تعمل التقنيات اللاسلكية على نقل المعلومات عبر مسافة بين نقطتين أو أكثر دون الحاجة إلى توصيلها بأسلاك. يمكن استخدام الأشعة تحت الحمراء أو موجات الراديو أو الإشعاع البصري أو الليزر لنقل المعلومات.

يوجد حاليًا العديد من التقنيات اللاسلكية، والتي غالبًا ما يعرفها المستخدمون بأسمائهم التسويقية، مثل Wi-Fi، وWiMAX، وBluetooth. كل تقنية لها خصائص معينة تحدد نطاق تطبيقها.

هناك طرق مختلفة لتصنيف التقنيات اللاسلكية.

تصنيف النطاق:

• شبكات المناطق الشخصية اللاسلكية (WPAN). تتضمن هذه الشبكات تقنية البلوتوث.
• الشبكات المحلية اللاسلكية WLAN (الشبكات المحلية اللاسلكية). تتضمن هذه الشبكات شبكات Wi-Fi القياسية.
• الشبكات اللاسلكية على مستوى المدينة WMAN (شبكات المناطق الحضرية اللاسلكية). ومن أمثلة التقنيات واي ماكس.

التصنيف حسب التطبيقيو:

• الشبكات اللاسلكية للشركات (الإدارية) - التي أنشأتها الشركات لتلبية احتياجاتها الخاصة.
• شبكات المشغلين اللاسلكية - تم إنشاؤها بواسطة مشغلي الاتصالات لتقديم الخدمات مقابل رسوم.

يمكن أن تكون طريقة التصنيف القصيرة والموجزة هي عرض الخاصيتين الأكثر أهمية للتكنولوجيات اللاسلكية في وقت واحد على محورين: السرعة القصوى لنقل المعلومات والحد الأقصى للمسافة.

نظرة عامة موجزة عن تقنيات نقل البيانات اللاسلكية الأكثر شعبية

واي-فاي

تم تطوير "Wi-Fi" بواسطة اتحاد Wi-Fi Alliance استنادًا إلى معايير IEEE 802.11، وهي علامة تجارية لتحالف Wi-Fi. اسم هذه التقنية هو Wireless-Fidelity ("الدقة اللاسلكية")، قياسًا على Hi-Fi.

في الاستخدام المبكر، تمت التوصية بتركيب شبكة LAN لاسلكية حيث لم يكن نشر نظام الكابل ممكنًا أو مجديًا اقتصاديًا. حاليًا، تستخدم العديد من المؤسسات شبكة Wi-Fi، نظرًا لأن سرعة الشبكة تتجاوز بالفعل 100 ميجابت/ثانية في ظل ظروف معينة. يمكن للمستخدمين التنقل بين نقاط الوصول في جميع أنحاء منطقة تغطية شبكة Wi-Fi.

يمكن للأجهزة المحمولة (أجهزة المساعد الرقمي الشخصي والهواتف الذكية وأجهزة PSP وأجهزة الكمبيوتر المحمولة) المجهزة بأجهزة إرسال واستقبال Wi-Fi للعملاء الاتصال بشبكة محلية والوصول إلى الإنترنت من خلال نقاط الوصول أو نقاط الاتصال.

قصة

تم إنشاء شبكة Wi-Fi في عام 1991 بواسطة شركة NCR/AT&T (التي أصبحت فيما بعد شركة Lucent Technologies وAgere Systems) في نيويجين بهولندا. تم تقديم المنتجات المخصصة أصلاً لأنظمة نقاط البيع إلى السوق تحت العلامة التجارية WaveLAN وقدمت معدلات نقل بيانات تتراوح من 1 إلى 2 ميجابت/ثانية. منشئ شبكة Wi-Fi - فيك هايز ( فيك هايز) عمل ضمن فريق شارك في تطوير معايير IEEE 802.11b وIEEE_802.11a وIEEE_802.11g. تمت الموافقة على معيار IEEE 802.11n في 11 سبتمبر 2009. يتيح لك استخدامه زيادة معدلات نقل البيانات بما يقارب أربع مرات مقارنة بأجهزة 802.11g (التي تبلغ سرعتها القصوى 54 ميجابت في الثانية)، بشرط استخدامها في وضع 802.11n مع أجهزة 802.11n الأخرى. من الناحية النظرية، 802.11n قادر على توفير معدلات نقل بيانات تصل إلى 480 ميجابت في الثانية.

بلوتوث

تعد تقنية Bluetooth إحدى المواصفات الصناعية لشبكات المناطق الشخصية اللاسلكية. شبكة المنطقة الشخصية اللاسلكية، WPAN).

تم تطوير مواصفات البلوتوث بواسطة مجموعة Bluetooth Special Interest Group، التي تأسست عام 1998. وشملت إريكسون وآي بي إم وإنتل وتوشيبا ونوكيا. بعد ذلك، توصلت Bluetooth SIG وIEEE إلى اتفاق أصبحت بموجبه مواصفات Bluetooth جزءًا من معيار IEEE 802.15.1 (المنشور في 14 يونيو 2002). بدأت شركة Ericsson Mobile Communication العمل على إنشاء تقنية Bluetooth في عام 1994. في البداية، تم تصميم هذه التقنية وفقًا لاحتياجات نظام FLYWAY من أجل واجهة وظيفية بين المسافرين والنظام.

يمكن أن يصل نطاق البلوتوث إلى 100 متر.

واي ماكس (الإنجليزية) في جميع أنحاء العالم أناإمكانية التشغيل البيني للوصول إلى الميكروويف) هي تقنية اتصالات تم تطويرها لتوفير اتصالات لاسلكية عالمية طويلة المدى لمجموعة واسعة من الأجهزة (من محطات العمل وأجهزة الكمبيوتر المحمولة إلى الهواتف المحمولة). تم تطوير هذه التقنية بناءً على معيار IEEE 802.16، والذي يُسمى أيضًا Wireless MAN.

مجال الاستخدام

تم تصميم تقنية WiMAX لحل المشكلات التالية:

· ربط نقاط وصول الواي فاي ببعضها البعض وبأجزاء الإنترنت الأخرى.

· توفير إمكانية الوصول إلى النطاق العريض اللاسلكي كبديل للخطوط المؤجرة وDSL.

· توفير خدمات نقل البيانات والاتصالات عالية السرعة.

• إنشاء نقاط وصول غير مرتبطة بالموقع الجغرافي.

يتيح لك WiMAX الوصول إلى الإنترنت بسرعات عالية، مع تغطية أكبر بكثير من شبكات Wi-Fi. وهذا يسمح باستخدام التكنولوجيا كـ "قنوات رئيسية"، وامتدادًا لها هو خط المشترك الرقمي (DSL) التقليدي والخطوط المؤجرة، بالإضافة إلى الشبكات المحلية. ونتيجة لذلك، فإن هذا النهج يجعل من الممكن إنشاء شبكات عالية السرعة قابلة للتطوير داخل مدن بأكملها.

المواصفات القياسية للواي ماكس

إيي 802.16-2004 (المعروف أيضًا باسم 802.16d أو WiMAX الثابت). تمت الموافقة على المواصفات في عام 2004. يدعم الوصول الثابت في المناطق ذات خط الرؤية أو بدونه. أجهزة المستخدم: أجهزة المودم الثابتة للتركيب في الداخل والخارج، بالإضافة إلى بطاقات PCMCIA لأجهزة الكمبيوتر المحمولة. في معظم البلدان، يتم تخصيص النطاقين 3.5 و5 جيجا هرتز لهذه التقنية. وفقًا لمنتدى WiMAX، يوجد بالفعل حوالي 175 تطبيقًا للإصدار الثابت. يرى العديد من المحللين أنها تقنية منافسة أو مكملة للنطاق العريض السلكي DSL.

إيي 802.16-2005 (يُعرف أيضًا باسم 802.16e وWiMAX المحمول). تمت الموافقة على المواصفات في عام 2005 وتم تحسينها لدعم مستخدمي الهاتف المحمول ودعم عدد من الوظائف المحددة، مثل التسليم ووضع الخمول والتجوال. نطاقات التردد المخططة لشبكات WiMAX المتنقلة هي: 2.3-2.5؛ 2.5-2.7؛ 3.4-3.8 جيجا هرتز. وقد تم تنفيذ العديد من المشاريع الرائدة في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك مشروع Scartel، الذي كان أول من نشر شبكته في روسيا. إن منافسي 802.16e هم جميعاً تقنيات الهاتف المحمول من الجيل الثالث (مثل EV-DO وHSDPA).

والفرق الرئيسي بين التقنيتين هو أن شبكة WiMAX الثابتة تسمح بخدمة المشتركين "الثابتين" فقط، بينما تركز الأجهزة المحمولة على العمل مع المستخدمين الذين يتحركون بسرعات تصل إلى 120 كم / ساعة. التنقل يعني وجود وظائف التجوال والتبديل "السلس" بين المحطات الأساسية عندما يتحرك المشترك (كما يحدث في الشبكات الخلوية). وفي حالة معينة، يمكن أيضًا استخدام تقنية WiMAX المتنقلة لخدمة مستخدمي الخطوط الثابتة.

تقنيات الاتصالات اللاسلكية عالية السرعة- - [إل جي سومينكو. قاموس إنجليزي روسي في مجال تكنولوجيا المعلومات. M.: State Enterprise TsNIIS, 2003.] موضوعات تكنولوجيا المعلومات بشكل عام EN التقنيات اللاسلكية عالية السرعة ...

يُقترح إعادة تسمية هذه الصفحة إلى شبكة الكمبيوتر اللاسلكية. شرح الأسباب والنقاش على صفحة ويكيبيديا: لإعادة التسمية / 1 ديسمبر 2012. ربما اسمها الحالي لا يتوافق مع معايير الحديث ... ... ويكيبيديا

شبكة الاستشعار اللاسلكية عبارة عن شبكة موزعة ذاتية التنظيم مكونة من أجهزة استشعار متعددة (أجهزة استشعار) ومشغلات متصلة عبر قناة راديوية. علاوة على ذلك، يمكن أن تتراوح منطقة تغطية هذه الشبكة من... ... ويكيبيديا

- (أسماء أخرى: الشبكات اللاسلكية المخصصة، الشبكات الديناميكية اللاسلكية) شبكات لاسلكية لا مركزية ليس لها بنية دائمة. تتصل الأجهزة العميلة بسرعة لتشكل شبكة. تحاول كل عقدة شبكة إعادة التوجيه... ... ويكيبيديا

شبكات الكمبيوتر اللاسلكية هي تقنية تسمح لك بإنشاء شبكات كمبيوتر تتوافق تمامًا مع معايير الشبكات السلكية التقليدية (على سبيل المثال، المحتويات 1 التطبيق 2 الأمان 3 ... ويكيبيديا)

الشبكات اللاسلكية المخصصة هي شبكات لاسلكية لا مركزية ليس لها بنية دائمة. تتصل الأجهزة العميلة بسرعة لتشكل شبكة. تحاول كل عقدة شبكة إعادة توجيه البيانات المخصصة للعقد الأخرى. في نفس الوقت... ... ويكيبيديا

الخطوط المحلية اللاسلكية- التسمية الأكثر استخدامًا لتقنية وصول المشتركين. موضوعات تكنولوجيا المعلومات بشكل عام EN Wireless Local LoopWLL ... دليل المترجم الفني

خطوط المشتركين الرقمية اللاسلكية- تطبيق تكنولوجيا نقل البيانات عالية السرعة عبر خطوط كابلات xDSL لبناء شبكات وصول لاسلكية رقمية. الشروط المكافئة AirDSL وskyDSL. [إل إم. نيفديايف. تقنيات الاتصالات. إنجليزي-روسي ذكي... ... دليل المترجم الفني

خدمات الوسائط المتعددة والرسائل اللاسلكية- - [إل جي سومينكو. قاموس إنجليزي روسي في مجال تكنولوجيا المعلومات. M.: State Enterprise TsNIIS, 2003.] موضوعات تكنولوجيا المعلومات بشكل عام EN خدمات الوسائط المتعددة والرسائل اللاسلكية WIMS ... دليل المترجم الفني

يُقترح إعادة تسمية هذه الصفحة إلى شبكة التنظيم الذاتي اللاسلكية. شرح الأسباب والمناقشة على صفحة ويكيبيديا: لإعادة التسمية / 1 ديسمبر 2012. ربما اسمها الحالي لا يتوافق مع معايير الحديث ... ... ويكيبيديا

كتب

• ، V. M. Vlasov، B. Ya Maktas، V. N. Bogumil، I. V. Konin. يصف دليل التدريب بالتفصيل تكنولوجيا الملاحة عبر الأقمار الصناعية كما يتم تطبيقها على مهام مراقبة ومراقبة حركة النقل البري. تكنولوجيا تحديد...
• التقنيات اللاسلكية في نقل السيارات. الملاحة العالمية وموقع السيارة. درس تعليمي. Grif وزارة الدفاع في الاتحاد الروسي، V.M Vlasov يصف الكتاب المدرسي بالتفصيل تكنولوجيا الملاحة عبر الأقمار الصناعية كما يتم تطبيقها على مهام مراقبة ومراقبة حركة النقل البري. تكنولوجيا تحديد...

يمكن تقسيم الشبكات اللاسلكية الحديثة إلى ثلاث فئات:

1. الأنظمة المتفاعلة.

تشير الأنظمة التفاعلية، في المقام الأول، إلى التوصيل البيني لمكونات الكمبيوتر باستخدام موجات الراديو قصيرة المدى. يتكون أي جهاز كمبيوتر من عدة أجزاء: الشاشة ولوحة المفاتيح والماوس والطابعة... ومن المعروف أن كل جهاز من هذه الأجهزة الخارجية متصل بوحدة النظام باستخدام الكابلات. توصلت العديد من الشركات، واحدة تلو الأخرى، إلى فكرة إنشاء نظام بلوتوث لاسلكي مصمم لتخليص مكونات الكمبيوتر من الكابلات والموصلات. باستخدام تقنية Bluetooth، يمكنك توصيل أي جهاز رقمي تقريبًا يقع بالقرب من وحدة النظام بالكمبيوتر. وكقاعدة عامة، يخضع التفاعل داخل النظام لمبدأ "الرئيس والمرؤوس". تعمل وحدة النظام كجهاز رئيسي، بينما تعمل جميع الوحدات الأخرى كجهاز تابع. إنها وحدة النظام التي تقوم بتعيين عناوين الأجهزة، وتحدد اللحظات التي يمكن فيها "البث"، وتحد من وقت الإرسال، وتعيين نطاقات تردد التشغيل، وما إلى ذلك.

الميزات المميزة للبلوتوث هي متعددة النقاط (أي لا يمكن أن يكون هناك جهازان على الشبكة، ولكن عدة أجهزة)، ولا حاجة لخط الرؤية (نظرًا لاستخدام ترددات تبلغ حوالي 2.44 جيجا هرتز)، ومدى يصل إلى 10 أمتار.

2. الشبكات المحلية اللاسلكية (LAN).

في الشبكات المحلية اللاسلكية، يكون كل كمبيوتر مزودًا بمودم راديو وهوائي، ويمكن بمساعدتهما تبادل البيانات مع أجهزة الكمبيوتر الأخرى. في بعض الأحيان يوجد هوائي مشترك في السقف، ويتم نقل البيانات من خلاله، ولكن إذا كانت محطات عمل الشبكة قريبة بدرجة كافية، فعادةً ما يتم استخدام تكوين نظير إلى نظير. يتم استخدام الشبكات اللاسلكية بشكل متزايد في تطبيقات الأعمال والمنزل حيث لا يوجد أي فائدة في تركيب إيثرنت، وكذلك في مباني المكاتب القديمة والكافيتريات ومراكز المكاتب وقاعات المؤتمرات وغيرها من الأماكن. معيار الشبكات اللاسلكية الأكثر شيوعًا هو IEEE 802.11 أو WiFi.

3. الشبكات اللاسلكية واسعة النطاق (WAN).

ومن الأمثلة على ذلك نظام الاتصالات الخلوية، وهو في الواقع شبكة لاسلكية رقمية منخفضة الأداء. هناك بالفعل ثلاثة أجيال من الاتصالات الخلوية. كانت الشبكات الخلوية الأولى تناظرية ومخصصة فقط لنقل الصوت. كان الجيل الثاني رقميًا بالفعل، لكن كان لا يزال من المستحيل نقل أي شيء باستثناء الكلام. وأخيرًا، الجيل الثالث الحديث رقمي، وأصبح من الممكن نقل الصوت والبيانات الأخرى. بمعنى ما، فإن الشبكات الخلوية هي نفس الشبكات المحلية اللاسلكية، والفرق الوحيد هو منطقة التغطية وسرعات الإرسال المنخفضة. إذا كانت الشبكات اللاسلكية التقليدية قادرة على العمل بسرعات تصل إلى 50 ميجابت/ثانية على مسافة عشرات الأمتار، فإن الأنظمة الخلوية تنقل البيانات بسرعة 1 ميجابت/ثانية، ولكن المسافة من المحطة الأساسية إلى الكمبيوتر أو الهاتف ضئيلة. تقاس بالكيلومترات وليس بالأمتار.

في نظام الهاتف المحمول، يتم تقسيم منطقة التغطية الجغرافية إلى خلايا يبلغ حجمها حوالي 10 كيلومترات. يوجد في وسط كل خلية محطة أساسية تتواصل معها جميع الهواتف الموجودة في منطقة تغطيتها. ترتبط المحطات الأساسية نفسها ببعضها البعض باستخدام وسائل الشبكة القياسية. في أي وقت، يكون الهاتف المحمول منطقيًا ضمن منطقة تغطية خلية واحدة ويتم التحكم فيه بواسطة المحطة الأساسية لتلك الخلية. عندما يغادر الهاتف الخلية فعليًا، تلاحظ محطته الأساسية الإشارة الضعيفة وتقوم باستقصاء جميع المحطات المحيطة بمدى قدرتها على سماع إشارة الهاتف. وتقوم المحطة الأساسية بعد ذلك بنقل التحكم في ذلك الهاتف إلى الخلية التي تستقبل أقوى إشارة منه، وبالتالي تحديد الخلية التي انتقل إليها الهاتف المحمول. بعد ذلك يتم إعلام الهاتف بالانتقال إلى BS الجديد، وإذا كانت هناك محادثة جارية في هذه اللحظة، سيُطلب من الهاتف التبديل إلى قناة جديدة (نظرًا لأن الخلايا المجاورة لا تستخدم نفس قنوات التردد). تسمى هذه العملية بالنقل وتستغرق حوالي 300 مللي ثانية. يتم تنفيذ تخصيص القناة بواسطة مفتاح الهاتف المحمول MTSO، وهو العصب المركزي للنظام. المحطات الأساسية هي مجرد مكررات راديو. يمكن أن يتم النقل بطريقتين. ومن خلال التسليم الناعم، يتم نقل الهاتف إلى المحطة الأساسية الجديدة قبل مغادرة المحطة القديمة. في هذه الحالة، حتى فقدان الاتصال على المدى القصير لا يحدث. عيب هذه الطريقة هو أنه في لحظة الانتقال من BS إلى آخر، يجب أن يعمل الهاتف على ترددين في وقت واحد. لا تستطيع هواتف الجيل الأول والثاني القيام بذلك. في عملية تسليم صعبة، تفقد المحطة الأساسية القديمة الاتصال بالهاتف قبل أن تتولى المحطة الجديدة المسؤولية عنه. إذا لم يتمكن الأخير من إنشاء اتصال بالهاتف لبعض الوقت (على سبيل المثال، بسبب عدم وجود ترددات مجانية)، فقد تتم مقاطعة المحادثة.

ومن بين تقنيات نقل البيانات المستخدمة في الشبكات الخلوية، يجب تسليط الضوء على خدمة GPRS. يعمل كإضافة للنظام الصوتي الموجود. يتم حجز بعض الفترات الزمنية على بعض الترددات لحركة الحزم، ويمكن إرسال حزم IP بالتوازي مع الصوت. التقنية الأخرى تسمى EDGE وهي GSM (النظام العالمي للاتصالات المتنقلة) العادي مع عدد متزايد من البتات لكل باود.

التقنياتالشبكات اللاسلكية

بعد قراءة هذا الفصل وإكمال التمارين العملية ستكون قادراً على أن:

· الحديث عن تقنيات الشبكات اللاسلكية الحديثة.

· عرض تاريخ تطور الشبكات اللاسلكية ومزاياها.

· وصف تقنيات شبكات الراديو.

· الحديث عن شبكات الراديو 802.11.

· وصف تقنيات شبكات الراديو البديلة (مثل Bluetooth وHiperLAN وHomeRF Shared Wireless Access Protocol)؛

· مناقشة التقنيات اللاسلكية باستخدام الأشعة تحت الحمراء.

· الحديث عن شبكات الميكروويف.

· وصف الشبكات اللاسلكية التي تستخدم الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض (LEO).

تعد الشبكات اللاسلكية تقنية ناشئة تحظى باهتمام كبير لأسباب عديدة. السبب الأكثر وضوحًا هو أن مثل هذه الشبكات توفر إمكانية التنقل لأجهزة الكمبيوتر المحمولة والمحمولة باليد، مما يسمح للمستخدم بنسيان أمر الكابلات. والسبب الآخر هو أن التكنولوجيا اللاسلكية أصبحت أكثر موثوقية وفي بعض الحالات أرخص في النشر من شبكات الكابل. هناك العديد من بدائل الوسائط اللاسلكية للكابلات لنقل حزم الشبكة: موجات الراديو، والأشعة تحت الحمراء (IR)، وأجهزة الميكروويف (موجات الميكروويف). مع كل هذه التقنيات، يتم نقل الإشارات عبر الهواء أو الغلاف الجوي، مما يجعلها بديلاً جيدًا في الحالات التي يكون فيها استخدام الكابل صعبًا أو مستحيلًا.

في هذا الفصل، سوف تتعرف على العديد من أنواع اتصالات الشبكة اللاسلكية. أولاً، ستتعرف على الشبكات اللاسلكية المستخدمة حاليًا، ثم تحصل على نبذة تاريخية عن هذه الشبكات. تالمزايا التاسعة. بعد وصف عام للشبكات التي تستخدم موجات الراديو، سنتحدث بمزيد من التفاصيل حول معيار الشبكات اللاسلكية IEEE 802.11 الواسع الانتشار. ستتعرف أيضًا على تقنيات شبكات الراديو البديلة: Bluetooth وHiperLAN وHomeRF Shared Wireless Access Protocol، ثم سيتم وصف التقنيات المعتمدة على الأشعة تحت الحمراء المنتشرة والتي توفر اتصالات لاسلكية آمنة نسبيًا، وأخيرًا، ستتحدث عن كيفية استخدام تقنيات الموجات الدقيقة المعتمدة على الأرض تُستخدم الشبكات في الشبكات والقنوات الفضائية (بما في ذلك شبكات الأقمار الصناعية الأرضية التي تدور على نطاق واسع).

التقنيات الحديثةالشبكات اللاسلكية

تُستخدم حاليًا التقنيات التالية لإنشاء شبكات لاسلكية:

· التقنيات التي تستخدم موجات الراديو.

· التقنيات المعتمدة على الأشعة تحت الحمراء.

· تقنيات الموجات الدقيقة (الميكروويف).

· الشبكات المعتمدة على الأقمار الصناعية الأرضية ذات المدار المنخفض (مشروع فضائي خاص باستخدام موجات الميكروويف).

تعد التقنيات التي تستخدم موجات الراديو شائعة جدًا وتمثل قطاعًا سريع النمو في اتصالات الشبكات اللاسلكية. يتضمن ذلك أيضًا معيار الشبكات اللاسلكية 802.11، بالإضافة إلى معايير الصناعة البديلة مثل Bluetooth وHiperLAN وNoteShared Wireless Access Protocol (SWAP).

التقنيات المعتمدة على الأشعة تحت الحمراء ليست شائعة مثل شبكات الراديو، ومع ذلك، فهي تتمتع ببعض المزايا، لأنها تسمح بإنشاء شبكات لاسلكية أكثر أمانًا نسبيًا (نظرًا لصعوبة اعتراض الإشارة دون أن يلاحظها أحد). تُستخدم كلتا التقنيتين (موجات الراديو والأشعة تحت الحمراء) لتنظيم الاتصالات عبر مسافات قصيرة داخل المكتب أو المبنى أو بين المباني.

تُستخدم تقنيات الموجات الدقيقة (MW) للاتصالات عبر مسافات طويلة ويمكنها توفير اتصالات شبكية بين القارات عبر الأقمار الصناعية.

تعد الشبكات القائمة على الأقمار الصناعية ذات المدار المنخفض نوعًا آخر من الشبكات اللاسلكية، والتي يمكن على أساسها في مرحلة ما إنشاء "شبكة عالمية" يمكن الوصول إليها في جميع أنحاء الكوكب.

سيتم مناقشة كل هذه التقنيات في هذا الفصل. ومع ذلك، سننظر أولاً إلى تاريخ الشبكات اللاسلكية ونتعرف على مزاياها.

تاريخ موجز للشبكات اللاسلكيةومزاياها

يمكن الاطلاع على تاريخ الشبكات اللاسلكية بشكل رسمي وغير رسمي. الجد غير الرسمي للشبكات اللاسلكية هو راديو الهواة، الذي يحصل مشغلوه على تراخيص من لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) لنقل الصوت، وشفرة مورس، والبيانات، وإشارات الأقمار الصناعية والفيديو باستخدام موجات الراديو والميكروويف. وتعتبرها لجنة الاتصالات الفيدرالية مصدرًا مهمًا للأفكار والخبرة لتطوير الاتصالات.

ملحوظة

تعد موجات الراديو وموجات الميكروويف أحد نطاقات طيف الموجات الكهرومغناطيسية، والتي تشمل الضوء المرئي وموجات الراديو والأشعة تحت الحمراء والأشعة السينية وأجهزة الميكروويف (أفران الميكروويف) وأشعة جاما. وكل هذه أنواع من الإشعاعات الكهرومغناطيسية التي تنتشر في الغلاف الجوي للأرض وفي الفضاء. لها خصائص الموجة وخصائص الجسيم. يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول طيف الموجات الكهرومغناطيسية على:

http:// يتصور. com.gsfc. ناسا. حكومة/ مستندات/ علوم/ أعرف J1/ com.emppectrum. لغة البرمجة وhttp:// يتصور. com.gsfc. ناسا. حكومة/ مستندات/ علوم/ أعرف J2/ com.emppectrum. لغة البرمجة.

في الثمانينيات، حصل مشغلو راديو الهواة المرخصون على إذن من لجنة الاتصالات الفيدرالية لنقل البيانات على عدة ترددات راديوية في النطاق من 50.1 إلى 54.0 ميجا هرتز (النطاق المنخفض) إلى 1240 إلى 1300 ميجا هرتز (النطاق العالي). معظم الناس على دراية بهذه الترددات لأنها تُستخدم لنقل الموسيقى عبر محطات الراديو AM وFM. لا تمثل هذه الترددات سوى جزء صغير من الترددات الراديوية الممكنة التي يمكن إرسال الإشارات عليها. الوحدة الأساسية لقياس التردد الراديوي هي هيرتز (هرتز)(هيرتز (هرتز)). في التكنولوجيا، يتوافق الهرتز الواحد مع فترة واحدة من الجهد المتناوب أو الإشارة المنبعثة في الثانية.

ملحوظة

تمثل الترددات الراديوية مجموعة من الموجات ذات تردد أعلى من 20 كيلو هرتز، والتي يمكن من خلالها إشعاع إشارة كهرومغناطيسية إلى الفضاء.

لقد مر وقت طويل منذ أن قامت شركة IBM بإنشاء الكمبيوتر الشخصي في أوائل الثمانينيات قبل أن يربط هواة الراديو أجهزة الكمبيوتر الشخصية بشبكة تستخدم موجات الراديو (عادة في النطاقات الأعلى 902-928 ميجا هرتز و1240-1300 ميجا هرتز). للقيام بذلك، قاموا بإنشاء جهاز يسمى وحدة تحكم العقدة الطرفية (TNC). تم وضع هذا الجهاز بين الكمبيوتر وجهاز الإرسال والاستقبال ويعمل على تحويل الإشارة الرقمية للكمبيوتر إلى إشارة تناظرية، يتم تضخيمها بواسطة جهاز الإرسال والاستقبال وتشع عبر الهوائي. التكنولوجيا الناتجة كانت تسمى راديو الحزمة. إن اكتشاف هواة الراديو أن حزم الراديو تعمل بشكل جيد عند ترددات 902 ميجاهرتز وما فوق، تم تحليله سريعًا من قبل الشركات التي تقدم خدمات الشبكات اللاسلكية التجارية. في عام 1985، وافقت لجنة الاتصالات الفيدرالية على الاستخدام التجاري في شبكات الكمبيوتر اللاسلكية للتردد الصناعي والعلمي والطبي (ISM)، والذي يمكن استخدامه للاتصالات العامة منخفضة الطاقة وغير المرخصة على الترددات الثابتة" في النطاق من 902 ميجاهرتز إلى 5.825 غيغاهرتز. وفي عام 1996، أعد مؤتمر الاتصالات السلكية واللاسلكية المرحلة التالية في تطوير الاتصالات اللاسلكية! الاتصالات، وإنشاء مفهوم "عقدة الاتصالات اللاسلكية (الموقع)" ووضع معايير لها، بالإضافة إلى إنشاء حوافز لمواصلة تطوير تقنيات الاتصالات، بما في ذلك الاتصالات اللاسلكية (يمكن العثور على معلومات إضافية على www.fcc.gov/) الاتصالات .html). بعد ذلك بوقت قصير، أنشأت IEEE مجموعة معايير الشبكات اللاسلكية 802.11، والتي كانت مسؤولة عن أول معيار 802.11، الذي تم إنشاؤه في عام 1997. يتم حاليًا تطوير وتنفيذ الشبكات اللاسلكية لتلبية العديد من الاحتياجات، بما في ذلك ما يلي:

· تنفيذ الاتصالات في المناطق التي يصعب فيها نشر شبكة الكابل.

· خفض تكاليف النشر.

· توفير الوصول "العشوائي" إلى هؤلاء المستخدمين الذين لا يمكن ربطهم باتصال كبل محدد؛

· تبسيط إجراءات إنشاء الشبكات في المكاتب الصغيرة والمنزلية.

· توفير الوصول إلى البيانات المطلوبة في تكوين معين

لماذا لا يمكن استخدام شبكات الكابل دائمًا؟

في بعض الحالات، يكون من الصعب، بل ومن المستحيل، نشر شبكة كابل. النظر في هذا السيناريو. يجب أن يكون المبنيان متصلين بشبكة واحدة، ولكن يمر بينهما طريق سريع فيدرالي. في هذه الحالة، هناك عدة طرق لتنظيم الشبكة. أولاً، يمكن حفر خندق تحت الطريق السريع، الأمر الذي سيتطلب نفقات كبيرة وتعطيل حركة المرور بسبب حفر الخندق، ومد الكابلات، ودفن الخندق، وإعادة بناء الطريق بالكامل. ثانياً، يمكن إنشاء شبكة إقليمية تربط بين مبنيين. يمكن توصيل المباني بخطوط T-1 أو بشبكة إيثرنت ضوئية إقليمية من خلال مالك الشبكة العامة أو شركة الهاتف المحلية. ستكون التكاليف أقل من تكاليف مد كابل جديد، ومع ذلك، فإن استئجار خطوط الاتصالات سيتطلب خصومات ثابتة. ثالثًا، يمكنك نشر شبكة لاسلكية، الأمر الذي سيتطلب تكاليف المعدات لمرة واحدة، بالإضافة إلى التكاليف المستمرة لإدارة الشبكة. ومع ذلك، من المرجح أن تكون كل هذه التكاليف مبررة عند النظر في فترات زمنية طويلة.

دعونا نفكر في سيناريو آخر. يحتاج مستأجر مكتب كبير إلى نشر شبكة تتسع لـ 77 موظفًا. يحظر مالك المبنى تركيب نظام كابل دائم. يناسب هذا المبنى المستأجر بكل معنى الكلمة، بالإضافة إلى أن إيجاره أقل من الخيارات البديلة الأخرى. حل المشكلة هو إنشاء شبكة لاسلكية.

وأخيرا السيناريو الثالث. تقع المكتبة العامة في مكان تاريخي. ورغم أن المكتبة مملوكة للمدينة، إلا أن المواثيق العامة والخاصة الصارمة تمنع إدارة المكتبة من الحصول على التصاريح اللازمة لتركيب كابلات الشبكة. لقد تأخرت المكتبة لسنوات عديدة في إنشاء كتالوج الكتب الإلكترونية لأنها لا تستطيع ربط أجهزة الكمبيوتر الخاصة بموظفيها والخدمة المرجعية لعملائها. ولذلك يمكن لإدارة المكتبات حل مشاكلهم من خلال نشر شبكة لاسلكية تسمح لهم بالحفاظ على سلامة المبنى وعدم انتهاك أي عقود.

توفير المال والوقتعند استخدام الشبكات اللاسلكية

قد تكون تكلفة ووقت إنشاء شبكة لاسلكية أقل من نشر شبكة الكابل. على سبيل المثال، غالبًا ما تحتوي المباني القديمة على مواد خطرة، مثل أعمدة الإنتاج القديمة التي تحتوي على كميات ضئيلة من الكلور المنبعث من مجاري الهواء والأسبستوس. وبما أن الأعمدة ليست قيد الاستخدام، فيمكن ببساطة أن تكون محاطة بالجدار. أو يمكن بدء برنامج إزالة المواد الخطرة باهظ الثمن بحيث يمكن استخدام هذه الأعمدة لتركيب كابل الشبكة. وفي مثل هذه الحالة، يكون من الأرخص بكثير أن يتم بناء جدران المناجم ونشر شبكة لاسلكية بدلاً من الكابلات.

يمكنك أن تأخذ بعين الاعتبار الحالة التي احتاجت فيها إحدى الجامعات إلى شبكة عمل لأنه تم استثمار أموال كبيرة في تطويرها. دعت الجامعة شركة استشارية باهظة الثمن، والتي خصصت

خمسة أشخاص للمشروع وخلق 18 فرصة عمل جديدة. وقبل أيام قليلة من بدء العمل، أدرك مسؤولو الجامعة عدم وجود اتصالات بالشبكة للموظفين الجدد والاستشاريين. يعد مد الكابلات الجديدة أمرًا مكلفًا ومن المستحيل أيضًا خلال الأشهر القليلة المقبلة نظرًا لأن قسم تكنولوجيا المعلومات بالجامعة مثقل بالعمل بالفعل. وقد تم العثور على حل في شكل شبكة لاسلكية يمكن نشرها في وقت قياسي.

وصول غير محدود للشبكة

يحتاج بعض مستخدمي الكمبيوتر إلى الوصول إلى الشبكة من أي مكان تقريبًا. لنأخذ على سبيل المثال مستودعًا كبيرًا لقطع غيار السيارات يحتاج إلى تدقيق منتظم باستخدام مقاييس الباركود المتصلة بالشبكة. تمنح الشبكة اللاسلكية مستخدمي هذه الماسحات الضوئية وصولاً غير محدود نظرًا لأن المستخدمين غير مرتبطين باتصالات الكابلات. مثال آخر: قد يحمل طبيب في المستشفى جهاز كمبيوتر محمولًا صغيرًا مزودًا بمحول لاسلكي يمكن استخدامه لتحديث سجلات المرضى، أو كتابة الإحالات للاختبارات، أو إدارة رعاية المرضى.

تبسيط الشبكات للمبتدئين

في مجال حوسبة المكاتب الصغيرة أو المنزلية باستخدام شبكة لاسلكية، يكون الأمر أعلى من الكابلات. يمكن أن تكون شبكات هذه المكاتب في حالة سيئة للغاية، حيث يتم إنشاؤها عادة من قبل غير المتخصصين. ونتيجة لذلك، قد يتم تحديد نوع الكبل الخاطئ. قد يمر الكابل عبر مصادر التداخل اللاسلكي والإشعاع الكهرومغناطيسي، أو قد يتعرض للتلف (على سبيل المثال، عن طريق تمريره تحت كرسي أو طاولة أو في المدخل). لذلك، قد يضيع المستخدم في مثل هذا المكتب وقته بشكل غير منتج في البحث عن عدم إمكانية تشغيل الشبكة. في هذه الحالة، قد يكون من الأسهل تركيب وتشغيل الشبكة اللاسلكية. عادةً ما تسأل العديد من متاجر الكمبيوتر عبر الإنترنت مستخدمي المكاتب الصغيرة والمكاتب المنزلية عما إذا كانوا يرغبون في شراء أجهزة لاسلكية للتواصل بين أجهزة الكمبيوتر التي اشتروها.

تتمثل ميزة الشبكات اللاسلكية لهذه الفئة من المستخدمين في أن تكلفة الأجهزة اللاسلكية حاليًا معتدلة جدًا. تسمح لك الشبكة اللاسلكية، بالإضافة إلى القدرة على تعيين عناوين IP تلقائيًا في أنظمة Windows 2000 وWindows XP، بإنشاء شبكة منزلية كاملة مع خبرة قليلة أو حتى معدومة.

تحسين الوصول إلى البيانات

يمكن للشبكات اللاسلكية تحسين الوصول إلى أنواع معينة من البيانات والتطبيقات بشكل كبير. لنأخذ على سبيل المثال جامعة كبيرة لديها عشرة مدققين متفرغين يزورون عدة أقسام (ومواقع) يوميًا ويحتاجون إلى الوصول إلى البيانات المالية والتقارير والمعلومات الأخرى المتوفرة في هذه الأقسام. باستخدام جهاز كمبيوتر محمول مزود بمحول شبكة لاسلكية، يمكن للمدقق التنقل بسهولة بين المواقع والوصول المستمر إلى أي مستندات مالية. وكمثال آخر، فكر في مهندس كيميائي يعمل في مناطق مختلفة من مصنع كيميائي. وفي مرحلة ما، يمكنه ملاحظة البيانات أثناء بعض التفاعلات في دورة الإنتاج. وفي مرحلة أخرى، قد يحتاج إلى تسمية كيميائية للتأكد من توفر المكونات اللازمة لتشغيل عملية إنتاج أخرى. وفي النقطة الثالثة، يستطيع هذا المهندس الوصول إلى مكتبة الأبحاث الخاصة بالشركة عبر الإنترنت. سيسمح له الوصول اللاسلكي بالتعامل بسهولة مع جميع المهام المدرجة.

منظمات دعم التكنولوجياالشبكات اللاسلكية

هناك العديد من المنظمات المخصصة لتعزيز الشبكات اللاسلكية. إحدى هذه المنظمات التي تعد مصدرًا قيمًا للمعلومات حول الشبكات اللاسلكية هي لاسلكي لان منظمة (WLANA). تم تشكيل هذه الرابطة من قبل الشركات المصنعة لأجهزة الشبكات اللاسلكية، بالإضافة إلى الشركات والمنظمات المهتمة، بما في ذلك Alvarion وCisco Systems وELAN وIntermec وIntersil وRaylink وWireless Central. أكمل التدريب 9-1 للتعرف على المواقف التي يمكن فيها استخدام الشبكات المحلية اللاسلكية وموارد المعلومات التي تقدمها جمعية WLANA.

WINLAB (مختبر شبكة المعلومات اللاسلكية) هو مركز أبحاث الشبكات اللاسلكية متعدد الجامعات الموجود في جامعة روتجرز. يتم رعاية WINLAB من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم ويعمل منذ عام 1989. من خلال إكمال التدريب 9-2، ستتعرف على أحدث الأبحاث التي أجراها مختبر WINLAB.

تقنيات شبكات الراديو

يتم إرسال بيانات الشبكة باستخدام موجات الراديو، على غرار محطة الراديو المحلية، ولكن تطبيقات الشبكة تستخدم موجات الراديو

ترددات أعلى بكثير. على سبيل المثال، قد تبث محطة راديو AM محلية (موجة متوسطة وطويلة) على 1290 كيلو هرتز لأن نطاق التردد لبث تعديل السعة هو 535-1605 كيلو هرتز. نطاق التردد لبث FM (VHF) له حدود 88-108 ميجا هرتز. في الولايات المتحدة، يتم إرسال إشارات الشبكة بترددات أعلى في النطاقات 902-928 ميجا هرتز، 2.4-2.4835 جيجا هرتز، أو 5-5.825 جيجا هرتز.

ملحوظة

يُطلق على كل من فترات التردد المذكورة أيضًا اسم النطاق: النطاق 902 ميجا هرتز، والنطاق 2.4 جيجا هرتز، والنطاق 5 جيجا هرتز. يتم استخدام النطاق 902 ميجاهرتز بشكل أساسي في الأجهزة اللاسلكية القديمة وغير القياسية ولم تتم مناقشته بشكل أكبر في الكتاب.

في شبكات الراديو، يتم إرسال الإشارة في اتجاه واحد أو أكثر حسب نوع الهوائي المستخدم. في المثال الموضح في الشكل. 9.1، تكون الإشارة اتجاهية لأنها تنتقل من هوائي موجود في أحد المباني إلى هوائي موجود في مبنى آخر. تتميز الموجة بطول موجي قصير جدًا وطاقة منخفضة (ما لم يكن الناقل لديه ترخيص خاص من لجنة الاتصالات الفيدرالية للاتصالات متعددة الواط)، أي أنها الأنسب لـ الإرسال ضمن خط البصر(نقل خط البصر) مع مدى قصير.

ومن خلال الإرسال عبر خط البصر، يتم إرسال الإشارة من نقطة إلى أخرى، وفقًا لانحناء الأرض، بدلاً من ارتدادها عن الغلاف الجوي، وعبور البلدان والقارات. وعيب هذا النوع من الإرسال هو وجود عوائق على شكل ارتفاعات كبيرة على سطح الأرض (مثل التلال والجبال). يمكن لإشارة الراديو منخفضة الطاقة (1 - 10 واط) إرسال البيانات بسرعات تتراوح من 1 إلى 54 ميجابت/ثانية وحتى أعلى.

لنقل الحزم في معدات شبكة الراديو اللاسلكية، تُستخدم تقنية الطيف المنتشر في أغلب الأحيان، عندما يتم استخدام واحد أو أكثر من الترددات المجاورة لإرسال إشارة ذات نطاق ترددي أكبر. نطاق تردد الطيف المنتشر مرتفع جدًا: 902-928 ميجا هرتز وأعلى من ذلك بكثير. توفر الاتصالات ذات الطيف المنتشر عادةً معدلات نقل بيانات تتراوح من 1 إلى 54 ميجابت في الثانية.

يمكن أن توفر الاتصالات باستخدام موجات الراديو المال في الحالات التي يكون فيها مد الكابلات صعبًا أو مكلفًا للغاية. تعتبر شبكات الراديو مفيدة بشكل خاص عند استخدام أجهزة الكمبيوتر المحمولة التي يتم نقلها بشكل متكرر. بالمقارنة مع التقنيات اللاسلكية الأخرى، تعتبر شبكات الراديو غير مكلفة نسبيًا وسهلة التركيب.

استخدام موجات الراديو في الاتصالات له عيوب عديدة. تنقل العديد من الشبكات البيانات بسرعات تصل إلى 100 ميجابت/ثانية أو أعلى لتنظيم اتصالات عالية السرعة عند إرسال حركة مرور كبيرة (بما في ذلك الملفات الكبيرة). ولا تستطيع شبكات الراديو حتى الآن توفير الاتصالات بهذه السرعات. ومن العيوب الأخرى أن بعض الترددات اللاسلكية يتم تقاسمها بين مشغلي الراديو الهواة والعسكريين ومشغلي الشبكات الخلوية، مما يؤدي إلى تداخل من مجموعة متنوعة من المصادر على هذه الترددات. قد تؤدي العوائق الطبيعية (مثل التلال) أيضًا إلى تقليل الإشارة المرسلة أو تشويهها.

تم وصف إحدى تقنيات شبكات الراديو الرئيسية بواسطة معيار IEEE 802.11. تشمل التقنيات الأخرى المستخدمة أيضًا تقنية Bluetooth وHiperLAN وHomeRF Shared Wireless Access Protocol (SWAP). سيتم مناقشة كل هذه التقنيات في الأقسام التالية من هذا الفصل.

شبكات الراديو IEEE 802.11

تُستخدم أنواع مختلفة من الشبكات الراديوية لتنفيذ الاتصالات اللاسلكية، لكن معيار IEEE 802.11 يتمتع بمزايا كبيرة من حيث التوافق والموثوقية. يستخدم العديد من مستخدمي الشبكات اللاسلكية الأجهزة التي تتوافق مع هذا المعيار لأن هذه الأجهزة لا تتضمن اتصالات غير قياسية (خاصة في النطاق الأدنى والبطيء 902-928 ميجا هرتز النموذجي للأجهزة اللاسلكية القديمة) وأجهزة 802.11 من شركات مصنعة مختلفة قابلة للتبديل. تتبع هذه الأجهزة معيارًا مفتوحًا، بحيث يمكن للنماذج المختلفة التواصل مع بعضها البعض ويمكنها تنفيذ الميزات اللاسلكية الجديدة بسهولة أكبر. لذلك، من المهم لمصممي الشبكات اللاسلكية أن يفهموا معيار IEEE 802.11 وكيفية عمل الأجهزة المتوافقة مع هذا المعيار.

يُطلق على معيار IEEE 802.11 أيضًا اسم معيار IEEE لمواصفات الوصول إلى LEDium للشبكة المحلية اللاسلكية (MAC) والطبقة المادية (PHY). تنطبق هذه المواصفة القياسية على محطات الاتصالات اللاسلكية الثابتة والمتنقلة. والثابتة هي المحطة التي لا تتحرك؛ والمتنقلة هي المحطة التي يمكن أن تتحرك بسرعة أو ببطء، مثل الشخص الذي يمشي.

يوفر معيار 802.11 نوعين من الاتصالات. النوع الأول هو الاتصالات المتزامنة، عندما يتم نقل البيانات في كتل منفصلة، ​​يتم تحديد بدايتها بت البداية، ونهايتها بت التوقف. النوع الثاني يشمل الاتصالات التي تتم خلال فترة زمنية معينة، حيث يتم إعطاء الإشارة وقت معين للوصول إلى وجهتها، وإذا لم تتناسب الإشارة مع تلك المدة، فإنها تعتبر مفقودة أو مشوهة. قيود الوقت تجعل معيار 802.11 مشابهًا لمعيار 803.11، حيث يجب أن تصل الإشارة أيضًا إلى عقدة مستهدفة معينة خلال فترة زمنية محددة. يوفر معيار 802.11 الدعم لخدمات إدارة الشبكة (على سبيل المثال، بروتوكول SNMP). يتم توفير مصادقة الشبكة أيضًا؛ ويركز معيار 802.11 على استخدام طبقات الارتباط والطبقات المادية لنموذج OSI. تحدد الطبقات الفرعية MAC وLLC لطبقة Data Link معايير طريقة الوصول (والتي ستتم مناقشتها لاحقًا في هذا الفصل)، والعنونة، وطرق التحقق من البيانات باستخدام المجاميع الاختبارية (CRC). في الطبقة المادية، يحدد معيار 802.11 معدلات البيانات بترددات محددة. كما يتم توفير طرق (مثل تقنيات الطيف المنتشر) لنقل الإشارات الرقمية باستخدام موجات الراديو والأشعة تحت الحمراء.

من منظور بيئة العمل، يميز معيار 802.11 بين الاتصالات اللاسلكية الداخلية (الداخلية) والخارجية (الخارجية). يمكن، على سبيل المثال، إجراء الاتصالات الداخلية في مبنى مكاتب أو منطقة صناعية أو متجر أو منزل خاص (أي حيثما لا تمتد إلى ما هو أبعد من مبنى منفصل). يمكن إجراء الاتصالات الخارجية داخل الحرم الجامعي أو الملعب الرياضي أو موقف السيارات (أي حيث يتم نقل المعلومات بين المباني). بعد ذلك، سوف تتعرف على الجوانب التالية فيما يتعلق بعمل الشبكات اللاسلكية 802.11:

· المكونات اللاسلكية المستخدمة في شبكات IEEE 802.11.

· طرق الوصول في الشبكات اللاسلكية.

· طرق اكتشاف الأخطاء أثناء نقل البيانات.

· سرعات الاتصال المستخدمة في شبكات IEEE 802.11.

· أساليب الأمن.

· استخدام المصادقة عند فقدان الاتصال.

· طبولوجيا الشبكة IEEE 802.11.

· استخدام الشبكات المحلية اللاسلكية متعددة الخلايا.

مكونات الشبكة اللاسلكية

يتضمن تنفيذ الاتصالات اللاسلكية عادةً ثلاثة مكونات رئيسية: لوحة تؤدي وظائف جهاز الاستقبال والإرسال (جهاز الإرسال والاستقبال)، ونقطة الوصول، والهوائيات.

يتم استدعاء لوحة الإرسال والاستقبال محول الشبكة اللاسلكية(بطاقة واجهة الشبكة اللاسلكية، WNIC)، والتي تعمل على المستوى المادي ومستوى الارتباط لنموذج OSI. تتوافق معظم هذه المحولات مع مواصفات واجهة الشبكة وNDIS (Microsoft) وOpen Datalink Interface وODI (Novell). كما تعلمون بالفعل من الفصل 5،تسمح كل من هذه المواصفات بنقل بروتوكولات متعددة عبر الشبكة ويتم استخدامها لتوصيل الكمبيوتر ونظام التشغيل الخاص به بمحول WNIC.

الوصول إلى ثينكا(نقطة الوصول) عبارة عن جهاز متصل بشبكة كابل ويوفر نقل البيانات لاسلكيًا بين محولات WNIC وهذه الشبكة. كما جاء في الفصل 4،عادة ما تكون نقطة الوصول عبارة عن جسر. قد يحتوي على واجهة شبكة واحدة أو أكثر من الأنواع التالية، مما يسمح له بالاتصال بشبكة كابل:

· 100BaseTX، و100BaseT، و100BaseT2، و100BaseT4؛

نصيحة

يقدم بعض موفري الشبكات اللاسلكية الآن نقاط وصول مزودة بقدرات جهاز التوجيه.

هوائيهو جهاز يرسل (ينبعث) ويستقبل موجات الراديو. تم تجهيز كل من محولات WNIC ونقاط الوصول بهوائيات. معظم هوائيات الشبكات اللاسلكية إما اتجاهية أو شاملة الاتجاهات.

نصيحة

عند شراء أجهزة 802.11، تأكد من أنها معتمدة من قبل تحالف توافق Ethernet اللاسلكي (WECA)، الذي يمثل أكثر من 150 شركة للأجهزة اللاسلكية. يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول هذا التحالف على الموقع شبكة الاتصالات العالمية. واي- فاي. com.

هوائي اتجاهي

يرسل الهوائي الاتجاهي حزم الراديو في اتجاه رئيسي واحد ويمكنه عادةً تضخيم الإشارة المشعة إلى حد أكبر من الهوائي متعدد الاتجاهات. يسمى مقدار تضخيم الإشارة المنبعثة يكسب(يكسب). في الشبكات اللاسلكية، يُستخدم الهوائي الاتجاهي عادةً لنقل موجات الراديو بين الهوائيات الموجودة في مبنيين والمتصلة بنقاط الوصول (الشكل 9.2)، حيث يوفر الهوائي الاتجاهي الإرسال عبر مسافات أطول مقارنة بالهوائي متعدد الاتجاهات فمن المرجح أن تشع إشارة أكثر قوة (كسب عالي) في اتجاه واحد. النظر إلى الشكل. 9.2، يرجى ملاحظة أن الهوائي يصدر في الواقع إشارة ليس فقط في اتجاه واحد، حيث أن جزءًا من الإشارة منتشر على الجانبين.

ملحوظة

للتعرف على مكونات الشبكات اللاسلكية، أكمل التمرين 9-3. بالإضافة إلى ذلك، تعلمك التمارين التدريبية 9-4 و9-5 كيفية تثبيت محول WNIC على نظامي التشغيل Windows 2000 وWindows XP Professional. في التدريب 9-6، ستتعلم كيفية تثبيت محول على نظام Red Hat Linux. 7. س.

هوائي متعدد الاتجاهات

هوائي متعدد الاتجاهات يصدر موجات الراديو في كل الاتجاهات. نظرًا لأن الإشارة متناثرة أكثر من الهوائي الاتجاهي، فمن المحتمل أن يكون كسبها أقل. في الشبكات اللاسلكية، غالبًا ما تُستخدم الهوائيات شاملة الاتجاهات في الشبكات الداخلية حيث يوجد مزيج ثابت من المستخدمين ويجب إرسال الإشارات واستقبالها في جميع الاتجاهات. بالإضافة إلى ذلك، لا تتطلب مثل هذه الشبكات عادةً أن يكون كسب الإشارة مرتفعًا مثل الشبكة الخارجية، نظرًا لأن المسافات بين الأجهزة اللاسلكية في الداخل أقصر بكثير. في التين. يوضح الشكل 9.3 شبكة لاسلكية تستخدم هوائيات شاملة الاتجاهات

أرز. 9.3.هوائيات شاملة الاتجاهات

قد يتم تجهيز محول WNIC للأجهزة المحمولة (مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة كمبيوتر الجيب وأجهزة الكمبيوتر اللوحية) بدائرة هوائي صغيرة متعددة الاتجاهات. قد تحتوي نقطة الوصول الخاصة بشبكة داخلية محلية على هوائي متعدد الاتجاهات قابل للفصل أو هوائي متصل بنقطة الوصول عبر كابل. عادةً ما تحتوي نقطة الوصول الخاصة بشبكة خارجية تربط بين مبنيين على هوائي عالي الكسب متصل بنقطة الوصول عبر كابل.

طرق الوصول في الشبكات اللاسلكية

يوفر معيار 802.11 طريقتين للوصول: الوصول حسب الأولوية والوصول المتعدد لاستشعار الناقل مع تجنب الاصطدام. تعمل كلتا الطريقتين في طبقة Data Link.

استخدام الوصول حسب ترتيب الأولوية(تعمل نقطة الوصول المستندة إلى الأولوية أيضًا كمنسق نقطة، والذي يحدد فترة خالية من الصراعات لا يمكن خلالها للمحطات (إلى جانب المنسق نفسه) الإرسال دون الاتصال بالمنسق أولاً. خلال هذه الفترة يقوم المنسق باستجواب المحطات واحدا تلو الآخر. إذا أرسلت محطة ما حزمة قصيرة تشير إلى أنها تحتاج إلى الاستقصاء لأن لديها رسالة تريد إرسالها، فإن منسق النقطة يضع استقصائه على تلك المحطة. إذا لم يتم استطلاع المحطة، يرسل لها المنسق إطار إشارة يشير إلى مدة الانتظار قبل بدء الفترة التالية دون تعارضات. في هذه الحالة، تحصل المحطات المدرجة في الاستبيان بالتناوب على الحق في إجراء الاتصالات. عندما تحصل جميع هذه المحطات على فرصة إرسال البيانات، يتم تحديد الفترة التالية على الفور دون تعارض، حيث يقوم المنسق باستطلاع رأي المحطة مرة أخرى، وتحديد ما إذا كان ينبغي إدراج المحطات التي تنتظر فرصة الإرسال في الاستبيان.

الوصول على أساس الأولوية مخصص للاتصالات التي تتطلب تأخيرات منخفضة في نقل المعلومات. تشتمل هذه الأنواع من الاتصالات عادةً على تطبيقات الصوت والفيديو ومؤتمرات الفيديو التي تعمل بشكل أفضل عند التشغيل المستمر. وفقًا لمعيار 802.11، يتم استدعاء الوصول بترتيب الأولوية أيضًا وظيفة تنسيق النقاط

غالبا ما تستخدم في الشبكات اللاسلكية الوصول المتعدد مع التحكمالناقل ليم وتجنب الصراع(الوصول المتعدد لتحسس الناقل مع تجنب الاصطدام، CSMA/CA)، والذي يُسمى أيضًا وظائف التنسيق الموزعة(وظيفة التنسيق الموزعة). في هذه الحالة، تستمع المحطة المنتظرة للإرسال إلى تردد الاتصالات وتحدد شغلها عن طريق التحقق من مستوى مؤشر قوة إشارة المستقبل (RSSI). في اللحظة الرابعة عشرة، عندما يكون تردد الإرسال مجانيًا، من المرجح أن تكون هناك تعارضات بين محطتين ترغبان في بدء الإرسال في نفس الوقت. بمجرد تحرير تردد الإرسال! تنتظر كل محطة بضع ثوانٍ (يتم تحديد عددها بواسطة معلمة DIPS) لضمان بقاء التردد خاملاً. DIFS هو اختصار لمصطلح الفضاء داخل الإطار لوظيفة التنسيق الموزعة، والذي يحدد وقت الانتظار الإلزامي المحدد مسبقًا (التأخير).

إذا انتظرت المحطات الوقت المحدد في الفاصل الزمني DIFS، فسيتم تقليل احتمالية التعارض بين المحطات لأن كل محطة تتطلب الإرسال لها وقت تأخير مختلف (وقت تأخير) محسوب قبل أن تتحقق المحطة مرة أخرى من شغل تردد الإرسال. إذا ظل التردد شاغرا، فإن المحطة ذات الحد الأدنى من وقت التأخير تبدأ الإرسال. إذا كان التردد مشغولاً، فإن المحطة التي تحتاج إلى الإرسال تنتظر حتى يصبح التردد مجانيًا، وبعد ذلك تظل في وضع الخمول طوال فترة التأخير المحسوبة بالفعل.

عند تحديد وقت التأخير، يتم ضرب مدة الفاصل الزمني المحدد مسبقًا برقم عشوائي. الفاصل الزمني هو قيمة مخزنة في قاعدة معلومات الإدارة (MIB) المتوفرة في كل محطة. تتراوح قيمة الرقم العشوائي من صفر إلى الحد الأقصى لحجم نافذة التعارض، والذي يتم تخزينه أيضًا في قاعدة بيانات معلومات التحكم في المحطة. وبالتالي، يتم تحديد وقت تراجع فريد لكل محطة تنتظر الإرسال، مما يسمح للمحطات بتجنب الاصطدامات.

معالجة أخطاء الإرسال

تخضع الاتصالات اللاسلكية لظروف الطقس ووهج الشمس والاتصالات اللاسلكية الأخرى والعوائق الطبيعية ومصادر التداخل الأخرى. كل هذه التدخلات يمكن أن تتداخل مع استقبال البيانات بنجاح. يوفر معيار 802.11 الطلب التلقائي لتكرار(طلب التكرار التلقائي، ARQ)، والذي يسمح لك بمراعاة احتمالية حدوث أخطاء في الإرسال.

عند استخدام طلبات ARQ، إذا لم تتلق المحطة التي أرسلت الحزمة إقرارًا (ACK) من المحطة المستهدفة، فإنها تقوم تلقائيًا بإعادة إرسال الحزمة. يعتمد عدد مرات إعادة المحاولة التي تجريها محطة الإرسال قبل أن تقرر عدم إمكانية تسليم الحزمة على حجم الحزمة. تقوم كل محطة بتخزين قيمتين: الحد الأقصى لحجم الحزمة القصيرة وحجم الحزمة الطويلة. بالإضافة إلى ذلك، هناك معلمتان إضافيتان: عدد التكرارات لإرسال حزمة قصيرة وعدد التكرارات للحزمة الطويلة. يتيح تحليل كل هذه القيم للمحطة أن تقرر ما إذا كانت ستتوقف عن إعادة إرسال حزمة معينة أم لا.

كمثال لمعالجة الأخطاء باستخدام طلبات ARQ، فكر في محطة يبلغ الحد الأقصى لطول الحزمة القصيرة فيها 776 بايت، وعدد مرات إعادة المحاولة للحزمة القصيرة هو 10. لنفترض أن المحطة ترسل حزمة بطول 608 بايت، ولكن لا يتلقى إقرارًا من محطة الاستقبال. وفي هذه الحالة، ستقوم محطة الإرسال بإعادة إرسال هذه الحزمة 10 مرات في حالة عدم وجود إشعار بالاستلام. وبعد 10 محاولات غير ناجحة (أي دون تلقي إقرار بالاستلام)، ستتوقف المحطة عن إرسال هذه الحزمة.

أسعار النقل

يتم تحديد سرعات النقل والترددات المقابلة لشبكات 802.11 بمعيارين: 802.11a و802.1111b. تشير سرعات الاتصال المحددة في هذه المعايير إلى الطبقة المادية لنموذج OSI.

بالنسبة للشبكات اللاسلكية العاملة في نطاق 5 جيجا هرتز، يوفر معيار 802.11 معدلات البيانات التالية:

· 6 ميجابت/ثانية؛

· 24 ميغابت/ثانية؛

· 9 ميغابت/ثانية؛

· 36 ميغابت/ثانية؛ "

· 12 ميجابت/ثانية؛

· 48 ميغابت/ثانية؛

· 18 ميغابت/ثانية؛

· 54 ميجابت/ثانية.

ملحوظة

يجب أن تدعم جميع الأجهزة المتوافقة مع معيار 802.11a سرعات 6 و12 و24 ميجابت في الثانية. المعيار 802. يتم تطبيق PA على الطبقة المادية لنموذج OSI ولنقل إشارات المعلومات باستخدام موجات الراديو ينص على الاستخدام تعدد الإرسال المتعامد للقنوات المنفصلةتكرار(تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد، OFDM). باستخدام طريقة تعدد الإرسال هذه، يتم تقسيم نطاق التردد 5 جيجا هرتز إلى 52 موجة حاملة فرعية (52 قناة فرعية). يتم تقسيم البيانات بين هذه الموجات الحاملة الفرعية ويتم إرسالها في وقت واحد عبر جميع الموجات الحاملة الفرعية البالغ عددها 52. تسمى عمليات النقل هذه بالتوازي. يتم استخدام أربع ناقلات فرعية للتحكم في الاتصالات، و48 منها تحمل البيانات. يُستخدم معيار 802.11b في نطاق التردد 2.4 جيجا هرتز ويوفر سرعات الاتصال التالية: "

· 1 ميجابت/ثانية؛

· 10 ميغابت/ثانية؛

· 2 ميجابت/ثانية؛

· 11 ميجابت في الثانية.

ملحوظة

في وقت كتابة هذا التقرير، كان من المتوقع أن تتم الموافقة على امتداد معيار 802.11b، المسمى 802.11d. يسمح معيار 802.11d بنقل البيانات في نطاق 2.4 جيجا هرتز بسرعات تصل إلى 54 ميجابت/ثانية.

يستخدم معيار 802.11b تعديل التسلسل المباشروالطيف الممتد(تعديل الطيف المنتشر بالتسلسل المباشر، DSSS)، وهي طريقة لنقل إشارات المعلومات باستخدام موجات الراديو وتنتمي إلى الطبقة المادية. مع تعديل DSSS، يتم توزيع البيانات بين عدة قنوات (ما يصل إلى 14 في المجموع)، كل منها تشغل نطاق 22 ميجا هرتز. يعتمد العدد الدقيق للقنوات وتردداتها على البلد الذي تتم فيه الاتصالات. وفي كندا والولايات المتحدة الأمريكية، يتم استخدام 11 قناة في النطاق 2.4 جيجا هرتز. وفي أوروبا يبلغ عدد القنوات 13، باستثناء فرنسا حيث يتم استخدام 4 قنوات فقط. يتم إرسال إشارة المعلومات واحدة تلو الأخرى إلى القنوات ويتم تضخيمها إلى قيم كافية لتجاوز مستوى التداخل.

في وقت كتابة هذا التقرير، كان 802.11a يوفر سرعات أعلى من 802.11b. ومع ذلك، يتم تحقيق الزيادة في السرعة عن طريق تقليل مسافات العمل. حاليًا، يمكن لأجهزة 802.11a نقل البيانات عبر مسافات تصل إلى 18 مترًا، في حين أن أجهزة 802.11b قادرة على العمل على مسافات تصل إلى 90 مترًا، وهذا يعني أنه إذا كنت تستخدم أجهزة 802.Na، فسيتم زيادة مساحة العمل الإجمالية لأجهزة الاتصال، سوف تحتاج إلى شراء المزيد من نقاط الوصول.

بالإضافة إلى السرعة، فإن ميزة معيار 802.Pa هي أن إجمالي نطاق الترددات المتاحة له في نطاق 0.825 جيجا هرتز هو تقريبًا ضعف نطاق التردد في نطاق 0.4835 جيجا هرتز لمعيار 802.11b. وهذا يعني أنه يمكن نقل المزيد من البيانات أثناء البث، حيث أنه كلما اتسع نطاق التردد، زادت قنوات المعلومات التي يتم من خلالها نقل البيانات الثنائية.

بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب المزيد من النطاق الترددي (مثل الصوت والفيديو)، خطط لاستخدام 802 جهازًا. بالإضافة إلى ذلك، فكر في استخدام مثل هذه الأجهزة في المواقف التي يوجد فيها عدد كبير من المستخدمين في منطقة صغيرة (مثل معمل الكمبيوتر). سيسمح النطاق الترددي العالي لجميع العملاء على الشبكة بأداء أفضل وأسرع.

يغطي نطاق أجهزة 802.11b تلك التكوينات التي لا يكون فيها النطاق الترددي العالي مهمًا جدًا (على سبيل المثال، للاتصالات المخصصة أساسًا لنقل البيانات). بالإضافة إلى ذلك، يعتبر 802.11b مناسبًا تمامًا للمشاريع ذات الميزانية المنخفضة لأنه يتطلب نقاط وصول أقل من 802.11a. وذلك لأن معيار 802.11a يوفر مساحة عمل أوسع (تصل إلى 90 مترًا مقابل 18 مترًا يسمح بها معيار 802.11a). حاليًا، يتم استخدام معيار 802.11b في كثير من الأحيان أكثر من 802.11a، نظرًا لأن الشبكات القائمة عليه أرخص في التنفيذ، ويتم تمثيل مجموعة الأجهزة المخصصة له على نطاق أوسع في السوق (والتي بدأ إنتاجها في وقت سابق) ). يتم عرض خصائص معايير 802.11a و802.11b في الجدول. 9.1.

الجدول 9.1. خصائص معايير 802.11a و802.11ب

	802.11 أ	802.11ب
تردد التشغيل
سرعات العمل (تخطي الفرقةكانيا)	6، 9، 12، 18، 24، 36، 48، 54 ميجابت/ثانية	1، 2، 10، 11 ميجابت/ثانية
طريقة المجتمعالكاتيون	تقسيم التردد المتعامد تعدد إرسال الطيف (OFDM)	تعديل التسلسل المباشر DSSS
الحد الأقصى لمسافة العمل الحالية
التكلفة الحقيقيةشؤون	مرتفع نسبيًا بسبب الحاجة إلى نقاط وصول إضافية	منخفض نسبيًا بسبب استخدام عدد صغير من نقاط الوصول

أساليب الأمن

يعد الأمان أمرًا مهمًا في الشبكات اللاسلكية كما هو الحال في شبكات الكابل. يوفر معيار 802.11 آليتين أمنيتين: مصادقة الأنظمة المفتوحة ومصادقة المفتاح المشترك. عند استخدام مصادقة النظام المفتوح، يمكن لأي محطتين مصادقة بعضهما البعض. تقوم محطة الإرسال ببساطة بإرسال طلب مصادقة إلى المحطة المستهدفة أو نقطة الوصول. إذا قبلت المحطة المستهدفة الطلب، تكون المصادقة قد اكتملت. لا توفر طريقة المصادقة هذه أمانًا كافيًا، ويجب أن تدرك أن العديد من أجهزة الشركات المصنعة تستخدمها كطريقة افتراضية.

يوفر حماية أفضل بكثير مصادقة المفتاح المشترك(مصادقة المفتاح المشترك)، لأنه ينفذ سلكي مقابل الحزب الثوري المؤسسيشاغرة (WEP). باستخدام آلية الأمان هذه، تعمل محطتان (على سبيل المثال، محول WNIC ونقطة الوصول) بنفس مفتاح التشفير الذي تم إنشاؤه بواسطة خدمات WEP. مفتاح تشفير WEP هو مفتاح 40 أو 104 بت مع إضافة المجموع الاختباري ومعلومات التشغيل، مما يؤدي إلى إجمالي طول المفتاح 64 أو 104 بت.

عند استخدام مصادقة المفتاح المشترك وWEP، تتصل إحدى المحطات بأخرى لطلب المصادقة. ترسل المحطة الثانية بعض الطلبات النصية الخاصة. تقوم المحطة الأولى بتشفيرها باستخدام مفتاح تشفير WEP وترسل النص المشفر إلى المحطة الثانية التي تقوم بفك تشفيره باستخدام نفس مفتاح WEP وتقارن النص الناتج مع الطلب النصي الذي تم إرساله في الأصل. إذا تطابق كلا النصين، تقوم المحطة الثانية بتوثيق الأولى وتستمر الاتصالات.

استخدام المصادقة عند فقدان الاتصال

وظيفة أخرى للمصادقة هي قطع الاتصال بعد انتهاء جلسة الاتصال. تعتبر عملية مصادقة فشل الاتصال مهمة لأنه لا يمكن فصل محطتي اتصال عن طريق الخطأ بواسطة محطة أخرى لم تتم مصادقتها. ينقطع الاتصال بين محطتين إذا أرسلت إحداهما إشعارًا بفشل المصادقة. في هذه الحالة، تتوقف الاتصالات على الفور.

مخططات الشبكةIEEE 802.11

يوفر معيار 802.11 طوبولوجيتين رئيسيتين. أبسط هو طوبولوجيا مع مجموعة من الخدمات الأساسية المستقلة(طوبولوجيا مجموعة الخدمات الأساسية المستقلة (IBSS))، المكونة من محطتي اتصال لاسلكيتين أو أكثر يمكنها التواصل مع بعضها البعض. لا يمكن التنبؤ بهذا النوع من الشبكات إلى حد ما، حيث غالبًا ما تظهر محطات جديدة بشكل غير متوقع. يتم تشكيل طوبولوجيا IBSS من خلال اتصالات نظير إلى نظير (متساوية) بين محولات WNIC لأجهزة الكمبيوتر الفردية (الشكل 9.4).

بالمقارنة مع طوبولوجيا IBSS، طوبولوجيا المجموعة الفائقة(طوبولوجيا مجموعة الخدمات الموسعة (ESS)) لها منطقة خدمة كبيرة لأنها تحتوي على نقطة وصول واحدة أو أكثر. استنادا إلى طوبولوجيا ESS، يمكنك إنشاء شبكة صغيرة أو متوسطة أو كبيرة وكبيرة! توسيع منطقة الاتصالات اللاسلكية. تظهر طوبولوجيا ESS في الشكل. 9.5.

إذا كنت تستخدم أجهزة متوافقة مع 802.11، فيمكن تحويل الشبكة وبنية IBSS بسهولة إلى شبكة تعتمد على طوبولوجيا ESS. ومع ذلك، لا ينبغي أن تكون الشبكات ذات الطبولوجيا المختلفة موجودة في مكان قريب، نظرًا لأن اتصالات IBSS من نظير إلى نظير تتصرف بشكل غير مستقر في وجود نقاط الوصول المستخدمة في شبكة ESS. قد تتعطل أيضًا الاتصالات في شبكة ESS. "

نصيحة

لمزيد من المعلومات حول معيار IEEE 802.11، قم بزيارة موقع IEEE الإلكتروني على www.IEEE. ieee. ORG. يمكن طلب نسخة كاملة من هذا المعيار من هذا الموقع.

شبكات LAN لاسلكية متعددة الشبكات

عندما تستخدم شبكة قائمة على طوبولوجيا ESS نقطتي وصول أو أكثر، تصبح الشبكة لغة لاسلكية متعددة الخلاياشبكة جديدة(شبكة محلية لاسلكية متعددة الخلايا). تسمى منطقة البث حول نقطة معينة في مثل هذه الطوبولوجيا خلية(خلية). على سبيل المثال، إذا كانت الشبكة الداخلية داخل المبنى تحتوي على خمس نقاط وصول، فهناك خمس خلايا في هذه الشبكة. بالإضافة إلى ذلك، إذا تم تكوين جميع الخلايا الخمس بشكل متطابق (نفس تردد التشغيل ونفس معدل البث بالباود وإعدادات الأمان الشائعة)، فيمكن نقل جهاز كمبيوتر شخصي أو جهاز محمول مزود بمحول WNIC من خلية إلى أخرى. هذه العملية تسمى التجوال(التجوال).

وكمثال على التجوال في طوبولوجيا ESS اللاسلكية، فكر في قسم جامعي قام بنشر شبكة لاسلكية بخمس نقاط وصول مرتبطة بالخلايا المرقمة من I إلى V.1 خلية قد أنتمي إلى مكتبة. قد تغطي الخلايا II و III منطقة مكتب أعضاء هيئة التدريس. قد تكون الخلية IV موجودة في مكتب الإدارة، وقد تكون الخلية V موجودة في مختبر التدريس. إذا تم تكوين جميع الخلايا بشكل متماثل، فيمكن لأي طالب أو هيئة تدريس أو موظف في المكتب نقل جهاز كمبيوتر محمول مزود بمحول WNIC من خلية إلى أخرى مع الحفاظ على الوصول إلى شبكة القسم. على الرغم من أن معيار 802.11 لا يوفر مواصفات لبروتوكول التجوال، فقد طورت الشركات المصنعة للأجهزة اللاسلكية أحد هذه البروتوكولات يسمى انتر- وصول نقطة بروتوكول (IAPP), والتي في نقاطها الرئيسية تلبي هذا المعيار. يسمح بروتوكول IAPP للمحطة المتنقلة بالتنقل بين الخلايا دون فقدان الاتصال بالشبكة. لضمان الاتصالات مع تجوال IAPP، نقوم بتغليف بروتوكولات UDP وIP.

ملحوظة

كما تعلمون بالفعل من الفصل 6،بروتوكول مخطط بيانات المستخدم (UDP) هو بروتوكول بدون اتصال يمكن استخدامه مع IP بدلاً من TCP، وهو بروتوكول موجه للاتصال.

يتيح لك بروتوكول IAPP إخطار نقاط الوصول الموجودة بأن جهازًا جديدًا يتصل بالشبكة، كما يسمح لنقاط الوصول المجاورة بتبادل معلومات التكوين مع بعضها البعض. بالإضافة إلى ذلك، يسمح البروتوكول لبعض نقاط الوصول التي تتصل بمحطة متنقلة بنقل معلومات حول الاتصال الأصلي تلقائيًا (بما في ذلك أي بيانات في انتظار إرسالها إلى نقطة وصول أخرى في الحالات التي تتحرك فيها المحطة المتنقلة من خلية تخدمها نقطة الوصول الأولى إلى خلية تخدمها نقطة الوصول الأولى المرتبطة بنقطة الوصول الثانية).

تقنيات شبكات الراديو البديلة

تتضمن بعض تقنيات الاتصال الأكثر شيوعًا التي تستخدم موجات الراديو التقنيات البديلة التالية لمعيار IEEE 802.11:

· HomeRF بروتوكول الوصول اللاسلكي المشترك (SWAP).

تمثل كل تقنية مدرجة أحد مواصفات الشبكات اللاسلكية وتدعمها شركات مصنعة محددة. وتناقش كل هذه التقنيات في الأقسام التالية.

بلوتوث

بلوتوث – هي تقنية اتصالات لاسلكية تم وصفها بواسطة مجموعة Bluetooth Special Interest Group. وقد جذبت هذه التكنولوجيا انتباه الشركات المصنعة مثل 3Com، وAgere، وIBM، وIntel، وLucent، وMicrosoft، وMotorola، وNokia، وToshiba. ويستخدم قفز التردد في نطاق 2.4 جيجا هرتز (2.4-2.4835 جيجا هرتز) المعين من قبل لجنة الاتصالات الفيدرالية لاتصالات ISM غير المرخصة. تتضمن طريقة قفز التردد تغيير تردد الموجة الحاملة (يتم اختيار واحد من 79 ترددًا) لكل حزمة مرسلة. وتتمثل ميزة هذه الطريقة في أنها تقلل من احتمالية التداخل المتبادل في حالات التشغيل المتزامن لعدة أجهزة.

عند استخدام اتصالات متعددة الواط، تسمح تقنية البلوتوث بنقل البيانات عبر مسافات تصل إلى 100 متر، ولكن في الواقع تعمل معظم أجهزة البلوتوث على مسافة تصل إلى 9 أمتار، وعادةً ما يتم استخدام الاتصالات غير المتزامنة بسرعة 57.6 أو 721 كيلوبت في الثانية . تعمل أجهزة Bluetooth التي توفر اتصالات متزامنة بسرعة 432.6 كيلوبت في الثانية، ولكن هذه الأجهزة أقل شيوعًا.

استخدامات تقنية البلوتوث الإرسال المزدوج مع تقسيم الوقتمحاذاة القناة(الطباعة على الوجهين بتقسيم الزمن، TDD)، حيث يتم إرسال الحزم في اتجاهين متعاكسين باستخدام فترات زمنية. يمكن أن تستخدم دورة الإرسال الواحدة ما يصل إلى خمس فترات زمنية مختلفة، بحيث يمكن إرسال الحزم واستقبالها في وقت واحد. هذه العملية تذكرنا بالاتصالات المزدوجة. يمكن لما يصل إلى سبعة أجهزة تعمل بتقنية Bluetooth الاتصال في وقت واحد (تدعي بعض الشركات المصنعة أن تقنياتها يمكنها توصيل ثمانية أجهزة، لكن هذا لا يفي بالمواصفات). عندما تتبادل الأجهزة المعلومات، يتم تحديد أحدها تلقائيًا ليكون الجهاز الرئيسي. يحدد هذا الجهاز وظائف التحكم (على سبيل المثال، مزامنة الفترة الزمنية والتحكم في إعادة التوجيه). في جميع الجوانب الأخرى لاتصالات Bluetooth، فهي تشبه شبكة نظير إلى نظير.

نصيحة

لمعرفة المزيد حول تقنية البلوتوث، قم بزيارة الموقع الرسمي على شبكة الاتصالات العالمية. بلوتوث. com. أكمل التدريب 9-7، الذي يقدم لك موقع Bluetooth على الويب، والذي يصف تطبيقات Bluetooth للوصول الشامل للاتصالات اللاسلكية.

هيبرلان

تكنولوجيا هيبرلانتم تطويره في أوروبا ويوجد حاليًا إصدار ثانٍ يسمى HiperLAN2. تستخدم هذه التقنية النطاق 5 جيجا هرتز وتوفر معدلات نقل بيانات تصل إلى 54 ميجابت في الثانية. بالإضافة إلى السرعة، فإن ميزة HiperLAN2 هي توافقها مع اتصالات Ethernet وATM.

يدعم تقنية HiperLAN2 بيانات التشفير معيار (ديس) – معيار تشفير البيانات الذي طوره المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) والمعهد الوطني الأمريكي للمعايير (ANSI). ويستخدم مفتاح تشفير عام، يمكن لجميع محطات الشبكة مشاهدته، بالإضافة إلى مفتاح خاص. (خاص) مفتاح مخصص فقط لمحطات الإرسال والاستقبال. كلا المفتاحين ضروريان لفك تشفير البيانات.

تضمن تقنية HiperLAN2 جودة الخدمة (QoS)، مما يوفر مستوى مضمونًا من الاتصالات لفئات مختلفة من الخدمة (على سبيل المثال، الصوت أو الفيديو). هذا ممكن نظرًا لأن نقاط الوصول تدير الاتصال اللاسلكي مركزيًا! الاتصالات، والتخطيط لجميع جلسات نقل المعلومات.

تعمل شبكة HiperLAN2 في وضعين. الوضع المباشر (directlmode) هو طوبولوجيا شبكة نظير إلى نظير (على غرار طوبولوجيا 1B58 في شبكات 802.11)، والتي تتكون فقط من خلال محطات الاتصال. ويسمى الوضع الآخر الوضع المركزي لأنه يتم تنفيذه في شبكات كبيرة حيث توجد نقاط وصول تركز وتدير حركة مرور الشبكة. طريقة الاتصال لكلا الوضعين هي Time Division Dual (TDD)، وهي نفس التقنية المستخدمة في تقنية Bluetooth.

نصيحة

لإلقاء نظرة فاحصة على HiperLAN2، قم بزيارة الموقع شبكة الاتصالات العالمية. هيبيريان2. com.

الصفحة الرئيسيةRF بروتوكول الوصول اللاسلكي المشترك (SWAP)(HomeRF) هي تقنية تدعمها شركات مثل Motorola وNational Semiconductor وProxim وSiemens. هذا

تعمل التقنية في نطاق 2.4 جيجا هرتز وتوفر سرعات شبكة تصل إلى 10 ميجابت/ثانية. ويستخدم CSMA/CA كوسيلة للوصول (مثل معيار 802.11) وهو مخصص للشبكات المنزلية حيث يتم نقل البيانات والصوت والفيديو وتدفقات الوسائط المتعددة والمعلومات الأخرى.

مثال على الاستخدام النموذجي لتقنية HomeRF SWAP هو شبكة لاسلكية تربط العديد من أجهزة الكمبيوتر الشخصية وتوفر لهم إمكانية الوصول إلى الإنترنت. مجال آخر للتطبيق هو تنفيذ الاتصالات اللاسلكية لمراكز الترفيه (على سبيل المثال، لتوصيل العديد من أجهزة التلفزيون وأنظمة الاستريو مع بعضها البعض). يمكن لشبكة HomeRF SWAP ربط عدة هواتف معًا. ويمكن استخدامه أيضًا لتوفير الاتصال بين أجهزة التحكم المنزلية (الإضاءة، مكيفات الهواء، وحدات المطبخ، إلخ). لضمان الأمان، تستخدم شبكات HomeRF SWAP تشفير بيانات 128 بت ومعرفات شبكة 24 بت.

في وقت كتابة هذا التقرير، كانت تقنية HomeRF SWAPS قيد التطوير، مما يوفر اتصالات بسرعة 25 ميجابت/ثانية. يسعى منشئو هذه التكنولوجيا إلى دمجها في أجهزة التلفزيون وخوادم الوسائط المتعددة من أجل توسيع قدرات أنظمة الفيديو المعقدة.

(نصيحة)

يمكنك التعرف على HomeRF SWAP بمزيد من التفاصيل على الموقع شبكة الاتصالات العالمية. homerf. ORG.

تقنيات الشبكات باستخدامالأشعة تحت الحمراء

يمكن استخدام الأشعة تحت الحمراء (IR) كوسيلة نقل لاتصالات الشبكة. أنت على دراية بهذه التقنية بفضل أجهزة التحكم عن بعد الخاصة بالتلفزيون والاستريو. الأشعة تحت الحمراء هي إشارة كهرومغناطيسية، تشبه موجات الراديو، لكن ترددها أقرب إلى نطاق الموجات الكهرومغناطيسية المرئية التي تسمى الضوء المرئي.

يمكن للأشعة تحت الحمراء أن تنتشر في اتجاه واحد أو في جميع الاتجاهات، باستخدام الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) للإرسال والصمام الثنائي الضوئي للاستقبال. ينتمي الأشعة تحت الحمراء إلى المستوى المادي، وتردده هو 100 جيجا هرتز - 1000 هرتز (تيراهيرتز)، ويتراوح الطول الموجي الكهرومغناطيسي من 700 إلى 1000 نانومتر (نانومتر، 10 ~ 9).

مثل موجات الراديو، يمكن أن تكون الأشعة تحت الحمراء حلاً منخفض التكلفة عندما لا تتوفر الكابلات أو عندما يكون المستخدمون متنقلين. ميزته هي أنه من الصعب اعتراض إشارة الكمبيوتر دون أن يتم ملاحظتها. ميزة أخرى هي مقاومة إشارة ICC للتداخل الراديوي والكهرومغناطيسي. ومع ذلك، فإن بيئة الاتصال هذه لديها أيضًا عدد من العيوب المهمة. أولاً، مع الاتصالات الاتجاهية، لا يتجاوز معدل نقل البيانات 16 ميجابت/ثانية، ومع الاتصالات شاملة الاتجاهات، تقل هذه القيمة عن 1 ميجابت/ثانية. ثانيًا، لا يمر إشعاع الأشعة تحت الحمراء عبر الجدران، وهو أمر يسهل التحقق منه من خلال محاولة التحكم في التلفزيون بجهاز تحكم عن بعد من غرفة أخرى. من ناحية أخرى، يتحول هذا العيب إلى ميزة، لأنه نظرًا لمنطقة التوزيع المحدودة، تصبح الاتصالات باستخدام إشارات الأشعة تحت الحمراء أكثر أمانًا. ثالثًا، قد تكون الاتصالات بالأشعة تحت الحمراء عرضة للتداخل من مصادر قوية.

نصيحة

يمكن لتقنيات الأشعة تحت الحمراء استخدام نقاط الوصول لتوسيع منطقة العمل وإنشاء شبكات كبيرة.

عند إرسال المعلومات باستخدام الأشعة تحت الحمراء المنتشرة، تنعكس إشارة الأشعة تحت الحمراء المرسلة من السقف، كما هو موضح في الشكل. 9.6. بالنسبة لمثل هذه الاتصالات، يوجد معيار IEEE 802، والذي ينص على التشغيل على مسافة من 9 إلى 18 مترًا، اعتمادًا على ارتفاع السقف (كلما زاد السقف، قلت مساحة تغطية الشبكة). بالنسبة للأشعة تحت الحمراء المتناثرة، تحدد هذه المواصفة القياسية معدلات بيانات تبلغ 1 و2 ميجابت/ثانية. تتراوح الأطوال الموجية لإشارة الأشعة تحت الحمراء المنتشرة المستخدمة في معيار 802.11R بين 850-950 نانومتر (خارج نطاق الأشعة تحت الحمراء بأكمله، وهو 700-1000 نانومتر). وبالمقارنة، فإن الضوء المرئي له نطاق طول موجي يبلغ حوالي 400-700 ميغاهيرتز. الحد الأقصى لقوة الإشارة الضوئية المنبعثة وفقًا لمعيار 802.11R هو 2 وات.

نصيحة

على الرغم من أن إشارات الأشعة تحت الحمراء المتناثرة لا تخضع للتداخل الراديوي والكهرومغناطيسي، إلا أن النوافذ في المباني يمكن أن تسبب تداخلاً لأن هذه الإشارات حساسة لمصادر الضوء القوية. خذ بعين الاعتبار النوافذ عند تصميم شبكة لاسلكية باستخدام الأشعة تحت الحمراء المنتشرة.

تسمى طريقة نقل الإشارة المستخدمة بواسطة معيار IEEE 802.11R تعديل مرحلة النبض(تعديل موضع النبض، جزء في المليون). ووفقا لهذه الطريقة، ترتبط القيمة الثنائية للإشارة بموقع النبضة في مجموعة من المواضع المحتملة في طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي. بالنسبة للاتصالات بسرعة 1 ميجابت في الثانية، يوفر معيار 802.11R ستة عشر موضعًا محتملاً للنبض (16-PPM)، حيث يمثل كل موضع أربع بتات ثنائية. مع الاتصالات بسرعة 2 ميجابت/ثانية، تمثل كل نبضة بتتين، ولا يوجد سوى أربعة مواضع نبض محتملة (4-PPM). يشير النبض عند موضع معين إلى وجود قيمة ما، وغياب النبض يعني عدم وجود القيمة. PPM هي طريقة لترميز الأحرف تشبه الترميز الثنائي من حيث أنها تستخدم الآحاد والأصفار فقط.

تقنيات شبكات الميكروويف

تعمل أنظمة الميكروويف في وضعين. تنقل قنوات الموجات الدقيقة الأرضية الإشارات بين هوائيين مكافئين اتجاهيين، على شكل طبق (الشكل 9.7). تحدث مثل هذه الاتصالات في نطاقي التردد 4-6 جيجا هرتز و21-23 جيجا هرتز وتتطلب من الناقل الحصول على ترخيص من لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC).

تنقل أنظمة الموجات الدقيقة عبر الأقمار الصناعية إشارة بين ثلاثة هوائيات، يقع أحدها على القمر الصناعي للأرض (الشكل 9.8). وتقع الأقمار الصناعية في مثل هذه الأنظمة في مدارات متزامنة مع الأرض على ارتفاع 35000 كيلومتر فوق الأرض. ولكي تتمكن أي منظمة من استخدام تكنولوجيا الاتصالات هذه، يجب عليها إما إطلاق قمر صناعي أو استئجار قناة من شركة تقدم مثل هذه الخدمات. ونظرًا للمسافات الطويلة، يتراوح التأخير أثناء الإرسال من 0.5 إلى 5 ثوانٍ. تتم الاتصالات في نطاق التردد 11-14 جيجا هرتز، الأمر الذي يتطلب ترخيصًا.

مثل وسائل الاتصال اللاسلكية الأخرى، يتم استخدام تقنيات الموجات الدقيقة عندما تكون أنظمة الكابلات باهظة الثمن أو عندما يكون تركيب الكابل غير ممكن. يمكن أن تكون قنوات الميكروويف الأرضية حلاً جيدًا عند مد الاتصالات بين مبنيين كبيرين في المدينة. أنظمة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية هي الطريقة الوحيدة الممكنة لربط الشبكات الموجودة في بلدان مختلفة أو في قارات مختلفة، ولكن هذا الحل مكلف للغاية.

تتمتع اتصالات الموجات الصغرية بعروض نطاق نظرية تصل إلى 720 ميجابت/ثانية وأعلى، ولكن من الناحية العملية، تتراوح السرعات الحالية عادةً بين 1-10 ميجابت/ثانية. أنظمة الاتصالات بالموجات الدقيقة لها بعض القيود. فهي باهظة الثمن ويصعب نشرها وتشغيلها. قد تتدهور جودة اتصالات الموجات الدقيقة بسبب الظروف الجوية والمطر والثلج والضباب والتداخل اللاسلكي. علاوة على ذلك، يمكن اعتراض إشارة الميكروويف، لذا فإن المصادقة والتشفير لهما أهمية خاصة عند استخدام وسيط الإرسال هذا.

تعتمد على الشبكات اللاسلكيةالأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض

تدور أقمار الاتصالات على مسافة حوالي 30 ألف كيلومتر فوق الأرض. ونظرًا للمسافة الكبيرة لهذه الأقمار الصناعية والاضطرابات في الغلاف الجوي العلوي، قد تحدث تأخيرات في إرسال الإشارة غير مقبولة للاتصالات ذات المتطلبات العالية لمعلمة الاتصال هذه (بما في ذلك إرسال البيانات الثنائية والوسائط المتعددة).

العديد من الشركات تتطور حاليا مدار منخفضالأقمار الصناعية(القمر الصناعي الذي يدور حول الأرض المنخفضة (LEO))، والذي يجب أن تكون مداراته على مسافة 700 إلى 1600 كيلومتر من سطح الأرض، مما يؤدي إلى تسريع نقل الإشارات في الاتجاهين. نظرًا لمدارها المنخفض، تغطي أقمار LEO مساحات أصغر، وبالتالي هناك حاجة إلى حوالي ثلاثين قمرًا صناعيًا لتغطية سطح الكوكب بالكامل. تعمل شركات Teledesic وMotorola وBoeing حاليًا على تطوير شبكة من هذه الأقمار الصناعية التي ستجعل الإنترنت وخدمات الشبكات العالمية الأخرى متاحة في أي مكان على الأرض. يتفاعل المستخدمون مع الأقمار الصناعية LEO باستخدام هوائيات خاصة ومعدات فك تشفير الإشارة. ابتداءً من عام 2005، يمكن استخدام الأقمار الصناعية LEO في المجالات التالية:

بث الاتصالات عبر الإنترنت. إجراء مؤتمرات الفيديو الكوكبية؛

· الدراسة عن بعد؛

· الاتصالات الأخرى (الكلام والفيديو ونقل البيانات).

من المتوقع أن تتراوح سرعات الاتصال المعتمدة على أقمار LEO الصناعية من 128 كيلوبت في الثانية إلى 100 ميجابت في الثانية للتدفقات الأولية (إلى القمر الصناعي) وما يصل إلى

720 ميجابت/ثانية للتيارات النهائية (من القمر الصناعي). تستخدم الأقمار الصناعية LEO ترددات عالية جدًا معتمدة من قبل لجنة الاتصالات الفيدرالية في الولايات المتحدة والمنظمات المماثلة في أنحاء مختلفة من العالم. تمت الموافقة أيضًا على الطيف الكهرومغناطيسي للاتصالات باستخدام الأقمار الصناعية LEO من قبل الاتحاد الدولي للاتصالات. تتراوح ترددات التشغيل بين 28.6-29.1 جيجا هرتز لقنوات الوصلة الصاعدة و18.8-19.3 جيجا هرتز لقنوات الوصلة الصاعدة. قنوات المصب. بمجرد تشغيل هذه الشبكة (تظهر بنية الشبكة في الشكل 9.9)، سيتمكن مدير المشروع في بوسطن، على سبيل المثال، من إجراء مؤتمر عبر الفيديو أو تبادل الملفات الثنائية المهمة مع باحث يعيش في كوخ جبلي في وايومنغ، ومزرعة ماشية سيتمكن المالك في الأرجنتين من الاتصال بالبيانات الزراعية من شبكة جامعة نورث كارولينا (كولورادو). (أكمل التدريب 9-8 لمزيد من المعلومات حول استخدام الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض لبناء الشبكات.)

ملخص

1 تستخدم تقنيات الشبكات اللاسلكية الحديثة موجات الراديو والأشعة تحت الحمراء وموجات الميكروويف والأقمار الصناعية ذات المدار المنخفض.

2 كان أساس الشبكات اللاسلكية هو تجارب حزم الاتصالات الراديوية التي أجراها مشغلو راديو الهواة منذ فترة طويلة.

3 تُستخدم الشبكات اللاسلكية حاليًا في العديد من المجالات (على سبيل المثال، عندما يكون من الصعب نشر شبكات الكابلات). بالإضافة إلى ذلك، تعمل هذه الشبكات على تقليل تكاليف تركيب الشبكة وتوفير الاتصال بأجهزة الكمبيوتر المحمولة.

4 تستخدم تقنيات الاتصالات الراديوية عادةً اتصالات خط البصر التي تنتقل من نقطة إلى أخرى على طول سطح الأرض (بدلاً من جعل الإشارة الراديوية ترتد عن الغلاف الجوي للأرض). تستخدم هذه التقنيات أيضًا الاتصالات ذات الطيف المنتشر، حيث يتم إرسال موجات الراديو عبر عدة ترددات متجاورة.

5 يُستخدم معيار IEEE 802.11 حاليًا في أنواع مختلفة من شبكات الراديو. يحتوي هذا المعيار على ثلاثة مكونات رئيسية: محول الشبكة اللاسلكية (WNIC)، ونقطة الوصول، والهوائي. هناك معياران (802.11a و802.11b) يحددان سرعات الاتصالات التي تتوافق مع معيار 802.11. يتم تقديم معيار جديد - 802.11g، وهو امتداد لمعيار 802.11b.

6 البدائل الشائعة لـ 802.11 تتضمن Bluetooth وHiperLAN وHomeFR Shared Wireless Access Protocol.

7 يستخدم معيار 802.11R الأشعة تحت الحمراء المنتشرة لبناء شبكات صغيرة وآمنة نسبيًا تقع في مكاتب أو مناطق عمل محصورة إلى حد ما.

8 شبكات الموجات الدقيقة تتواجد في نوعين: شبكات تعتمد على قنوات الموجات الدقيقة الأرضية وشبكات الأقمار الصناعية. وبطبيعة الحال، يمكن أن تكون شبكات الأقمار الصناعية مكلفة للغاية بسبب ارتفاع تكاليف إطلاق القمر الصناعي إلى الفضاء.

9 تستخدم الشبكات الساتلية ذات المدار الأرضي المنخفض (LEO) كوكبة من الأقمار الصناعية في مدارات منخفضة جدًا فوق الأرض، مما يؤدي إلى تأخيرات أقل بكثير في إرسال الإشارات مقارنة بالاتصالات الساتلية التقليدية. بمجرد نشر الشبكات المعتمدة على الأقمار الصناعية LEO، ستصبح قدرات الشبكات متاحة في أي مكان على هذا الكوكب.

10 في الجدول. 9.2 يسرد مزايا وعيوب اتصالات الشبكة باستخدام موجات الراديو والأشعة تحت الحمراء وموجات الميكروويف.

الجدول 9.2. مزايا وعيوب تقنيات الاتصالات اللاسلكية

	موجات الراديو	الأشعة تحت الحمراء	موجات الميكروويف	الأقمار الصناعية ذات المدار المنخفض
مزايا	بديل غير مكلف للحالات التي يصعب فيها تنفيذ اتصالات الكابل. إحدى وسائل تنفيذ الاتصالات المتنقلة عادة لا يتطلب الترخيص.	من الصعب اعتراض الإشارة دون أن يلاحظها أحد.	بديل غير مكلف للحالات التي يصعب فيها تنفيذ الاتصالات السلكية، خاصة عبر المسافات الطويلة. قد تكون قناة الموجات الدقيقة الأرضية عبر مسافات طويلة أرخص من خطوط الاتصالات المستأجرة	يمكن أن تكون موجودة فوق الأرض عند إنشاء شبكة عالمية. فهي لا تسبب مثل هذا التأخير في إرسال الإشارات مثل الأقمار الصناعية المتزامنة مع الأرض.
عيوب	قد لا يلبي متطلبات الشبكة عالية السرعة. عرضة للتداخل من الشبكات الخلوية والعسكرية والتقليدية وغيرها من مصادر إشارات الراديو. تخضع للتدخل الطبيعي.	قد لا تكون مناسبة للاتصالات عالية السرعة. تخضع للتداخل من مصادر الضوء الدخيلة. لا ينتقل عبر الجدران. نطاق الأجهزة المقدمة أصغر من الأنواع الأخرى من الشبكات اللاسلكية	قد لا تكون مناسبة للاتصالات عالية السرعة الطرق في التركيب والتشغيل. تخضع للاضطرابات الطبيعية (المطر والثلج والضباب) والتداخل اللاسلكي، وتعتمد أيضًا على الظروف الجوية.	لن يكون متاحا إلا في عام 2005

تتناول المقالة ثلاث تقنيات لنقل البيانات لاسلكيًا، وأسماءها، كما يقولون، مألوفة لدى الجميع: ZigBee وBlueTooth وWi-Fi، كما توفر أيضًا المجالات المحتملة لاستخدامها وتوصيات لاختيار التكنولوجيا لمهمة محددة.

تقنية البلوتوث اللاسلكية

كانت تقنية BlueTooth (معيار IEEE 802.15) أول تقنية تسمح بتنظيم شبكة شخصية لاسلكية (WPAN - شبكة شخصية لاسلكية). فهو يسمح بنقل البيانات والصوت عبر مسافات قصيرة (10-100 متر) في نطاق التردد غير المرخص 2.4 جيجا هرتز ويربط أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة والأجهزة الأخرى في غياب خط الرؤية.

ترجع تقنية BlueTooth إلى شركة Ericsson، التي بدأت في عام 1994 في تطوير تقنية اتصالات جديدة. في البداية، كان الهدف الرئيسي هو تطوير واجهة راديو منخفضة الطاقة ومنخفضة التكلفة تسمح بالاتصال بين الهواتف المحمولة وسماعات الرأس اللاسلكية. ومع ذلك، في وقت لاحق، تطور العمل على تطوير واجهة الراديو بسلاسة إلى إنشاء تقنية جديدة.

في سوق الاتصالات السلكية واللاسلكية، وكذلك في سوق الكمبيوتر، يتم ضمان نجاح التكنولوجيا الجديدة من خلال شركات التصنيع الرائدة التي تقرر الجدوى والفوائد الاقتصادية لدمج التكنولوجيا الجديدة في تطوراتها الجديدة. لذلك، من أجل ضمان مستقبل لائق ومواصلة التطوير لبنات أفكارها، نظمت إريكسون في عام 1998 اتحاد BlueTooth SIG (مجموعة الاهتمامات الخاصة)، والذي تم تكليفه بالمهام التالية:

• مواصلة تطوير تقنية البلوتوث؛
• - الترويج للتكنولوجيات الجديدة في سوق الاتصالات.

يضم اتحاد BlueTooth SIG شركات مثل Ericsson وNokia و3COM وIntel وNational Semiconductor.

سيكون من المنطقي افتراض أن الخطوات الأولى التي اتخذها اتحاد BlueTooth SIG ستكون توحيد التكنولوجيا الجديدة بهدف التوافق بين أجهزة BlueTooth التي طورتها شركات مختلفة. تم تنفيذ هذا. ولهذا الغرض، تم تطوير المواصفات التي تصف بالتفصيل طرق استخدام المعيار الجديد وخصائص بروتوكولات نقل البيانات.

ونتيجة لذلك، تم تطوير مكدس بروتوكول نقل البيانات اللاسلكي عبر تقنية Bluetooth (الشكل 1).

أرز. 1. مكدس بروتوكول البلوتوث

تدعم تقنية BlueTooth الاتصالات من نقطة إلى نقطة ومن نقطة إلى عدة نقاط. يشكل جهازان أو أكثر يستخدمون نفس القناة شبكة piconet. يعمل أحد الأجهزة باعتباره الجهاز الرئيسي (السيد)، والباقي - كمرؤوسين (العبد). يمكن أن تحتوي شبكة piconet الواحدة على ما يصل إلى سبعة عبيد نشطين، مع بقاء العبيد المتبقين في حالة "متوقفة"، ويظلون متزامنين مع السيد. تشكل piconets المتفاعلة "شبكة موزعة" (scatternet).

يوجد جهاز رئيسي واحد فقط في كل شبكة بيكونية، ولكن يمكن أن تكون الأجهزة التابعة جزءًا من شبكات بيكونية مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون الجهاز الرئيسي لإحدى الشبكات البيكونية جهازًا تابعًا في شبكة أخرى (الشكل 2).

أرز. 2. Piconet مع الأجهزة التابعة. أ) بجهاز تابع واحد. ب) عدة. ج) الشبكة الموزعة

منذ أن ظهرت وحدات BlueTooth الأولى في السوق، تم إعاقة استخدامها على نطاق واسع في التطبيقات الجديدة بسبب التنفيذ البرمجي المعقد لمجموعة بروتوكولات BlueTooth. كان على المطور تنفيذ التحكم بشكل مستقل في وحدة BlueTooth وتطوير ملفات التعريف التي تحدد تفاعل الوحدة مع أجهزة BlueTooth الأخرى باستخدام أوامر واجهة وحدة تحكم المضيف (HCI - واجهة وحدة تحكم المضيف). كان الاهتمام بتكنولوجيا BlueTooth يتزايد كل يوم، وكان هناك المزيد والمزيد من الشركات التي تعمل على تطوير مكونات لها، ولكن لم يكن هناك حل من شأنه تبسيط إدارة وحدات BlueTooth بشكل كبير. وتم العثور على مثل هذا الحل. كانت الشركة الفنلندية، بعد دراسة حالة السوق، من أوائل الشركات التي قدمت للمطورين الحل التالي.

في معظم الحالات، يستخدم المطورون تقنية BlueTooth لاستبدال الاتصال التسلسلي السلكي بين جهازين بجهاز لاسلكي. لتنظيم اتصال وإجراء نقل البيانات، يحتاج المطور برمجيًا، باستخدام أوامر واجهة وحدة التحكم المضيفة، إلى تنفيذ المستويات العليا لمكدس بروتوكول BlueTooth، والتي تشمل: L2CAP، RFCOMM، SDP، بالإضافة إلى ملف تعريف تفاعل المنفذ التسلسلي - SPP (ملف تعريف المنفذ التسلسلي) وملف تعريف اكتشاف الخدمة (SDP). قررت الشركة الفنلندية اللعب على هذا من خلال تطوير إصدار البرنامج الثابت لوحدات BlueTooth، والذي يمثل تنفيذًا برمجيًا كاملاً لمكدس بروتوكول BlueTooth بأكمله (الشكل 1)، بالإضافة إلى ملفات تعريف SPP وSDP. يسمح هذا الحل للمطور بالتحكم في الوحدة وإنشاء اتصال تسلسلي لاسلكي وإجراء نقل البيانات باستخدام أوامر الأحرف الخاصة، تمامًا كما يحدث عند العمل مع أجهزة المودم التقليدية من خلال أوامر AT القياسية.

للوهلة الأولى، يمكن للحل الذي تمت مناقشته أعلاه أن يقلل بشكل كبير من الوقت اللازم لدمج تقنية BlueTooth في المنتجات المطورة حديثًا. ومع ذلك، فإن هذا يفرض قيودًا معينة على استخدام تقنية البلوتوث. يؤثر هذا بشكل أساسي على تقليل الحد الأقصى للإنتاجية وعدد الاتصالات غير المتزامنة المتزامنة التي تدعمها وحدة BlueTooth.

في منتصف عام 2004، تم استبدال إصدار مواصفات BlueTooth 1.2، الذي تم نشره في عام 2001، بإصدار مواصفات BlueTooth 1.2. تشمل الاختلافات الرئيسية بين المواصفات 1.2 و1.1 ما يلي:

1. تنفيذ تقنية قفز التردد التكيفي (AFH).
2. تحسين الاتصال الصوتي.
3. تقليل الوقت المستغرق لإنشاء اتصال بين وحدتي Bluetooth.

من المعروف أن تقنية Bluetooth وWi-Fi تستخدم نفس النطاق غير المرخص البالغ 2.4 جيجا هرتز. لذلك، في الحالات التي تكون فيها أجهزة البلوتوث في نطاق أجهزة Wi-Fi وتتواصل مع بعضها البعض، قد يؤدي ذلك إلى حدوث تصادمات ويؤثر على أداء الأجهزة. تتيح لك تقنية AFH تجنب الاصطدامات: أثناء تبادل المعلومات، تستخدم تقنية BlueTooth، لمكافحة التداخل، التنقل بين ترددات القنوات، والذي لا يأخذ اختياره في الاعتبار قنوات التردد التي تتبادل أجهزة Wi-Fi البيانات عليها. في التين. يوضح الشكل 3 مبدأ تشغيل تقنية AFH.

أرز. 3. مبدأ تشغيل تقنية AFH. أ) الاصطدامات ب) تجنب الاصطدامات باستخدام ضبط تردد القناة التكيفي

إن تطوير تقنية BlueTooth لا يقف ساكناً. قام اتحاد SIG بتطوير مفهوم لتطوير التكنولوجيا حتى عام 2008 (الشكل 4).

أرز. 4. مراحل تطور تقنية البلوتوث

يوجد حاليًا عدد كبير من الشركات في السوق التي تقدم وحدات Bluetooth، بالإضافة إلى مكونات للتنفيذ المستقل لأجهزة جهاز Bluetooth. تقدم جميع الشركات المصنعة تقريبًا وحدات تدعم مواصفات BlueTooth الإصدار 1.1 و1.2 وتتوافق مع الفئة 2 (المدى 10 م) والفئة 1 (المدى 100 م). ومع ذلك، في حين أن الإصدار 1.1 متوافق تمامًا مع الإصدار 1.2، فإن جميع التحسينات التي تمت مناقشتها أعلاه والتي تم تضمينها في الإصدار 1.2 لا يمكن الحصول عليها إلا إذا كان كلا الجهازين متوافقين مع الإصدار 1.2.

في نوفمبر 2004، تم اعتماد الإصدار 2.0 من مواصفات BlueTooth، الذي يدعم تقنية معدل البيانات المحسنة (EDR). تسمح المواصفات 2.0 مع دعم EDR بتبادل البيانات بسرعات تصل إلى 3 ميجابت/ثانية. تم تقديم أول عينات من الوحدات التي تم إنتاجها بكميات كبيرة والتي تتوافق مع الإصدار 2.0 وتدعم تقنية نقل البيانات المتقدمة EDR من قبل الشركات المصنعة في نهاية عام 2005. يصل مدى هذه الوحدات إلى 10 أمتار في حالة عدم وجود خط رؤية يتوافق مع الفئة 2، وفي وجود خط رؤية يمكن أن يصل إلى 30 مترًا.

كما ذكرنا سابقًا، فإن الغرض الرئيسي من تقنية BlueTooth هو استبدال الاتصال التسلسلي السلكي. ومع ذلك، فإن ملف تعريف SPP المستخدم لتنظيم الاتصال ليس بالطبع ملف التعريف الوحيد الذي يمكن للمطورين استخدامه في منتجاتهم. تحدد تقنية BlueTooth ملفات التعريف التالية: ملف تعريف الوصول العام، ملف تعريف اكتشاف الخدمة، ملف تعريف الاتصال الهاتفي اللاسلكي، ملف تعريف الاتصال الداخلي، ملف تعريف سماعة الرأس)، ملف تعريف شبكة الطلب الهاتفي، ملف تعريف الفاكس، ملف تعريف الوصول إلى الشبكة المحلية، ملف تعريف تبادل الكائنات العام، ملف تعريف دفع الكائن، ملف نقل الملف الشخصي، ملف المزامنة.

تكنولوجيا البيانات اللاسلكية واي فاي

الوضع مع شبكة Wi-Fi مربك إلى حد ما، لذا دعونا أولاً نحدد المصطلحات المستخدمة.

يعتبر معيار IEEE 802.11 هو المعيار الأساسي لبناء الشبكات المحلية اللاسلكية (Wireless Local Network - WLAN). تم تحسين معيار IEEE 802.11 باستمرار، ويوجد حاليًا عائلة كاملة تتضمن مواصفات IEEE 802.11 مع مؤشرات الحروف a، b، c، d، e، g، h، i، j، k، l، m , n, o , p, q, r, s, u, v, w. ومع ذلك، أربعة منها فقط (a، b، g وi) هي الرئيسية والأكثر شعبية بين الشركات المصنعة للمعدات، في حين أن الباقي (c-f، h-n) عبارة عن إضافات أو تحسينات أو تصحيحات للمواصفات المقبولة.

وفي المقابل، يقوم معهد مهندسي الإلكترونيات والكهرباء (IEEE) بتطوير واعتماد المواصفات للمعايير المذكورة أعلاه فقط. مسؤولياته لا تشمل اختبار المعدات من مختلف الشركات المصنعة للتوافق.

للترويج لمعدات الشبكة المحلية اللاسلكية (WLAN) في السوق، تم إنشاء مجموعة تسمى Wi-Fi Alliance. يدير هذا التحالف شهادة المعدات من مختلف الشركات المصنعة ويمنح الإذن لأعضاء تحالف Wi-Fi لاستخدام شعار علامة Wi-Fi التجارية. يضمن وجود شعار Wi-Fi على الجهاز التشغيل الموثوق وتوافق الجهاز عند إنشاء شبكة محلية لاسلكية (WLAN) على معدات من شركات مصنعة مختلفة. حاليًا، المعدات المتوافقة مع Wi-Fi هي معدات تم تصميمها وفقًا لمعايير IEEE 802.11a وb وg (قد تستخدم أيضًا معيار IEEE 802.11i لتوفير اتصال آمن). بالإضافة إلى ذلك، فإن وجود شعار Wi-Fi على الجهاز يعني أن الجهاز يعمل في نطاق 2.4 جيجا هرتز أو 5 جيجا هرتز. وبالتالي، ينبغي فهم شبكة Wi-Fi على أنها توافق المعدات من مختلف الشركات المصنعة المخصصة لبناء شبكات محلية لاسلكية، مع مراعاة القيود المذكورة أعلاه.

حددت مواصفات IEEE 802.11 الأصلية، التي تم اعتمادها في عام 1997، نقل البيانات بسرعة 1 و2 ميجابت في الثانية في نطاق التردد غير المرخص 2.4 جيجا هرتز، بالإضافة إلى طريقة للتحكم في الوصول إلى الوسيط المادي (قناة الراديو) الذي يستخدم مصادقة الوصول المتعدد و القضاء على الاصطدام (الوصول المتعدد لحساس الناقل مع تجنب الاصطدام، CSMA-CA). طريقة CSMA-CA هي كما يلي. لتحديد حالة القناة (مشغولة أو حرة)، يتم استخدام خوارزمية لتقدير مستوى الإشارة في القناة، والتي يتم من خلالها قياس قدرة الإشارة عند دخل جهاز الاستقبال وجودة الإشارة. إذا كانت قوة الإشارات المستقبلة عند دخل جهاز الاستقبال أقل من قيمة العتبة، تعتبر القناة حرة، أما إذا كانت قوتها أعلى من قيمة العتبة، فتعتبر القناة مشغولة.

منذ اعتماد المواصفات القياسية IEEE 802.11، قامت العديد من الشركات المصنعة بإدخال معداتها إلى السوق. ومع ذلك، فإن معدات IEEE 802.11 لم تنتشر على نطاق واسع بسبب حقيقة أن المواصفات القياسية لم تحدد بوضوح قواعد تفاعل طبقات مكدس البروتوكول. لذلك، قدمت كل شركة مصنعة نسختها الخاصة من معيار IEEE 802.11، والتي لا تتوافق مع الشركات الأخرى.

لتصحيح هذا الوضع، في عام 1999، اعتمدت IEEE أول إضافة إلى المواصفات القياسية IEEE 802.11، والتي تسمى IEEE 802.11b. أصبح معيار IEEE 802.11b أول معيار للشبكة المحلية اللاسلكية ينتشر على نطاق واسع. الحد الأقصى لسرعة نقل البيانات فيه هو 11 ميجابت / ثانية. تمكن مطورو المعيار من تحقيق هذه السرعة باستخدام طريقة الترميز باستخدام سلسلة من الرموز التكميلية (Complementary Code Keying). للتحكم في الوصول إلى قناة الراديو، يتم استخدام نفس الطريقة كما في المواصفات الأصلية لمعيار IEEE 802.11 - CSMA-CA. القيمة المذكورة أعلاه لمعدل نقل البيانات الأقصى هي بالطبع قيمة نظرية، حيث يتم استخدام طريقة CSMACA للوصول إلى قناة الراديو، والتي لا تضمن توفر قناة مجانية في أي وقت. لذلك، من الناحية العملية، عند نقل البيانات عبر بروتوكول TCP/IP، سيكون الحد الأقصى للإنتاجية حوالي 5.9 ميجابت/ثانية، وعند استخدام بروتوكول UDP - حوالي 7.1 ميجابت/ثانية.

في حالة تدهور البيئة الكهرومغناطيسية، يقوم الجهاز تلقائيًا بتقليل سرعة الإرسال في البداية إلى 5.5 ميجابت/ثانية، ثم إلى 2 ميجابت/ثانية، باستخدام طريقة تحديد المعدل التكيفي (ARS). يتيح خفض المعدل استخدام طرق تشفير أبسط وأقل تكرارًا، مما يجعل الإشارات المرسلة أقل عرضة للتوهين والتشويه بسبب التداخل. بفضل طريقة اختيار المعدل التكيفي، يمكن لأجهزة IEEE 802.11b الاتصال في بيئات كهرومغناطيسية مختلفة.

المعيار التالي الذي سينضم إلى عائلة IEEE 802.11 هو IEEE 802.11a، وهي المواصفات التي اعتمدتها IEEE في عام 1999. الاختلافات الرئيسية بين المواصفات القياسية IEEE 802.11a والمواصفات القياسية IEEE 802.11 الأصلية هي كما يلي:

• يتم نقل البيانات في نطاق التردد غير المرخص 5 جيجا هرتز؛
• ويستخدم تعديل التردد المتعامد (OFDM)؛
• الحد الأقصى لسرعة نقل البيانات هو 54 ميجابت/ثانية (السرعة الحقيقية حوالي 20 ميجابت/ثانية).

تمامًا مثل 802.11b، يطبق 802.11a تقنية تحديد المعدل التكيفي (ARS) التي تقلل معدل البيانات بالترتيب التالي: 48، 36، 24، 18، 12، 9، و6 ميجابت في الثانية. يتم نقل المعلومات عبر إحدى القنوات الـ 12 المخصصة في النطاق 5 جيجا هرتز.

يرجع استخدام النطاق 5 جيجا هرتز في تطوير مواصفات 802.11a في المقام الأول إلى أن هذا النطاق أقل ازدحامًا من النطاق 2.4 جيجا هرتز، وبالتالي فإن الإشارات المرسلة فيه أقل عرضة للتداخل. مما لا شك فيه أن هذه الحقيقة هي ميزة، ولكن في الوقت نفسه، يؤدي استخدام النطاق 5 جيجا هرتز إلى حقيقة أن التشغيل الموثوق لمعدات IEEE 802.11a يتم ضمانه فقط في خط الأفق. ولذلك، عند بناء شبكة لاسلكية، من الضروري تثبيت المزيد من نقاط الوصول، الأمر الذي يؤثر بدوره على تكلفة نشر شبكة لاسلكية. بالإضافة إلى ذلك، تكون الإشارات المرسلة في النطاق 5 جيجاهرتز أكثر عرضة للامتصاص (القدرة المنبعثة من معدات IEEE 802.11b و802.11a هي نفسها).

تم طرح العينات الأولى من معدات IEEE 802.11a في السوق في عام 2001. تجدر الإشارة إلى أن المعدات التي تدعم معيار IEEE 802.11a فقط لم تكن مطلوبة بشكل كبير في السوق لعدة أسباب. أولاً، في ذلك الوقت، أثبتت معدات IEEE 802.11b نفسها بالفعل في السوق، وثانيًا، لاحظ الجميع عيوب استخدام النطاق 5 جيجا هرتز، وثالثًا، لم تكن معدات IEEE 802.11a متوافقة مع IEEE 802.11b. ومع ذلك، في وقت لاحق، للترويج لمعيار IEEE 802.11a، عرضت الشركات المصنعة الأجهزة التي تدعم كلا المعيارين، بالإضافة إلى المعدات التي تسمح بالتكيف مع الشبكات المبنية على معدات IEEE 802.11b، 802.11a، 802.11g القياسية.

في عام 2003، تم اعتماد المواصفات القياسية IEEE 802.11g، التي أنشأت نقل البيانات في نطاق 2.4 جيجا هرتز بسرعة 54 ميجابت/ثانية (السرعة الفعلية حوالي 24.7 ميجابت/ثانية). يستخدم التحكم في الوصول الراديوي نفس الطريقة التي تستخدم بها مواصفات IEEE 802.11 الأصلية - CSMACA، بالإضافة إلى تعديل التردد المتعامد (OFDM).

تتوافق معدات IEEE 802.11g تمامًا مع 802.11b، ومع ذلك، وبسبب التداخل، يكون معدل نقل البيانات الفعلي 802.11g في معظم الحالات مشابهًا للسرعة التي توفرها معدات 802.11b. ولذلك، فإن الحل الصحيح الوحيد للمستخدمين المحتملين للشبكات المحلية اللاسلكية هو شراء المعدات التي تدعم ثلاثة معايير في وقت واحد: 802.11a وb وg.

يربط معظم المطورين المعدات المتوافقة مع Wi-Fi بشكل أساسي مع تنظيم نقاط الوصول للوصول إلى الإنترنت ومع معدات المشتركين. تجدر الإشارة إلى أن صناعة الأنظمة المدمجة لم تتجاهل معايير IEEE 802.11a وb وg. توجد بالفعل عروض في هذا القطاع من السوق تتيح جعل أي جهاز متوافقًا مع شبكة Wi-Fi. نحن نتحدث عن وحدات OEM الخاصة بمعيار IEEE 802.11b، والتي تشمل: جهاز إرسال واستقبال ومعالج معالجة التطبيقات وتنفيذ البرامج. وبالتالي، تمثل هذه الوحدات حلاً كاملاً تمامًا يمكنه تقليل الوقت والتكلفة بشكل كبير لتنفيذ توافق Wi-Fi للمنتج قيد التطوير. بشكل أساسي، يتم دمج وحدات OEM الخاصة بمعيار IEEE 802.11b في منتجات المراقبة والتحكم عن بعد عبر الإنترنت. لتوصيل وحدة OEM بمعيار IEEE 802.11b بالمنتج، يتم استخدام واجهة تسلسلية RS-232، ويتم التحكم في الوحدة بواسطة أوامر AT. يمكن أن تصل المسافة القصوى بين وحدة OEM الخاصة بمعيار IEEE 802.11b ونقطة الوصول عند استخدام هوائي خاص عن بعد إلى 500 متر في الداخل، ولا تتجاوز المسافة القصوى 100 متر، وتزداد في حالة وجود خط رؤية إلى 300 م. العيب الكبير لوحدات OEM هذه هو سعرها المرتفع.

ويبين الجدول 1 الخصائص التقنية الرئيسية لمعايير IEEE 802.11a وb وg.

الجدول 1. الخصائص التقنية الرئيسية لمعايير IEEE 802.11a وb وg

تكنولوجيا البيانات اللاسلكية زيجبي

تم تقديم تقنية نقل البيانات اللاسلكية ZigBee إلى السوق بعد ظهور تقنيات نقل البيانات اللاسلكية Bluetooth وWi-Fi. يرجع ظهور تقنية ZigBee في المقام الأول إلى حقيقة أنه بالنسبة لبعض التطبيقات (على سبيل المثال، للتحكم عن بعد في الإضاءة أو أبواب المرآب، أو قراءة المعلومات من أجهزة الاستشعار)، فإن المعايير الرئيسية عند اختيار تقنية النقل اللاسلكي هي انخفاض استهلاك الطاقة للأجهزة وتكلفتها المنخفضة. وينتج عن ذلك إنتاجية منخفضة، نظرًا لأنه في معظم الحالات يتم تشغيل المستشعرات بواسطة بطارية مدمجة، ويجب أن يتجاوز وقت التشغيل عدة أشهر أو حتى سنوات. وبخلاف ذلك، فإن الاستبدال الشهري للبطارية لجهاز استشعار فتح/إغلاق باب المرآب سيؤدي إلى تغيير جذري في موقف المستخدم تجاه التقنيات اللاسلكية. لم تكن تقنيات نقل البيانات اللاسلكية Bluetooth وWi-Fi الموجودة في ذلك الوقت تستوفي هذه المعايير، مما يوفر نقل البيانات بسرعات عالية، مع مستويات عالية من استهلاك الطاقة وتكاليف الأجهزة. في عام 2001، بدأ فريق العمل رقم 4 بمعيار IEEE 802.15 العمل على إنشاء معيار جديد يلبي المتطلبات التالية:

• استهلاك منخفض جدًا للطاقة للأجهزة التي تستخدم تقنية نقل البيانات لاسلكيًا (يجب أن يتراوح عمر البطارية من عدة أشهر إلى عدة سنوات)؛
• يجب أن يتم نقل المعلومات بسرعة منخفضة؛
• انخفاض تكلفة الأجهزة.

وكانت النتيجة تطوير معيار IEEE 802.15.4. في العديد من المنشورات، يُفهم معيار IEEE 802.15.4 على أنه تقنية ZigBee، والعكس صحيح، ZigBee هو معيار IEEE 802.15.4. ومع ذلك، فهو ليس كذلك. في التين. يوضح الشكل 5 نموذجًا للتفاعل بين معيار IEEE 802.15.4 وتقنية نقل البيانات اللاسلكية ZigBee والمستخدم النهائي.

أرز. 5. نموذج التفاعل بين معيار IEEE 802.15.4 وتقنية نقل البيانات اللاسلكية ZigBee والمستخدم النهائي

يحدد معيار IEEE 802.15.4 التفاعل بين أدنى طبقتين فقط من نموذج التشغيل البيني: الطبقة المادية (PHY) وطبقة التحكم في النفاذ الراديوي لثلاثة نطاقات تردد غير مرخصة: 2.4 جيجا هرتز و868 ميجا هرتز و915 ميجا هرتز. ويبين الجدول 2 الخصائص الرئيسية للمعدات العاملة في نطاقات التردد هذه.

الجدول 2. الخصائص الرئيسية للمعدات

طبقة MAC مسؤولة عن التحكم في الوصول إلى قناة الراديو باستخدام طريقة Carrier Sense Multiple Access مع تجنب الاصطدام (CSMA-CA)، بالإضافة إلى إدارة الاتصال وقطع الاتصال بشبكة البيانات وضمان حماية المعلومات المرسلة عن طريق المفتاح المتماثل (AES-128).

بدورها، تحدد تقنية نقل البيانات اللاسلكية ZigBee التي يقترحها تحالف ZigBee المستويات المتبقية من نموذج التفاعل، والتي تشمل مستوى الشبكة ومستوى الأمان ومستوى بنية التطبيق ومستوى ملف تعريف التطبيق. طبقة الشبكة، تقنية البيانات اللاسلكية ZigBee، مسؤولة عن اكتشاف الجهاز وتكوين الشبكة وتدعم ثلاث طبولوجيا للشبكة موضحة في الشكل 1. 6.

أرز. 6. ثلاثة خيارات لطوبولوجيا الشبكة

لضمان التكامل المنخفض التكلفة لتقنية ZigBee اللاسلكية في التطبيقات المختلفة، يأتي تنفيذ الأجهزة المادية لمعيار IEEE 802.15.4 في شكلين: الأجهزة ذات الوظائف المنخفضة (RFDs) والأجهزة كاملة الوظائف (FFDs). عند تنفيذ أحد طبولوجيا الشبكة الموضحة في الشكل. 6، مطلوب جهاز FFD واحد على الأقل للعمل كمنسق للشبكة. يسرد الجدول 3 الوظائف التي تؤديها أجهزة FFD وRFD.

الجدول 3. قائمة الوظائف التي تؤديها أجهزة FFD وRFD

يتم ضمان التكلفة المنخفضة لأجهزة أجهزة RFD من خلال الحد من مجموعة الوظائف عند تنظيم التفاعل مع منسق الشبكة أو جهاز FFD. وينعكس هذا بدوره في التنفيذ غير الكامل لنموذج التفاعل الموضح في الشكل 1. 5، ويفرض أيضًا الحد الأدنى من المتطلبات على موارد الذاكرة.

بالإضافة إلى تقسيم الأجهزة إلى RFD وFFD، يحدد تحالف ZigBee ثلاثة أنواع من الأجهزة المنطقية: منسق ZigBee (المنسق)، جهاز توجيه ZigBee وجهاز ZigBee الطرفي. يقوم المنسق بتهيئة الشبكة، وإدارة العقد، وكذلك تخزين المعلومات حول إعدادات كل عقدة متصلة بالشبكة. يعد جهاز توجيه ZigBee مسؤولاً عن توجيه الرسائل المرسلة عبر الشبكة من عقدة إلى أخرى. يشير جهاز نقطة النهاية إلى أي جهاز نقطة نهاية متصل بالشبكة. إن أجهزة RFD وFFD التي تمت مناقشتها أعلاه هي بالتحديد الأجهزة النهائية. يتم تحديد نوع الجهاز المنطقي عند بناء الشبكة من قبل المستخدم النهائي عن طريق تحديد ملف تعريف محدد (الشكل 5) يقترحه تحالف ZigBee. عند بناء شبكة ذات طوبولوجيا "من الجميع إلى الجميع"، يمكن إجراء نقل الرسائل من عقدة شبكة إلى أخرى عبر مسارات مختلفة، مما يجعل من الممكن بناء شبكات موزعة (الجمع بين عدة شبكات صغيرة في شبكة واحدة كبيرة - شجرة الكتلة) مع تثبيت عقدة من أخرى على مسافة كبيرة بما فيه الكفاية وضمان تسليم الرسائل بشكل موثوق.

تنقسم حركة المرور المرسلة عبر شبكة ZigBee عادةً إلى حركة دورية ومتقطعة ومتكررة (تتميز بفاصل زمني قصير بين إرسال رسائل المعلومات).

تعتبر حركة المرور الدورية نموذجية للتطبيقات التي تتطلب تلقي المعلومات عن بعد، مثل أجهزة الاستشعار اللاسلكية أو أجهزة القياس. في مثل هذه التطبيقات، يتم الحصول على المعلومات من أجهزة الاستشعار أو أجهزة القياس على النحو التالي. كما ذكرنا سابقًا، فإن أي جهاز نهائي، وهو في هذا المثال عبارة عن مستشعر لاسلكي، يجب أن يكون في وضع "السكون" خلال الغالبية العظمى من وقت التشغيل، وبالتالي ضمان استهلاك منخفض جدًا للطاقة. لنقل المعلومات، يستيقظ الجهاز الطرفي في أوقات معينة من وضع "السكون" ويبحث في الراديو عن إشارة خاصة (منارة) يتم إرسالها بواسطة جهاز إدارة الشبكة (منسق ZigBee أو جهاز توجيه ZigBee) الذي يتصل به جهاز القياس اللاسلكي. إذا كانت هناك إشارة خاصة (منارة) على الراديو، يقوم الجهاز الطرفي بنقل المعلومات إلى جهاز إدارة الشبكة وينتقل على الفور إلى وضع "السكون" حتى جلسة الاتصال التالية.

تعتبر حركة المرور المتقطعة شائعة، على سبيل المثال، مع أجهزة التحكم في الإضاءة عن بعد. دعونا نتخيل موقفًا عندما يتم تشغيل مستشعر الحركة المثبت على الباب الأمامي، فمن الضروري إرسال أمر لتشغيل الإضاءة في الردهة. يتم نقل الأوامر في هذه الحالة على النحو التالي. عندما يتلقى جهاز إدارة الشبكة إشارة مستشعر الحركة، فإنه يوجه الجهاز النهائي (المفتاح اللاسلكي) للاتصال بشبكة ZigBee اللاسلكية. بعد ذلك يتم إنشاء اتصال مع الجهاز الطرفي (مفتاح لاسلكي) ويتم إرسال رسالة معلومات تحتوي على أمر لتشغيل الإضاءة. بعد تلقي الأمر، يتم إنهاء الاتصال وفصل المفتاح اللاسلكي عن شبكة ZigBee.

يتيح لك توصيل جهاز نهائي بشبكة ZigBee وفصله في اللحظات الضرورية فقط زيادة الوقت الذي يبقى فيه الجهاز النهائي في وضع "السكون" بشكل كبير، وبالتالي ضمان الحد الأدنى من استهلاك الطاقة. طريقة استخدام إشارة خاصة (منارة) تستهلك الكثير من الطاقة.

في بعض التطبيقات، مثل أنظمة الأمان، يجب أن يتم نقل المعلومات حول تنشيط المستشعر بشكل فوري تقريبًا ودون تأخير. ولكن يجب أن نأخذ في الاعتبار حقيقة أنه في وقت معين يمكن أن "تعمل" عدة أجهزة استشعار في وقت واحد، مما يؤدي إلى توليد ما يسمى بحركة المرور المتكررة في الشبكة. احتمالية وقوع هذا الحدث منخفضة، لكن من غير المقبول عدم أخذه بعين الاعتبار في الأنظمة الأمنية. في شبكة ZigBee اللاسلكية، بالنسبة للرسائل المرسلة إلى الشبكة اللاسلكية عند تشغيل العديد من أجهزة استشعار الأمان (الأجهزة الطرفية) في وقت واحد، يتم توفير نقل البيانات من كل مستشعر في فترة زمنية مخصصة خصيصًا. في تقنية ZigBee، تسمى الفترة الزمنية المخصصة خصيصًا بالفترة الزمنية المضمونة (GTS). إن وجود تقنية ZigBee للقدرة على توفير فترة زمنية مضمونة لنقل الرسائل العاجلة يسمح لنا بالحديث عن تنفيذ طريقة QoS (جودة الخدمة) في ZigBee. يتم تخصيص فترة زمنية مضمونة لإرسال الرسائل العاجلة بواسطة منسق الشبكة (الشكل 6، منسق PAN).

عند تطوير أجهزة لتقنية نقل البيانات اللاسلكية ZigBee التي تنفذ نموذج التفاعل، تلتزم جميع الشركات المصنعة تقريبًا بالمفهوم الذي يتم بموجبه وضع جميع الأجهزة على شريحة واحدة. في التين. يوضح الشكل 7 مفهوم تنفيذ الأجهزة لتقنية نقل البيانات اللاسلكية ZigBee.

أرز. 7. مفهوم تنفيذ الأجهزة لتقنية نقل البيانات اللاسلكية ZigBee

لإنشاء شبكة لاسلكية (على سبيل المثال، شبكة ذات طوبولوجيا نجمية) تعتمد على تقنية ZigBee، يجب على المطور شراء منسق شبكة واحد على الأقل والعدد المطلوب من الأجهزة الطرفية. عند التخطيط لشبكة، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن الحد الأقصى لعدد الأجهزة الطرفية النشطة المتصلة بمنسق الشبكة يجب ألا يتجاوز 240. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري شراء أدوات برمجية لتطوير وتكوين الشبكة وإنشاء تطبيقات المستخدم و لمحات من الشركة المصنعة لرقاقة ZigBee. تقدم جميع الشركات المصنعة لرقائق ZigBee تقريبًا مجموعة كاملة من المنتجات في السوق، والتي تختلف، كقاعدة عامة، فقط في حجم ذاكرة القراءة فقط (ROM) وذاكرة الوصول العشوائي (RAM). على سبيل المثال، يمكن برمجة شريحة تحتوي على 128 كيلو بايت من ذاكرة القراءة فقط (ROM) و8 كيلو بايت من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لتعمل كمنسق، وجهاز توجيه، وجهاز نهائي.

تعد التكلفة العالية لمجموعة أدوات تصحيح الأخطاء، والتي تتضمن مجموعة من البرامج والأجهزة لبناء شبكات ZigBee اللاسلكية بأي تعقيد، أحد العوامل التي تحد من التوزيع الشامل لتكنولوجيا ZigBee في السوق الروسية. تجدر الإشارة إلى أن ظهور تقنية الإرسال اللاسلكي ZigBee أصبح استجابة أكيدة لاحتياجات السوق لإنشاء أنظمة تحكم ذكية للمنازل والمباني الخاصة، والتي يتزايد الطلب عليها كل عام. وفي المستقبل القريب، سيتم تجهيز المنازل والمباني الخاصة بعدد كبير من عقد الشبكات اللاسلكية التي تراقب وتتحكم في أنظمة دعم الحياة في المنزل. يمكن تركيب هذه الأنظمة في أي وقت وفي وقت قصير، لأنها لا تحتاج إلى كابلات في المبنى.

ندرج التطبيقات التي يمكن دمج تقنية ZigBee فيها:

• أنظمة أتمتة دعم الحياة للمنازل والمباني (التحكم عن بعد في مآخذ الشبكة، والمفاتيح، والمقاومات، وما إلى ذلك).
• أنظمة التحكم في الإلكترونيات الاستهلاكية.
• أنظمة أخذ القراءات تلقائيًا من العدادات المختلفة (الغاز، الماء، الكهرباء، إلخ).
• الأنظمة الأمنية (حساسات الدخان، حساسات الوصول والأمن، حساسات تسرب الغاز والمياه، حساسات الحركة، وغيرها).
• أنظمة المراقبة البيئية (درجة الحرارة، الضغط، الرطوبة، أجهزة استشعار الاهتزاز، وغيرها).
• أنظمة الأتمتة الصناعية.

خاتمة

توضح النظرة العامة الموجزة لتقنيات نقل البيانات اللاسلكية BlueTooth وWi-Fi وZigBee الواردة في المقالة أنه حتى بالنسبة للمطورين ذوي الخبرة، قد يكون من الصعب إعطاء الأفضلية بوضوح لتقنية أو أخرى فقط على أساس الوثائق الفنية.

ولذلك، ينبغي أن يعتمد نهج الاختيار على تحليل شامل لعدة معايير. يتم عرض الخصائص المقارنة لتقنيات BlueTooth وWi-Fi وZigBee في الجدول 4. وستساعدك هذه المعلومات على اتخاذ القرار الصحيح عند اختيار تقنية نقل البيانات لاسلكيًا.

الجدول 4. الخصائص المقارنة لتقنيات Bluetooth وWi-Fi وZigBee

الأدب

1. في.أ. غريغورييف، أو. لاجوتينكو ، يو.أ. راسبايف. "أنظمة وشبكات الوصول الراديوي"، م: EcoTrends، 2005.
2. www.ieee.com
3. www.chipcon.com
4. www.ember.com
5. www.BlueTooth.org