مراحل تطور شبكات الاتصالات اللاسلكية
يعود تاريخ ظهور الهاتف الثابت الى القرن التاسع عشر الميلادي حيث تم اختراع أول جهاز هاتف على يد العالم الكسندر غراهام بيل ، وكان هذا الجهاز قادرا على نقل الصوت من غرفة الى اخرى.
استطاع بعد ذلك العالم اديسون تطوير هذا الجهاز وتوصل الى اختراع اول هاتف قادر على نقل الاصوات الى اقصى اطراف الارض. ثم أخذت التطورات تزداد يوما بعد يوم مما أدى الى ظهور أنواع وأشكال مختلفة من الهواتف الثابتة ، وقد تزامن ذلك مع ظهور الاتصالات اللاسلكية التي برزت ملامحها الاولى مع اختراع الراديو ، و هو ما مهد الطريق لصناعة الهوات النقالة.
الجيل الأول في شبكات الاتصالات اللاسلكية
تشير 1G إلى الجيل الأول من التكنولوجيا الخلوية اللاسلكية ( الاتصالات المتنقلة ). كان يعمل على النظام التناظري من خلال ترددات راديوية متغيرة بطريقة مستمرة لنقل اصوات المستخدمين.
هذه هي معايير الاتصالات التناظرية التي تم تقديمها في الثمانينيات واستمرت حتى تم استبدالها بشبكة اتصالات رقمية 2G في التسعينات .
الجيل الثاني لشبكات الاتصالات اللاسلكية The 2ed Generation of Cellular Networks
الجيل الثاني لشبكات الخليوي The 2ed Generation of Cellular Networks اختصاراً 2G من الاتصالات الجوالة أسس على النظام الرقمي عوض النظام التناظري و اعتبر الجيل الثاني نقطة تحول في نظام عمل الهاتف النقال حيث ظهرت فيه العديد من المميزات التي لم تكن موجودة في الجيل الاول.
مميزات الجيل الثاني لشبكات الاتصالات اللاسلكية
- تحسن جودة الاتصال
- نقاوة الصوت، حيث ان النظام الرقمي يقلص أثر الشوشرة على الاتصال وعلى هذا تقل الأخطاء.
- أتاح للمرة الأولى نقل البيانات من خلال خدمة الرسائل القصيرة التي لم تتوفر في الجيل الأول والجيل صفر.
- تشفير الاتصال بين المتصل وبرج المحطة BTS عبر الأثير Air interface
- وفرت فرصة التجوال الدولي بسبب توحيد المقاييس بين مختلف الدول.
- المعيار المهيمن على اتصالات الجيل الثاني هو النظام العالمي للاتصالات الجوالة GSM.
الفرق الرئيسي بين النظامين الخلويين المتنقلين (1G و 2G)، هو أن الإشارات الراديوية المستخدمة من قبل شبكات 1G هي تناظرية، في حين أن شبكات 2G رقمية.
الجيل الثالث لشبكات الاتصالات اللاسلكية The Third Generation of Cellular Networks
ظهرت فيه الهواتف الذكية smart phones كما سميت بهواتف الوسائط المتعددة Multimedia Phone
يبني الجيل الثالث على مجموعة معايير اتحاد المواصلات العالمية في إطار برنامج المواصلات الجوالة العالمية "IMT-2000". تمكن تقنيات الجيل الثالث من تقديم باقة خدمات أوسع وأكثر تقدما، ويتميز بسعة شبكية عالية بفضل فعاليتها الطيفية. من ضمن هذه الخدمات، الاتصال الهاتفي الصوتي اللاسلكي ممتد التغطية، ونقل البيانات اللاسلكي واسع النطاق، الكل في بيئة جوالة.
مميزات الجيل الثالث لشبكات الاتصالات اللاسلكية
- تحمل عدد أكبر من عملاء الصوت والبيانات خاصة في المناطق الحضرية.
- سرعة أعلى بتكاليف أقل من الجيل السابق.
- تستعمل شبكات الجيل الثالث حامل قناة بترديد.5 ميغا هرتز لتسليم بالبيانات بسرعة أكبر وتوسيع سعتها مقارنة بالجيل الثاني.
- يقدم حامل القناة.5 ميغا هرتز استعمالا مثاليا للموارد المذياعية للشركات الهاتفية التي لها كتل ييي من الطيف.
- من جهة أخرى، فإنها تسمح بتخفيض تكاليف شبكات الجيل الثالث مع منح سرعة عالية للمستخدمين.
- يسمح بانتقالات 382 كبث للأنظمة الجوالة، و2 مبث للأنظمة الثابتة.
- يفترض أن يكون لمستخدمي الجيل الثالث سعة أكبر وفعالية طيفية فضلى، مما يسمح بالنفاذ شامل بشبكات جيل ثالث مختلفة.
الجيل الرابع لشبكات الاتصالات اللاسلكية The 4th Generation of Cellular Networks
يُعبّر مُصطلح الجيل الرّابع (4G) عن أحد خدمات الشبكات الخلويّة اللّاسلكيّة، حيث بدأت هذه الخدمة في عام 2009م، في الولايات المتحدة الأمريكيّة، كما أنّها ظهرت بعد خدمة شبكات الجيل الثّالث (3G) لزيادة الحاجة إلى خدمة أسرع، حيث تمّ رفع السّرعة إلى عشرة أضعاف سرعة شبكات الجيل الثّالث تقريباً؛ نظراً للاستخدام الواسع لأجهزة الهواتف الذّكية واللّوحيّة التي تحتاج إلى سّرعات عالية في نقل ملفات الفيديو والموسيقى وغيرها.
تقنية الجيل الرّابع
تُعدّ شبكات الجيل الرّابع (4G) شبكات راديويّة متقدّمة، تعتمد على بروتوكولات الإنترنت Internet protocol في عمليّة إرسال واستقبال البيانات في حُزم، وتظهر نقطة اختلافها عن سابقتها من الشّبكات بكونها تنقل بيانات الصّوت أيضاً باستخدام بروتوكولات الإنترنت، ممّا يجعلها تعتمد بشكل كامل على البروتوكولات، ويتمّ نقل البيانات عبر هذه الشّبكات من خلال الاتصال بين الهاتف المحمول والمحطات الأرضيّة base station؛ وذلك لتبادل بيانات الإنترنت عبر ما يُسمّى بالوسيط الهوائيّ air interfaces، ولأنّ هنالك الكثير من التّشابه و التّداخل بين شبكات الجيل الرّابع والثّالث، فإنّ الوسائط الهوائيّة التي تُستخدم مع شبكات الجيل الثالث تُستخدم لنفس الهدف في شبكات الجيل الرّابع، ومنها: LTE ، DMA2000، بالإضافة إلى WiMAX.
مزايا شبكات الجيل الرّابع
- دعم الوسائط المتعدّدة التفاعليّة interactive multimedia، مثل: الفيديو، وفيديو البث المُباشر، والصّوت، وخدمات الإنترنت.
- دعم شبكات الانترنت ذات النطاق العريض ذات سعة وسرعة عالية مُقابل تكلفة منخفضة لكل بت.
- الوصول العالميّ وإمكانية نقل الخدمة.
- قابليّة التطوير.
- فعاليّة عرض النطاق Spectral efficiency، حيث يمكن توفير الحدّ الأقصى لعدد المستخدمين مع الحفاظ على جودة الخدمة. توفير تنظيم أفضل، وتقنيّات للتحكّم في قبول المُكالمات.
عيوب شبكات الجيل الرّابع
- مُكلفة، وصعبة التنفيذ.
- تستهلك طاقة البطاريّة بشكل كبير.
- تحتاج إلى مُعدّات وأجهزة مُعقّدة لتنصيبها وتشغيلها.
الجيل الخامس لشبكات الاتصالات اللاسلكية The 5th Generation of Cellular Networks
هو الجيل الخامس للأنظمة اللاسلكية The 5th Generation wireless Systems اختصاراً (5G)، هو مصطلح يستخدم في بعض الأوراق والمشاريع البحثية للدلالة على مرحلة رئيسية مقبلة من معايير الاتصالات المتنقلة ما وراء المعايير الحالية جيل رابع/IMT-المتقدمة. 5G لا تصف أي مواصفات معينة في أي وثيقة رسمية نشرتها أي هيئة قياسية للاتصالات.
إن شبكات اتصال الجيل الخامس هي تقنية لاسلكية تنقل البيانات عبر الهواء من أبراج خلوية إلى الهواتف وأجهزة أخرى، بسرعات أكبر بكثير من التي نملكها اليوم.
شبكات الجيل الخامس 5G هي الجيل الخامس من الشبكات اللاسلكية وأحدث تقنية تكنولوجية خلوية حتى الآن، وبشكل دقيق هي مجموعة القواعد التقنية الحديثة التي تحدد طريقة عمل الشبكة الخلوية، بما في ذلك الترددات المستخدمة وكيفية التعامل مع المكونات المختلفة للشبكة مثل معالجات الحاسب والهوائيات مع الإشارات الراديوية وتبادل البيانات معها. وتم تصميم شبكات الجيل الخامس 5G لزيادة سرعة الشبكات اللاسلكية واستجابتها، حيث يمكن للبيانات المنقولة فيها أن تنتقل بمعدلات تصل إلى 20 غيغا بايت في الثانية، بالإضافة إلى توفير زمن انتقال قدره 1 ميلي ثانية أو أقل للاستخدامات التي تتطلب تغذية راجعة في الزمن الحقيقي، وستتمكن شبكات الجيل الخامس من تحقيق زيادة كبيرة في كمية البيانات المرسلة عبر الأنظمة اللاسلكية بسبب زيادة النطاق الترددي وتقنيات الهوائيات المتقدمة.
مزايا شبكات الجيل الخامس
- زيادة سرعة نقل البيانات وتقليل الزمن بشكل كبير.
- ميزات كثيرة لإدارة الشبكة مثل تقسيم الشبكة والذي يسمح لمستخدمي شبكات الهاتف المحمول بإنشاء شبكات افتراضية متعددة ضمن شبكة فيزيائية واحدة.
- توفر أدوات للإشراف على المشتركين لتسريع العمليات.
- تقوم الخدمات عالية الجودة لتقنية الجيل الخامس على سياسة تجنب الخطأ.
- توفر عمليات بث ضخمة للبيانات من رتبة الغيغابايت والذي يدعم ما يقارب 65000 اتصال.
- تقدم بوابات نقل متناسقة وفائقة.
- تجعل إحصائيات حركة المرور عبر الشبكات أكثر دقة.
- تقدم للمستخدمين حلول سريعة أفضل بوساطة تقنيات الإدارة عن بعد.
- عمليات التشخيص عن بعد بشكل أكثر دقة.
- التقنية ستزيد من سرعة الاتصالات مما سيسهل من بناء المدن الذكية والجراحات عن بعد وتحميل المعلومات بشكل بالغ السرعة.
عيوب شبكات الجيل الخامس
- تكلفة الجيل الخامس ستكون أكثر.
- من المحتملأن تكون الهواتف المحمولة الجديدة قد تم برمجتها للعمل على شبكات الجيل الخامس.
- كما أنه يمكن أن يعتمد إتصال الإنترنت اللاسلكي الموثوق به على عدد الأجهزة المتصلة بقناة واحدة، ومع إضافة الجيل الخامس إلى الطيف اللاسلكي،فإن هذا قد يعرضنا لخطر اكتظاظ نطاق التردد.
فكرة عمل شبكات الجيل الخامس
لا تختلف شبكات الجيل الخامس كثيرًا عن الشبكات الخلوية الأخرى، حيث أنها تعتمد نظام الخلايا وتقسمها إلى قطاعات وترسل البيانات المشفرة عبر موجات الراديو، ويجب على كل من الخلايا أن تكون متصلة بشبكة أساسية سواء بشكل سلكي أو لا سلكي.
يستخدم ضمن شبكات الجيل الخامس 5G التشفير OFDM، وهو مشابه لتشفير شبكة الجيل الرابع 4G LTE، ولكن تصميم الهوائيات في الجيل الخامس أكثر مرونة وأقل في زمن الاستجابة، وتحتاج هذه الشبكات إلى ذكاء أكبر من سابقاتها للتعامل مع الخلايا التي يمكنها تغيير الحجم والشكل، ومع ذلك ستكون قادرة على رفع السعة حوالي أربع مرات أكثر مقارنة بالأنظمة الحالية من خلال الاستفادة من نطاق أوسع وتقنيات متقدمة في الهوائيات، حيث لن تعتمد على أبراج خلوية عالية ذات طاقة كبيرة كما هو الحال في الجيل الرابع بل ستعتمد في نقل الإشارة اللاسلكية على خلايا صغيرة موجودة في أماكن مثل أعمدة الإنارة أو أسطح المباني.
وهدف كل ذلك الحصول على سرعات أعلى بكثير وسعة أعلى بكثير و زمن استجابة أقل لكل قطاع من شبكات الجيل الرابع.
الاسباب التي ادت الى الخوف من شبكات الجيل الخامس
ترددات أعلى
وقال متحدث باسم منظمة الصحة العالمية ليورونيوز إن الزيادة في حجم المعلومات التي ستنقلها شبكات الجيل الخامس سيتطلب توفير مساحات أكبر بترددات اتصال أعلى بعشرة أضعاف عن الترددات المستخدمة بالشبكات الحالية.ونشرت المفوضية الدولية للإشعاعات غير المؤينة مسودة قالت فيها إن "التأثير الحرج للتعرض للموجات عالية التردد على صحة الانسان يكمن في تسخين أنسجة الجسم المكشوفة".
وأضافت المسودة: "يمكن لتلك الموجات أن تتغلل في الجسم (كلما زاد التردد، زاد عمق الاختراق) وهو ما يؤدي إلى الاحتكاك ومن ثم السخونة".
ويمكن للجسم استيعاب ارتفاعات معينة من الحرارة مثل تلك التي يشعر بها الانسان عند القيام بتدريبات رياضية ولكن الحرارة فوق حد معين قد تصيب الانسان بضربة شمس أو بالحروق الجلدية، بحسب وصف المسودة.
ويقول داريوس ليتشزينسكي، وهو خبير في البيولوجيا الجزيئية بجامعة هيلسنكي ليورونيوز إننا لا نعلم حتى الآن مقدار تأثير تلك الموجات عالية التردد على اجهزتنا المناعية.
وأوضح ليتشزينسكي أنه سيتم استخدام هوائيات الجيل الخامس داخل المنازل بالمدن الذكية المستقبلية لأن تلك الموجات الميلليمترية لا يمكنها اختراق الجدران مما سيزيد من فرص تعرض المستخدمين لها.
مخاطر غير مثبتة
وعلى الرغم من مسودة المفوضية إلا أن التأثير الفعلي لتلك الموجات عالية التردد لا يزال طور البحث غير المؤكد.
وقلل أليكسندر ليرشل بجامعة ياكوبز بريمين الألمانية من المخاطر الصحية المتوقعة فقال ليورونيوز إن الدراسات التي أجريت بهذا الصدد حتى الآن لم تثبت حالات تم فيها بالفعل الضرر بأحد المستخدمين نظراً لعدم تعميم تقنية الجيل الخامس حتى الآن.
وأضاف: "لا يمكننا إثبات تأثيرات غير موجودة ولكن تلك الأبحاث لها طبيعة وقائية لأنه لا يوجد دليل ملموس على ضرر تلك الموجات على صحة الانسان".
وعلى الرغم من السجال الدائر إلا أنه لا يعني عدم اتخاذ الحيطة في جميع الأحوال. وينصح ليتشزينسكي بالتقليل من استخدام الهواتف الذكية وعدم اللجوء إليها في أوقات عدم الحاجة للحد من التعرض لموجات الجيل الخامس.
ويضيف ليرشل إن عدم تفعيل خاصية الانترنت خلال حمل الهواتف بجيوب المستخدمين وقصر مدة المكالمات الهاتفية بقدر الإمكان.