تشتت الإشارة في الشبكات اللاسلكية

Wireless attenuation

لكي تتمكن من عمل شبكة لاسلكية جدية لابد من وضع أجهزة الأكسس بوينت الخاصة بالبشكة في أوضاع تقلل الي حد ما الفقد في الإشرارات التي تلتقطها أو تبثها , بعض من المعلومات الأساسية البسيطة عن ماهية الإشارة اللاسلكية و كيفية انتشارها قد تساعدك في هذا الأمر

الإشارات اللاسلكية و التي تعرف علميا بإشارات الراديو Radio Waves RF تنتشر في اتجاه مستقيم في أكثر من اتجاه بسرعة انتشار في الفراغ تساوي سرعة الضوء أي 300000 كم لكل في كل ثانية في الفراغ أي تستطيع الإشارة اللاسلكية أن تصل الي القمر خلال ثانية واحدة

لكن في الواقع قد تعاني الإشارة اللاسلكية من موهنات قد تقلل من هذه السرعة أو تمنعها أو تؤخر وصولها بسبب امتصاصها أو انعكاسها أو حيودها أو انكسارها علي أسطح لا ينبغي أصلا ان تقابلها

فعندما تقابل الإشارة اللاسلكية بعض الأسطح فإن هذه الأسطح تقوم تمتص بعضا من الطاقة الإشعاعية لهذه الإشارات محولة ايها الي صور أخري من صور الطاقة

فعلي سبيل المثال يعتبر تشتت الإشارة attenuation من الظواهر التي تقلل الطاقة في الإشارة مما يعني عدم تمكنها من الوصول الي المستقبل أو اضعاف قوتها لا تستطيع منه قراءة البيانات من هذه الإشارة

مقدار التشتت Attenuation  يقاس بوحدة بل bel نسبة الي العالم جراهام بل أول من اخترع الهاتف و تختصر B و هو ناتج اللوغاريتم ذو الأساس 10 للنسبة بين الإشارة الخارجة الي الداخلة و غالبا ما يستخدم الجزء العشري من البل و يسمي ديسيبل dB

عندما تكون قيمة R موجبة فإن هذه القيمة تسمي تكبير الإشارة و عندما تكون سالبة فإنه قيمة تشتت الإشارة

يزداد التشتت طرديا مع زيادة التردد أو المسافة و يعتمد علي نوع العائق و نوع مادته فلو كان العائق مثلا معدني فسيحدث التشتت نتيجة عكس الإشارة أما اذا كان العائق مائي فسيحدث التشتت نتيجة امتصاص الإشارة

التشتت الناتج عن إنعكاس الإشارة ناتج عن ان الإشارة تفقد بعضا من قوتها بعد الإنعكاس و في الواقع يكون الإنعكاس متكررا و هذا يسمي multipath كما تري في الشكل التالي

و المشكلة في تعدد المسارات تكمن في فروق الوقت propagation delay بين أكثر من مسار عند وصوله الي المستقبل و الذي يسبب فرق وقتي في وصول الموجات لهدفها مما يؤدي لظاهرة التداخل التي تقلل في النهاية مجموع سرعة الشبكة اللاسلكية

و لتلافي مشكلة التداخل يتم استخدام هوائيين لكل وحدة ارسال مع دائرة ضبط الكسب التلقائي AGC (Automated Gain Controller) و الذي يقوم بالتبديل بين احد الهوائيين بناء علي قوة الإشارة الملتقطة و الذي يحدد هل الإشارتان مختلفتان أم هما في الأصل اشارة واحدة تعددت مساراتها و ذلك بناء قياس الفرق بين وصولها فإذا كان هذا الفرق يساوي Lambda/2 أي يأ 6.25 cm عند 2.4GHz

خواص المواد

لا يعتمد فقط جودة انتشار الإشارة علي طريقة ارسالها أو استقبالها انما بالأساس علي الوسط الذي تنتشر فيه و الذي يحدد بشكل كبير قوة و جود هذه الإشارة و هذا جدول يبين درجة التشتت Attenuation للإشارة بناء علي كل وسط تنتشر فيه

حساب القدرة في الشبكات اللاسلكية

القياس و الوحدات في الشبكات اللاسلكية يرتبط بها أكثر مما يرتبط في أي مجال شبكي آخر و ذلك لأن الشبكة اللاسلكية تعتمد علي انتشار الموجات و التي لابد من معرفة مستوي قوتها علي مستوي انتشار الإشارة من أول ارسالها و حتي استقبالها

وتعتبر وحدة الوات watt هي الوحدة الأساسية لقياس الإشارة اللاسلكية اللمرسلة أو المستقبلة من جهاز ما و تسمي Absolute Measurements of Power

قد نحتاج وحدات أخري للتعبير عن التغير في الإشارة من فقد أو كسب عند دخولها أو خروجها من وسط ما تسمي Relative Measurements of Power

حيث أنه لن تسعفنا وحدات القدرة العادية مثل الوات بل نستخدم وحدات الديسيبل التي تعبر عن هذا التغير مثل dB و dBi و dBm و dBd

و سنتكلم عنها

الوات

الوات هو القيمة الفعلية للقدرة و سميت علي اسم العالم الاسكتلندي جيمس وات أحد علماء القرن الثامن عشر

و يعبر الواحد وات عن القدرة التي صنعها مرور تاير بقيمة واحد أمبير عبر فرق جهد مقداره واحد فولت

و لتقريب هذا الأمر سنأخذ مثال مضخة مياه تنظيف السيارت حيث يعتمد قوة خروج الماء من الخرطوم علي عاملين أولهما قوة ضغط المضخة و ثانيهما هو مقدار الماء الموجود في الخرطوم

و تعتبر القدرة هي قوة خروج المياه بينما يكون ضغط المضخة معبرا عن الجهد و أما التيار فيماثله الماء الموجود بخرطوم المضخة

تقاس القدرة من خلال هذه المعادلة

P=V*I

حيث تعتبر P هي القدرة و تقاس بوحدة الوات

V هي الجهد الكهربي للإشارة voltage و يقاس بوحدة الفولت volt

I و التيار الكهربائي current و يقاس بوحدة الأمبير A

الميللي وات

يعتبر المللي وات جزء من ألف جزء من الوات كما هو الحال مع المتر و المللي متر أو الكيلوجرام و الجرام فمثلا نقوم بالتعبير عن قدرة ارسال الأكسس بوينت ب30mw أي 0.03 وات

و سبب استخدام في شبكاتنا اللاسلكية الواي فاي و التي تعمل بمعايير 80.211 تكون قيم التعامل مع قدرة الإشارة في حدود أقل بكثير من الوات و ذلك للتعبير عن تكبير اشارة بواسطة هوائي أو اضمحلالها بواسطة كابلات

و غالبا ما تكون القدرة المستخدمة في اشارات شبكات الواي فاي ما بين 100 ميللي وات الي 200 ميللي وات اللهم فيما يختص بالشبكات اللاسلكية الخارجية point to point حيث تتعدي القدرة الي 250 ميللي وات

غالبا ما تتدخل الدول أو المنظمات الحكومية التي يتم تصميم الشبكات فيها بتحديد مقدار القدرة الخارجة من هوائيات الشبكة

Decibel dB

النصف الأخير من الديسيبل “بل” Bel نسبة الي العالم جراهام بل مخترع الهاتف و النصف الأول “ديسي” Deci لأن الوحدة مكونة من عشر قيم 1 الي 10

و أول ما يجب أن تعرفه عن الديسيبل هو أنه وحدة مقارنة قدرة و ليس وحدة قياس قدرة

أي أنها وحدة للتعبير عن ناتج مقارنة بين قيمتين مثل قدرة اشارة هوائي استقبال و آخر ارسال في الشبكة الاسلكية أو مخرج و مدخل اشارة مثل المكبرات كما بالشكل

علي سبيل المثال يقوم أكسس بوينت بإرسال بيانات بقدرة 100 mw و من ثم يقوم لابتوب 1 بإستقبال هذه هذه البيانات بمستوي قدرة 10 mwبينما يقوم لابتوب أخر باستقبال نفس البيانات بمستوي قدرة 1 mw

و علي هذا يكون فرق مستوي قدرة الإشارة بين الأكسس بوينت و اللابتوب الأول هو 100:10 أي 10:1 أي 1 بل

و يكون فرق مستوي قدرة الإشارة بين الأكسس بوينت و اللابتوب الثاني هو 100:1 أي أي 2 بل

و يكون مستوي القدرة بين اشارتي اللابتوب الأول و الثاني هو 10:1 أي 1 بل أيضا

و نستطيع حساب هذا بواسطة اللوغاريتمات و التي تبسطها هذه المعادلة

حيث dB هي قيمة القدرة بالديسيبل و هي واحد من عشرة أجزاء من بل

P1/P2 هي النسبة بين قيمتي القدرة

و لبيان هذا الأمر نأخذ مثال المكبر فلو أن دخل المكبر بقدرة 10 mw و خرجه 100 mw فهذا يعني أن كسب أو قيمة تكبير المكبر هو 10 dB

و لكن ما السبب إذن وراء استخدام قيم الديسيبل رغم أن استخدام قيم الوات أو المللي وات تقوم مقامها

بالنظر للجدول التالي و الذي يبين كيفية التعبير عن تغير قيم القدرة تستطيع أن تري مدي سهولة التعبير بقيم الديسيبل عن الوات

سهل جدا أن أقول أن قدرة الأكسس بوينت قد تناقصت بقيمة 40 ديسيبل عن أعبر بأنها تناقصت بقيمة 0.0001 ميللي وات

Decibel Milliwat dBm

يعتبر dBm هو وحدة مستوي القدرة مقارنة بالواحد ميللي وات و هي تعتمد علي الحساب بواسطة اللوغاريتمات حيث يعبر عن 1 ميللي وات بـ 0dBm و يسمي بالصفر المطلق و بنفس المنطق يكون 100 mw مساويا لـ 20 dBm

فعلي سبيل المثال في هذا المثال من الطبيعي جدا أن يكون ناتج المعادلة بوحدة dB فقط الا أنه بوجود 1 mw كمرجع في أساس اللوغاريتم فتم حساب مستوي القدرة بوحدة dBm

Power (in dB) =

10 * log10 (50/1) =

10 * log10 (50) =

10 * 1.7 =

17 dBm

و بالمثل أيضا يتم حساب القدرة بوحدة dBw عند المقارنة في اللوغاريتم بـ الوات 1 W

و هذه المعادلة تبين العلاقة المباشرة بين القدرة بالوات و الديسبل مللي وات

Decibel Isotropic dBi

Decibel dipole dBd

في الهوائيات يتم استخدام هذه القيم علي نطاق واسع جدا لقياس كسب الهوائي و تكون القيمة الأساسية التي تتم حساب مستوي الإشارة بالنسبة لها هي قيمة الهوائي dBi أو dBd

dBi عندما يتم الحساب بالمقارنة بهوائي المثالي isotropic antennas و هو هوائي غير موجود في الحقيقة و يستخدم رياضيا فقط للتعبير عن الهوائي الذي ينشر الموجات في جميع الإتجاهات بشكل مثالي جدا

dBd و يتم الحساب بالمقارنة بهوائي ثنائي القطب dipole antenna

و الشائع هو الحساب بالمقارنة بالهوائي المثالي dBi و هو المستخدم من قبل سيسكو و FCC

و عموما فالفرق بين القياسين هو 2.14 حيث

طرق الاتصال بالإنترنت

 

كي تتمكَّن من الاتصال بالإنترنت، لا بد من وجود جهة معينة توفر خدمة الإنترنت للمشتركين، وهي ما يُعرَف باسم موفِّر خدمة الإنترنت (Internet Service Provider- ISP))). وعلى سبيل المثال، فإن مؤسسة الإمارات للاتصالات (اتصالات) هي موفر خدمة الإنترنت في دولة الإمارات العربية المتحدة.

وأما من ناحية تقنية، فإن الاتصال بالإنترنت يتم بإحدى ثلاث طرق رئيسة:

1 - الاتصال بواسطة المودم عبر خطوط الاتصال الهاتفي (dial-up connection).

2 - اتصال ISDN: أي الاتصال عبر الشبكة الرقمية للخدمات المتكاملة (Integrated Services Digital Network).

3 - الاتصال عبر مودم الكيبل (cable modem)، وهو مودم يُتيح نقل البيانات عبر كوابل النقل التلفزيوني.

وبالنسبة للمستخدم أو المشترك في خدمة الإنترنت، فإن هذه الطُرق لا تختلف عن بعضها إلا في سرعة نقل البيانات. والجدول التالي يبين الزمن اللازم لنقل ملف حجمه ميغابايت واحد في كل طريقة منها (في ظروف مثالية، أي في ساعات عدم الازدحام على الشبكة). وبالطبع، فإن وحدة سرعة نقل الملفات هي كيلوبت/ ثانية (تجدها بالإنجليزية Kbps أيKilo bit per second).

ملحوظة: بايت واحد = 8 بتات (بتات هي جمع بت)

حوالي 5 دقائق	المودم العادي بسرعة 28.8 كيلوبت/ ثانية
حوالي دقيقتين	توصيلة ISDN بسرعة 64 كيلوبت/ ثانية
حوالي ثانية واحدة	مودم الكيبل بسرعة 10 ميغابت/ ثانية

وسنتناول في هذه الصفحة أبسط طُرق الاتصال بالإنترنت وأكثرها شيوعا؛ ألا وهي خدمة الاتصال عبر المودم وخطوط الاتصال الهاتفي، أما اتصال ISDN واتصال مودم الكيبل فتجدهما- في معظم الحالات- في الشركات والمؤسسات، إذ إن هذين النوعين من الاتصال بالإنترنت أعلى من احتياجات المستخدم العادي أو المستخدم المنزلي، كما إن كلفة كل منهما مرتفعة.

وقد يكون المودم مدمجا في داخل الكمبيوتر ويُدعى في هذه الحال بالمودم الداخلي (Internal modem)، أو قد يكون منفصلا خارج الكمبيوتر ويدعى عندها بالمودم الخارجي externalmodem).