مقدمه:
نزدیک به 150 سال از اختراع تلگراف، ابداع بزرگ ساموئل مورس، می گذرد. عملکرد این دستگاه قطع و وصل کردن ولتاژ روی سیم بود. چیزی شبیه ارسال دیجیتال اطلاعات در مخابرات امروزی یعنی صفر و یک (بیت). از آن به بعد انسان توانست از سیم مسی میان دو نقطه سیگنالهای اطلاعاتی را عبور دهد. بعدها گراهام بل، موفق شد با استفاده از ابتدائی تری اصول الکترومانیک، صدا را از درون سیم عبور می دهد. بدین ترتیب صنعت مخابرات پا به عرصه ظهور گذاشت. با گذشت زمان و گسترش نیازهای جامعه به ارتباط میان یکدیگر، لزوم توسعه هر چه بیشتر صنعت مخابرات در سطح کشورها و جهان امری ضروری بود ولی این امر با مشکلات بزرگی همراه بود. کابل کشی میان شهرها و کشورها جهت انتقال سیگنالهای تلگراف و یا کانالهای تلفنی، با توجه به تضعیف توان سیگنال درون سیم و محدودیت فرکانسی سیم، کار بسیار سخت و پرهزینه بود و سد محکمی در مقابل توسعه ارتباط بود. ولی کشف بزرگ مارکونی، یعنی امکان انتقال سیگنال از طریق رادیو، بدون نیاز به سیم، جهش بزرگی در مخابرات را باعث گردید. بدین ترتیب فناوری Wireless پا به عرصه عمل گذاشته شد. دیگر دست اندرکاران مخابرات نیازی به صرف هزینه های سنگین جهت تهیه کابل های مسی ویژه و تقویت کننده ها جهت سیم کشی میان شهرها و کشورها نداشتند بلکه با استفاده از انتقال رادیویی و استفاده از رله های رادیویی سیگنال های اطلاعاتی را تاچند صد کیلومتر جابجا می کردند.حتی با ظهور ماهواره و امکان ارتباط ماهواره، قادر گردید تا اطلاعات خود را از بخشی از کره خاکی به گوشه ای دیگر آن با کمترین هزینه فراهم سازد.
فناوری Wirelessبه فناوری گفته می شود که مدیای آن تنها هوا بوده و خالی از هر گونه مدیای دیگر نظیر سیم یا حتی ماهواره باشد. عمدتا، ارتباط بدون سیمی که از طریق ماهواره میسر می گردد را در این طبقه دسته بندی نکرده و آن را در طبقه ای جداگانه به نام فناوری ماهواره، قرار می دهند. فناوری Wirelessدر سال های اخیر، به ویژه پس از ظهور شبکه های کامپیوتری و در راس آن اینترنت و شبکه های تلفن همراه، توانست به طور چشم گیری توسعه پیدا کرده و به عنوان یکی از روش های مهم انتقال اطلاعات و ارائه سرویس در بخش های مختلف صنعت مخابرات و دیتا خود را نمایان سازد.با ظهور شبکه های کامپیوتری،Wireless توانست به عنوان یکی از تکنیک های پر مزیت در ارائه دسترسی کاربران به شبکه و دیگر بخش ها موفق عمل نماید. در این مقاله به بررسی فناوری های موجود در حوزه Wireless و از دیدگاه تنها مخابراتی و دیتا می پردازیم.
انواع فناوری های Wireless:
1- فناوری Wireless مبتنی بر نور لیزر.
در این فناوری که تنها برای ارتباطات Point to Point کاربرد دارد، از فرستنده و گیرنده های پرتوان لیزری که در یک راستا و روبروی یکدیگر قرار دارند استفاده می گردد. بدین ترتیب لازم است جهت نور خروجی فرستنده به گونه ای تنظیم گردد که گیرنده را در بر بگیرد. هر چه نور لیزر دارای طیف نوری باریک تر و پراکندگی کمتری باشد مسافت بیشتری را پوشش داده ولی تنظیم میان فرستنده و گیرنده سخت تر می گردد. در حال حاضر با این فناوری می توان سرعت ها ی بیش از 1Gbps را در مسافت های چند کیلومتر انتقال داد. سختی تنظیم فرستنده و گیرنده م حساس بودن به شرایط آب و هوایی نظیر لرزش کوچک دکلهای فرستنده و یا گیرنده توسط باد، کاربرد این فناوری را محدود نموده است. یکی از ویژگی های این فناوری امنیت بالای آن است چرا که نور در یک راستا به گیرنده رسیده و امکان شنود را بسیار سخت می نماید. لذا در ارتباطات نظامی واحدهای نظامی که در یک منطقه قرار دارند استفاده از این فناوری بسیار مفید بوده است.
2- فناوری Wireless مبتنی بر امواج الکترومغناطیس.
در این فناوری از امواج الکترومغناطیس با طول موج ها چند میلیمتر تا چند سانتی متر استفاده می گردد. از نظر فرکانسی این مقدار بین مقادیر نزدیک به 1GHz تا چند ده GHz می باشد.برای استفاده از این امواج به کاربردن آنتن مناسب در دو سوی فرستنده و گیرنده ضروری می باشد. دراین فناوری متناسب با نوع کاربرد، می توان همبندی های Point to Point و یا Point to Multipoint را استفاده نمود اما برخلاف فناوری نوری، میزان انتقال داده ها کمتر بوده و متناسب با نوع فناوری، از چند کیلوهرتز تا حدود 70 مگاهرتز می باشد.تفاوت دیگر این فناوری با فناوری نوری، انتشار امواج در جهت های مختلف بوده که عموما با انتخاب نوع آنتن مناسب در کار که دارای Pattern باریک تری باشد( نظیر آنتن های بشقابی)، می توان جهت انتشار را تا حدودی اصلاح نمود اما این به معنای اصلاح کامل انتشار امواج و یک راستا نمودن آن نیست. علت عدم موفقیت دریک راستا نمودن امواج منتشر شده، شبیه نور لیزر در خروجی فرستنده نوری، ماهیت انتشار امواج الکترو مغناطیس در فرکانس های مورد کار می باشد.
فرکانس های کاری که در بالا ذکر شد، جهت تخصیص به سیستم ها، و جهت اعمال کنترل و مدیریت لازم، به نواحی یا باندهای فرکانسی کاملا مشخص و استاندارد تقسیم شده به گونه ای که کلیه سیستم ها می بایست در محدوده فرکانسی تعیین شده کار نمایند. این باندها به دو صورت دارای مجوز
(Licensed) و بدون مجوز(Unlicensed) تقسیم می گردند. هر فناوری و یا سیستمی که بخواهد در باند دارای مجوز کار نماید نیازمند کسب مجوز از سازمان کنترل کننده فرکانس آن در کشور می باشد. لازم به ذکر است عنوان یکی از مقالاتی که در گروه مطالعاتی Wireless ارائه خواهد گردید نیز در همین رابطه می باشد.
فناوری Wirelessبر اساس حوزه و نوع کاربرد آن به فناوری های تخصصی تر تقسیم می گردد. این فناوری ها هر یک دارای مشخصات و ویژگی های منحصر به فردی بوده و دارای استانداردهای جهانی و تحت نظارت سازمان های معتبر استاندارد سازی فناوری ها نظیر ITUو IEEE می باشند.
UWB:
این فناوری جهت استفاده در فواصل بسیار نزدیک( در حدود 10 متر) و کار در شبکه های WPAN ارائه گردیده است. در حال حاضر استاندارد معمولی آن یعنی 802.15.1 یا فناوری Bluetoothدارای 740Kbps سرعت انتقال اطلاعات در فرکانس2.45GHz می باشد. UWB فناوری آتی Bluetooth و WPAN بوده که فرکانس کاری آن در رنج فرکانسی 7.5GHz و با استاندارد 802.153a می باشد. این فناوری PC ها، Laptop ها و یا حافظه های همراه (Flash Memory ) را قادر می سازد با سرعت حدود 400Mbpsفایل ها و اطلاعات را مبادله نمایند. این فناوری در آینده می تواند جایگزین بسیار مناسبی برای پورت های پر سرعت USB برای مقاصد ویژه ای نظیر Video Streamingباشد. مخفف Wireless Fidelity و فناوری بی سیم شبکه های LAN می باشد. معرفی Wi-Fi جهت ایجاد تعامل کاری میان سیستم های مبتنی بر استاندارد 802.11x بوده است. این فناوری جهت پوشش محدوده ای در حدود 400 متر بوده ولی با افزایش توان ارسال امواج، از آن در مواردی در شبکه های MAN استفاده می گردد. محدوده فرکانسی Wi-Fi در حال حاضر بازه بدون مجوز 2.4GHzمی باشد. این فناوری تاکنون استانداردهای مختلفی را به خود دیده است ولی در حال حاضر سیستم های مبتنی بر آن منطبق با یکی از استانداردهای 802.11a ، 802.11b و 802.11g است. سرعت انتقال اطلاعات در فناوری Wi-Fi تا میزان 54 Mbpsمی رسد که با افزایش فاصله و تعداد کاربران، این مقدار کاهش می یابد.
WiMAX:
مخفف Wireless Interoperability Microwave Access و فناوری جدید و بی سیم شبکه های Metro جهت پوشش مشترکین دیتای راه دور می باشد. این فناوری مبتنی بر استانداردهای 802.16x بوده که در محدوده فرکانسی با و بدون مجوز2-11GHz عمل می نماید. میزان انتقال اطلاعات دراین فناوری تا حدود 75Mbps می رسد. مسافت تحت پوشش در آن در شرایط عادی و بدون استفاده است آنتن های پر توان بشقابی، در حال حاضر در حدود 10 کیلومتر می باشد. این فناوری قابلیت انتقال اطلاعات حساس به تاخیرات زمانی (Real time) نظیر اطلاعات Voice را دارا می باشد. ارائه QOS، امنیت انتقال اطلاعات، پشتیبانی از کاربران ثابت و سیار، اصلاح حساسیت گیرنده به انعکاسات موجی ناشی از عوارض طبیعی و غیر طبیعی از ویژگی های دیگر این فناوری می باشد.
3G :
فناوری نسل سوم شبکه WANو شبکه تلفن های همراه جهت ارائه همزمان سرویس Voice و اینترنت می باشد. این فناوری منطبق با استانداردهای ITU بوده و سازگار با شبکه های موجود تلفن همراه نظیر GSM، TDMA و CDMA است. تکنیک و استاندارد ارسال و دریافت اطلاعات در این شبکه به صورت UMTS/ WCDMA و یا CDMA2000 است. محدوده فرکانسی عملکرد در این فناوری باندهای VHFو UHF می باشد. مسافت تحت پوشش در این فناوری نیز نسبت به فناوری های قبلی افزایش داشته و تا محدوده 8 کیلومتر را پوشش می دهد. سرعت مبادله اطلاعات میان کاربران و شبکه، با استفاده از تکنیک UMTS/ WCDMA در حدود 10Mbpsرسیده است.
جدول شماره 1، فناوری های ذکر شده دربالا را مورد مقایسه قرارداده و تعدادی از پارامترهای آن ها را جهت مقایسه عرضه می کند.
شکل های 1و 2 نیز مقایسه فناوری های مذکور از نظر مسافت قابل پوشش و میزان Mobility هر یک تکنولوژی های مذکور را نمایش می دهد.
کلیه فناوری هایی که در بالا ذکر گردید در امر ارسال و دریافت دیتا کاربردهای خاص خود را دارا می باشند. آنچه آن ها را از یکدیگر متمایز می نماید، محدوده عملکرد آن ها از نظر مسافت و محدوده فرکانسی ایشان می باشد. اگر بخواهیم دید خود را تخصصی کرده و تنها فناوری هایی که در امر Broadband Wireless Access دخیل هستند را توجه نمائیم بی شک می بایست به سمت تکنولوژی WiMAX رفت. از این رو در گروه مطالعاتی Wireless سعی بر این است تا فن آوری WiMAX را به عنوان فن آوری مفیدتر جهت مقاصد شبکه دسترسی دیتا معرفی و آن را از جهات مختلف مورد تجزیه و تحلیل و ارزیابی قرار دهیم.
تشریح مقدماتی شبکه های بی سیم و کابلی
شبکه های محلی(LAN) برای خانه و محیط کار می توانند به دو صورت کابلی (Wired) یا بی سیم (Wireless) طراحی کردند.در ابتدا این شبکه ها به روش کابلی با استفاده از تکنولوژی Ethernetطراحی می شدند اما اکنون با روند رو به افزایش استفاده از شبکه های بی سیم با تکنولوژی Wi-Fi مواجه هستیم.
در شبکه های کابلی ( که در حال حاضر بیشتر با توپولوژی ستاره ای بکار می روند) بایستی از محل هر ایستگاه کاری تا دستگاه توزیع کننده (هاب یا سوئیچ) به صورت مستقل کابل کشی صورت پذیرد ( طول کابل از نوع CAT5 نبایستی 100 متر بیشتر باشد در غیر این صورت از فیبر نوری استفاده می گردد) که تجهیزات به کار رفته از دو نوع غیر فعال (Passive) مانند کابل، پریز، داکت، پچ پنل و … و فعال (Active) مانند هاب، سوییچ، روتر، کارت شبکه و … هستند.
مقایسه شبکه های بی سیم با شبکه های کابلی
در مقایسه شبکه های بی سیم و کابلی می تواند قابلیت های زیر مورد بررسی قرار گیرد:
* نصب و راه اندازی
* هزینه
* قابلیت اطمینان
* کارایی
* امنیت
نصب و راه اندازی
در شبکه های کابلی به دلیل آن که به هر یک از ایستگاه های کاری بایستی از محل سویئچ مربوطه کابل کشیده شود با مسائلی همچون سوارخکاری، داکت کشی، نصب پریز و … مواجه هستیم در ضمن اگر محل فیزیکی ایستگاه مورد نظر تغییر یابد بایستی که کابل کشی مجدد و… صورت پذیرد
شبکه های بی سیم از امواج استفاده نموده و قابلیت تحرک بالایی را دارا هستند بنابراین تغییرات در محل فیزیکی ایستگاه های کاری به راحتی امکان پذیر می باشد برای راه اندازی آن کافی است که از روش های زیر بهره برد:
* Adhoc که ارتباط مستقیم یا همتا به همتا (Peer to Peer) تجهیزات را با یکدیگر میسر می سازد.
* Infrastructure که باعث ارتباط تمامی تجهیزات با دستگاه مرکزی می شود.
بنابراین می توان دریافت که نصب و راه اندازی شبکه های کابلی یا تغییرات در آن بسیار مشکل تر نسبت به مورد مشابه یعنی شبکه های بی سیم است.
هزینه
تجهیزاتی همچون هاب، سوئیچ یا کابل شبکه نسبت به موردهای مشابه در شبکه های بی سیم ارزان تر می باشد اما در نظر گرفتن هزینه های نصب و تغییرات احتمالی محیطی نیز قابل توجه است.
قابل به ذکر است که با رشد روز افزون شبکه های بی سیم، قیمت آن نیز در حال کاهش است.
قابلیت اطمینان
تجهیزات کابلی بسیار قابل اعتماد می باشند که دلیل سرمایه گذاری سازندگان از حدود بیست سال گذشته نیز همین می باشد فقط بایستی در موقع نصب و یا جابجایی، اتصالات با دقت کنترل شوند.
تجهیزات بی سیم همچون Broadband Routerها مشکلاتی مانند قطع شدن های پیاپی، تداخل امواج الکترومغناطیس، تداخل با شبکه های بی سیم مجاور و … را داشته اند که روند رو به تکامل آن نسبت به گذشته (مانند802.11g) باعث بهبود در قابلیت اطمینان نیز داشته است.
کارایی
شبکه های کابلی دارای بالاترین کارایی هستند در ابتدا پهنای باند10 Mbps سپس به پهنای باندهای بالاتر(100Mbps و1000Mbps) افزایش یافتند حتی در حال حاضر سوئیچ هایی با پهنای باند1Gbps نیز ارائه شده است.
شبکه های بی سیم با استاندارد802.11b حداکثر پهنای باند 11 Mbps و با 802.11a و 802.11g پهنای باند Mbps 54 را پشتیبانی می کنند حتی در تکنولوژی های جدید این روند با قیمتی نسبتا بالاتر به 108Mbps نیز افزایش داده شده است علاوه بر این کارایی Wi-Fi نسبت به فاصله حساس می باشد یعنی حداکثر کارایی با افزایش فاصله نسبت به Access Point پائین خواهد آمد. این پهنای باند برای به اشتراک گذاشتن اینترنت یا فایل ها کافی بوده اما برای برنامه هایی که نیاز به رد و بدل اطلاعات زیاد بین سرور و ایستگاههای کاری (Client to Server) دارند کافی نیست.
امنیت
بدلیل اینکه در شبکه های کابلی که به اینترنت هم متصل هستند، وجود دیواره آتش از الزامات است و تجهیزاتی مانند هاب یا سوئیچ به تنهایی قادر به انجام وظائف دیواره آتش نمی باشند، بایستی در چنین شبکه هایی دیواره آتش مجزایی نصب شود.
تجهیزات شبکه های بی سیم مانند Broadband Routerها دیواره آتش به صورت نرم افزاری وجود داشته و تنها بایستی تنظیمات لازم صورت پذیرد. از سوی دیگر به دلیل اینکه در شبکه های بی سیم از هوا به عنوان رسانه انتقال استفاده می شود، بدون پیاده سازی تکنیک های خاصی مانند رمز نگاری، امنیت اطلاعات به طور کامل تامین نمی گردد استفاده از رمز نگاری
( Wired Equivalent Privacy) WEP باعث بالا رفتن امنیت در این تجهیزات گردیده است.