاث أنظمة الطاقة الذكية (SESP) بجامعة فاسا خلال الفترة من ٢٠١٨ إلى ٢٠١٩. وبين عامي ٢٠٢٠ و٢٠٢٥، شغل منصب باحث مشروع في مجال تقنيات التعلم الآلي ونظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) في منصة الاقتصاد الرقمي بجامعة فاسا. وفي عام ٢٠٢٤، انضم إلى شركة ميركا كمهندس بيانات وذكاء اصطناعي، حيث يساهم حاليًا في تصميم ونشر حلول متقدمة في مجال البيانات والذكاء الاصطناعي.

تشمل اهتماماته البحثية التعلم الآلي، وتقنيات نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية، والأجهزة الذكية، والأنظمة المدمجة، وأنظمة الاتصالات، ونظرية الألعاب.
محمد سالم المصراتي، University of Vaasa, Libyan Society for Research and Scientific Studies

حصل الأستاذ المصراتي على شهادتي البكالوريوس (مع مرتبة الشرف) والماجستير (مع مرتبة الشرف العليا) في هندسة الاتصالات من قسم الهندسة الكهربائية والإلكترونية بجامعة بنغازي (جامعة قاريونس سابقًا)، ليبيا، عامي 1991 و1995 على التوالي. وأكمل دراسته وحصل على شهادتي الليسانس (مع مرتبة الشرف) والدكتوراه في هندسة التحكم من جامعة آلتو (جامعة هلسنكي للتكنولوجيا سابقًا)، فنلندا، عامي 2002 و2004.

من عام 1991 إلى عام 1999، عمل المصراتي محاضرًا مساعدًا ومحاضرًا في قسم الهندسة الكهربائية والإلكترونية بجامعة قاريونس. وبين سبتمبر 1999 ويوليو 2004، عمل باحثًا في مختبر هندسة التحكم بجامعة هلسنكي للتكنولوجيا. ثم انضم إلى جامعة فاسا في فنلندا كمحاضر في قسم علوم الحاسوب من أغسطس 2004 إلى يوليو 2007. ومنذ أغسطس 2007، يشغل إلموسراتي منصب أستاذ ورئيس مجموعة هندسة الاتصالات والأنظمة (ComSys) في جامعة فاسا. وهو حاليًا أستاذ متفرغ، يقود فريق أبحاث الأنظمة السيبرانية الفيزيائية (CPS) ويرأس البرنامج الدولي للأنظمة المستقلة المستدامة (SAS) في الجامعة.

إلموسراتي عضو بارز في معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE)، وعضو في جمعية الرياضيات الصناعية والتطبيقية (SIAM)، وجمعية الأتمتة في فنلندا. وقد ألّف أكثر من 185 بحثًا وكتابًا وتقريرًا فنيًا محكّمًا.

مجالات البحث:
الاتصالات اللاسلكية، الجيل الرابع (4G)؛ الجيل الخامس (5G)؛ وما وراء الشبكات، والشكوك، والذكاء الاصطناعي، والتعلم الآلي مع تطبيقات متعددة التخصصات، والأنظمة الذكية، والأتمتة، والرقمنة، والنمذجة والمحاكاة العشوائية، ودمج البيانات، ونظرية الألعاب، والتكنولوجيا الحيوية، وتطبيقات التعلم الآلي/نظرية الألعاب في العلوم الطبية.

الخبرة التدريسية:

قمت بتدريس أكثر من 20 مقررًا دراسيًا مختلفًا في مجالات الاتصالات، والإلكترونيات، والرياضيات، وهندسة التحكم. ومن بين المقررات التي درّستها في جامعة فاسا: إدارة موارد الراديو، والاتصالات اللاسلكية ذات النطاق العريض، والاتصالات الرقمية، وشبكات الهاتف المحمول، والاتصالات الإلكترونية، والأتمتة اللاسلكية، ونظرية الألعاب، والراديو المعرفي، والإشارات والأنظمة المتقدمة، ونظرية الاتصالات المتقدمة، ونظرية الطوابير، وغيرها.

وهو أيضًا عضو نشط في العديد من الجمعيات العلمية:

عضو أول في معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE)

عضو في جمعية الرياضيات الصناعية والتطبيقية (SIAM)

عضو في الجمعية الفنلندية للأتمتة