ارتباطات راه دور به زبان ساده
يک جريان الکتريکي را نمي توان از طريق سيم سمي به مسافت هاي خيلي دور ارسال نمود.زيرا سيگنال جريان با طي مسافت، دائماً ضعيف و ضعيف تر مي گردد. براي مثال با وجوديکه شبکه هاي RS-232 در داخل يک اتاق به خوبي عمل مي نمايند، هر تلاشي براي استفاده ازسيستم RS-232 براي برقراري ارتباط در محدوده يک شهر، منجر به شکست خواهد شد. مهندسان اين مشکل را نتيجه افت سيگنال مي نامند.افت سيگنال به واسطه گرماي ناشي از مقاومت سيم و اتلاف انرژي سيگنال الکتريکي مي باشد. افت سيگنال در سيستم هاي ارتباطي اهميت دارد زيرا در ارتباطات دوربرد، همين مسأله باعث کاهش دامنه سيگنال و عدم امکان آشکارسازي آن در گيرنده مي گردد. محققاني که روي چگونگي ارسال سيگنال ها مطالعه مي کنند، يک ويژگي جالب سيستم هاي ارتباطي دوربرد را کشف نموده اند. يک سيگنال نوسان گر پيوسته، نسبت به ساير سيگنال ها مسافت هاي طولاني تري را طي خواهد نمود. اين ويژگي، مبنايي براي اغلب سيستم هاي ارتباطي دوربرد مي باشد. بجاي ارسال يک جريان الکتريکي(که تنها هنگامي تغيير مي کند که مقدار بيت تغييرنمايد) سيستم هاي ارتباطي دوربرد، يک سيگنال نوسان گر پيوسته را( معمولاً يک موج سينوسي) بنام کرير ارسال مي نمايند.
براي ارسال داده ها، فرستنده موج کرير را به طور پيوسته اصلاح مي نمايد. در مجموع چنين اصلاحات و تغييراتي روي موج کرير را مدولاسيون مي نامند. استفاده از يک موج کرير مدوله شده براي ارتباطات دوربرد،ازفناوري شبکه هاي کامپيوتري نشأت نگرفته است، بلکه اين تکنيک، زاده صنعت تلفن راديو و تلويزيون مي باشد. براي مثال يک ايستگاه راديويي از يک موج کرير پيوسته که دريک فرکانس معين نوسان دارد، بهره مي گيرد. قبل از اينکه سيگنال ارسال شود، ايستگاه راديويي از يک سيگنال صوتي به منظور مدوله کردن موج کرير استفاده مي نمايد. هنگامي که يک گيرنده راديويي در محدوده فرکانسي فرستنده( فرکانس موج کرير)تنظيم گردد، مدارات الکترونيکي در گيرنده، موج کرير را دريافت نموده و نوع مدولاسيون آن را شناسايي مي نمايند و از آن براي بازسازي سيگنال اصلي استفاده مي کنند. توجه داشته باشيد که يک گيرنده راديويي، به منظور اجراي مدولاسيون طراحي مي گردد. پس از آنکه گيرنده، سيگنال اصلي را از داخل موج کرير بيرون کشيد، موج کرير را آزاد مي کند.
سيگنال اطلاعات را روي هر نوع رسانه اي اعم از سيم مسي، فيبر نوري، سيگنال هاي مايکروويو يا فرکانس هاي راديويي ارسال نمايد، اغلب شبکه هاي کامپيوتري دوربرد، از طرح مدولاسيون يکساني استفاده مي نمايند. فرستنده، يک سيگنال کرير نوسان گر پيوسته ( که متناسب با داده هاي مورد نظر براي ارسال،مدوله گشته است) را توليد مي نمايد. همانند يک گيرنده راديويي، گيرنده مورد استفاده در ارتباطات دوربرد مي بايست به منظور شناسايي سيگنال کريري که فرستنده استفاده مي نمايد،تنظيم گردد. گيرنده موج کرير را دريافت نموده، نوع مدولاسيون آنرا تشخيص مي دهد و داده هاي اصلي را بازسازي مي نمايد.تکنولوژي هاي شبکه، از مجموعه اي متشکل از تکنيک هاي مدولاسيون( شامل مدولاسيون دامنه و فرکانس مثل AM و FM) استفاده مي نمايد. مدولاسيون دامنه، دامنه سيگنال کرير را متناسب با اطلاعات مورد نظر براي ارسال تغيير مي دهد در حاليکه مدولاسيون فرکانس، فرکانس موج کرير اصلي را متناسب با اطلاعات مربوطه اصلاح مي نمايد.
اگرچه مدولاسيون دامنه و فرکانس در مورد صوت بخوبي عمل مي کنند،هردو روش حداقل به يک سيکل از موج کرير براي ارسال يک بيت از اطلاعات نياز دارند. قضيه نايکوئيست پيشنهاد مي نمايد که تعداد بيت هاي ارسال شده در واحد زمان را مي توان افزايش داد. اگر تکنيک هاي رمزگذاري اجازه دهند که چندين بيت داده را بتوان در يک سيکل واحد از موج کرير قرار داد بنابراين شبکه هاي کامپيوتري،اغلب ازتکنيک هاي مدولاسيون ديگري که بتوانند بيت هاي بيشتري را ارسال نمايند،استفاده مي کنند. بطورخاص مدولاسيون، شيفت فاز زمانبندي موج کرير را به منظور رمزگذاري داده ها تغيير مي دهد. يک چنين تغييري در موج کرير، شيفت فازي نام دارد. پس از انجام يک شيفت فاز، موج کرير به طور پيوسته نوسان مي نمايد. اما فوراً به يک نقطه جديد در سيکل نوسان خود پرش خواهد نمود.
از آنجائيکه سخت افزار مي تواند، مقدار شيفت ايجاد شده روي موج نوسان گر را اندازه گيري کند،هرشيفت فاز مي تواند بيشتر از يک بيت اطلاعات را در خود جاي دهد. براي انجام اين منظور،فرستنده ارزش يک گروه از بيت ها را به منظور تعيين اينکه چه مقدار شيفت روي موج کرير اعمال نمايد، دريافت مي کند. براي درک مفهوم شيفت فازي، شکل ذيل را مشاهده نمائيد. در اين شکل مي بينيد که بخش هاي افقي يک موج سينوسي معمولي حذف شده و قسمت هاي باقيمانده به يکديگر متصل گرديده اند و در نقاط پيوستگي، پرش هاي عمودي در دامنه سيگنال مشاهده مي شود. اندازه قسمتي از موج که برداشته مي شود، مقدار شيفت را تعيين مي کند.
baud rate، يک سيستم مخابراتي، تعداد تغييراتي است که سخت افزار فرستنده، در واحد زمان مي تواند روي موج اطلاعات ايجاد کند. مزيت اصلي مکانيزم هايي همانند مدولاسيون شيفت فاز، در قابليت آن ها براي رمزگذاري بيش از يک بيت اطلاعات در يک مرحله از شيفت فاز مي باشد.
يک سيکل کامل از موج کرير، در برگيرنده يک کمان مثبت به دنبال يک کمان منفي است. در شکل 3 مشاهده مي کنيد که در دو شيفت اول، هر پرش به ميزان نصف يک سيکل کامل است. معمولاً شيفت هاي فازي طوري انتخاب مي شوند که هر شيفت بيانگر تواني از دو مقدار ممکن مي باشد. سپس فرستنده مي تواند از بيت هاي داده براي انتخاب شيفت بهره گيري نمايد. براي مثال در سيستمي که قادر است هشت حالت مختلف شيفت فاز را روي سيگنال کرير اعمال نمايد، فرستنده از سه بيت داده براي انتخاب هريک از هشت حالت شيفت فاز استفاده مي نمايد. گيرنده مقدار شيفت کرير را تعيين نموده و از آن براي توليد مجدد بيت هاي داده هاي استفاده مي نمايد.
در عمل اغلب سيستم هاي شبکه، به صورت دو طرفه هستند. به منظور پشتيباني از چنين ارتباطات دو طرفه اي، هريک از دو انتهاي خط ارتباطي، نيازمند به مدولاتور( براي ارسال اطلاعات) و دي مدولاتور( براي دريافت اطلاعات) مي باشند. به منظورصرفه جويي اقتصادي و نصب و اجراي يکسان، سازندگان هر دو مدار مذکور را در داخل يک دستگاه واحد بنام مودم( مدولاتور و دي مدولاتور) طراحي مي نمايند.
هنگامي که يک مدار ارتباطي از شرکت تلفن دريافت گرديد، يک مودم مي بايست در هر انتهاي خط ارتباطي نصب گردد. سپس مي توان از خط استيجاري براي ارسال و دريافت داده ها بهره گيري نمود. مزيت اصلي يک چنين سيستمي، دسترسي دائمي به آن مي باشد( داده ها را مي توان در هر زماني در طول 24 ساعت روز مبادله نمود) عيب اصلي اين روش،ارتباط پذيري محدود و هزينه نسبتاً بالاي آن مي باشد.
مودم هاي RF، از جذابيت بالايي برخوردارند زيرا شبکه هاي بي سيم شديداً در حال توسعه مي باشند.يک مودم RF کوچک متصل به يک کامپيوتر نوت بوک، امکان تحرک کامپيوتر به اطراف ساختمان( در حين اتصال آن به شبکه) را مي دهد. مودم هاي RF قوي تر، امکان برقراري يک ارتباط بي سيم تا مسافت هاي طولاني( مثلاً چندين کيلومتر) را فراهم مي نمايند.
کاربرد جالب ديگر مودم ها،سازگاري آن با سيستم تلفن Dial Up مي باشد. يک مودم Dial Up به يک خط تلفن معمولي متصل مي شود. مودم هاي Dial Up از سه جنبه، نسبت به مودم هاي چهار سيم، تفاوت دارند. اولاً علاوه بر مدار مورد نياز براي ارسال داده ها، يک مودم Dial Up در برگيرنده مداري است که عملکرد يک تلفن را تقليد مي نمايد ( مودم مي تواند برداشتن گوشي، شماره گيري يا گذاشتن گوشي تلفن را شبيه سازي نمايد).دوماً از آنجائيکه سيستم تلفن براي حمل صوت طراحي مي شود، يک مودم Dial Up از موج کرير( يک تون قابل شنيدن) استفاده مي کند. بنابراين يک مودم Dial Up مي بايست داراي مداري براي ارسال و دريافت صوت روي خط تلفن باشد( علاوه بر ارسال و دريافت يک موج کرير، يک مودم Dial Up مي تواند تون شماره گيري را آشکارسازي نمايد). سوماً اگرچه اين مودم ها همه داده ها را از طريق يک کانال صوتي ارسال مي نمايند،استفاده از دو مودم، امکان ارتباط دو طرفه را فراهم مي نمايد. اين بدان دليل است که يک خط تلفن واحد بين دو مودم Dial Up معمولاً امکان مي دهد تا داده ها در هر دو جهت جريان يابند. در عمل مودم ها مي بايست از تون هاي کرير متفاوتي استفاده کنند( براي اجتناب از اينکه هر دو مودم به طور همزمان اطلاعات را ارسال نمايند).
مودم هايي که براي ارسال داده ها با يکديگر نياز به هماهنگي دارند، تحت عنوان مودم هاي يک طرفه يا دوسيم، ياد مي شوند. در اين روش يک مودم داده ها را ارسال نموده و سپس به مودم دوم اجازه مي دهد تا داده ها را ارسال نمايد. چنين هماهنگي به طور اتوماتيک رخ مي دهد و کاربر هيچگونه اطلاعي ازاين پروسه نخواهد داشت.
براي استفاده از دو مودم Dial Up، يک مودم مي بايست پروسه ارتباط را با شروع عمل انتظاربراي برقراري يک مکالمه آغاز نمايد. مودم منتظر براي ارتباط،اصطلاحاً در مود پاسخ قرار دارد.
مودم دوم، در مود Calling قرار مي گيرد. مودم Calling، برداشتن گوشي، شنيدن تون صداگيري و عمل صداگيري را شبيه سازي مي کند. هنگامي که اين مودم تشخيص مي دهد که تلفن زنگ مي زند، مودمي که در مود پاسخ قرار دارد به مکالمه پاسخ داده و موج کرير را ارسال مي نمايد و بدين طريق شروع پروسه ارتباط آغاز مي شود. مودم Calling سيگنال کرير را آشکارسازي نموده و با ارسال يک موج کرير به آن پاسخ مي دهد همين که دو مودم روي موج کرير با يکديگر توافق نمودند، داده ها را مي توان در هر دو جهت از طريق مدوله کردن موج کرير ارسال نمود. کامپيوترهايي که از مودم استفاده مي نمايند، درباره رسانه ارتباطي هيچ اطلاعي ندارند. يک مودم نمي داند که کامپيوتر از چه نوع رسانه اي از قبيل سيم مسي، فيبر نوري يا رسانه اي ديگر استفاده مي کند. نرم افزاري که از يک مودم براي برقراري ارتباط استفاده مي کند، مي تواند نوع رسانه ارتباطي را از طريق اندازه گيري ميزان تأخير و عرض باند کانال شناسايي نمايد. اما نرم افزارهاي کامپيوتري، معمولاً به ندرت به اين کار مبادرت مي ورزند. در عوض اغلب سيستم هاي کامپيوتري از مودم ها بعنوان روشي براي ارسال بيت هاي اطلاعات به نقاط دوردست استفاده مي کنند.
براي فهم اين مطلب اجازه دهيد تا نحوه عملکرد سيستم هاي فرستنده و گيرنده تلويزيوني را بررسي کنيم. به هر ايستگاه تلويزيوني يک شماره کانال اختصاص مي يابد. در واقع شماره کانال بيانگر فرکانسي است که در آن موج کرير ايستگاه نوسان مي کند. براي دريافت يک سيگنال تلويزيوني،گيرنده تلويزيون مي بايد در همان فرکانس تنظيم گردد.
مهم تر آنکه، يک شهر بزرگ مي تواند چندين ايستگاه تلويزيوني را که همگي به طور همزمان در فرکانس هاي متفاوت برنامه ها را پخش مي کنند،در برداشته باشد. يک گيرنده در هر زمان معين يک فرکانس خاص را آشکارسازي مي نمايد.
تلويزيون کابلي نشان مي دهد که اين اصل را مي توان به سيگنال هاي متعددي که از طريق يک سيم عبورمي کند، تعميم داد. اگرچه يک مشترک کابلي داراي تنها يک سيم ارتباطي به منظور اتصال به شرکت ارائه کننده خدمات کابلي مي باشد، اما اين مشترک کانال هاي زيادي را به طور همزمان دريافت مي کند.سيگنال مربوط به يک کانال، با سيگنال ساير کانال ها تداخل نمي نمايد و بنابراين امکان تماشاي مثلاً کانال 6 بدون دريافت هيچگونه نويز يا تداخل از سوي سيگنال هاي مربوط به کانال 5 يا 7 وجود نخواهد داشت.
شبکه هاي کامپيوتري که از کانال هاي جداگانه استفاده مي کنند امکان مي دهند که چندين ارتباط در يک کانال فيزيکي واحد برقرار گردد.هرفرستنده يک سيگنال را با استفاده از يک فرکانس کرير مخصوص ارسال مي نمايد. گيرنده اي که براي پذيرش يک موج کرير با فرکانس معين تنظيم شده باشد،توسط ساير سيگنال هاي ارسال شده در فرکانس هاي متفاوت تحت تأثير قرار نخواهد گرفت بنابراين چندين سيگنال کرير را مي توان بدون امکان بروز تداخل روي يک محيط ارسال واحد، حمل نمود.
تکنيک مالتي پلکس تقسيم فرکانس( FDM) روشي است که به سيستم هايي از شبکه اعمال مي شود که ازچندين فرکانس کرير براي ارسال سيگنال هاي متفاوت روي يک محيط ارسال استفاده مي کنند. تکنولوژي FDM مي تواند هنگام ارسال سيگنال ها روي سيم، RF يا فيبرنوري مورد استفاده قرار گيرد.
به لحاظ تئوري، مادامي که هر سيگنال کرير در يک فرکانس متفاوت نسبت به ساير سيگنال ها عمل نمايد، يک سيگنال مستقل تلقي مي شود. براي اجتناب از مشکل تداخل، مهندساني که سيستم هاي شبکه FDM را طراحي مي کنند، از يک حداقل جداسازي فرکانسي بين سيگنال هاي کرير استفاده مي کنند.الزام ايجاد شکاف هاي بزرگ بين فرکانس هاي تخصيص يافته به سيگنال هاي کرير بدان معناست که سخت افزار اصلي مورد استفاده با FDM مي بايست طيف وسيعي از فرکانس ها را در خود جاي دهد. نتيجتاً FDM صرفاً در سيستم هاي ارسال باند عريض مورد استفاده قرار مي گيرد.
به منظورنائل شدن به سطح خروجي بالاتر، سخت افزار اصلي از بخش بزرگتري از طيف الکترومغناطيسي( عرض باند بيشتر) استفاده مي کنند.بنابراين عبارت تکنولوژي باند پهن در مورد يک چنين فن آوري هايي مورد استفاده قرار مي گيرد. از سويي ديگر هر تکنولوژي که از بخش کوچکي از طيف الکترومغناطيسي استفاده نموده و تنها يک سيگنال را در هر لحظه روي کانال ارتباطي ارسال مي نمايد، تکنولوژي باند پايه نام دارد.
به لحاظ فني، FDM نوري بعنوان مالتي پلکس تقسيم موج معروف است. هنگامي که از طول موج هاي بسيارزيادي استفاده مي گردد. اين عبارت به مالتي پلکس تقسيم موج چگال( DWDN) تغيير نام مي دهد. از آنجائيکه انسان ها فرکانس هاي نور مرئي را به صورت رنگ مي بينند، مهندسان هم از عبارت غيررسمي مالتي پلکس تقسيم رنگ استفاده مي کنند.
مالتي پلکس تقسيم موج از طريق ارسال چندين موج نوري به داخل فيبر نوري عمل مي نمايد.در سمت گيرنده يک منشور نوري براي جداسازي فرکانس ها، مورد استفاده قرار مي گيرد. همانند روشي FDM، سيگنال هاي حامل را مي توان روي يک کانال واحد ترکيب نمود زيرا نور در يک فرکانس معين با ساير امواج نوري و فرکانس هاي متفاوت تداخل نمي نمايد.
دليل اصلي استفاده از طيف گسترده، بهبود قابليت اعتماد سيستم در هنگامي است که سيستم فرستنده اصلي در برخي فرکانس ها داراي تداخل پراکنده مي باشد. براي مثال شبکه اي را در نظر بگيريد که از امواج راديويي استفاده مي کند. اگر فرستنده و گيرنده نزديک به منابع توليد کننده تداخل الکترومغناطيسي باشند يا اگر اشياي بزرگي بين فرستنده و گيرنده در حال رفت و آمد باشند، فرکانس بهينه کرير مي تواند شديداً دچار تغيير شود. در يک لحظه معين، يک فرکانس کرير فعال مي باشد در حاليکه ديگران غيرفعال هستند. بعداً يک فرکانس کرير ديگر فعال شده و در همان لحظه فرکانس اولي غيرفعال مي گردد. طيف گسترده اين مشکل را از طريق پيکره بندي فرستنده به گونه اي که يک مجموعه از فرکانس هاي کرير را در قالب يک سيگنال واحد ارسال کند،حل مي نمايد. گيرنده به منظور بررسي همه فرکانس هاي کرير، پيکره بندي گشته و در هر لحظه معين، از فرکانس فعال استفاده مي نمايد.
بعضي مودم هاي Dial Up نيز از گونه خاصي از سيستم هاي ارسال طيف گسترده براي بهبود قابليت اعتماد، استفاده مي کنند. بجاي ارسال داده ها روي يک فرکانس کرير واحد، چنين مودم هايي يک مجموعه از فرکانس هاي کرير را انتخاب و از آن ها به طور همزمان استفاده مي کنند. در صورتيکه تداخل،يک يا چند فرکانس کرير را دچار آسيب نمايد،مودم مي تواند اطلاعات را از ساير فرکانس هاي کرير استخراج نمايد.
مالتي پلکس تقسيم زماني سنکرون( STDM) که با يک روش دايره وار، منابع اطلاعات را روي کانال ارسال مي نمايد، در اين روش مالتي پلکسر يک تعداد کوچک از اطلاعات را از منبع 1 ارسال نموده، سپس مقدار کمي از اطلاعات منبع 2 را ارسال مي نمايد و الي آخر.
تکنيک STDM بالاخص مناسب سيستم هاي ارسال صوت تلفن مي باشد زيرا هر مکالمه تلفني داراي نرخ ارسال يکساني مي باشد.
مالتي پلکس آماري در اغلب شبکه هاي کامپيوتري، از تکنيک مالتي پلکس آماري استفاده مي کند. اين تکنيک نيز مانند STDM است جز اينکه مالتي پلکسر، منبعي که اطلاعات را ارسال نمي کند، ناديده مي گيرد. اغلب شبکه هاي کامپيوتري، از مالتي پلکس آماري استفاده مي کنند زيرا کامپيوترها اطلاعات را با نرخ يکساني ارسال نمي نمايند در عوض اغلب کامپيوترها داده ها را در زمان کوتاهي ارسال کرده و سپس متوقف مي شوند. بنابراين تکنيک مالتي پلکس آماري در اين سيستم ها ترجيح داده مي شود زيرا هيچ اتلاف زماني در زمان ارسال صورت نمي گيرد.
در ادامه اين مقاله به بررسي تکنولوژي هاي ديجيتالي موجود براي ارتباطات راه دور مي پردازيم.
سخت افزاري که پروسه Digitization را اجرا مي کند، مبدل آنالوگ به ديجيتال نام دارد. يک مبدل آنالوگ به ديجيتال، سيگنال آنالوگ را بعنوان ورودي پذيرفته، از سيگنال مذکور بطور منظم نمونه برداري مي کند و عددي را بعنوان دامنه سيگنال( در زمان نمونه برداري) ارائه مي دهد. بنابراين Digitization، يک سيگنال آنالوگ را به جريان پيوسته اي از اعداد تبديل مي کند.
محققاني که روي صوت ديجيتال مطالعه مي کنند، دريافته اند که بازتوليد صداي انسان به سيستمي نياز دارد که فرکانس هايي تا 4000 هرتزرا توليد نمايد. قضيه نمونه برداري نايکوئيست بيان مي دارد که اگر يک سيگنال پيوسته با سرعتي بيش از دو برابر بالاترين فرکانس اصلي شکل موج، نمونه برداري شود،سيگنال اصلي از روي اين نمونه ها قابل بازسازي است. بنابراين صوت ديجيتالي نياز به سرعت نمونه برداري 8000 نمونه در ثانيه دارد. بدان معنا که مبدل آنالوگ به ديجيتال سيستم تلفن، مي بايست سيگنال حاصل از ورودي ميکروفن را هر 125 ميکروثانيه يکبار نمونه برداري کند. خواهيم ديد که ثابت زماني نمونه برداري در عملکرد صحيح تلفن ديجيتال بسيار حائز اهميت است.
علاوه بر انتخاب يک نرخ نمونه برداري، طراح يک سيستم رمزگذاري ديجيتال مي بايست محدوده اي از مقادير صحيح را براي پله هاي نمونه برداري انتخاب نمايد. مي بايست بين صحت عملکرد و اندازه داده ها در تلفن ديجيتال مصالحه اي بعمل آيد: استفاده از مجموعه بزرگي از مقادير، امکان مي دهند تا سيگنال با دقت بيشتري توليد شود. اما اين امر،مستلزم ارسال بيت هاي بيشتري خواهد بود. محققان محدوده اعداد صحيح صفر تا 255 را براي صداي ديجيتال انتخاب نموده اند. روش نمونه برداري( بخشي از استانداردهاي جهاني براي تلفن ديجيتال) به مدولاسيون کد پالس( PCM) معروف است. مقادير صحيحي که بوسيله PCM توليد مي شوند از طريق مدارات مخابراتي راه دور به مقصد ارسال گشته و در آنجا به صوت تبديل مي شوند و ارتباطات همزمان(خطوط آنالوگ را مي توان از شرکت هاي تلفن اجاره نموده و با استفاده از مودم هايي که امکان ارسال داده هاي ديجيتال را روي چنين خطوطي مي دهند، اطلاعات را روي خطوط آنالوگ تلفن، ارسال مي نمائيم). البته خطوط آنالوگ، مهمترين امکاناتي نيستند که سيستم تلفن براي شبکه هاي داده اي عرضه مي دارد. علاوه بر مودم هاي ساده، صنعت تلفن سيستم هاي ارتباطي ديجيتال پيچيده اي را براي ارسال اطلاعات ديجيتال از طريق خطوط ارتباطي راه دور طراحي نموده است. امکانات مورد استفاده براي صوت ديجيتال از سيستم هاي مورد استفاده براي داده ها متفاوت هستند زيرا سيستم هاي صوتي از تکنولوژي سنکرون استفاده مي کنند در حاليکه اغلب شبکه هاي داده اي از نوع آسنکرون هستند.يک شبکه آسنکرون داراي يک سيستم طراحي شده براي انتقال داده ها با سرعتي بسيار دقيق مي باشد. بطور خاص سرعت ارسال اطلاعات در شبکه با افزايش ترافيک،کند نمي گردد و داده هاي خارج شده از شبکه دقيقاً با همان سرعت ورود اطلاعات به شبکه، انتقال مي يابند. براي درک اين نکته که چرا ارسال اطلاعات به صورت سنکرون اينقدر اهميت دارد، شرايطي را در نظر بگيريد که يک سيگنال صوتي ديجيتال از طريق يک شبکه غير سنکرون انتقال يابد. همچنان که ترافيک بيشتري در شبکه ايجاد مي شود، ارسال يک سيگنال معين، با افزايش تأخير روبرو مي شود. بنابراين جرياني از داده ها که از طريق شبکه انتقال مي يابند، هنگام ورود جريان هاي اطلاعات اضافي به شبکه کند مي گردند و دوباره با کاهش ترافيک شبکه، سرعت ارسال صوت مذکور افزايش مي يابد. طرف مخاطب، از بروز اين تأخير همانند مشکل نويز و تداخل رنج خواهد برد. مهمتر آنکه هيچ روش آساني براي بازيابي جريان اطلاعات مابين اين نوسانات در سرعت ارسال اطلاعات وجود ندارد. بنابراين براي اجتناب از چنين مشکلاتي، سيستم تلفن طوري طراحي مي شود که اطلاعات را با سرعتي بسيار دقيق انتقال دهد.
البته براي استفاده از يک مدار ديجيتالي استيجاري، سيستم مي بايست از قواعد شبکه تلفن، مثل پيروي از استانداردهايي که براي ارسال صوت ديجيتالي طراحي شده اند، پيروي نمايد. ممکن است اينطور تصور شود که پيروي از استانداردهاي ديجيتالي در سيستم هاي تلفن، امري عادي است زيرا کامپيوترها نيز ديجيتال هستند اما از آنجائيکه صنعت کامپيوتر و صنعت تلفن مستقل از هم توسعه يافته اند،استانداردهاي مربوط به مدارات ديجيتال در سيستم تلفن از مدارات مورد استفاده در صنعت کامپيوتر، متفاوت هستند. بنابراين براي ارتباط يک کامپيوتر با يک مدار ديجيتال توسط شرکت تلفن، به يک قطعه سخت افزاري خاص نياز داريم. اين دستگاه سخت افزاري که داراي دو بخش متفاوت در داخل يک پانل واحد مي باشد، DSU/CSU نام دارد.
بخش CSU اين دستگاه، جنبه هاي کنترلي خط ارتباطي را بعهده دارند. براي مثال مدارCSU داراي سيستمي براي برطرف نمودن نوسانات ناگهاني در جريان که به واسطه نور محيط يا ساير تداخل هاي الکترومغناطيسي رخ مي دهد، مي باشد. اين واحد همچنين داراي يک مدار تشخيصي است که مي تواند بروز قطع ارتباط خط را تشخيص دهد و همچنين عملکرد صحيح دستگاه DSU/CSU طرف ديگر خط را تست نمايد. در نهايت واحد CSU داراي قابليت LOOP-back مي باشد که هنگام نصب و تست مدارات ارتباطي مورد استفاده قرار مي گيرد. هنگامي که مدار LOOP-back فعال مي شود، واحد CSU نسخه اي از همه داده ها را که از طريق مدار مي رسند، بدون عبور آن ها ارسال مي کنند. يک واحد CSU همچنين سرويسي را فراهم مي کند که براي مهندسان الکترونيک بسيارجذاب است. اين مدار از ارسال متوالي بيت هاي 1 جلوگيري مي کند. نياز به جلوگيري از ارسال يک هاي متوالي، بواسطه ماهيت سيگنال هاي الکتريکي مورد استفاده قرار مي گيرد. بطور خاص از آنجائيکه شرکت تلفن اساساً مدارات ديجيتال را براي اجرا روي کابل هاي مسي طراحي نموده است مهندسان دريافته اند که داشتن تعداد خيلي زيادي بيت هاي 1( به طور پيوسته) به معناي ايجاد يک جريان الکتريکي بسيار شديد روي کابل مي باشد.براي جلوگيري از اين مشکل، مدار CSU از يک روش رمزگذاري متوازن استفاده مي کند. براي مثال بعضي مدارات ديجيتال براي ارائه بيت صفر، از ولتاژ صفر و براي ارائه بيت 1، از ولتاژ غيرصفر و براي بيت هاي متوالي 1، از تغيير ولتاژ بين 3+ تا 3- ولت استفاده مي کنند. بخش DSU اين سيستم داده ها را کنترل مي نمايد. در واقع اين بخش، داده هاي بين فرمت ديجيتال مورد استفاده در مدار کرير و فرمت ديجيتال مورد استفاده در تجهيزات کامپيوتري مشترک را به يکديگر تبديل مي کند. استاندارد ارتباطي مورد استفاده در سمت کامپيوتر، وابسته به سرعتي است که مدار اجرا مي شود. اگر نرخ ارسال داده، کمتر از 56 کيلوبيت در ثانيه باشد، کامپيوتر مي تواند ازاستاندارد RS-232 استفاده کند.براي سرعت هاي بالاتر از 56 کيلوبيت درثانيه،کامپيوتر مي بايست از سخت افزار ارتباطي که سرعت هاي بالاتري را پشتيباني مي نمايد، استفاده نمايد.
توجه داشته باشيد که ظرفيت مدارات، نسبت به شماره آن ها، به طور خطي افزايش نمي يابد. براي مثال استاندارد T3 مداري را با خيلي بيش از سه برابر ظرفيت T1 ارائه مي نمايد. در عوض سرعت هاي ارسال داده بالاتر، مضارب صحيحي از سرعت هاي ارسال داده پائين تر هستند. براي مثال سرعت ارسال داده در مدار T3، 28 برابر مدار T1 است. بنابراين امکان مالتي پلکس 28 مدار T1 روي يک مدار T3 وجود دارد. براي درک انگيزه استفاده از مالتي پلکسينگ، يک شرکت تلفن را تصور نمائيد که به چندين مدار T1 بين دو شهر نياز دارد. اين شرکت مي تواند يک مدار T3 را نصب نموده و تا 28 مدار T1 را روي آن مالتي پلکس کند. بعبارت فني دقيق تر، فرد مي بايست بين استانداردهاي T که سيستم کرير اصلي را تعريف مي کند و استانداردهايي که چگونگي مالتي پلکس چندين مکالمه تلفن روي يک خط ارتباطي واحد را تعيين مي کنند، تمايز قائل شود. استاندارد دوم به استانداردهاي DS معروف است. اين استانداردها با حروف DS به همراه يک عدد بکار مي روند. براي مثال DS1 سرويسي را نشان مي دهد که مي تواند 24 مکالمه تلفن را روي يک مدار واحد، مالتي پلکس کند. بعلاوه از آنجائيکه DS1 سرعت ارسال داده هاي مؤثر را تعريف مي کند، به کار بردن اين عبارت صحيح تر است. علي رغم اختلافات فني کوچک، عبارات T1 و DS1 اغلب به جاي يکديگر بکار مي روند.
اگرچه اغلب شبکه هاي داده هاي از استاندارد SONET بعنوان يک روش رمزگذاري روي يک مدار نقطه به نقطه واحد استفاده مي کنند،اين استاندارد قابليت هاي بيشتري را ارائه مي نمايد. بطور خاص امکان ايجاد يک شبکه حلقه اي چرخشي با شمارنده داراي ظرفيت بالا با استفاده از تکنولوژي SONET که خرابي هاي مشابه با يک حلقه FDDI را کنترل مي کند، وجود دارد. هر ايستگاه در حلقه از دستگاهي بنام مالتي پلکسر Add/drop استفاده مي کند. علاوه برعبور داده هاي دريافت شده در اطراف حلقه، مالتي پلکسر Add/drop مي تواند براي پذيرش اطلاعات ديگر حاصل از يک مدار محلي و اضافه نمودن اين داده ها به فريم هايي که در محيط حلقه حرکت نموده يا استخراج داده ها و تحويل آن به يک کامپيوتر محلي وجود دارد.اگرحلقه شکسته شود،سخت افزار مذکور، فقدان اطلاعات فريمينگ را آشکار نموده و ازحلقه چرخشي شمارنده براي اتصال مجدد استفاده مي کند.
البته با وجوديکه مودم هاي Dial Up در سال هاي اخير رشد زيادي نموده اند، عرض باند صوت و نسبت سيگنال به نويز خطوط تلفن به نرخي که در آن بيت ها مي توانند ارسال شوند، محدود شده است. خوشبختانه اخيراً يک مجموعه از تکنولوژي ها که مي توانند ارتباطات ديجيتال بالايي را براي مشترکين فراهم کند، ابداع شده است.
از نقطه نظر مشترک، ISDN، سه کانال ديجيتالي جداگانه با نام هاي B, B و D( معمولاً به صورت 2B+D نوشته مي شود) ارائه مي نمايد. دو کانال B که هريک با سرعت 64 کيلوبيت برثانيه عمل مي کنند، براي حمل صداي ديجيتال،داده يا صوت فشرده ديجيتال مورد استفاده قرار مي گيرد. کانال D که در سرعت 16 کيلوبيت بر ثانيه اجرا مي شود، بعنوان يک کانال کنترلي مورد استفاده قرار مي گيرد. بطور کلي مشترک از کانال D براي درخواست هاي خدماتي که توسط کانال هاي B تأمين مي شود(مثل برقراري يک مکالمه تلفني با استفاده از صوت ديجيتال) استفاده مي کند. مشترک اين خدمات، همچنين از کانال D براي مديريت يک جلسه در حال انجام يا پايان دادن به يک جلسه( Session) استفاده مي نمايد. در نهايت هر دو کانال B را مي توان براي توليد يک کانال واحد با سرعت ارسال داده مؤثر 128 کيلوبيت بر ثانيه با يکديگر ترکيب نمود.
کانال هاي 2B+D تحت عنوان اينترفيس سرعت پايه ( BRI) در شبکه ISDN معروف هستند. در حقيقت کانال هاي داده روي يک زوج سيم واحد سفر مي کنند.
هنگامي که شرکت هاي تلفن، چندين سال پيش براي اولين بار تکنولوژي ISDN را تعريف نمودند، سرعت 64 کيلوبيت بر ثانيه در مقايسه با مودم هاي Dial Up که در سرعتي کمتر از 10 کيلوبيت برثانيه اجرا مي شدند، بنظر سريع مي رسيد. شرکت هاي تلفن اميدوار بودند که مشترکين از فناوري ISDN هم براي سرويس هاي محلي و هم ارتباطات ديجيتالي راه دور مشابه با روشي که در سيستم هاي تلفن صوتي رايج است، بهره گيري نمايد. پس از گذشت سال ها، تکنولوژي مودم ها، بهبود قابل ملاحظه اي يافت و نيز تکنولوژي هايي ابداع شده اند که Dial Up، امکان دسترسي به سرعت ارسال داده بالاتر،با هزينه پائين تر را در حلقه محلي فراهم نمود. در نتيجه اکنون ISDN يک راه حل گران قيمت با راندمان پائين مي باشد.
براي فهم انگيزه اين عدم تقارن، تصور کنيد که چگونه يک کاربر معمولي از اينترنت استفاده مي کند.اغلب ترافيک داده هنگامي ايجاد مي شود که شخص با استفاده از مرورگر،به جستجو در وب پرداخته و فايل ها را بارگذاري مي نمايد.درهر مورد، ترافيکي که کاربر به اينترنت اضافه مي نمايد متشکل از تعدادي درخواست هاي کوتاه( حدود چند بايت داده) مي باشند. اگرچه ترافيکي که از اينترنت به کاربر جريان دارد، ممکن است ميليون ها بايت داده را در برداشته باشد( همانند تصاوير ديجيتال).
به منظور ايجاد تمايز بين اين دو جهت، حرفه اي ها براي مراجعه به جريان داده به سمت کاربر،ازاصطلاح downstream و براي نامگذاري جريان داده از کاربر به شبکه از اصطلاح Upstream استفاده مي کند. حلقه مشترک را مي توان به منظور ترافيک نامتقارن به واسطه تخصيص عرض باند در جهت downstream بهينه سازي نمود.
از نقطه نظر کاربر، يک جنبه بهينه سازي اين روش، مزيت نمايش سريع صفحات وب نسبت به راه حل هاي متقارن مي باشد. البته اين عدم تقارني که تکنولوژي ADSL ايجاد مي کند،براي ارتباطاتي که داده هاي بيشتري را در مقايسه با ميزان دريافت اطلاعات، ارسال مي کنند، نامناسب مي باشد. براي مثال يک شرکت تجاري، که داراي يک کاتالوگ آنلاين براي مشتريان مي باشد از تکنولوژي ADSL بهره گيري نمي نمايد.زيرا شرکت هاي تجاري اطلاعات بيشتري را نسبت به آنچه دريافت مي کنند روي شبکه ارسال مي نمايند.
اگرچه سرعت ارسال اطلاعات،به طور حيرت انگيزي بالاست،حيرت انگيزترين جنبه تکنولوژي ADSL مربوط به کابل کشي فيزيکي است که براساس آن اين تکنولوژي به اين سرعت ارسال بالا نائل مي شود. ADSL مستلزم هيچ تغييري در کابل کشي حلقه محلي نيست زيرا براي اجرا روي کابل زوج بهم تابيده اي که براي سرويس تلفن آنالوگ نصب شده است، اجرا مي گردد. بعلاوه ADSL وقفه اي روي عملکرد معمولي حلقه محلي ايجاد نمي کند. اين تکنولوژي را مي توان به طور همزمان روي کابل هاي مورد استفاده براي سرويس تلفن استاندارد اجرا نمود. بنابراين ADSL داراي يک وضعيت اقتصادي مشهود است؛ شرکت هاي تلفن مي توانند از آن براي تأمين سرويس ديجيتالي پرسرعت بدون کابل کشي مجدد حلقه محلي استفاده نمايد.
فن آوري ADSL روي کابل زوج بهم تابيده چگونه به اين سرعت بالا دست مي يابد؟
محققان ابتدا دريافتند که طرحي مثل ADSL مي تواند امکان پذير گردد زيرا بسياري ازحلقه هاي محلي از سيگنال هايي با فرکانس هاي بالاتر از آنچه که در سيستم تلفن مورد استفاده قرار مي گيرد،بهره گيري مي نمايند.راه حل ADSL پيچيده است زيرا هيچ دو حلقه محلي داراي مشخصه هاي الکتريکي مشابه نيست. در عوض، قابليت حمل سيگنال ها وابسته به فاصله، اندازه کابل مورد استفاده و سطح تداخل الکتريکي آن دارد. بنابراين طراحان نمي توانند مجموعه ويژه اي از فرکانس هاي حامل يا تکنيک هاي مدولاسيوني که در همه موارد کارکند را مورد استفاده قرار دهند. براي مثال دو مشترک را در نظر بگيريد که در بخش هاي مختلف يک شهر زندگي مي کنند. اگر خط تلفن مربوط به مشترک اول نزديک به يک ايستگاه تجاري راديويي باشد،سيگنال ايستگاه،سبب بروز تداخل در فرکانس مورد استفاده توسط ايستگاه مذکور خواهد گرديد. در صورتيکه مشترک دوم، نزديک همان ايستگاه راديويي زندگي نکند، فرکانس راديويي مشترک اول مي تواند براي مشترک دوم به خوبي مورد استفاده قرار گيرد.هر چند خط ارتباطي دوم مي تواند تداخل فرکانسي موجود در خط اول را احساس نمايد. براي پذيرش اين تفاوت ها در مشخصه هاي حلقه محلي، تکنولوژي ADSL قابليت سازگاري دارد بدان معنا که هنگامي که مودم هاي ADSL روشن مي شوند، خط ارتباطي را به منظور شناسايي مشخصات آن مورد بررسي قرار داده و به منظور يک ارتباط مؤثر با استفاده از تکنيکي که براي اين خط بهينه مي باشد، توافق مي نماييم. بطور خاص ADSL از روشي معروف به VMK استفاده مي کند. در اين روش مالتي پلکس تقسيم فرکانس با تکنيک هاي مالتي پلکس معکوس ترکيب مي گردد.
مالتي پلکس تقسيم فرکانس در DMT با تقسيم عرض باند به 286 فرکانس گسسته يا کانال فرعي اجرا مي شود همچنين 255 فرکانس براي ارسال داده در مسير downstream و 31 کانال براي مسير Upstream و 2 کانال براي عبور اطلاعات کنترلي مورد استفاده قرار مي گيرد. به لحاظ مفهومي يک مودم جداگانه وجود دارد که روي هرکانال فرعي که داراي کرير مدوله شده خاص خود مي باشد، اجرا مي گردد.فاصله بين کريرها، بازه هاي فرکانسي 4.1325 کيلوهرتز مي باشد. اين فضاي فرکانسي براي جلوگيري از بروز تداخل بين کانال ها مورد استفاده قرار مي گيرد. بعلاوه براي تضمين اينکه سيگنال هاي مربوط به اطلاعات ADSL با سيگنال هاي تلفن آنالوگ تداخل نکنند، ADSL از عرض باند زير 4 کيلوهرتز استفاده نمي کند. هنگامي که ADSL فعال مي شود هردو انتهاي اين خط، فرکانس هاي موجود را براي تعيين فرکانس مناسب مورد بررسي قرار مي دهند. علاوه بر انتخاب فرکانس ها، دو انتهاي خط ارتباطي کيفيت سيگنال هر فرکانس را مورد ارزيابي قرار داده و از اين کيفيت براي انتخاب روش مدولاسيون مناسب استفاده مي کند. اگر يک فرکانس ويژه داراي نسبت سيگنال به نويز بالا باشد،ADSL يک طرح مدولاسيون را که بيت هاي زيادي را بر حسب باود رمزگذاري مي کند، انتخاب مي کند در صورتيکه که کيفيت يک فرکانس معين پائين باشد، ADSL از روش مدولاسيوني استفاده مي کند که بيت هاي کمتري را رمزگذاري مي کند.
نتيجه اين قابليت سازگاري، تکنولوژي قدرتمندي است که مي تواند با شرايط گوناگون خط ارتباطي به طور اتوماتيک تطابق يابد. از نقطه نظر کاربر، قابليت سازگاري اين تکنولوژي، داراي يک ويژگي جالب است: ADSL يک سرعت ارسال داده معين را تضمين نمي کند. در عوض ADSL فقط مي تواند با شرايط گوناگون خط ارتباطي سازگاري يابد.
يک سرويس DSL ديگر، فن آوري HDSL نام دارد. HDSL داراي سرعت ارسال بيت 1.544 مگابيت بر ثانيه در هر دو جهت مي باشد. يکي از معايب HDSL، محدوديت فاصله کم در حلقه هاي محلي است. عيب ديگر آن نيازهاي کابل کشي مي باشد. برخلاف ADSL که از يک کابل زوج بهم تابيده واحد استفاده مي کند، فناوري HDSL به دو کابل زوج بهم تابيده مستقل نياز دارد. براي برطرف نمودن مشکل کابل کشي، يک فناوري جديد بنام HDSL2 عرضه گرديده است که روي دو سيم اجرا مي شود. يکي از مزاياي HDSL ناشي از آستانه تحمل بالاي اصلاحات حلقه محلي انجام شده توسط سيستم تلفن مي باشد. مزيت ديگر HDSL قابليت تحمل بالاي آن براي بروز خرابي روي خط ارتباطي است. اين تکنولوژي طوري طراحي شده است که اگر يکي از دو رشته سيم بهم تابيده دچار مشکل شود، مودم ها کاملاً از کار نمي افتند بلکه از نيمه ديگر کابل با حداکثر نرخ ارسال بيت استفاده مي نمايند.
نوع ديگري از فن آوري DSL که مي تواند عرض باند بالاتري را ارائه نمايد، VDSL نام دارد.اين فناوري مي تواند به سرعت ارسال بيت تا 52 مگابيت برثانيه نائل شود. اگرچه چنين سرعت هاي ارسال بيت بالايي را مي توان روي سيم زوج بهم تابيده مسي پياده سازي نمود،فن آوري VDSL را نمي توان بر روي سيستمهاي کابل کشي موجود بين مرکز تلفن و مشترکين اجرا نمود ( زيرا فاصله ها خيلي زياد هستند). بنابراين VDSL به نقاط تمرکز مياني نياز دارد و از فيبر نوري استفاده مي نمايد.
انگيزه اصلي در مد نظر قرار دادن راه حل هايي ديگر براي حلقه محلي تلفن، ناشي از محدوديت هاي ذاتي اين گونه سيستم هاست. مشکل اصلي، در مشخصات الکتريکي کابل زوج بهم تابيده مي باشد. اگرچه فن آوري هايي همانند ADSL مي تواند به سرعت هاي انتقال بيت خيلي بالاتري نايل گردند( نسبت به مودم هاي Dial Up) اين نوع کابل کشي يک کرانه فوقاني را روي حداکثر سرعت ارسال داده ها قرارمي دهد. بعلاوه فقدان لايه محافظ در مقابل نويز،طرح کابل کشي را براي بروز تداخل مستعد مي سازد که در بسياري موارد مي تواند عملکرد سيستم را براي ارائه سرويس به برخي از مشترکين دچار مشکل نمايد.
در تلاشي براي برطرف نمودن محدوديت هاي طرح کابل کشي زوج بهم تابيده، محققين روي هر دو تکنولوژي کابلي و بي سيم( به منظوراستفاده در حلقه محلي) تحقيق نموده اند. يک تکنولوژي ثانوي که به واسطه سرعت هاي ارسال بيت بالاتر نسبت به طرح کابل کشي تلفن از جذابيت ويژه اي نيز برخوردار است و همچنين کمتر در معرض تداخل الکترومغناطيسي قرار مي گيرد و نيازي به تغيير زير ساختار کابلي ندارد،تلويزيون کابلي است. بعلاوه بسياري از مشترکين و کاربران مسکوني از قبل به فن آوري تلويزيون کابلي دست يافته اند.
يک سيستم تلويزيون کابلي ( SATV) اغلب همه تسهيلات مورد نياز براي ارسال ديجيتالي اطلاعات با سرعت بالا را( در مسير downstream) در اختيار دارد. اين رسانه از کابل کواکسيال که داراي ظرفيت بالايي بوده و در مقابل تداخل الکترومغناطيسي ايمن مي باشد، استفاده مي کند. مهم ترآنکه از آنجائيکه سيستم هاي کابلي براي حمل سيگنال هاي تلويزيوني که نسبت به سيگنال هاي صوتي و داده اي حجم بسيار بالايي دارند، استفاده مي کنند، سخت افزار اين سيستم داراي کانال هاي غيرقابل استفاده اي است که مي تواند براي ارسال داده ها مورد استفاده قرار گيرد.
مهندسان روش جديدي را براي استفاده از زير ساختار فعلي تلويزيون کابلي بعنوان يک حلقه محلي ابداع نموده اند که داده هاي ديجيتال را با سرعت بيشتري به مشترکين تحويل مي دهد.
به لحاظ تئوري امکان گسترش يک سيستم کابلي براي ارسال اطلاعات ديجيتال با استفاده از مالتي پلکس تقسيم فرکانس( در مسير downstream) وجود دارد. براي انجام اين کار، يک زوج مودم کابلي براي هر مشترک مورد نياز خواهد بود. يک مودم در مرکز CATV قرار گرفته و مودم ديگر در اختيار مشترک خواهد بود. هر دو مودم مي بايست در فرکانس کرير يکساني تنظيم گردند که در داخل کابل همراه با سيگنال هاي تلويزيوني مالتي پلکس خواهد گرديد.
داده هاي ارسال شده روي مودم موجود در مرکز CATV روي کرير رمزگذاري مي شوند و سپس از طريق کابل کواکسيال در اختيار همه مشترکين قرار مي گيرند. مودم موجود در موقعيت مشترک، سيگنال کرير را دريافت نموده،اطلاعات ديجيتالي رمزگذاري شده آن را استخراج نموده و جريان اطلاعات حاصله را به کامپيوتر مشترک ارسال مي کند.اگرچه در عمل حتي عرض باند وسيع موجود روي سيستم هاي CATV براي کنترل مالتي پلکس کافي نخواهد بود.
مهم ترين ويژگي وايمکس نسبت به ADSL، بي سيم بودن و سيار بودن آن در فواصل طولاني مانند يک شهر بزرگ است. با ADSL تحرک کاربر تقريباً صفر و يا به محيطي بسته،محدود مي شود در حالي که از سرويس وايمکس مي توان حتي در داخل يک خودرو استفاده کرد. وايمکس سيستم ارتباطي بي سيم است و نيازي به زيرساخت هاي سيمي،کابل کشي و خط تلفن ندارد، اما ADSL نيازمند کابل کشي و خط تلفن است.
WiMaX يک سيستم مخابرات ديجيتال بي سيم مي باشد. همچنين به عنوان پروتکل 802.16( توسط IEEE) شناخته شده است که جايگزيني براي شبکه هاي بي سيم نواحي شهري محسوب مي شود. WiMAX، سرويس دسترسي بي سيم باند پهن را فراهم مي سازد( BWA) که تا 30 مايل( 50 کيلومتر) براي ايستگاه هاي ثابت و 3 تا 10 مايل( 5 تا 15 کيلومتر)، براي ايستگاه هاي سيار را پوشش مي دهد. درصورتيکه، استانداردهاي شبکه هاي بي سيم محلي( سيستم Wi-Fi) در قالب پروتکل 802.11 در اکثر حالت ها، به تنها 100 تا 300 فوت( 30 تا 100 متر) محدود شده است.
ازسويي ديگر اين فناوري به عنوان گزينه ارزان تر نسبت به ديگر گزينه هاي موجود در کشورهاي درحال توسعه جهت راه اندازي شبکه هاي اينترنت پرسرعت، به حساب مي آيد.وايمکس ورودي است که به کاربران اجازه مي دهد که بدون محدوديت در سراسرکشور حرکت کنند. با اين ويژگي،اينترنت قابل جا به جايي و حمل و نقل خواهد شد که اين امر سرعت رو آوردن صاحبان کسب و کار به استفاده از مزيت هايي را که اينترنت براي آنها فراهم مي کند، بيشترازپيش خواهد کرد. وايمکس علاوه بر ديتا، از صدا و تصوير نيز پشتيباني و سرويسي ارائه مي کند که کاملاً نامحدود است، از اين رو هيچگونه محدوديت حجمي و يا زماني ندارد و اين بدان معناست که کاربر مي تواند بدون هيچ محدوديت، درتمام شبانه روز به هر ميزان و حجمي که پهناي باند اجازه مي دهد اطلاعات خود را دانلود يا آپلود کند. يکپارچگي مودم،فرستنده و گيرنده راديويي در اندازه بسيار کوچک و قابل حمل و امکان نصب بسيارآسان نيز جزو برتري هايي وايمکس محسوب مي شود. اما مهم ترين ويژگي و مزيت وايمکس قابليت سيار بودن آن است که موجب مي شود اين فناوري وارد لپ تاپ ها،رايانه هاي دستي و در نهايت گوشي هاي تلفن همراه شود. از امتيازات جالب و قابل توجه فناوري وايمکس بارگذاري اطلاعات روي گوشي هاي تلفن همراه است که مي تواند براي تبليغات و اطلاع رساني مورد استفاده قرار گيرد. در مجموع وايمکس همه فناوري هايي هم چون EvDo، HSPDA، xDSL، BPL، FTTH و EDGE را پشت سر گذاشته است و از آن جايي که هيچ يک ازاين فناوري ها همه سرويس را هم زمان فراهم نمي کنند،وايمکس بهترين راهکار موجود براي ارائه چنين سرويس هايي به حساب مي آيد که اين امر مطمئناً امتياز بزرگي براي مصرف کنندگان اين سرويس نيز به حساب مي آيد.
هم اکنون اين توليدکنندگان در زمينه تنوع محصول و قابليت ارائه سرويس هاي گوناگون به رشد بالايي دست يافته اند. اتحاديه وايمکس که مسئول مجوز دهي و تست دستگاه ها و تجهيزات اين فناوري است اعلام کرده که تا اواخر سال 2008، حدود 62 شرکت در حال توسعه تراشه هاي وايمکس و دستگاه هاي کاربران نهايي بوده است و 37 شرکت نيز به ساخت تجهيزات زيرساختي مشغولند که محصولات اين شرکت ها تاکنون توسط 407 اپراتور در 133 کشور جهان مورد استفاده قرارگرفته است.اين درحالي است که مؤسسه تحقيقاتي infonetics در گزارش خود ميزان فروش ابزارها و تجهيزات وايمکس از بازار اين تکنولوژي را در سه ماه چهارم سال 2008 در مقايسه با سه ماه سوم اين سال، 275 ميليون دلار اعلام کرده است در همين حال بازار وايمکس سيار نسبت به وايمکس ثابت از اقبال بالاتري برخوردار بوده و در اين مدت به رشد 5 درصدي رسيده است. تعداد مشترکان وايمکس ثابت و سيار در سال 2008 به 3/9 ميليون نفر افزايش يافته که اين ميزان رشد 120 درصد بازار اين فناوري را نسبت به سال 2007 نشان مي دهد. با وجود پيشرفت چشمگير اين فناوري، بازار وايمکس در سال 2009 نسبت به سال هاي گذشته کم رونق تر بود بطوري که تأمين کنندگان تجهيزات مجبورند که در استراتژي هاي خود تجديد نظر کنند. آن ها معتقدند که در ادامه سال جاري ميلادي، رقابت شديدتري ميان تأمين کنندگان تجهيزات وايمکس براي تعداد اندکي از قراردادهاي باقي مانده سال 2009 صورت مي گيرد و مسابقه سختي براي در اختيار داشتن رهبري اين بازار در آينده به چشم مي خورد. از سويي پيش بيني مي شود با وجود چالش هاي پيش روي اقتصاد جهاني،بازار وايمکس سيار در سال 2011 رشد قابل توجهي داشته باشد چرا که در اين سال با عرضه سرويس هاي جديد و همين طورجذب مشترکاني که براي نخستين بار از اين فناوري استفاده خواهند کرد، بر تعداد مشترکان آن افزوده مي شود. در حال حاضر، آلواريون، آلکاتل- لوسنت و موتورولا رهبري بازار وايمکس در دنيا را در اختيار دارند اما شواهد حاکي از آن است که دو کمپاني هوواوي چين و سيسکو نيز براي در دست گرفتن اين بازار وارد رقابت شده اند. در اين ميان آلکاتل- لوسنت با در اختيار داشتن بيشترين سهم بازار در مقام نخست وايمکس سيار دنيا و پس از آن موتورولا در مکان دوم قرار دارد و آلواريون جايگاه سوم را به خود اختصاص داده است. هوواوي و سيسکو نيز با جذب مشترکان جديد، سعي درافزايش سهم خود از بازار وايمکس سيار دنيا دارند.
منبع:نشريه بزرگراه رايانه، شماره 132.
براي ارسال داده ها، فرستنده موج کرير را به طور پيوسته اصلاح مي نمايد. در مجموع چنين اصلاحات و تغييراتي روي موج کرير را مدولاسيون مي نامند. استفاده از يک موج کرير مدوله شده براي ارتباطات دوربرد،ازفناوري شبکه هاي کامپيوتري نشأت نگرفته است، بلکه اين تکنيک، زاده صنعت تلفن راديو و تلويزيون مي باشد. براي مثال يک ايستگاه راديويي از يک موج کرير پيوسته که دريک فرکانس معين نوسان دارد، بهره مي گيرد. قبل از اينکه سيگنال ارسال شود، ايستگاه راديويي از يک سيگنال صوتي به منظور مدوله کردن موج کرير استفاده مي نمايد. هنگامي که يک گيرنده راديويي در محدوده فرکانسي فرستنده( فرکانس موج کرير)تنظيم گردد، مدارات الکترونيکي در گيرنده، موج کرير را دريافت نموده و نوع مدولاسيون آن را شناسايي مي نمايند و از آن براي بازسازي سيگنال اصلي استفاده مي کنند. توجه داشته باشيد که يک گيرنده راديويي، به منظور اجراي مدولاسيون طراحي مي گردد. پس از آنکه گيرنده، سيگنال اصلي را از داخل موج کرير بيرون کشيد، موج کرير را آزاد مي کند.
سيگنال اطلاعات را روي هر نوع رسانه اي اعم از سيم مسي، فيبر نوري، سيگنال هاي مايکروويو يا فرکانس هاي راديويي ارسال نمايد، اغلب شبکه هاي کامپيوتري دوربرد، از طرح مدولاسيون يکساني استفاده مي نمايند. فرستنده، يک سيگنال کرير نوسان گر پيوسته ( که متناسب با داده هاي مورد نظر براي ارسال،مدوله گشته است) را توليد مي نمايد. همانند يک گيرنده راديويي، گيرنده مورد استفاده در ارتباطات دوربرد مي بايست به منظور شناسايي سيگنال کريري که فرستنده استفاده مي نمايد،تنظيم گردد. گيرنده موج کرير را دريافت نموده، نوع مدولاسيون آنرا تشخيص مي دهد و داده هاي اصلي را بازسازي مي نمايد.تکنولوژي هاي شبکه، از مجموعه اي متشکل از تکنيک هاي مدولاسيون( شامل مدولاسيون دامنه و فرکانس مثل AM و FM) استفاده مي نمايد. مدولاسيون دامنه، دامنه سيگنال کرير را متناسب با اطلاعات مورد نظر براي ارسال تغيير مي دهد در حاليکه مدولاسيون فرکانس، فرکانس موج کرير اصلي را متناسب با اطلاعات مربوطه اصلاح مي نمايد.
اگرچه مدولاسيون دامنه و فرکانس در مورد صوت بخوبي عمل مي کنند،هردو روش حداقل به يک سيکل از موج کرير براي ارسال يک بيت از اطلاعات نياز دارند. قضيه نايکوئيست پيشنهاد مي نمايد که تعداد بيت هاي ارسال شده در واحد زمان را مي توان افزايش داد. اگر تکنيک هاي رمزگذاري اجازه دهند که چندين بيت داده را بتوان در يک سيکل واحد از موج کرير قرار داد بنابراين شبکه هاي کامپيوتري،اغلب ازتکنيک هاي مدولاسيون ديگري که بتوانند بيت هاي بيشتري را ارسال نمايند،استفاده مي کنند. بطورخاص مدولاسيون، شيفت فاز زمانبندي موج کرير را به منظور رمزگذاري داده ها تغيير مي دهد. يک چنين تغييري در موج کرير، شيفت فازي نام دارد. پس از انجام يک شيفت فاز، موج کرير به طور پيوسته نوسان مي نمايد. اما فوراً به يک نقطه جديد در سيکل نوسان خود پرش خواهد نمود.
از آنجائيکه سخت افزار مي تواند، مقدار شيفت ايجاد شده روي موج نوسان گر را اندازه گيري کند،هرشيفت فاز مي تواند بيشتر از يک بيت اطلاعات را در خود جاي دهد. براي انجام اين منظور،فرستنده ارزش يک گروه از بيت ها را به منظور تعيين اينکه چه مقدار شيفت روي موج کرير اعمال نمايد، دريافت مي کند. براي درک مفهوم شيفت فازي، شکل ذيل را مشاهده نمائيد. در اين شکل مي بينيد که بخش هاي افقي يک موج سينوسي معمولي حذف شده و قسمت هاي باقيمانده به يکديگر متصل گرديده اند و در نقاط پيوستگي، پرش هاي عمودي در دامنه سيگنال مشاهده مي شود. اندازه قسمتي از موج که برداشته مي شود، مقدار شيفت را تعيين مي کند.
baud rate، يک سيستم مخابراتي، تعداد تغييراتي است که سخت افزار فرستنده، در واحد زمان مي تواند روي موج اطلاعات ايجاد کند. مزيت اصلي مکانيزم هايي همانند مدولاسيون شيفت فاز، در قابليت آن ها براي رمزگذاري بيش از يک بيت اطلاعات در يک مرحله از شيفت فاز مي باشد.
يک سيکل کامل از موج کرير، در برگيرنده يک کمان مثبت به دنبال يک کمان منفي است. در شکل 3 مشاهده مي کنيد که در دو شيفت اول، هر پرش به ميزان نصف يک سيکل کامل است. معمولاً شيفت هاي فازي طوري انتخاب مي شوند که هر شيفت بيانگر تواني از دو مقدار ممکن مي باشد. سپس فرستنده مي تواند از بيت هاي داده براي انتخاب شيفت بهره گيري نمايد. براي مثال در سيستمي که قادر است هشت حالت مختلف شيفت فاز را روي سيگنال کرير اعمال نمايد، فرستنده از سه بيت داده براي انتخاب هريک از هشت حالت شيفت فاز استفاده مي نمايد. گيرنده مقدار شيفت کرير را تعيين نموده و از آن براي توليد مجدد بيت هاي داده هاي استفاده مي نمايد.
نحوه عملکرد مودم
در عمل اغلب سيستم هاي شبکه، به صورت دو طرفه هستند. به منظور پشتيباني از چنين ارتباطات دو طرفه اي، هريک از دو انتهاي خط ارتباطي، نيازمند به مدولاتور( براي ارسال اطلاعات) و دي مدولاتور( براي دريافت اطلاعات) مي باشند. به منظورصرفه جويي اقتصادي و نصب و اجراي يکسان، سازندگان هر دو مدار مذکور را در داخل يک دستگاه واحد بنام مودم( مدولاتور و دي مدولاتور) طراحي مي نمايند.
مدارات آنالوگ استيجاري
هنگامي که يک مدار ارتباطي از شرکت تلفن دريافت گرديد، يک مودم مي بايست در هر انتهاي خط ارتباطي نصب گردد. سپس مي توان از خط استيجاري براي ارسال و دريافت داده ها بهره گيري نمود. مزيت اصلي يک چنين سيستمي، دسترسي دائمي به آن مي باشد( داده ها را مي توان در هر زماني در طول 24 ساعت روز مبادله نمود) عيب اصلي اين روش،ارتباط پذيري محدود و هزينه نسبتاً بالاي آن مي باشد.
انواع مودم
مودم هاي RF، از جذابيت بالايي برخوردارند زيرا شبکه هاي بي سيم شديداً در حال توسعه مي باشند.يک مودم RF کوچک متصل به يک کامپيوتر نوت بوک، امکان تحرک کامپيوتر به اطراف ساختمان( در حين اتصال آن به شبکه) را مي دهد. مودم هاي RF قوي تر، امکان برقراري يک ارتباط بي سيم تا مسافت هاي طولاني( مثلاً چندين کيلومتر) را فراهم مي نمايند.
کاربرد جالب ديگر مودم ها،سازگاري آن با سيستم تلفن Dial Up مي باشد. يک مودم Dial Up به يک خط تلفن معمولي متصل مي شود. مودم هاي Dial Up از سه جنبه، نسبت به مودم هاي چهار سيم، تفاوت دارند. اولاً علاوه بر مدار مورد نياز براي ارسال داده ها، يک مودم Dial Up در برگيرنده مداري است که عملکرد يک تلفن را تقليد مي نمايد ( مودم مي تواند برداشتن گوشي، شماره گيري يا گذاشتن گوشي تلفن را شبيه سازي نمايد).دوماً از آنجائيکه سيستم تلفن براي حمل صوت طراحي مي شود، يک مودم Dial Up از موج کرير( يک تون قابل شنيدن) استفاده مي کند. بنابراين يک مودم Dial Up مي بايست داراي مداري براي ارسال و دريافت صوت روي خط تلفن باشد( علاوه بر ارسال و دريافت يک موج کرير، يک مودم Dial Up مي تواند تون شماره گيري را آشکارسازي نمايد). سوماً اگرچه اين مودم ها همه داده ها را از طريق يک کانال صوتي ارسال مي نمايند،استفاده از دو مودم، امکان ارتباط دو طرفه را فراهم مي نمايد. اين بدان دليل است که يک خط تلفن واحد بين دو مودم Dial Up معمولاً امکان مي دهد تا داده ها در هر دو جهت جريان يابند. در عمل مودم ها مي بايست از تون هاي کرير متفاوتي استفاده کنند( براي اجتناب از اينکه هر دو مودم به طور همزمان اطلاعات را ارسال نمايند).
مودم هايي که براي ارسال داده ها با يکديگر نياز به هماهنگي دارند، تحت عنوان مودم هاي يک طرفه يا دوسيم، ياد مي شوند. در اين روش يک مودم داده ها را ارسال نموده و سپس به مودم دوم اجازه مي دهد تا داده ها را ارسال نمايد. چنين هماهنگي به طور اتوماتيک رخ مي دهد و کاربر هيچگونه اطلاعي ازاين پروسه نخواهد داشت.
براي استفاده از دو مودم Dial Up، يک مودم مي بايست پروسه ارتباط را با شروع عمل انتظاربراي برقراري يک مکالمه آغاز نمايد. مودم منتظر براي ارتباط،اصطلاحاً در مود پاسخ قرار دارد.
مودم دوم، در مود Calling قرار مي گيرد. مودم Calling، برداشتن گوشي، شنيدن تون صداگيري و عمل صداگيري را شبيه سازي مي کند. هنگامي که اين مودم تشخيص مي دهد که تلفن زنگ مي زند، مودمي که در مود پاسخ قرار دارد به مکالمه پاسخ داده و موج کرير را ارسال مي نمايد و بدين طريق شروع پروسه ارتباط آغاز مي شود. مودم Calling سيگنال کرير را آشکارسازي نموده و با ارسال يک موج کرير به آن پاسخ مي دهد همين که دو مودم روي موج کرير با يکديگر توافق نمودند، داده ها را مي توان در هر دو جهت از طريق مدوله کردن موج کرير ارسال نمود. کامپيوترهايي که از مودم استفاده مي نمايند، درباره رسانه ارتباطي هيچ اطلاعي ندارند. يک مودم نمي داند که کامپيوتر از چه نوع رسانه اي از قبيل سيم مسي، فيبر نوري يا رسانه اي ديگر استفاده مي کند. نرم افزاري که از يک مودم براي برقراري ارتباط استفاده مي کند، مي تواند نوع رسانه ارتباطي را از طريق اندازه گيري ميزان تأخير و عرض باند کانال شناسايي نمايد. اما نرم افزارهاي کامپيوتري، معمولاً به ندرت به اين کار مبادرت مي ورزند. در عوض اغلب سيستم هاي کامپيوتري از مودم ها بعنوان روشي براي ارسال بيت هاي اطلاعات به نقاط دوردست استفاده مي کنند.
فرکانس هاي حامل
براي فهم اين مطلب اجازه دهيد تا نحوه عملکرد سيستم هاي فرستنده و گيرنده تلويزيوني را بررسي کنيم. به هر ايستگاه تلويزيوني يک شماره کانال اختصاص مي يابد. در واقع شماره کانال بيانگر فرکانسي است که در آن موج کرير ايستگاه نوسان مي کند. براي دريافت يک سيگنال تلويزيوني،گيرنده تلويزيون مي بايد در همان فرکانس تنظيم گردد.
مهم تر آنکه، يک شهر بزرگ مي تواند چندين ايستگاه تلويزيوني را که همگي به طور همزمان در فرکانس هاي متفاوت برنامه ها را پخش مي کنند،در برداشته باشد. يک گيرنده در هر زمان معين يک فرکانس خاص را آشکارسازي مي نمايد.
تلويزيون کابلي نشان مي دهد که اين اصل را مي توان به سيگنال هاي متعددي که از طريق يک سيم عبورمي کند، تعميم داد. اگرچه يک مشترک کابلي داراي تنها يک سيم ارتباطي به منظور اتصال به شرکت ارائه کننده خدمات کابلي مي باشد، اما اين مشترک کانال هاي زيادي را به طور همزمان دريافت مي کند.سيگنال مربوط به يک کانال، با سيگنال ساير کانال ها تداخل نمي نمايد و بنابراين امکان تماشاي مثلاً کانال 6 بدون دريافت هيچگونه نويز يا تداخل از سوي سيگنال هاي مربوط به کانال 5 يا 7 وجود نخواهد داشت.
شبکه هاي کامپيوتري که از کانال هاي جداگانه استفاده مي کنند امکان مي دهند که چندين ارتباط در يک کانال فيزيکي واحد برقرار گردد.هرفرستنده يک سيگنال را با استفاده از يک فرکانس کرير مخصوص ارسال مي نمايد. گيرنده اي که براي پذيرش يک موج کرير با فرکانس معين تنظيم شده باشد،توسط ساير سيگنال هاي ارسال شده در فرکانس هاي متفاوت تحت تأثير قرار نخواهد گرفت بنابراين چندين سيگنال کرير را مي توان بدون امکان بروز تداخل روي يک محيط ارسال واحد، حمل نمود.
تکنيک مالتي پلکس تقسيم فرکانس( FDM) روشي است که به سيستم هايي از شبکه اعمال مي شود که ازچندين فرکانس کرير براي ارسال سيگنال هاي متفاوت روي يک محيط ارسال استفاده مي کنند. تکنولوژي FDM مي تواند هنگام ارسال سيگنال ها روي سيم، RF يا فيبرنوري مورد استفاده قرار گيرد.
به لحاظ تئوري، مادامي که هر سيگنال کرير در يک فرکانس متفاوت نسبت به ساير سيگنال ها عمل نمايد، يک سيگنال مستقل تلقي مي شود. براي اجتناب از مشکل تداخل، مهندساني که سيستم هاي شبکه FDM را طراحي مي کنند، از يک حداقل جداسازي فرکانسي بين سيگنال هاي کرير استفاده مي کنند.الزام ايجاد شکاف هاي بزرگ بين فرکانس هاي تخصيص يافته به سيگنال هاي کرير بدان معناست که سخت افزار اصلي مورد استفاده با FDM مي بايست طيف وسيعي از فرکانس ها را در خود جاي دهد. نتيجتاً FDM صرفاً در سيستم هاي ارسال باند عريض مورد استفاده قرار مي گيرد.
فن آوري هاي باند پايه و باند پهن
به منظورنائل شدن به سطح خروجي بالاتر، سخت افزار اصلي از بخش بزرگتري از طيف الکترومغناطيسي( عرض باند بيشتر) استفاده مي کنند.بنابراين عبارت تکنولوژي باند پهن در مورد يک چنين فن آوري هايي مورد استفاده قرار مي گيرد. از سويي ديگر هر تکنولوژي که از بخش کوچکي از طيف الکترومغناطيسي استفاده نموده و تنها يک سيگنال را در هر لحظه روي کانال ارتباطي ارسال مي نمايد، تکنولوژي باند پايه نام دارد.
مالتي پلکس تقسيم موج
به لحاظ فني، FDM نوري بعنوان مالتي پلکس تقسيم موج معروف است. هنگامي که از طول موج هاي بسيارزيادي استفاده مي گردد. اين عبارت به مالتي پلکس تقسيم موج چگال( DWDN) تغيير نام مي دهد. از آنجائيکه انسان ها فرکانس هاي نور مرئي را به صورت رنگ مي بينند، مهندسان هم از عبارت غيررسمي مالتي پلکس تقسيم رنگ استفاده مي کنند.
مالتي پلکس تقسيم موج از طريق ارسال چندين موج نوري به داخل فيبر نوري عمل مي نمايد.در سمت گيرنده يک منشور نوري براي جداسازي فرکانس ها، مورد استفاده قرار مي گيرد. همانند روشي FDM، سيگنال هاي حامل را مي توان روي يک کانال واحد ترکيب نمود زيرا نور در يک فرکانس معين با ساير امواج نوري و فرکانس هاي متفاوت تداخل نمي نمايد.
طيف گسترده
دليل اصلي استفاده از طيف گسترده، بهبود قابليت اعتماد سيستم در هنگامي است که سيستم فرستنده اصلي در برخي فرکانس ها داراي تداخل پراکنده مي باشد. براي مثال شبکه اي را در نظر بگيريد که از امواج راديويي استفاده مي کند. اگر فرستنده و گيرنده نزديک به منابع توليد کننده تداخل الکترومغناطيسي باشند يا اگر اشياي بزرگي بين فرستنده و گيرنده در حال رفت و آمد باشند، فرکانس بهينه کرير مي تواند شديداً دچار تغيير شود. در يک لحظه معين، يک فرکانس کرير فعال مي باشد در حاليکه ديگران غيرفعال هستند. بعداً يک فرکانس کرير ديگر فعال شده و در همان لحظه فرکانس اولي غيرفعال مي گردد. طيف گسترده اين مشکل را از طريق پيکره بندي فرستنده به گونه اي که يک مجموعه از فرکانس هاي کرير را در قالب يک سيگنال واحد ارسال کند،حل مي نمايد. گيرنده به منظور بررسي همه فرکانس هاي کرير، پيکره بندي گشته و در هر لحظه معين، از فرکانس فعال استفاده مي نمايد.
بعضي مودم هاي Dial Up نيز از گونه خاصي از سيستم هاي ارسال طيف گسترده براي بهبود قابليت اعتماد، استفاده مي کنند. بجاي ارسال داده ها روي يک فرکانس کرير واحد، چنين مودم هايي يک مجموعه از فرکانس هاي کرير را انتخاب و از آن ها به طور همزمان استفاده مي کنند. در صورتيکه تداخل،يک يا چند فرکانس کرير را دچار آسيب نمايد،مودم مي تواند اطلاعات را از ساير فرکانس هاي کرير استخراج نمايد.
مالتي پلکس تقسيم زمان
مالتي پلکس تقسيم زماني سنکرون( STDM) که با يک روش دايره وار، منابع اطلاعات را روي کانال ارسال مي نمايد، در اين روش مالتي پلکسر يک تعداد کوچک از اطلاعات را از منبع 1 ارسال نموده، سپس مقدار کمي از اطلاعات منبع 2 را ارسال مي نمايد و الي آخر.
تکنيک STDM بالاخص مناسب سيستم هاي ارسال صوت تلفن مي باشد زيرا هر مکالمه تلفني داراي نرخ ارسال يکساني مي باشد.
مالتي پلکس آماري در اغلب شبکه هاي کامپيوتري، از تکنيک مالتي پلکس آماري استفاده مي کند. اين تکنيک نيز مانند STDM است جز اينکه مالتي پلکسر، منبعي که اطلاعات را ارسال نمي کند، ناديده مي گيرد. اغلب شبکه هاي کامپيوتري، از مالتي پلکس آماري استفاده مي کنند زيرا کامپيوترها اطلاعات را با نرخ يکساني ارسال نمي نمايند در عوض اغلب کامپيوترها داده ها را در زمان کوتاهي ارسال کرده و سپس متوقف مي شوند. بنابراين تکنيک مالتي پلکس آماري در اين سيستم ها ترجيح داده مي شود زيرا هيچ اتلاف زماني در زمان ارسال صورت نمي گيرد.
در ادامه اين مقاله به بررسي تکنولوژي هاي ديجيتالي موجود براي ارتباطات راه دور مي پردازيم.
تلفن ديجيتال
سخت افزاري که پروسه Digitization را اجرا مي کند، مبدل آنالوگ به ديجيتال نام دارد. يک مبدل آنالوگ به ديجيتال، سيگنال آنالوگ را بعنوان ورودي پذيرفته، از سيگنال مذکور بطور منظم نمونه برداري مي کند و عددي را بعنوان دامنه سيگنال( در زمان نمونه برداري) ارائه مي دهد. بنابراين Digitization، يک سيگنال آنالوگ را به جريان پيوسته اي از اعداد تبديل مي کند.
محققاني که روي صوت ديجيتال مطالعه مي کنند، دريافته اند که بازتوليد صداي انسان به سيستمي نياز دارد که فرکانس هايي تا 4000 هرتزرا توليد نمايد. قضيه نمونه برداري نايکوئيست بيان مي دارد که اگر يک سيگنال پيوسته با سرعتي بيش از دو برابر بالاترين فرکانس اصلي شکل موج، نمونه برداري شود،سيگنال اصلي از روي اين نمونه ها قابل بازسازي است. بنابراين صوت ديجيتالي نياز به سرعت نمونه برداري 8000 نمونه در ثانيه دارد. بدان معنا که مبدل آنالوگ به ديجيتال سيستم تلفن، مي بايست سيگنال حاصل از ورودي ميکروفن را هر 125 ميکروثانيه يکبار نمونه برداري کند. خواهيم ديد که ثابت زماني نمونه برداري در عملکرد صحيح تلفن ديجيتال بسيار حائز اهميت است.
علاوه بر انتخاب يک نرخ نمونه برداري، طراح يک سيستم رمزگذاري ديجيتال مي بايست محدوده اي از مقادير صحيح را براي پله هاي نمونه برداري انتخاب نمايد. مي بايست بين صحت عملکرد و اندازه داده ها در تلفن ديجيتال مصالحه اي بعمل آيد: استفاده از مجموعه بزرگي از مقادير، امکان مي دهند تا سيگنال با دقت بيشتري توليد شود. اما اين امر،مستلزم ارسال بيت هاي بيشتري خواهد بود. محققان محدوده اعداد صحيح صفر تا 255 را براي صداي ديجيتال انتخاب نموده اند. روش نمونه برداري( بخشي از استانداردهاي جهاني براي تلفن ديجيتال) به مدولاسيون کد پالس( PCM) معروف است. مقادير صحيحي که بوسيله PCM توليد مي شوند از طريق مدارات مخابراتي راه دور به مقصد ارسال گشته و در آنجا به صوت تبديل مي شوند و ارتباطات همزمان(خطوط آنالوگ را مي توان از شرکت هاي تلفن اجاره نموده و با استفاده از مودم هايي که امکان ارسال داده هاي ديجيتال را روي چنين خطوطي مي دهند، اطلاعات را روي خطوط آنالوگ تلفن، ارسال مي نمائيم). البته خطوط آنالوگ، مهمترين امکاناتي نيستند که سيستم تلفن براي شبکه هاي داده اي عرضه مي دارد. علاوه بر مودم هاي ساده، صنعت تلفن سيستم هاي ارتباطي ديجيتال پيچيده اي را براي ارسال اطلاعات ديجيتال از طريق خطوط ارتباطي راه دور طراحي نموده است. امکانات مورد استفاده براي صوت ديجيتال از سيستم هاي مورد استفاده براي داده ها متفاوت هستند زيرا سيستم هاي صوتي از تکنولوژي سنکرون استفاده مي کنند در حاليکه اغلب شبکه هاي داده اي از نوع آسنکرون هستند.يک شبکه آسنکرون داراي يک سيستم طراحي شده براي انتقال داده ها با سرعتي بسيار دقيق مي باشد. بطور خاص سرعت ارسال اطلاعات در شبکه با افزايش ترافيک،کند نمي گردد و داده هاي خارج شده از شبکه دقيقاً با همان سرعت ورود اطلاعات به شبکه، انتقال مي يابند. براي درک اين نکته که چرا ارسال اطلاعات به صورت سنکرون اينقدر اهميت دارد، شرايطي را در نظر بگيريد که يک سيگنال صوتي ديجيتال از طريق يک شبکه غير سنکرون انتقال يابد. همچنان که ترافيک بيشتري در شبکه ايجاد مي شود، ارسال يک سيگنال معين، با افزايش تأخير روبرو مي شود. بنابراين جرياني از داده ها که از طريق شبکه انتقال مي يابند، هنگام ورود جريان هاي اطلاعات اضافي به شبکه کند مي گردند و دوباره با کاهش ترافيک شبکه، سرعت ارسال صوت مذکور افزايش مي يابد. طرف مخاطب، از بروز اين تأخير همانند مشکل نويز و تداخل رنج خواهد برد. مهمتر آنکه هيچ روش آساني براي بازيابي جريان اطلاعات مابين اين نوسانات در سرعت ارسال اطلاعات وجود ندارد. بنابراين براي اجتناب از چنين مشکلاتي، سيستم تلفن طوري طراحي مي شود که اطلاعات را با سرعتي بسيار دقيق انتقال دهد.
مدارات ديجيتال
البته براي استفاده از يک مدار ديجيتالي استيجاري، سيستم مي بايست از قواعد شبکه تلفن، مثل پيروي از استانداردهايي که براي ارسال صوت ديجيتالي طراحي شده اند، پيروي نمايد. ممکن است اينطور تصور شود که پيروي از استانداردهاي ديجيتالي در سيستم هاي تلفن، امري عادي است زيرا کامپيوترها نيز ديجيتال هستند اما از آنجائيکه صنعت کامپيوتر و صنعت تلفن مستقل از هم توسعه يافته اند،استانداردهاي مربوط به مدارات ديجيتال در سيستم تلفن از مدارات مورد استفاده در صنعت کامپيوتر، متفاوت هستند. بنابراين براي ارتباط يک کامپيوتر با يک مدار ديجيتال توسط شرکت تلفن، به يک قطعه سخت افزاري خاص نياز داريم. اين دستگاه سخت افزاري که داراي دو بخش متفاوت در داخل يک پانل واحد مي باشد، DSU/CSU نام دارد.
بخش CSU اين دستگاه، جنبه هاي کنترلي خط ارتباطي را بعهده دارند. براي مثال مدارCSU داراي سيستمي براي برطرف نمودن نوسانات ناگهاني در جريان که به واسطه نور محيط يا ساير تداخل هاي الکترومغناطيسي رخ مي دهد، مي باشد. اين واحد همچنين داراي يک مدار تشخيصي است که مي تواند بروز قطع ارتباط خط را تشخيص دهد و همچنين عملکرد صحيح دستگاه DSU/CSU طرف ديگر خط را تست نمايد. در نهايت واحد CSU داراي قابليت LOOP-back مي باشد که هنگام نصب و تست مدارات ارتباطي مورد استفاده قرار مي گيرد. هنگامي که مدار LOOP-back فعال مي شود، واحد CSU نسخه اي از همه داده ها را که از طريق مدار مي رسند، بدون عبور آن ها ارسال مي کنند. يک واحد CSU همچنين سرويسي را فراهم مي کند که براي مهندسان الکترونيک بسيارجذاب است. اين مدار از ارسال متوالي بيت هاي 1 جلوگيري مي کند. نياز به جلوگيري از ارسال يک هاي متوالي، بواسطه ماهيت سيگنال هاي الکتريکي مورد استفاده قرار مي گيرد. بطور خاص از آنجائيکه شرکت تلفن اساساً مدارات ديجيتال را براي اجرا روي کابل هاي مسي طراحي نموده است مهندسان دريافته اند که داشتن تعداد خيلي زيادي بيت هاي 1( به طور پيوسته) به معناي ايجاد يک جريان الکتريکي بسيار شديد روي کابل مي باشد.براي جلوگيري از اين مشکل، مدار CSU از يک روش رمزگذاري متوازن استفاده مي کند. براي مثال بعضي مدارات ديجيتال براي ارائه بيت صفر، از ولتاژ صفر و براي ارائه بيت 1، از ولتاژ غيرصفر و براي بيت هاي متوالي 1، از تغيير ولتاژ بين 3+ تا 3- ولت استفاده مي کنند. بخش DSU اين سيستم داده ها را کنترل مي نمايد. در واقع اين بخش، داده هاي بين فرمت ديجيتال مورد استفاده در مدار کرير و فرمت ديجيتال مورد استفاده در تجهيزات کامپيوتري مشترک را به يکديگر تبديل مي کند. استاندارد ارتباطي مورد استفاده در سمت کامپيوتر، وابسته به سرعتي است که مدار اجرا مي شود. اگر نرخ ارسال داده، کمتر از 56 کيلوبيت در ثانيه باشد، کامپيوتر مي تواند ازاستاندارد RS-232 استفاده کند.براي سرعت هاي بالاتر از 56 کيلوبيت درثانيه،کامپيوتر مي بايست از سخت افزار ارتباطي که سرعت هاي بالاتري را پشتيباني مي نمايد، استفاده نمايد.
استانداردهاي تلفن
استاندارد سرعت هاي ارسال اطلاعات
توجه داشته باشيد که ظرفيت مدارات، نسبت به شماره آن ها، به طور خطي افزايش نمي يابد. براي مثال استاندارد T3 مداري را با خيلي بيش از سه برابر ظرفيت T1 ارائه مي نمايد. در عوض سرعت هاي ارسال داده بالاتر، مضارب صحيحي از سرعت هاي ارسال داده پائين تر هستند. براي مثال سرعت ارسال داده در مدار T3، 28 برابر مدار T1 است. بنابراين امکان مالتي پلکس 28 مدار T1 روي يک مدار T3 وجود دارد. براي درک انگيزه استفاده از مالتي پلکسينگ، يک شرکت تلفن را تصور نمائيد که به چندين مدار T1 بين دو شهر نياز دارد. اين شرکت مي تواند يک مدار T3 را نصب نموده و تا 28 مدار T1 را روي آن مالتي پلکس کند. بعبارت فني دقيق تر، فرد مي بايست بين استانداردهاي T که سيستم کرير اصلي را تعريف مي کند و استانداردهايي که چگونگي مالتي پلکس چندين مکالمه تلفن روي يک خط ارتباطي واحد را تعيين مي کنند، تمايز قائل شود. استاندارد دوم به استانداردهاي DS معروف است. اين استانداردها با حروف DS به همراه يک عدد بکار مي روند. براي مثال DS1 سرويسي را نشان مي دهد که مي تواند 24 مکالمه تلفن را روي يک مدار واحد، مالتي پلکس کند. بعلاوه از آنجائيکه DS1 سرعت ارسال داده هاي مؤثر را تعريف مي کند، به کار بردن اين عبارت صحيح تر است. علي رغم اختلافات فني کوچک، عبارات T1 و DS1 اغلب به جاي يکديگر بکار مي روند.
مدارات با ظرفيت پائين
مدارات ديجيتال با ظرفيت متوسط
مداراتي با ظرفيت بالا
استانداردهاي حامل نوري
شبکه نوري SONET
اگرچه اغلب شبکه هاي داده هاي از استاندارد SONET بعنوان يک روش رمزگذاري روي يک مدار نقطه به نقطه واحد استفاده مي کنند،اين استاندارد قابليت هاي بيشتري را ارائه مي نمايد. بطور خاص امکان ايجاد يک شبکه حلقه اي چرخشي با شمارنده داراي ظرفيت بالا با استفاده از تکنولوژي SONET که خرابي هاي مشابه با يک حلقه FDDI را کنترل مي کند، وجود دارد. هر ايستگاه در حلقه از دستگاهي بنام مالتي پلکسر Add/drop استفاده مي کند. علاوه برعبور داده هاي دريافت شده در اطراف حلقه، مالتي پلکسر Add/drop مي تواند براي پذيرش اطلاعات ديگر حاصل از يک مدار محلي و اضافه نمودن اين داده ها به فريم هايي که در محيط حلقه حرکت نموده يا استخراج داده ها و تحويل آن به يک کامپيوتر محلي وجود دارد.اگرحلقه شکسته شود،سخت افزار مذکور، فقدان اطلاعات فريمينگ را آشکار نموده و ازحلقه چرخشي شمارنده براي اتصال مجدد استفاده مي کند.
حلقه اشتراک محلي
البته با وجوديکه مودم هاي Dial Up در سال هاي اخير رشد زيادي نموده اند، عرض باند صوت و نسبت سيگنال به نويز خطوط تلفن به نرخي که در آن بيت ها مي توانند ارسال شوند، محدود شده است. خوشبختانه اخيراً يک مجموعه از تکنولوژي ها که مي توانند ارتباطات ديجيتال بالايي را براي مشترکين فراهم کند، ابداع شده است.
ISDN
از نقطه نظر مشترک، ISDN، سه کانال ديجيتالي جداگانه با نام هاي B, B و D( معمولاً به صورت 2B+D نوشته مي شود) ارائه مي نمايد. دو کانال B که هريک با سرعت 64 کيلوبيت برثانيه عمل مي کنند، براي حمل صداي ديجيتال،داده يا صوت فشرده ديجيتال مورد استفاده قرار مي گيرد. کانال D که در سرعت 16 کيلوبيت بر ثانيه اجرا مي شود، بعنوان يک کانال کنترلي مورد استفاده قرار مي گيرد. بطور کلي مشترک از کانال D براي درخواست هاي خدماتي که توسط کانال هاي B تأمين مي شود(مثل برقراري يک مکالمه تلفني با استفاده از صوت ديجيتال) استفاده مي کند. مشترک اين خدمات، همچنين از کانال D براي مديريت يک جلسه در حال انجام يا پايان دادن به يک جلسه( Session) استفاده مي نمايد. در نهايت هر دو کانال B را مي توان براي توليد يک کانال واحد با سرعت ارسال داده مؤثر 128 کيلوبيت بر ثانيه با يکديگر ترکيب نمود.
کانال هاي 2B+D تحت عنوان اينترفيس سرعت پايه ( BRI) در شبکه ISDN معروف هستند. در حقيقت کانال هاي داده روي يک زوج سيم واحد سفر مي کنند.
هنگامي که شرکت هاي تلفن، چندين سال پيش براي اولين بار تکنولوژي ISDN را تعريف نمودند، سرعت 64 کيلوبيت بر ثانيه در مقايسه با مودم هاي Dial Up که در سرعتي کمتر از 10 کيلوبيت برثانيه اجرا مي شدند، بنظر سريع مي رسيد. شرکت هاي تلفن اميدوار بودند که مشترکين از فناوري ISDN هم براي سرويس هاي محلي و هم ارتباطات ديجيتالي راه دور مشابه با روشي که در سيستم هاي تلفن صوتي رايج است، بهره گيري نمايد. پس از گذشت سال ها، تکنولوژي مودم ها، بهبود قابل ملاحظه اي يافت و نيز تکنولوژي هايي ابداع شده اند که Dial Up، امکان دسترسي به سرعت ارسال داده بالاتر،با هزينه پائين تر را در حلقه محلي فراهم نمود. در نتيجه اکنون ISDN يک راه حل گران قيمت با راندمان پائين مي باشد.
تکنولوژي ADSL
براي فهم انگيزه اين عدم تقارن، تصور کنيد که چگونه يک کاربر معمولي از اينترنت استفاده مي کند.اغلب ترافيک داده هنگامي ايجاد مي شود که شخص با استفاده از مرورگر،به جستجو در وب پرداخته و فايل ها را بارگذاري مي نمايد.درهر مورد، ترافيکي که کاربر به اينترنت اضافه مي نمايد متشکل از تعدادي درخواست هاي کوتاه( حدود چند بايت داده) مي باشند. اگرچه ترافيکي که از اينترنت به کاربر جريان دارد، ممکن است ميليون ها بايت داده را در برداشته باشد( همانند تصاوير ديجيتال).
به منظور ايجاد تمايز بين اين دو جهت، حرفه اي ها براي مراجعه به جريان داده به سمت کاربر،ازاصطلاح downstream و براي نامگذاري جريان داده از کاربر به شبکه از اصطلاح Upstream استفاده مي کند. حلقه مشترک را مي توان به منظور ترافيک نامتقارن به واسطه تخصيص عرض باند در جهت downstream بهينه سازي نمود.
از نقطه نظر کاربر، يک جنبه بهينه سازي اين روش، مزيت نمايش سريع صفحات وب نسبت به راه حل هاي متقارن مي باشد. البته اين عدم تقارني که تکنولوژي ADSL ايجاد مي کند،براي ارتباطاتي که داده هاي بيشتري را در مقايسه با ميزان دريافت اطلاعات، ارسال مي کنند، نامناسب مي باشد. براي مثال يک شرکت تجاري، که داراي يک کاتالوگ آنلاين براي مشتريان مي باشد از تکنولوژي ADSL بهره گيري نمي نمايد.زيرا شرکت هاي تجاري اطلاعات بيشتري را نسبت به آنچه دريافت مي کنند روي شبکه ارسال مي نمايند.
اگرچه سرعت ارسال اطلاعات،به طور حيرت انگيزي بالاست،حيرت انگيزترين جنبه تکنولوژي ADSL مربوط به کابل کشي فيزيکي است که براساس آن اين تکنولوژي به اين سرعت ارسال بالا نائل مي شود. ADSL مستلزم هيچ تغييري در کابل کشي حلقه محلي نيست زيرا براي اجرا روي کابل زوج بهم تابيده اي که براي سرويس تلفن آنالوگ نصب شده است، اجرا مي گردد. بعلاوه ADSL وقفه اي روي عملکرد معمولي حلقه محلي ايجاد نمي کند. اين تکنولوژي را مي توان به طور همزمان روي کابل هاي مورد استفاده براي سرويس تلفن استاندارد اجرا نمود. بنابراين ADSL داراي يک وضعيت اقتصادي مشهود است؛ شرکت هاي تلفن مي توانند از آن براي تأمين سرويس ديجيتالي پرسرعت بدون کابل کشي مجدد حلقه محلي استفاده نمايد.
فن آوري ADSL روي کابل زوج بهم تابيده چگونه به اين سرعت بالا دست مي يابد؟
محققان ابتدا دريافتند که طرحي مثل ADSL مي تواند امکان پذير گردد زيرا بسياري ازحلقه هاي محلي از سيگنال هايي با فرکانس هاي بالاتر از آنچه که در سيستم تلفن مورد استفاده قرار مي گيرد،بهره گيري مي نمايند.راه حل ADSL پيچيده است زيرا هيچ دو حلقه محلي داراي مشخصه هاي الکتريکي مشابه نيست. در عوض، قابليت حمل سيگنال ها وابسته به فاصله، اندازه کابل مورد استفاده و سطح تداخل الکتريکي آن دارد. بنابراين طراحان نمي توانند مجموعه ويژه اي از فرکانس هاي حامل يا تکنيک هاي مدولاسيوني که در همه موارد کارکند را مورد استفاده قرار دهند. براي مثال دو مشترک را در نظر بگيريد که در بخش هاي مختلف يک شهر زندگي مي کنند. اگر خط تلفن مربوط به مشترک اول نزديک به يک ايستگاه تجاري راديويي باشد،سيگنال ايستگاه،سبب بروز تداخل در فرکانس مورد استفاده توسط ايستگاه مذکور خواهد گرديد. در صورتيکه مشترک دوم، نزديک همان ايستگاه راديويي زندگي نکند، فرکانس راديويي مشترک اول مي تواند براي مشترک دوم به خوبي مورد استفاده قرار گيرد.هر چند خط ارتباطي دوم مي تواند تداخل فرکانسي موجود در خط اول را احساس نمايد. براي پذيرش اين تفاوت ها در مشخصه هاي حلقه محلي، تکنولوژي ADSL قابليت سازگاري دارد بدان معنا که هنگامي که مودم هاي ADSL روشن مي شوند، خط ارتباطي را به منظور شناسايي مشخصات آن مورد بررسي قرار داده و به منظور يک ارتباط مؤثر با استفاده از تکنيکي که براي اين خط بهينه مي باشد، توافق مي نماييم. بطور خاص ADSL از روشي معروف به VMK استفاده مي کند. در اين روش مالتي پلکس تقسيم فرکانس با تکنيک هاي مالتي پلکس معکوس ترکيب مي گردد.
مالتي پلکس تقسيم فرکانس در DMT با تقسيم عرض باند به 286 فرکانس گسسته يا کانال فرعي اجرا مي شود همچنين 255 فرکانس براي ارسال داده در مسير downstream و 31 کانال براي مسير Upstream و 2 کانال براي عبور اطلاعات کنترلي مورد استفاده قرار مي گيرد. به لحاظ مفهومي يک مودم جداگانه وجود دارد که روي هرکانال فرعي که داراي کرير مدوله شده خاص خود مي باشد، اجرا مي گردد.فاصله بين کريرها، بازه هاي فرکانسي 4.1325 کيلوهرتز مي باشد. اين فضاي فرکانسي براي جلوگيري از بروز تداخل بين کانال ها مورد استفاده قرار مي گيرد. بعلاوه براي تضمين اينکه سيگنال هاي مربوط به اطلاعات ADSL با سيگنال هاي تلفن آنالوگ تداخل نکنند، ADSL از عرض باند زير 4 کيلوهرتز استفاده نمي کند. هنگامي که ADSL فعال مي شود هردو انتهاي اين خط، فرکانس هاي موجود را براي تعيين فرکانس مناسب مورد بررسي قرار مي دهند. علاوه بر انتخاب فرکانس ها، دو انتهاي خط ارتباطي کيفيت سيگنال هر فرکانس را مورد ارزيابي قرار داده و از اين کيفيت براي انتخاب روش مدولاسيون مناسب استفاده مي کند. اگر يک فرکانس ويژه داراي نسبت سيگنال به نويز بالا باشد،ADSL يک طرح مدولاسيون را که بيت هاي زيادي را بر حسب باود رمزگذاري مي کند، انتخاب مي کند در صورتيکه که کيفيت يک فرکانس معين پائين باشد، ADSL از روش مدولاسيوني استفاده مي کند که بيت هاي کمتري را رمزگذاري مي کند.
نتيجه اين قابليت سازگاري، تکنولوژي قدرتمندي است که مي تواند با شرايط گوناگون خط ارتباطي به طور اتوماتيک تطابق يابد. از نقطه نظر کاربر، قابليت سازگاري اين تکنولوژي، داراي يک ويژگي جالب است: ADSL يک سرعت ارسال داده معين را تضمين نمي کند. در عوض ADSL فقط مي تواند با شرايط گوناگون خط ارتباطي سازگاري يابد.
ساير تکنولوژي هاي DSL
يک سرويس DSL ديگر، فن آوري HDSL نام دارد. HDSL داراي سرعت ارسال بيت 1.544 مگابيت بر ثانيه در هر دو جهت مي باشد. يکي از معايب HDSL، محدوديت فاصله کم در حلقه هاي محلي است. عيب ديگر آن نيازهاي کابل کشي مي باشد. برخلاف ADSL که از يک کابل زوج بهم تابيده واحد استفاده مي کند، فناوري HDSL به دو کابل زوج بهم تابيده مستقل نياز دارد. براي برطرف نمودن مشکل کابل کشي، يک فناوري جديد بنام HDSL2 عرضه گرديده است که روي دو سيم اجرا مي شود. يکي از مزاياي HDSL ناشي از آستانه تحمل بالاي اصلاحات حلقه محلي انجام شده توسط سيستم تلفن مي باشد. مزيت ديگر HDSL قابليت تحمل بالاي آن براي بروز خرابي روي خط ارتباطي است. اين تکنولوژي طوري طراحي شده است که اگر يکي از دو رشته سيم بهم تابيده دچار مشکل شود، مودم ها کاملاً از کار نمي افتند بلکه از نيمه ديگر کابل با حداکثر نرخ ارسال بيت استفاده مي نمايند.
نوع ديگري از فن آوري DSL که مي تواند عرض باند بالاتري را ارائه نمايد، VDSL نام دارد.اين فناوري مي تواند به سرعت ارسال بيت تا 52 مگابيت برثانيه نائل شود. اگرچه چنين سرعت هاي ارسال بيت بالايي را مي توان روي سيم زوج بهم تابيده مسي پياده سازي نمود،فن آوري VDSL را نمي توان بر روي سيستمهاي کابل کشي موجود بين مرکز تلفن و مشترکين اجرا نمود ( زيرا فاصله ها خيلي زياد هستند). بنابراين VDSL به نقاط تمرکز مياني نياز دارد و از فيبر نوري استفاده مي نمايد.
فن آوري مودم کابلي
انگيزه اصلي در مد نظر قرار دادن راه حل هايي ديگر براي حلقه محلي تلفن، ناشي از محدوديت هاي ذاتي اين گونه سيستم هاست. مشکل اصلي، در مشخصات الکتريکي کابل زوج بهم تابيده مي باشد. اگرچه فن آوري هايي همانند ADSL مي تواند به سرعت هاي انتقال بيت خيلي بالاتري نايل گردند( نسبت به مودم هاي Dial Up) اين نوع کابل کشي يک کرانه فوقاني را روي حداکثر سرعت ارسال داده ها قرارمي دهد. بعلاوه فقدان لايه محافظ در مقابل نويز،طرح کابل کشي را براي بروز تداخل مستعد مي سازد که در بسياري موارد مي تواند عملکرد سيستم را براي ارائه سرويس به برخي از مشترکين دچار مشکل نمايد.
در تلاشي براي برطرف نمودن محدوديت هاي طرح کابل کشي زوج بهم تابيده، محققين روي هر دو تکنولوژي کابلي و بي سيم( به منظوراستفاده در حلقه محلي) تحقيق نموده اند. يک تکنولوژي ثانوي که به واسطه سرعت هاي ارسال بيت بالاتر نسبت به طرح کابل کشي تلفن از جذابيت ويژه اي نيز برخوردار است و همچنين کمتر در معرض تداخل الکترومغناطيسي قرار مي گيرد و نيازي به تغيير زير ساختار کابلي ندارد،تلويزيون کابلي است. بعلاوه بسياري از مشترکين و کاربران مسکوني از قبل به فن آوري تلويزيون کابلي دست يافته اند.
يک سيستم تلويزيون کابلي ( SATV) اغلب همه تسهيلات مورد نياز براي ارسال ديجيتالي اطلاعات با سرعت بالا را( در مسير downstream) در اختيار دارد. اين رسانه از کابل کواکسيال که داراي ظرفيت بالايي بوده و در مقابل تداخل الکترومغناطيسي ايمن مي باشد، استفاده مي کند. مهم ترآنکه از آنجائيکه سيستم هاي کابلي براي حمل سيگنال هاي تلويزيوني که نسبت به سيگنال هاي صوتي و داده اي حجم بسيار بالايي دارند، استفاده مي کنند، سخت افزار اين سيستم داراي کانال هاي غيرقابل استفاده اي است که مي تواند براي ارسال داده ها مورد استفاده قرار گيرد.
مهندسان روش جديدي را براي استفاده از زير ساختار فعلي تلويزيون کابلي بعنوان يک حلقه محلي ابداع نموده اند که داده هاي ديجيتال را با سرعت بيشتري به مشترکين تحويل مي دهد.
به لحاظ تئوري امکان گسترش يک سيستم کابلي براي ارسال اطلاعات ديجيتال با استفاده از مالتي پلکس تقسيم فرکانس( در مسير downstream) وجود دارد. براي انجام اين کار، يک زوج مودم کابلي براي هر مشترک مورد نياز خواهد بود. يک مودم در مرکز CATV قرار گرفته و مودم ديگر در اختيار مشترک خواهد بود. هر دو مودم مي بايست در فرکانس کرير يکساني تنظيم گردند که در داخل کابل همراه با سيگنال هاي تلويزيوني مالتي پلکس خواهد گرديد.
داده هاي ارسال شده روي مودم موجود در مرکز CATV روي کرير رمزگذاري مي شوند و سپس از طريق کابل کواکسيال در اختيار همه مشترکين قرار مي گيرند. مودم موجود در موقعيت مشترک، سيگنال کرير را دريافت نموده،اطلاعات ديجيتالي رمزگذاري شده آن را استخراج نموده و جريان اطلاعات حاصله را به کامپيوتر مشترک ارسال مي کند.اگرچه در عمل حتي عرض باند وسيع موجود روي سيستم هاي CATV براي کنترل مالتي پلکس کافي نخواهد بود.
وايمکس
مهم ترين ويژگي وايمکس نسبت به ADSL، بي سيم بودن و سيار بودن آن در فواصل طولاني مانند يک شهر بزرگ است. با ADSL تحرک کاربر تقريباً صفر و يا به محيطي بسته،محدود مي شود در حالي که از سرويس وايمکس مي توان حتي در داخل يک خودرو استفاده کرد. وايمکس سيستم ارتباطي بي سيم است و نيازي به زيرساخت هاي سيمي،کابل کشي و خط تلفن ندارد، اما ADSL نيازمند کابل کشي و خط تلفن است.
WiMaX يک سيستم مخابرات ديجيتال بي سيم مي باشد. همچنين به عنوان پروتکل 802.16( توسط IEEE) شناخته شده است که جايگزيني براي شبکه هاي بي سيم نواحي شهري محسوب مي شود. WiMAX، سرويس دسترسي بي سيم باند پهن را فراهم مي سازد( BWA) که تا 30 مايل( 50 کيلومتر) براي ايستگاه هاي ثابت و 3 تا 10 مايل( 5 تا 15 کيلومتر)، براي ايستگاه هاي سيار را پوشش مي دهد. درصورتيکه، استانداردهاي شبکه هاي بي سيم محلي( سيستم Wi-Fi) در قالب پروتکل 802.11 در اکثر حالت ها، به تنها 100 تا 300 فوت( 30 تا 100 متر) محدود شده است.
ويژگي هاي وايمکس
ازسويي ديگر اين فناوري به عنوان گزينه ارزان تر نسبت به ديگر گزينه هاي موجود در کشورهاي درحال توسعه جهت راه اندازي شبکه هاي اينترنت پرسرعت، به حساب مي آيد.وايمکس ورودي است که به کاربران اجازه مي دهد که بدون محدوديت در سراسرکشور حرکت کنند. با اين ويژگي،اينترنت قابل جا به جايي و حمل و نقل خواهد شد که اين امر سرعت رو آوردن صاحبان کسب و کار به استفاده از مزيت هايي را که اينترنت براي آنها فراهم مي کند، بيشترازپيش خواهد کرد. وايمکس علاوه بر ديتا، از صدا و تصوير نيز پشتيباني و سرويسي ارائه مي کند که کاملاً نامحدود است، از اين رو هيچگونه محدوديت حجمي و يا زماني ندارد و اين بدان معناست که کاربر مي تواند بدون هيچ محدوديت، درتمام شبانه روز به هر ميزان و حجمي که پهناي باند اجازه مي دهد اطلاعات خود را دانلود يا آپلود کند. يکپارچگي مودم،فرستنده و گيرنده راديويي در اندازه بسيار کوچک و قابل حمل و امکان نصب بسيارآسان نيز جزو برتري هايي وايمکس محسوب مي شود. اما مهم ترين ويژگي و مزيت وايمکس قابليت سيار بودن آن است که موجب مي شود اين فناوري وارد لپ تاپ ها،رايانه هاي دستي و در نهايت گوشي هاي تلفن همراه شود. از امتيازات جالب و قابل توجه فناوري وايمکس بارگذاري اطلاعات روي گوشي هاي تلفن همراه است که مي تواند براي تبليغات و اطلاع رساني مورد استفاده قرار گيرد. در مجموع وايمکس همه فناوري هايي هم چون EvDo، HSPDA، xDSL، BPL، FTTH و EDGE را پشت سر گذاشته است و از آن جايي که هيچ يک ازاين فناوري ها همه سرويس را هم زمان فراهم نمي کنند،وايمکس بهترين راهکار موجود براي ارائه چنين سرويس هايي به حساب مي آيد که اين امر مطمئناً امتياز بزرگي براي مصرف کنندگان اين سرويس نيز به حساب مي آيد.
گستره جهاني
هم اکنون اين توليدکنندگان در زمينه تنوع محصول و قابليت ارائه سرويس هاي گوناگون به رشد بالايي دست يافته اند. اتحاديه وايمکس که مسئول مجوز دهي و تست دستگاه ها و تجهيزات اين فناوري است اعلام کرده که تا اواخر سال 2008، حدود 62 شرکت در حال توسعه تراشه هاي وايمکس و دستگاه هاي کاربران نهايي بوده است و 37 شرکت نيز به ساخت تجهيزات زيرساختي مشغولند که محصولات اين شرکت ها تاکنون توسط 407 اپراتور در 133 کشور جهان مورد استفاده قرارگرفته است.اين درحالي است که مؤسسه تحقيقاتي infonetics در گزارش خود ميزان فروش ابزارها و تجهيزات وايمکس از بازار اين تکنولوژي را در سه ماه چهارم سال 2008 در مقايسه با سه ماه سوم اين سال، 275 ميليون دلار اعلام کرده است در همين حال بازار وايمکس سيار نسبت به وايمکس ثابت از اقبال بالاتري برخوردار بوده و در اين مدت به رشد 5 درصدي رسيده است. تعداد مشترکان وايمکس ثابت و سيار در سال 2008 به 3/9 ميليون نفر افزايش يافته که اين ميزان رشد 120 درصد بازار اين فناوري را نسبت به سال 2007 نشان مي دهد. با وجود پيشرفت چشمگير اين فناوري، بازار وايمکس در سال 2009 نسبت به سال هاي گذشته کم رونق تر بود بطوري که تأمين کنندگان تجهيزات مجبورند که در استراتژي هاي خود تجديد نظر کنند. آن ها معتقدند که در ادامه سال جاري ميلادي، رقابت شديدتري ميان تأمين کنندگان تجهيزات وايمکس براي تعداد اندکي از قراردادهاي باقي مانده سال 2009 صورت مي گيرد و مسابقه سختي براي در اختيار داشتن رهبري اين بازار در آينده به چشم مي خورد. از سويي پيش بيني مي شود با وجود چالش هاي پيش روي اقتصاد جهاني،بازار وايمکس سيار در سال 2011 رشد قابل توجهي داشته باشد چرا که در اين سال با عرضه سرويس هاي جديد و همين طورجذب مشترکاني که براي نخستين بار از اين فناوري استفاده خواهند کرد، بر تعداد مشترکان آن افزوده مي شود. در حال حاضر، آلواريون، آلکاتل- لوسنت و موتورولا رهبري بازار وايمکس در دنيا را در اختيار دارند اما شواهد حاکي از آن است که دو کمپاني هوواوي چين و سيسکو نيز براي در دست گرفتن اين بازار وارد رقابت شده اند. در اين ميان آلکاتل- لوسنت با در اختيار داشتن بيشترين سهم بازار در مقام نخست وايمکس سيار دنيا و پس از آن موتورولا در مکان دوم قرار دارد و آلواريون جايگاه سوم را به خود اختصاص داده است. هوواوي و سيسکو نيز با جذب مشترکان جديد، سعي درافزايش سهم خود از بازار وايمکس سيار دنيا دارند.
منبع:نشريه بزرگراه رايانه، شماره 132.
/ج
