التقنية اللاسلكية الأمينة (واي فاي)
تقنيه لاسلكيه امينه (واي فاي)
Wireless fidelity (WIFI) technique -
التقنية اللاسلكية الأمينة (واي فاي)
نادر خضرو
مفاهيم أساسية في التقنية اللاسلكية الأمينة
معايير التقنية اللاسلكية الأمينة
محاسن التقنية اللاسلكية الأمينة
محددات التقنية اللاسلكية الأمينة
التقانات الحديثة في التقنية اللاسلكية الأمينة
يُعدّ المصطلح واي فاي Wi-Fi (Wireless Fidelity)- أي التقنية اللاسلكية الأمينة - مصطلحاً شائعاً لكنه غير صحيح؛ لأن هذا النوع من الاتصالات أبعد ما يكون عن الأمان؛ لأنه من أكثر أنواع الاتصالات القابلة للاختراق. لذلك من المفضل استخدام المصطلح واي فاي بدلاً من ترجمته غير المعبرة، والتي استخدمت في البداية لأغراض تسويقية مقارنة بالمصطلح High Fidelity (Hi-Fi).
وتعرّف تقنية الواي فاي بأنها تقنية الشبكات المحلية اللاسلكية التي تسمح للأجهزة الإلكترونية بالتشارك في شبكات الحواسيب باستخدام المجال الترددي العالي جداً Ultra High Frequency (UHF) بعرض حزمة ترددية في المجال2.4 غيغاهرتز والمجال الترددي الفائق العلو Super High Frequency (SHF) بعرض حزمة ترددية في المجال 5غيغاهرتز.
مفاهيم أساسية في التقنية اللاسلكية الأمينة
يعرّف تحالف الواي فايWi-Fi Alliance هذه التقنية بأنها منتج شبكة محلية لاسلكية WLAN تعتمد معايير IEEE 802.11. وقد اعتُمد الاسم Wi-Fiعلامة تجارية لتحالف الواي فاي، وتستخدم هذه العلامة لكل منتجات الواي فاي التي أدت بنجاح اختبارات المصادقة المطلوبة من قبل التحالف.
هناك الكثير من الأجهزة التي تستخدم شبكات الواي فاي مثل الحواسيب الشخصية والهواتف النقالة الذكية وألعاب الفيديو والكاميرات الرقمية والحواسيب اللوحية ومشغّلات الصوت الرقمية. ويراوح مجال الاتصال بشبكات الواي فاي بين 20متراً داخل الأبنية وعدة كيلومترات خارجها، وذلك بحسب استطاعة الأجهزة المستخدمة ونوع هوائيات الإرسال وربحها.
وتُعد شبكات الواي فاي أقل أماناً من شبكات الاتصال السلكية مثل الإثرنتethernet ؛ لأن أيَّ متطفل على الشبكة لا يحتاج إلى وصل فيزيائي للولوج إلى شبكة الاتصال. وقد طورت عدة تقنيات تشفير لزيادة أمان شبكات الواي فاي مثل تقنية الخصوصية المكافئة السلكية Wired Equivalent Privacy (WEP) التي كُسِرت بسهولة. ثم أضيفت لاحقاً تقنية شبكة واي فاي محمية النفاذ Wifi Protected Access (WAP) لزيادة المناعة لاتصالات الواي فاي.
وأطلق تحالف الواي فاي المصطلح "واي فاي" تجارياً في عام 1999لجاذبيته أكثر من تعريفه التقني الذي يعني الاتصال باستخدام تقنية الطيف المنثور- السلسلة المباشرةDirect SequenceIEEE 802.11b- فقد استُعين بشركة استشارية تُعنى باختيار أسماء المنتجات، فاقترحت المصطلح Wi-Fi بتحريف المصطلح Hi-Fi المعروف سابقاً، والذي يعني "العالي الأمان"، وذلك بغية التسويق للمنتج الجديد؛ فاعتمدت العلامة التجارية المعروفة حالياً.
الاتصال بالإنترنت (الشابكة)
تُستخدم تقنية الواي فاي لتوفير الاتصال بالإنترنت للأجهزة والمعدات التي تقع ضمن مجال تغطية الشبكة اللاسلكية، وهو يراوح عادة بين عدة أمتار وبضعة كيلومترات مربعة. وقد تتطلب تغطية المساحات الواسعة اعتماد عدد من نقاط الولوج مع تقاطع مناطق التغطية فيما بينها.
توفر اتصالات الواي فاي تخديم المنازل والمكاتب والمناطق المفتوحة مثل المطارات، أو المرافق العامة مثل الفنادق التي توفر لزبائنها الخدمة المجانية للاتصال بالإنترنت.
وتوفر الموجّهات routers - المربوطة بخطوط رقمية Digital Subscriber Line (DSL) والمزودة بنقاط ولوج واي فاي- الاتصال بالإنترنت من طريق الكبل أو لاسلكياً.
التغطية على مستوى المدن
أعلنت عدة مدن حول العالم في بداية عام 2000خططها لإنشاء شبكات واي فاي تغطي كامل مساحات تلك المدن. وفي عام 2004أنشئت شبكة واي فاي تغطي مدينة مايسورMysore الهندية كاملة وبعض ضواحيها. وفي عام 2005 أصبحت مدينة صني فيل Sunnyvale في ولاية كاليفورنيا الأمريكية أول مدينة في الولايات المتحدة تقدم خدمة الواي فاي المجانية على مساحة المدينة كاملة. وانضمت مدينة لندن إلى المدن المغطاة بخدمة الواي فاي في عام2012 . وقدمت مدينة سيئول عاصمة كوريا الجنوبية في عام 2015دخولاً مجانياً في الإنترنت لنحو 10000 موقع حول المدينة يشمل الأماكن ذات الكثافة السكانية العالية والطرق العامة، وتبلغ كلفة المشروع نحو 44 مليون دولار.
الاتصال المباشر بين الحواسيب
توفر تقنية الواي فاي المباشر WiFi-Direct الاتصال بين حاسوب وآخر لاسلكياً من دون أي نقطة ولوج وسيطة. وقد أثبتت هذه الشبكات شعبيتها في مجال الألعاب الإلكترونية التنافسية التي تحتاج إلى أكثر من لاعب؛ مثل Playstation من شركة سوني. وأعلن تحالف الواي فاي في عام 2010 الخصائص الفنية للاتصال اللاسلكي المباشر الذي يُستخدم في مشاركة ملفات الصوت والصورة حيث النقل بسرعة الواي فاي باستخدام خصائص السرية المتاحة باتصالات الواي فاي.
معايير التقنية اللاسلكية الأمينة
تعتمد اتصالات الواي فاي على أحد المعايير IEEE802.11 التي طورها معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات هيئة (IEEE) Institute Of Electronics and Electrical Engineers في نيوجيرسي في الولايات المتحدة الأمريكية وهي بحسب تسلسلها الزمني:
1- المعيار 802.11a: هو معيار إرسال المعطيات، وأُطلق في عام 1999 باستخدام شبكة اتصالات لاسلكية، وهو يستخدم حزمة ترددية في المجال 5GHz ، ويحقق نقل معطيات بسرعة 54 ميغا بت بالثانية.
2- المعيار المقْيَس 802.11b: يستخدم حزمة ترددية في المجال 2,4GHz، ويحقق نقل معطيات بسرعة 11 ميغا بت بالثانية. وأُطلق مع المعيار 802.11a، واستُخدم في تصنيع معظم الموجِّهات في ذلك الوقت؛ فأصبح الأكثر استخداماً.
3- المعيار 802.11g: يستخدم حزمة ترددية في المجال 2,4GHz، ويحقق نقل معطيات بسرعة 54 ميغا بت بالثانية، ولقد أُطلق في عام 2003؛ ليتفوق على المعيار 802.11b.
4- المعيار 802.11n: أُطلق في عام 2007ليدعم الاتصالات ذات المدى الأبعد من المعايير السابقة وبسرعة معطيات أعلى. ويستخدم المعيار 802.11nنظام اتصالاتمتعدد المداخل - متعدد المخارج (MIMO)Multiple Input-Multiple Output؛ إذ يمكن إرسال المعطيات بأكثر من مسار؛ ممّا أدى إلى مضاعفة مدى الاتصال ومضاعفة سرعة النقل التي زادت على 100 ميغا بت بالثانية. ويمكن زيادة السرعة حتى 500 ميغا بت بالثانية؛ أي ما يعادل خمسة أضعاف سرعة نقل شبكات الإثرنت ذات معدل النقل 100 ميغا بت بالثانية.
5- المعيار (WiFi 5) 802.11ac: يعد تطويراً للمعيار 802 .11n من حيث مدى الاتصال وسرعة النقل. ويستخدم المعيار 802.11acحزمة ترددية في المجال 5غيغاهرتز؛ ممّا يقلل التداخل الراديوي مع الأجهزة التي تستخدم الحزمة 2.4 غيغاهرتز مثل الهواتف المنزلية اللاسلكية وأجهزة مراقبة الأطفال لاسلكياً والموجهات القديمة. وأطلق في عام 2013ليحقق سرعة نقل تصل إلى 1.3 غيغا بت بالثانية باستخدام ثلاثة مسارات للمعطيات، وهذه السرعة تجعله أسرع من الإثرنت الحالية Gigabit Ethernet التي تنقل المعطيات بسرعة 1 غيغا بت بالثانية.
6- المعيار 802.11ax (WiFi 6)الذي أطلق عام 2019، ويوفر معدل بيانات إجمالياً أقصى يصل إلى 9.6 غيغابت في الثانيةعبر نطاقات 5 غيغاهرتز.
والمعيار Wi-Fi 6E هو امتداد للمعيارWi-Fi 6 الذي يسمح بالبث عبر نطاق 6 غيغاهرتز الجديد؛ مما يزيد من سعة الشبكة المتاحة، ويقلل التداخل. وتتوفر أيضاً شبكات Wi-Fi 7 وWi-Fi 8 في الأفق، مع سرعات أعلى وميزات محسنة.
محاسن التقنية اللاسلكية الأمينة
توفر اتصالات الواي فاي الإنشاء الرخيص لشبكات اتصال محلية LANs في الأماكن التي يصعب فيها إنشاء شبكة سلكية؛ مثل الأبنية التاريخية والمساحات المكشوفة خارج الأبنية.
وقد بنيت محولات الشبكة اللاسلكية في معظم الحواسيب المحمولة والهواتف النقالة، وهي منخفضة السعر كثيراً؛ مما جعل تقنية الواي فاي الخيار الاقتصادي الأفضل للشبكات المحلية، وأتاح إدراج هذا الخيار في كثير من الأجهزة الإلكترونية.
محددات التقنية اللاسلكية الأمينة
لا يعدّ التخصيص الطيفي لإشارة الواي فاي ثابتاً في كلِّ أرجاء العالم؛ فعلى سبيل المثال تسمح أستراليا وأوربا بإضافة قناتين إلى القنوات ال 11المسموح بها في الولايات المتحدة من أجل عرض حزمة في المجال الترددي 2.4 غيغاهرتز؛ في حين تعتمد اليابان ثلاث قنوات إضافية؛ ليصبح عدد القنوات المتاحة 14 قناة.
وتُحدَّد استطاعة الإرسال في شبكات الواي فاي بـ 20dBm أو 100 ميلي واط؛ ممّا يؤثر في مدى الاتصال.
وأدى تطوير المعيار802.11 - ليدعم سرعات عالية لنقل المعطيات - إلى زيادة عرض المجال الترددي المطلوب؛ إذ إن المعيار 802.11n يستخدم عرض مجال ترددي 40ميغاهرتز لكل قناة مقارنة بالمعيار 802.11a أو المعيار 80211.g اللذَين يستخدمان عرض مجال 20ميغاهرتز فقط.
وتعدّ اتصالات الواي فاي من الاتصالات العالية الاستهلاك للطاقة مقارنةً بأنواع أخرى ذات استهلاك قليل للطاقة، مثل اتصالات البلوتوث bluetooth التي توفر مدى أقل بكثير من اتصالات الواي فاي، ومثل اتصالات نوع ZigBee ذات المدى المعقول؛ ولكن بسرعة نقل أدنى بكثير من اتصالات الواي فاي. وأدى الاستهلاك العالي للطاقة في أجهزة الواي فاي إلى الانتباه لمسألة عمر المدخرات المستخدمة وإيجاد الوسائل التقنية لزيادة عمر هذه المدخرات.
مدى الاتصال
يعتمد مدى الاتصال لإشارات الواي فاي على كلٍّ من حزمة التردد واستطاعة الخرج الراديوية ونوع الهوائي المستخدم وربحه gain. ويصل مدى الأجهزة التي تدعم المعيار 802.11a والمعيار 802.11g إلى 100متر باستخدام هوائي عمودي يبث استطاعة متساوية في الاتجاهات جميعها؛ في حين يصل مدى الأجهزة نفسها إلى 30 كيلومتراً باستخدام هوائي نصف قطع مكافئ ذي توجيهية وربح 15dB. ويتضاعف المدى السابق في الأجهزة التي تدعم المعيار 802.11n.
ويختلف مدى الاتصال باختلاف الحزمة الترددية المستخدمة؛ إذ إن الإشارات ذات الحزمة الترددية في المجال 2.4 غيغاهرتز تصل إلى مدى أكبر بقليل من الإشارات ذات الحزمة الترددية في المجال 5 غيغاهرتز، والمستخدمة في المعيار 802.11a. ويمكن زيادة المدى في الموجّهات ذات الهوائيات الخارجية القابلة للفصل بأن تستبدل بها هوائيات موجهة ذات ربح عالٍ.
ويمكن تحسين مدى الاتصال خارج الأبنية ليصل إلى عدة كيلومترات باستخدام هوائيات موجهة في كل من الموجّهات والأجهزة المتصلة بها، مع الأخذ بالحسبان أن الاستطاعة المرسلة محددة بالقوانين المحلية الناظمة تبعاً للبلد مثل FCC Part15 في الولايات المتحدة.
مخاطر أمن المعلومات
أظهرت الدراسات أن تقنية تشفير المعلومات اللاسلكية بتقنية الخصوصية المكافئة للسلكي WEP قابلة للكسر بسهولة؛ لذلك جرى تطوير تقنيات تشفير جديدة؛ مثل تقنيات الولوج المحمي (WPA, WPA2) التي أصبحت متوفرة في الأجهزة منذ عام 2003، والتي يمكن تجاوزها وكسرها أيضاً في كثير من المواقع. وتكون نقاط الولوج عبر الواي فاي عادة مفتوحة من دون تشفير، ولا سيما في الأماكن العامة؛ ممّا يجعل الأجهزة المتصلة تراقب المعلومات المتبادلة وتسجلها، ومن ذلك المعلومات الشخصية وكلمات المرور؛ لذلك يجب إدخال أنواع أخرى لحماية المعلومات المتبادلة مثل الشبكات الافتراضية الخاصة Virtual Private Network (VPN).
التقانات الحديثة في التقنية اللاسلكية الأمينة
تجهز المطارات بنيتها التحتية وشبكات الواي فاي لديها تلبية لاحتياجات الزوار والموظفين في المطار؛ مما يسمح لهم بتصفح المواقع الإلكترونية وإنجاز مهامهم بسلاسة. وبات تصنيفها مرتبطاً بمدى سرعة الإنترنت فيها وجودة الخدمات المقدمة على متن طائراتها. وتختلف شبكة واي فاي المطار عن سائر الشبكات اللاسلكية، فهي حساسة وتخضع لمعايير صارمة، أما شروط السلامة السبرانية؛ فتختلف عن شبكة الواي فاي المنزلية.
تحدد كل دولة معاييرها الخاصة لأنظمة المعلومات والاتصالات في الأماكن العامة؛ ولا سيما المطار الذي يعكس صورة عن التطور التقاني والابتكار بكل مقوماته؛ حيث توصل المعلومات الخاصة بالمسافرين وتنقل عبر الإنترنت. كما تستمر شركات الاتصالات بطرح باقاتها وتطبيقاتها الجديدة لتمكين الأنظمة الإلكترونية الإدارية في المطار ورفع مستوى أمن المعلومات هنالك. وتعكس هذه الأعمال التزام القطاع التقني توفير أفضل الممارسات للعملاء من مختلف أنحاء العالم. وتسعى شركات الطيران إلى توفير الجيل الخامس لتسريع حركة مرور البيانات ضمن زمن وصول منخفض. هذا وتعمل الجهات المعنية على تحسين شبكة التغطية ضمن المطاعم والمتاجر؛ ولا سيما الموجودة داخل المطار لتحسين الإنتاجية متضمنة هوائيات الاستقبال من السواتل.
وقد أعلنت شركة إنتلسات Intelsat - وهي أكبر مشغل متكامل للشبكات عبر السواتل والشبكات الأرضية في العالم ومزود رائد لأنظمة الاتصالات على متن الرحلات الجوية - إتمام اختبار الهوائي الصفيفي المُوجّه إلكترونياً Electronically Steered Array (ESA) الجديد الخاص بها على متن الرحلات الجوية بنجاح. ويُوفّر هذا الهوائي خدمة لإنترنت لاسلكي "واي فاي" عالمية تتمتع ببث سريع ومتاحة لشركات الطيران في جميع أنحاء العالم.
ويُعدّ الهوائي الصفيفي المُوجّه إلكترونياً من إنتلسات الهوائي الوحيد في قطاع الطيران المتاح في الأسواق والقادر على العمل مع كلّ من السواتل ذات المدار الأرضي المُنخفض والسواتل ذات المدار الثابت بالنسبة إلى الأرض. واستُخدم الهوائي الجديد - الذي أُعلن في حزيران/يونيو 2022- لساعات طيران مطوّلة تحقّق في أثنائها مهندسون من عدة شركات رائدة في قطاع الاتصالات من أداء الهوائي والشبكة.
وعرضت شركة إنتلسات هذا النظام الجديد بنجاح في مطلع عام 2023 أمام شركات الطيران العالمية على متن الطائرة الإقليمية "بومبارديه سي آر جيه -700" Bombardier CRJ700 الكندية والمُجهّزة بالهوائي الجديد ونظام "واي-فاي" على متن الطائرة. وبفضل سرعات التنزيل القصوى التي تجاوزت 275 ميغابت في الثانية تمكّن عملاء شركات الطيران من المشاركة في اجتماعات افتراضية مباشرة وبث الوسائط والبقاء على اتصال من دون انقطاع.
ومن خلال استخدام شبكات السواتل التابعة لشركتي إنتلسات ووان ويب OneWeb معاً؛ تستطيع إنتلسات أن تقدّم مزايا السواتل ذات المدار الأرضي المُنخفض المُتمثلة في وقت الكمون السريع إلى جانب التكرار الذي توفره السواتل ذات المدار الثابت بالنسبة إلى الأرض لمعالجة مسألة نقاط اتصال الشبكات التي لا تستطيع شبكات المدار الثابت بالنسبة إلى الأرض معالجتها وحدها. وسواء كانت هذه الطائرات تحلق فوق المناطق القطبية أم فوق أكثر المدن اكتظاظاً بالسكان في العالم؛ سيوفر الهوائي الصفيفي المُوجّه إلكترونياً تغطيةً سلسةً من لحظة الإقلاع حتّى الهبوط.
ويبلغ ارتفاع الهوائي -الذي لا يتعدى وزنه 40.8 كغ ولا يضمّ أيّ أجزاء متحرّكة- 8.89 سم فحسب، ويُثبّت على السطح العلوي للطائرة. وتمتاز المحطة الطرفية صغيرة الحجم باستطاعة كهربائية هي أقل بين المنتجات التي طرحتها شركة إنتلسات كافة، مما سيُسهم في الحدّ من انبعاثات ثنائي أكسيد الكربون لشركات الطيران.
مراجع للاستزادة: - G. Colbach, Wireless Networking: Introduction to Bluetooth and WiFi,Independently published 2017. - S. R Gulasekaran, S.G Sankaran, Wi-Fi 6 Protocol and Network, Artech House Publishers 2021. - J. Slingerland, Wi-Fi (How It Works), North Star 2022.
|
- التصنيف : كهرباء وحاسوب - النوع : كهرباء وحاسوب - المجلد : المجلد التاسع مشاركة :
اخترنا لكم
المجلدات الصادرة عن موسوعة العلوم والتقانات
