الاتصالات اللاسلكية (تقانة-)
اتصالات لاسلكيه (تقانه)
Wireless technology - Technologie sans -fil
عادل خضور علي
شبكة المناطق الشخصية اللاسلكية (WPANء) wireless personal area network
شبكة المناطق المحلية اللاسلكية( wireless local area network (WLAN
شبكة المناطق الواسعة اللاسلكية ( wireless wide area network (WWAN
نظم اتصالات السواتل satellite systems
تُعدّ الاتصالات اللاسلكية أحد أكثر الاتجاهات النشطة للتطور التقاني؛ إذ يجري التحول حالياً من نقل المحادثات الهاتفية فقط عبر الأثير إلى نقل الكثير من خدمات الوسائط المتعددة من مواد مرئية وصور ونصوص وبيانات رقمية وغيرها. ويستمر الطلب على زيادة سعة مثل هذه النظم بوتيرة عالية، وهذا ما يتطلب حل العديد من المشكلات التقنية في هذا المجال؛ فضلاً عن الاهتمام بالاتصالات السلكية وتطويرها؛ لتشكّل البنية التحتية الواسعة لهذه النظم مثل الألياف الضوئية، والمسيّرات routers، والمبدِّلات الحاسوبية switches ونحوها.
ومن ناحية أخرى تعتمد زيادة سعة الاتصالات اللاسلكية بالدرجة الأولى على موارد تقليدية، وهي النطاق الترددي الراديوي واستطاعة الإرسال. ولكن هذه الموارد محدودة جداً بسبب التنافس الكبير على النطاقات الترددية المستخدمة ومحدودية طاقة المدّخرات المستخدمة في أجهزة الإرسال؛ ومن ثمّ محدودية استطاعة الإرسال؛ ولاسيما إذا كان الجهاز متنقلاً.
تشغل هذه التقنية معظم الطيف الكهرطيسي الراديوي المتوفر تقنياً ابتداءً من 45 ميغا هرتز(الهاتف المنزلي من دون أسلاك x( cordless telephone إلى 60 غيغا هرتز في نظم السواتل (الأقمار الصنعية). وما يزال البحث مستمراً عن مجالات طيف راديوي ذات ترددات عالية إضافية بسبب بروز تطبيقات مبتكرة.
ونظراً لهذه الظروف؛ يُبذل جهد كبير في السنوات الأخيرة لإنجاز البحوث الرامية إلى تطوير النظم والشبكات اللاسلكية وزيادة سعتها من حيث تطوير تقنيات جديدة ومتقدمة لنقل الإشارات واستقبالها وتحسين طرق معالجتها من دون زيادة متطلبات عرض المجال الترددي أو زيادة الاستطاعة؛ بهدف زيادة حجم المعلومات المرسلة في وسط الإرسال ضمن الشبكات اللاسلكية (النظم المتعددة المداخل والمخارج multiple-input-multiple-output (ء MIMO)
تشمل الاتصالات اللاسلكية اليوم مجموعة واسعة جداً من التطبيقات، وفي مقدمتها: الاتصالات الهاتفية اللاسلكية (الجهاز المحمول) التي بنيت عليها خلال السنوات الأخيرة رزمة جديدة من خدمات إرسال البيانات المختلفة، والتي ظهرت تحت اسم الجيل الثالث ( 3G) من النظام الخَلَوي.
كما ظهرت مجموعة واسعة من التقنيات اللاسلكية التي تتطور بسرعة كبيرة في الوقت الحالي، ويمكن أن تعدّ وحدها شبكات لاسلكية أو تتكامل مع غيرها من التقنيات لتحقيق سرعة بيانات عالية أو تغطية مساحات شاسعة. ويمكن أيضاً أن تقدّم خدماتها للمستخدم الثابت أو المنتقل. تصف الفقرات التالية أمثلة عنها.
-1- شبكة المناطق الشخصية اللاسلكية(ء WPAN) (ء wireless personal area network :
خير مثال عليها هو تقنية البلوتوث Bluetooth (الشكل 1 )المسماة على لقب ملك الفايكنغ المشهور الذي وحّد الدنمارك والنروِج.
اجتمع الكثير من الشركات المصنِّعة لإيجاد تقنية اتصال قصيرة المدى (لا يتعدى مداها 10 أمتار) غير مكلفة؛ لوصل العديد من الأجهزة والملحقات، وأهمها وصل الجهاز الخلوي بالحاسوب أو فيما بينها من دون الحاجة إلى أسلاك. وقد ظهرت هذه التقنية في العام 1999، وفق المعيار IEEE 802.15. تعمل هذه التقنية عند التردد الراديوي 2.4 غيغاهرتز، وتستخدم طريقة نثر الطيف بالقفز الترددي frequency-hopping spread spectrum حيث تتشكل خلية مصغرة مؤلفة من جهاز قيادي ( سيد master) واحد حتى سبعة أجهزة مقودة (تابع slave ) ويُبدّل التردد فيما بينها بالاختيار شبه العشوائي للقناة من أصل 79 قناة راديوية. ويقوم بذلك الجهاز القيادي وبمعدل1600 قفزة بالثانية. يمكن أن يصل معدل نقل المعطيات الرقمية في هذه التقنية إلى 723.2 كيلوبت بالثانية بالاتجاه الأمامي و57.6 كيلو بت بالثانية بالاتجاه المعاكس.
 |
| الشكل (1) مثال على شبكة مناطق الشخصية اللاسلكية ( المعيار بلوتوث )ء |
ثمة تقنيات مشابهة أصبحت تُستخدم على نطاق واسع في مجال المُحسّات اللاسلكية wireless sensors، منها على سبيل المثال تقنية زغبي ZigBee، ومن المرجح الاعتماد على هذه التقنية اعتماداً كبيراً في السنوات القادمة. وتندرج تحت هذا التصنيف الاتصالات اللاسلكية التي تستخدم الأشعةتحت الحمراء IR infrared المستخدمة بكثرة في الحواسيب الصغيرة وأجهزة الهاتف الخلوي.
- 2 - شبكة المناطق المحلية اللاسلكية (ءWLAN)ءء wireless local area network :
خُصِّصت هذه التقنية بالأساس لربط الحواسيب الصغيرة فيما بينها، وأصبح بالإمكان استخدامها لجميع أنواع الحواسيب وفي العديد من الأجهزة المحمولة؛ وعلى رأسها الهاتف الخلوي أو أجهزة التصوير والمراقبة الأمنية. وقد طُوّرت هذه التقنية وفق المعيار IEEE802.11x ، وحمل بعض إصداراتها الاسم التجاري Wi-Fi . يتحقق الاتصال فيها بين جهاز لاسلكي يسمى الزبون client ومحطة مركزية تسمى محطة القاعدة base station أو نقطة النفاذ access point لتوفير الاتصال من خلالها بالشبكات المحلية أو شبكة الإنترنت أو الاتصال فيما بين هذه الأجهزة. تُعدّ هذه التقنية وسيلة اتصال مرنة جداً ضمن منطقة التغطية التي يمكن أن تصل حتى قطر 100 متر، ويمكن تحقيق اتصال بين مجموعة أجهزة تلاؤمية ad-hoc من دون المرور بالمحطة المركزية ومن دون أي تخطيط سابق. ولا تحتاج هذه الشبكات إلى أي تمديدات، فهي مناسبة جداً في الأبنية الأثرية. وهي لا تتأثر بالكوارث الطبيعية كالزلازل والحرائق، على الرغم من أن معدل البيانات منخفض نسبياً، ويصل في بعض إصداراتها إلى 54 ميغا بت بالثانية. ظهر الإصدار IEEE802.11n الذي يتيح سرعة نقل بيانات تصل إلى 300 ميغا بت بالثانية، ومن المتوقع في المستقبل زيادة هذه السرعة عن طريق تطويع مجالات ترددات راديوية عالية جديدة واستخدام تقنيات إرسال جديدة. وتجدر الإشارة إلى أن تشارك كل التجهيزات الواقعة ضمن مجال التغطية لنقطة النفاذ في سرعة النقل المذكورة. وتتشارك تلك التجهيزات أيضاً بوسط الإرسال. ولذا تتناقص سرعة نقل معطيات أي جهاز فعلياً مع زيادة عدد تلك التجهيزات.
تعتمد هذه التقنية على العديد من تقنيات الاتصال الراديوي المعروفة حالياً. فعلى سبيل المثال، تستخدم الشبكات اللاسلكية - للنفاذ والتشارك في الوسط الراديوي - تقنية النفاذ المتعدد باقتسام الزمن
time division multiple access (TDMA)أو تقنية النفاذ المتعدد باقتسام الرمز code division multiple access (CDMA). واستُخدمت حديثاً لزيادة سرعة نقل المعطيات تقنية التجميع باقتسام الترددات المتعامدة orthogonal freuency division multiplexing (OFDMء( )ونظم الحوامل الترددية المتعددة multicarrier
تنحصر المشكلات الأساسية التي تعترض انتشار الموجات الراديوية في الشبكات اللاسلكية بظاهرة انكسار الموجات الكهرطيسية وانعكاسها وتشتتها عند السطوح الفاصلة بين أوساط النقل المختلفة وظهور مسألة تعدد المسارات multipath .
يُستخدم في هذه التقنية أحدث أساليب معالجة الإشارة، وطرق التباين الفراغية أو الزمنية لمعالجة المشكلات الأساسية السابقة التي تعترض انتشار الموجات الراديوية، وتؤدي إلى نشوء أخطاء في المعطيات، وجعل الرزم المرسلة عديمة الفائدة. وقد يُضطر المرسل إلى إعادة الإرسال عدة مرات، ومن ثم تدني إنتاجية throughput الشبكة إجمالاً.
-3- شبكة المناطق الحضرية (شبكة المدينة)اللاسلكية (WMAN )ء(wireless metropolitan area networK :
طُوّرت هذه التقنية وفق المعيار العالميIEEE802.16 وإصداراته المتعددة، ويسمى المعيار أيضاً بــ « واي ماكس «WiMax.تغطي هذه الشبكة مساحة فيزيائية كبيرة، تعادل مساحة المدينة تقريباً. وتُشغّل هذه الشبكة من جهات حكومية أو من شركات ضخمة، وتقدّم أداءً ممتازاً يُقارن بما تقدّمه وصلات المعطيات السلكية، مثل وصلة خط المشترك الرقمي غير المتناظر ADSL أو الخطوط E1 . ويمكن تنفيذ هذه الشبكة في المدن التي يصعب فيها تنفيذ بنية تحتية تقليدية سلكية، أو للتغلب على المصاعب الفيزيائية لتمديد كِبال الاتصالات.
توفر هذه التقنية لملايين المشتركين وسيلة اتصال وخدمات عريضة المجال مرنة وفعالة للاستخدام في المنزل أو العمل (الشكل 2). صُمّم المعيار IEEE802.16a ليعمل أصلاً عند الترددات 10-66 غيغا هرتز ويحقق الاتصال الفعلي اللاسلكي لما وراء الأفق، بحيث تغدو هذه الطريقة الوسيلة المثالية المناسبة لتطبيقات «اlast mileالميل الأخير» (أي الوصلة النهائية إلى المشترك). وتغطي هذه التقنية منطقة نصف قطرها حتى 30 ميلاً، مقسمة إلى خلايا يصل قطر كل خلية إلى 6 أميال. وتمثل هذه التقنية طريقة للوصل المثالي للشبكات WLAN مع شبكة الإنترنت. ومن تطبيقاتها أيضاً تقديم خدمات المجال العريض بحسب الطلب حتى المنزل، مثل خدمة الاتصال الفيديوي بحسب الطلب video on demand أو الاتصال الهاتفي عبر الإنترنت VoIP
 |
| IEEE802.16 (WIMAX ) الشكل (2) تطبيقات تقنية |
تتميز هذه التقنية بإنتاجية عالية لمسافة طويلة نسبياً وبفعالية طيف ترددي عالية. ويسمح نمط التعديل المتوائم الديناميكي للمحطة المركزية بالمبادلة المربحة بين الإنتاجية والمسافة. وأخيراً اهتمت هذه التقنية اهتماماً كبيراً بأمن المعطيات المنقولة خلالها، كما اهتمت بجودة الخدمة quality of service (QoS ) التي يتطلبها الزبون. تتضمن هذه الشبكات أيضاً بعض الميزات الإضافية المهمة كالمحافظة على الخصوصية ودعم تشفير المعطيات المرسلة عبرها.
- 4 - شبكة المناطق الواسعة اللاسلكية wireless wide area network (ءWWAN)
تقدّم شبكات المناطق الواسعة اللاسلكية نفاذاً لاسلكياً شبكياً غير مقيّد؛ باستخدام الشبكات الخلوية أو النقالة لنقل المعطيات. يمكن بفضل تقنيات هذه الشبكات مثل general packet radio service (GPRS) و universal mobile telecommunication service (UMTS(ء و أيضا ً high speed downlink protocol access (HSDPA ) تحقيق معدل نقل معطيات يصل نظرياً إلى 10 ميغا بت بالثانية، منافسةً بذلك أي تقنية سلكية أخرى. لقد تطورت الشبكات الخلوية التي تدعم الشبكات العريضة اللاسلكية WWAN تطوراً سريعاً نتيجة تضافر العديد من الإنجازات التقنية المختلفة، حيث تُجهّز هذه الشبكات بتقنيات معقّدة جدّاً للتحقق من هوية المستخدمين، وضمان نفاذ المستخدم المخوّل فقط إلى الشبكة. وفي هذه الشبكات؛ ثمة محطات قاعدية عديدة يقودها متحكم واحد. ويسمح المتحكم للمستخدمين بالانتقال بين هذه المحطات مبدأ الخلايا نفسه. وقد تطورت هذه الشبكات تطوراً كبيراً من خلال أجيال متعاقبة G1, G2, G2.5, G3 وحديثاً ظهر الجيل الرابع G4 لهذه الشبكات. تعتمد هذه التقنية أساساً على طريقة النفاذ باقتسام الرمز CDMA وتعديلاته وبالأخص النفاذ العريض المجال W-CDMA .
- 5 - نظم اتصالات السواتل satellite systems
تُعدّ الاتصالات عبر السواتل من التقنيات الحديثة نسبياً والأكثر كلفة حتى الآن، وهي تتطور بسرعة كبيرة، وتتنوع تطبيقاتها. وهي من التقنيات التي تشمل وتخدم الطرفيات الثابتة أو الطرفيات المتحركة على مساحة جغرافية عالمية، وتتخطى بذلك الحدود الإقليمية في خدماتها. وترتبط تطبيقات هذه التقنية بنوع مدار الساتل حول الأرض؛ إذ يدور بعضها في مستوى خط الاستواء على ارتفاع 36000 كم فوق سطح الأرض، وبدور متزامن مع دوران الأرض geostationary earth orbit (GEO) لذلك تبدو هذه السواتل ثابتة بالنسبة إلى مراقب واقف على سطح الأرض. تُستخدم هذه السواتل أساساً للتطبيقات الإذاعية وإرسال البرامج المرئية أو السمعية إلى الأرض، وللاتصالات الهاتفية العالمية، وقد تقوم بإرسال صور الأرض دورياً لاستخدامها للتنبؤ بالطقس. وتختلف الأنواع الأخرى للسواتل في مداراتها المائلة بالنسبة إلى مدار الأرض مثل السواتل ذات المدار المنخفض
low-earth orbit (LEO)والسواتل ذات المدار المتوسط (MEO) medium-earth orbit
- السواتل ذات المدار المنخفض ((LEO : يراوح بُعدها عن سطح الأرض بين 500 و 1500 كيلو متر وتكون مرئية من الأرض مدة 10-40 دقيقة، وهي تغطي في أثناء دورانها معظم سطح الكرة الأرضية، ولها بصمة تغطية footprint صغيرة. ويستطيع النظام بذلك إعادة استخدام التردد الراديوي على نحو جيد. تحتاج هذه النظم إلى العديد من السواتل لتغطية الأرض في الوقت نفسه. وتظهر الحاجة باستمرار إلى نقل وصلة المستخدم من ساتل إلى آخر من دون قطع الاتصال hand-over. ومثال ذلك النظامان إيريديوم Iridium وغلوبال ستار Globalstar.
- السواتل ذات المدار المتوسطة : (MEO)هي سواتل يراوح بُعد مدارها عن الأرض بين 5000 و 12000 كيلومتر. ومقارنةً بالسواتل LEO؛ فهي تتحرك بحركة أبطأ، ويتطلب تحقيق التغطية الشاملة عدداً أقل من السواتل. ولذا فالنظام أبسط، ولا حاجة إلى نقل وصلة المستخدم من ساتل إلى آخر . يُقدّر تأخير الاتصال من 70-80 ميلي ثانية، ولكنها تحتاج إلى استطاعة أكبر للإرسال وهوائيات خاصة. ومن أمثلتها: نظام إنمارسات
( الذي ظهر في العام2000) Inmarsat المستخدم في الاتصالات ونقل المعطيات بين السفن المتنقلة حول العالم ،ونظام تليديسيك Teledesic ( الذي ظهر في العام2003 ).
 |
| الشكل (3): نظم التصالات الساتلية |
إن تطبيقات هذه التقنية عموماً متنوعة تنوعاً كبيراً؛ وبحسب نوع مدارها، فمنها سواتل التنبؤ بالطقس، والسواتل ذات التطبيقات العسكرية، والسواتل الملاحية global positioning system ( GPS )، وسواتل الاتصالات النقالة وإرسال المعطيات، وسواتل التلفزة ر TV وغيرها.
تدعم هذه التقنية نظم الاتصالات الأرضية، وتوفر لها العمود الفقري اللازم لتشكيل الشبكات العالمية. وقد تكون بديلاً من الأكبال الضوئية في بعض الحالات، كما هو الحال في بعض المناطق النائية. ويمكن عدّ نظم السواتل مثل الثريا أو الإيريديوم توسعاً عالمياً للاتصالات المحمولة الخلوية وأنظمة رديفة لنظام الاتصال النقال(GSM) ء global system for mobile communication المحلي.
تعمل هذه التقنية عند ترددات راديوية تراوح بين 1.8غيغاهرتز و 64 غيغاهرتز للوصلات الراديوية البينية بين السواتل ذاتها، وهي تحقق أساس الاتصالات الهاتفية الرقمية، أو توفر خدمة نقل معطيات تصل في بعض الحالات إلى 64 ميغا بت بالثانية.
تجدر الإشارة إلى توفر نظم لاسلكية عديدة أخرى قد تتداخل في التصنيف مع النظم المذكورة آنفاً، منها مثلاً نظم الإذاعة اللاسلكية الأرضية الراديوية، وخطوط الاتصال اللاسلكية النقطية (الوصلات الراديوية أو المكروية) ، ونظام الهاتف النقال GSM وغيرها.
|
مراجع للاستزادة: - V. K. Garg, Wireless Communication and Networking, Elsevier Inc., 2007. - J. H. Schiller, Mobile Communications, Pearson Education Limited, 2003. - X. Wang and H. V. Poor, Wireless Communication Systems: Advanced Techniques for Signal Reception, Prentice Hall Professional, 2004. |
- التصنيف : هندسة الاتصالات - النوع : هندسة الاتصالات - المجلد : المجلد الأول - رقم الصفحة ضمن المجلد : 132 مشاركة :
اخترنا لكم
المجلدات الصادرة عن موسوعة العلوم والتقانات
