الحلقة الدراسية الثانية الشبكات الاسلكية
الشبكات اللاسلكية.
سنتناول إن شاء الله في هذا الدرس البنود التالية:
1- وصف للخصائص الرئيسية للشبكات المحلية اللاسلكية.
2- سرد لمميزات وعيوب الراديو أحادي التردد كوسط ارسال لاسلكي.
3- شرح لطريقة استخدام راديو الطيف الانتشاري أو متعدد التردد في الشبكات اللاسلكية.
4- سرد لمميزات وعيوب موجات الأشعة تحت الحمراء كوسط ارسال لاسلكي.
توفر الأسلاك خيارات فعالة لتبادل البيانات والموارد عبر الشبكات ،ولكن الأسلاك كوسط إرسال لا يخلو من العيوب ،
يعتبر العيب الأساسي للأسلاك هو عدم مرونته ، فإن الأسلاك إذا مدت وركبت يصبح من الصعب نسبيا إعادة تركيبها في مكان آخر دون بذل جهد ومضايقة للمستخدمين ، كما أنها لا توفر اتصالا للمستخدمين كثيري التنقل.
بدأت الشبكات المحلية اللاسلكية ًWireless LAN تشكل خيارا فعالا للتشبيك في الآونة الأخيرة ، والسبب في ذلك
يتلخص في :
1- التطورات المتلاحقة في التقنيات والمنتجات اللاسلكية.
2- الإنخفاض المتواصل في الأسعار ، نظرا للتنافس المتزايد بين المصنعين.
3- الطلب المتزايد على هذه الشبكات بسبب الحرية الكبيرة التي توفرها للمستخدمين في التنقل دون أن يؤثر ذلك على عملهم.
يمكن تشبيه الشبكات اللاسلكية بشبكات الهاتف المحمول فالمستخدم يستطيع التنقل إلى أي مكان يحلو له ويبقى مع ذلك متصلا بشبكته ما دام يقع في المدى الذي تغطيه الشبكة.موصلة بأسلاك وأجهزة أخرى.
قد يكون مصطلح لاسلكي مضلل نوعا ما فأغلب الشبكات لا تكون لاسلكية تماما ، ففي أغلب الأحيان هذه الشبكات عبارة عن خليط من الأجهزة الموصلة بأسلاك وأجهزة أخرى موصلة لاسلكيا ، هذا النوع من الشبكات يطلق عليها هجينة Hybrid
تستطيع المكونات اللاسلكية أداء المهام التالية:
1- توفير اتصالات مؤقتة لشبكات سلكية في حال فشل هذه الأسلاك بتوفير الاتصال المطلوب لأي سبب كان.
2- المساعدة في عمل نسخة احتياطية من البيانات على شبكة سلكية اللى جهاز متصل لاسلكي.
3- توفير درجة من الحرية في التناقل بين المستخدمين في شبكة سلكية .
تعتبر الشبكات اللاسلكية مفيدة في الحالات التالية :
1- توفير اتصالات في الاماكن المزدحمة.
2- توفير اتصالات للمستخدمين كثيري التنقل .
3- بناء شبكات في الاماكن المعزولة التي يصعب توصيلها في اسلاك .
محطة العمل اللاسلكية تبدو وتعمل بشكل مشابه للمحطات السلكية والاختلاف الوحيد يتمثل في وسط الارسال المستخدم .
كل جهاز في الشبكات اللاسلكية يحتوي على بطاقة شبكة لاسلكية مع مرسل مستقبل Transceiver لاسلكي.
يقوم Transceiver بإذاعة واستقبال الاشارات من والى اجهزة الكمبيوتر المحيطة به.
اما في الشبكات الهجينة فان Transceiver يسمح للأجهزة اللاسلكية بالاتصال مع الاجهزة المكونة للشبكة السلكية.
هناك ثلاث تقنيات اساسية تستخدم في ارسال البيانات في الشبكات اللاسلكية المحلية :
1- موجات الراديو احادية التردد Single-frequency radio وتسمى احيانا موجات الراديو عالية التردد ضيقة النطاق Narrow-Band High-Frequency Radio.
2- موجات راديو الطيف الانتشاري spread-spectrum radio.
3- موجات الاشعة تحت الحمراء infrared.
يعمل الاتصال الراديو في شبكات الكمبيوتر بشكل مشابه لما هو علية في شبكات الاذاعة ، فالجهاز المرسل يقوم بإرسال اشاراته باستخدام تردد معين يقوم الجهاز المستقبل بضبط تردده ليوافق مع تردد الجهاز المرسل لكي يتمكن من استقبال الاشارات .
الاختلاف الوحيد بين شبكات الكمبيوتر الراديوية وشبكات الاذاعة هو ان الشبكات الراديوية تقوم بإرسال البيانات وليس الرسائل الصوتية كما في شبكات الاذاعة .
يعمل Transceiver احادي التردد كما يظهر ممن اسمه باستخدام تردد واحد فقط .
تستطيع انظمة الراديو احادي التردد Single-frequency radio العمل باستخدام اي تردد ينتمي الى مدى الترددات الراديوية( Single-frequency(R Fوالتي تقاس بالجيجا هرتز(GHz(0^9Hz,وذالك لأنها توفر معدلات ارسال اعلى للبيانات .
بشكل عام فان انظمة الارسال الراديو سهلة التركيب و الاعداد،ولكن استخدام انظمة عالية الطاقة لتغطية مساحات كبيرة يعتبر اكثر تعقيدا لأنها تستخدم اجهزة عالية الجهد وتحتاج الى صيانة مستمرة وأيدي عاملة خبيرة.
الاعداد السيئ لأجهزة التردد الاحادي قد يؤدي الى:
1- اشارات مزيفة.
2- استخدام ضعيف لقوة الارسال.
3- معدلات ارسال بيانات منخفض.
يعتمد التوهين في الاشارات الراديوية على تردد وقوة الاشارة المرسلة،فكلما ارتفع التردد وقوة الاشارة كلما اصبح التوهين اضعف.
وحيث ان اجهزة الراديو ذات التردد الاحادي رخيصة الثمن وتعمل باستخدام تردد منخفض باستخدام تردد منخفض وقوة محدودة فأنها عادة تعاني من معدلات توهين عالية،ولهذا فأنها لا تستطيع تغطية مساحة كبيرة ولا تستطيع المرور خلال الاجسام الكثيفة والمصمتة .
بشكل عام تعتبر اجهزة الراديو احادي التردد اقل تكلفة من غيرها من الوسائط اللاسلكية وتعمل بترددات اكثر انخفاضا ولا تتجاوز قوة اكثر من وات واحد.
تتراوح سرعة نقل البيانات في الشبكات الراديوية احادية التردد بين1 ميجابت في الثانية و 10 ميجابت في الثانية .
تعتبر اشارات الراديو احادي التردد عرضة للتداخل الكهرومغناطيسي وخاصة في مدى التردد المنخفض والذي يتداخل مع موجات اجهزة المستهلكين مثل اجهزة فتح ابواب مراب السيارات.
اعتراض الاشارات والتجسس عليها في هذه الانظمة امر غاية في السهولة اذا عرف تردد الارسال.
اما شبكات راديو الطيف الانتشاري او متعدد التردد –spectrum radio spread فهي تعتبر التقنية الاكثر استخداما في الشبكات اللاسلكية ، وقد طورت هذه التقنية اول مرة من قبل الجيش الامريكي خلال الحرب العالمية الثانية لمنع عملية التجسس على الارسال الراديوي.
تستخدم شبكات راديو الطيف الانتشاري عدة ترددت معا لنقل الاشارة مما يقلل من المشاكل المتعلقة بالإرسال احادي التردد .
هناك تقنيتان اساسيتان تستخدمان في شبكات راديو الطيف الانتشاري هما :
1- التتابع المباشر Direct Sequence Modulation.
2- القفزات الترددية Frequency Hopping .
تعتبر تقنية التتابع المباشر اكثر استخداما من التقنية الاخرى.
تقوم تقنية التتابع المباشر بإرسال بياناتها لشفرة عبر مجموعة من ترددات الراديو في نفس الوقت تقوم ايضا بإضافة بتأت من البيانات المزورة التي ليس لها فائدة سوى تضليل الاجهزة المستقبلة غير المرخص لها باستقبال هذه البيانات ، يطلق على البنات المزورة اسم chips.
يعرف الجهاز المرخص له بالاستقبال مسبقا الترددات التي ستحتوي على بيانات صالحة فيقوم بجمع هذه البيانات واستبعاد الاشارات غير الصالحة.
اما في تقنية القفزات الترددية Frequency Hopping فإن الاشارات تنتقل بسرعة من تردد إلى آخر ويكون هناك تفاهم مسبق بين الجهاز المرسل والجهاز المستقبل على استخدام نموذج معين في تنظيم القفزات بين الترددات المختلفة والفترات الزمنية التي افصل بين كل قفزة وأخرى.
يتبع كل مصنع أو منتج نموذجه الخاص في الخوارزمية المتبعة في القفزات الترددية التي يستخدمها الجهازين المرسل والمستقبل.
تعتبر سرعة نطاق البث في تقنية القفزات الترددية أكبر منها في تقنية التتابع المباشر وذلك نتيجة لأن كل الترددات في النطاق تكون متاحة للإستخدام من قبل تقني القفزات الترددية عكس تقنية التتابع المباشر التي تستخدم مجموعة من الترددات ولكن لبس كلها.
تعتبر أنظمة الطيف لممكن الحصول على الانتشاري معتدلة التكلفة نسبيا وذلك وفقا للأجهزة المستخدمة.
تتراوح سرعة نقل البيانات في هذا النظام ما بين 2 و 6 ميجابايت في الثانية ولكن مع استخدام طاقة أكبر ونطاق أعلى من التردد من الحصول على سرعات أكبر بكثير.
ولكن نظرا لاستخدام طاقة منخفضة للإرسال في الشبكات متواضعة التكاليف فإنها تكون عرضة لتوهين ، اما بالنسبة للتداخل الكهرومغناطيسي فنلاحظ أن نظام راديو الطيف الانتشاري يعتبر أكثر مناعة ضد هذا التداخل من الأنظمة ألأخرى وممكن توضيح ذلك بأن الإشارات يتم بثها عبر ترددات مختلفة وبالتالي فإن أي تداخل قد يتم مع أحد هذه الترددات دون غيرها مما لا يؤثر على الإشارة ككل و التي تكون موزعة على ترددات مختلفة مع ملاحظة أنه مع زيادة معدل نقل التداخل نظرا لزيادة معدل استخدام الترددات المعرضة للتداخل في وقت معين.
اعتراض إشارات راديو الطيف الانتشاري ممكن ولكن التجسس على هذا الإشارات فشبه مستحيل وخاصة أن التجسس لا يعرف الترددات المختلفة المستخدمة في الإرسال ولا يعرف التفريق بين الصالحة و الطالحة.
تستخدم بعض الشبكات اللاسلكية الضوء لنقل البيانات وهي نوعان :-
1- شبكات الأشعة تحت الحمراء.
2- شبكات الليزر وهي توفر سرعات عالية جدا لكن تكلفتها مرتفعة جدا أيضا.
ترسل البيانات باستخدام ديود باث للضوء Light Emitting Diode (LED) أو ديود قاذف الليزر Injection Laser Diode (ILD) .
إشارات الأشعة تحت الحمراء لا تستطيع اختراق الجدران أو الأجسام الصلبة كما أنها تضعف إذا تعرضت لإضاءة شديدة .
إذا انعكست إشارات الأشعة تحت الحمراء عن الجدران فإنها تخسر نصف طاقتها مع كل انعكاس ، ونظرا لمداه وثباتها المحدود فإنها تستخدم عادة في الشبكات المحلية الصغيرة.
يتراوح المدى الترددي الذي تعمل فيه الأشعة تحت الحمراء ما بين 10
0 جيجا هرتز و 300 تيراهرتز,
نظريا تستطيع الأشعة تحت الحمراء توفير سرعات إرسال عالية ولكن عمليا فإن السرعة الفعلية التي تستطيع أجهزة الإرسال بالأشعة تحت الحمراء أقل من ذلك بكثير.
تعتمد تكلفة أجهزة الأشعة الحمراء على المواد المستخدمة في تنقية وترشيح الأشعة الضوئية.
تستخدم شبكات الإرسال باستخدام الأشعة تحت الحمراء تقنيتان هما :-
1- نقطة إلى نقطة Point to point
2- إرسال منتشر أو إذاعي Broadcast
3- الإرسال العاكس Reflective
تتطلب تقنية نقطة إلى نقطة خطا مباشرا يسمح لكل من الجهاز المرسل والمستقبل رؤية أحدهما الآخر ، لهذا يتم تصويبهما بدقة ليواجه كل منهما الآخر ، فإذا لم يتوفر خط مباشر بين الجهازين فسيفشل الاتصال . أنظر الصورة.
ومثال على هذه التقنية هو جهاز التحكم بالتلفاز . ونظرا للحاجة إلى التصويب الدقيق للأجهزة فإن تركيب هذه الأنظمة فيه صعوبة .
تتراوح سرعة نقل البيانات باستخدام هذه التقنية بين بضع كيلو بتات في الثانية وقد تصل إلى 16 ميجابت في الثانية على مدى كيلومتر واحد.
يعتمد مقدار التوهين في إشارات الأشعة تحت الحمراء على كثافة ووضوح الأشعة المبثوثة كما يعتمد على الظروف المناخية وفي العقبات في طريق الأشعة ، وكلما كانت الأشعة مصوبة بشكل أدق كلما قل مستوى التوهين كما أنه يصبح من الصعب اعتراض الأشعة أو التجسس عليها.
أما تقنية الإرسال المنتشر فإن الأشعة يتم نشرها على مساحة واسعة ويطلق على شبكات الإرسال المنتشر أحيانا شبكات الأشعة تحت الحمراء المباشرة Scatter Infrared Network . أنظر الصورة.
وفي هذه التقنية نجد أن نقل الأجهزة ووضعها يكون أكثر مرونة كما أن جهازا واحدا يستطيع الاتصال مع أكثر من جهاز في وقت واحد وهذا الأمر يعتبر ميزة من ناحية وعيب من ناحية أخرى حيث أنه يسمح لاعتراض الإشارة والتجسس عليها .
ونجد أن سرعة نقل البيانات في هذه التقنية اقل منها في التقنية السابقة فهي لا تجاوز 1 ميجابت في الثانية ومرشحة للزيادة في المستقبل ، ولكن في المقابل فإن إعدادها اسرع وأسهل وأكثر مرونة ، وهي أيضا تتأثر سلبا بالضوء المباشر وبالعوامل الجوية ، ولا يتجاوز المدى الذي تغطيه هذه التقنية إذا كانت طاقتها ضعيفة بضع عشرات الأمتار .
أما النوع الثالث وهو العاكس Reflectiveفهو عبارة عن دمج للنوعين السابقين ، وفيه يقوم كل جهاز بالإرسال نحو نقطة معينة وفي هذه النقطة يوجد Transceiverيقوم بإعادة إرسال الإشارة إلى جهاز المطلوب . أنظر الصورة .
ملخص الدرس:
توفر الشبكات اللاسلكية فوائد كثيرة وهي تنقسم إلى ثلاث أنواع الراديو أحادي التردد وراديو الطيف الانتشاري والأشعة تحت الحمراء.
تعمل شبكات الراديو أحادي التردد باستخدام تردد واحد ، بينما تستخدم شبكات راديو الطيف الانتشاري مجموعة من الترددات وهي تنقسم إلى نوعين : التتابع المباشر والقفزات الترددية.
تنقسم شبكات الأشعة تحت الحمراء إلى قسمين : نقطة إلى نقطة والإرسال الانتشاري والعاكس .
