شبکههای مخابرات داده
۲۴۷ نفر
۲۹ساعت
۱,۷۰۰,۰۰۰ تومان
خرید دوره
منو
منو
تا به حال چقدر به نمادهای ۳G یا ۴G که در بالای صفحه موبایل می‌بینید؛ توجه کرده‌اید؟ آیا می‌دانید هر کدام از این علائم، بیانگر چه مفهومی در شبکههای تلفن همراه هستند؟
آنچه در این مقاله به آن خواهیم پرداخت، معرفی نسلهای مختلف شبکههای تلفن همراه و روند پیشرفت آنها در دنیا خواهد بود. اگر از فعالان حوزه مخابرات هستید یا به مفاهیم لایه های شبکه و مخابرات علاقمندید، تا انتهای این مطلب با ما همراه باشید.
شبکههای ارتباطی تلفن همراه، نسلهای مختلف شبکههای ارتباط بی‌سیم هستند. هر شبکه با یک عدد و حرف G (مخفف عبارت Generation به معنای نسل) در کنار آن نمایش داده میشود. شبکههای موبایل از نسل ۱ یا همان ۱G آغاز شده و با گذر از نسلهای ۲G، ۳G و ۴G به نسل ۵G رسیده‌اند.
هر نسل از شبکههای موبایل دارای خصوصیات و توانایی خاص خود در قدرت فرکانس، پهنای باند، دسترسی شبکه و هسته آن است. بدیهی است که توسعه نسل‌ها موجب افزایش بهره‌وری و کارایی ارتباطات تلفن همراه شده است.
مارتین سیویر و هنری گولدینگ نویسندگان کتاب “شبکههای موبایل: مفاهیم و پروتکل‌ها” شبکههای تلفن همراه را ساختار‌هایی توصیف می‌کنند که این ابزار را قادر می‌سازد با دستگاههای دیگر ارتباط برقرار کند.
بسیاری از مردم تلفن همراه را محصولی جدید و متعلق به دو دهه اخیر می‌دانند؛ در حالی که اولین تلفن همراه در دهه ۱۹۷۳ میلادی توسط مارتین کوپر اختراع شد و به همراه آن مفهوم شبکه موبایل هم ظهور پیدا کرد.
تلفن همراه آقای کوپر با وزنی بالغ بر یک کیلوگرم، تقریباً هیچ شباهت ظاهری با تلفن‌های همراه امروزی ندارد، در حالی که ساختار کلی آنها یکسان است؛ فارغ از نوع تلفن و نسل شبکه آن، یک گوشی موبایل و یک شبکه تلفن همراه، همه چیزی است که برای یک ارتباط تلفنی نیاز دارید.
اولین عضو خانواده شبکههای ارتباطی تلفن همراه نیز تقریباً مصادف با سال‌های ابداع آقای کوپر به وجود آمد؛ شبکه ۱G که تنها توانایی آن در برقراری تماس‌های تلفنی بود.
پس از ابداع شبکه ۱G، رفته رفته تلفن‌های همراه توسعه یافتند و به تبع آن شبکههای موبایل نیز گسترش پیدا کردند. با ظهور شبکههای ارتباطی جدید، امروزه نه تنها برقراری تماس تلفنی، بلکه دسترسی به اینترنت پرسرعت و بسیاری از خدمات دیگر به راحتی امکان‌پذیر است.
در ادامه نسلهای مختلف تلفن همراه را به شما معرفی خواهیم کرد، اما پیش از آن از مفاهیم پایه آغاز می‌کنیم.
در این قسمت می‌خواهیم دو جزء اساسی در شبکههای ارتباطی تلفن همراه، یعنی فرکانس و پهنای باند را به زبان ساده به شما معرفی خواهیم کرد.
اگر می‌خواهید شبکههای تلفن همراه را بشناسید، فرکانس اولین مفهومی است که باید با آن آشنا باشید. فرکانس از دیدگاه علمی به معنای ” تعداد ارتعاشات یک سیگنال بر واحد زمان (ثانیه) است” که با یکای هرتز (HZ) نمایش داده میشود.
احتمالاً تعریف بالا کمی شما را سردرگم کرده است. برای فهم بهتر اجازه دهید مفهوم فرکانس را با یک مثال ساده توضیح دهیم.
فرض کنید شبکه تلفن همراه یک خیابان دو طرفه است که اتومبیل‌های حامل اطلاعات با سرعت یکسان حرکت می‌کنند. حال تلفن همراه خود را نیز یک پارکینگ در انتهای خیابان تصور کنید که این اتومبیل‌ها در هر لحظه به تعداد برابر به آن وارد یا از آن خارج میشوند (به ازای هر اتومبیل که وارد میشود، یکی هم خارج میشود).
در این مثال، تعداد اتومبیل‌های ورودی به پارکینگ را میتوان فرکانس خیابان یا همان شبکه تلفن همراه شما در نظر گرفت (که با اتومبیل‌های خروجی برابرند)؛ پارکینگ یا همان تلفن همراه شما نیز دستگاهی است که این فرکانس را دریافت می‌کند.
بنابراین، هرچه فرکانس “خیابان شبکه” بیشتر باشد، اطلاعات بیشتری در قالب اتومبیل به “پارکینگ تلفن” شما ورود و خروج می‌کنند و سرعت انتقال داده بیشتری خواهید داشت؛ این دقیقا همان مکانیزمی است که در توسعه شبکههای تلفن همراه به دنبال افزایش آن هستیم.لآلی
پهنای باند یکی از مفاهیم بسیار پرتکرار در حوزه شبکههای ارتباطی تلفن همراه است. پهنای باند یعنی “ظرفیت انتقال سیگنال الکتریکی در واحد زمان (ثانیه)” که واحد اصلی آن بیت بر ثانیه (bps) است اما با توسعه شبکههای اینترنت، امروزه عموماً با مگابیت بر ثانیه (Mbps) نمایش داده میشود. هر مگابیت نیز برابر با یک میلیون بیت است.
اگر مفهوم فرکانس را به خوبی درک کرده باشید، برای درک مفهوم پهنای باند کار دشواری نخواهید داشت. در مثال قبل، هرچه عرض خیابان و تعداد باند‌های آن بیشتر باشد، بدین معناست که پهنای باند شبکه قدرتمندتر است. بدیهی است که هرچه پهنای باند بیشتر باشد، حجم انتقال داده شبکه نیز افزایش می‌یابد.
اجزاء تشکیل‌دهنده شبکههای تلفن همراه تنها به فرکانس و پهنای باند محدود نمی‌شوند. مفاهیمی همچون سیستم‌های دسترسی چندگانه و مواردی از این قبیل نیز بخشی از اجزاء یک شبکه تلفن همراه هستند. همچنین اگر به یادگیری مفاهیم پیچیدهتر علاقهمندید، مطالعه کتابMobile Cellular Networks: Concepts Protocols Systems and Operations”” اثر چارلز دیبل را به شما پیشنهاد می‌کنیم.
همانطور که قبلا گفتیم، شبکه ۱G به عنوان اولین نسل شبکه تلفن همراه در دهه ۱۹۸۰ میلادی و اندکی پس از اختراع کوپر، خلق شد. این شبکه تنها از تماس صوتی پیشتیبانی می‌کرد و حتی امکان ارسال پیامک نیز در آن وجود نداشت. البته، تصور نکنید منظور از تماس صوتی، تماس‌هایی است که امروزه با کیفیت بالا و بدون قطعی دریافت می‌کنید؛ تماس گرفتن با شبکه موبایل ۱G تقریباً همیشه با قطع و وصلی همراه بود.
نسل اول شبکه موبایل تنها از فرکانسهای آنالوگ و در بازه ۸۶۰ تا ۹۰۰ مگاهرتز بهره میبرد. البته، فریب این اعداد بزرگ را نخورید؛ در ادامه با مقایسه فرکانس این نسل با نسلهای بعدی متوجه ضعف آن خواهید شد. علاوه بر کیفیت تماس ضعیف، امنیت شبکه نسل اول و طول عمر تلفنهایی که از آن پشتیبانی میکردند نیز بسیار پایین بود.
اگرچه در دهه ۱۹۸۰ اینترنت وجود نداشت، اما به نظر شما حتی اگر خدمات اینترنت در آن زمان ارائه می‌شد، بازهم امکان استفاده از شبکه ۱G برای دانلود و آپلود فایل با سرعت حداکثری ۲.۴ کیلوبایت امکان‌پذیر بود؟!
پس از گذشت یک دهه از ابداع نسل اول شبکههای ارتباطی تلفن همراه، شبکه ۲G با هدف توسعه نسل پیشین خود، پای به عرصه گذاشت. اگرچه پیشرفت شبکه ۲G نسبت به ۱G یک ارتقا و بهبود قابل توجه به شمار نمیرفت، اما نوع توسعه در نسل دوم، آن را به انقلابی در شبکههای تلفن همراه بدل کرد.
شبکه ۲G فرکانس دیجیتال را جایگزین آنالوگ کرد؛ این نوع فرکانس در جدیدترین نسلهای شبکه نیز همچنان استفاده میشود. سیگنال‌های دیجیتالی نسل دوم در بازه ۸۶۰ تا ۱۹۹۰ مگاهرتز ارسال می‌شدند و سرعت آنها نیز نهایتاً ۵۰ کیلوبایت بر ثانیه بود.
شبکه ۲G به لطف سیگنال‌های دیجتالی خود، برای اولین بار امکان انتقال داده کم حجم نظیر SMS و MMS را فراهم کرد. این شبکه برای اولین بار در سال ۱۹۹۱ در کشور فنلاند و با استاندارد GMS به مخاطبان ارائه شد.
اگر بخواهیم ساده توضیح دهیم، هرآنچه از اینترنت، وبگردی و فضای مجازی می‌شناسید را مدیون نسل سوم شبکههای ارتباطی تلفن همراه هستید. شبکه ۳G برای اولین بار توانست استانداردی با حداقل سرعت ۲۰۰ کیلوبیت بر ثانیه را تعریف کند. تمامی خدمات وب گردی در اینترنت، اشتراک‌گذاری و تماشای ویدیو، شبکههای مجازی و … برای اولین بار با سرعت بالای شبکه ۳G امکان‌پذیر شد.
در این نسل از شبکههای ارتباطی تلفن همراه، از فرکانسهای ۱۹۰۰ تا ۲۱۰۰ مگاهرتز استفاده شد. همچنین برخی از استاندارد‌های معروف نظیر UMTS نیز در این نسل معرفی و مورد استفاده قرار گرفت. نسل سوم استاندارد‌های ۳.۵ و ۳.۷۵ را نیز ارائه داد تا بتواند کیفیت شبکه را بهبود بخشد و مسیر دستیابی به نسل چهارم را هموار سازد. البته، چنین استانداردهایی پیشتر برای نسل دوم هم ارائه و نتایج مثبت آن مشاهده شده بود.
نسل چهارم را نمیتوان شبکهای با ویژگیهای منحصر به فرد نسبت به نسل قبلی خود دانست. شبکه ۴G در دهه ۲۰۱۰ میلادی رونمایی شد و هدف اصلی آن بهبود شبکه ۳G بود، نه ایجاد تغییرات ساختاری در آن.
شبکه ۴G توانست سرعت دسترسی به خدمات وب از طریق تلفن همراه را به شکل قابل توجهی افزایش دهد. همچنین بازی آنلاین، ویدیو کنفرانس و تماشای فیلم‌های سه بعدی در فضای وب بدون کاهش سرعت و قطع و وصل شدن، از دیگر مزایای نسل چهارم شبکههای ارتباطی تلفن همراه بود.
Long term evolution (LTE) معروفترین استانداردی بود که برای شبکه ۴G تعریف شد. این استاندارد توانست سرعت اینترنت ثابت نسل چهارم را تا ۱ گیگابایت بر ثانیه رشد دهد. یکی جذابترین ویژگیهای شبکه ۴G، امکان استفاده از آن با تعویض سیمکارت و عدم نیاز به تعویض گوشی همراه است. توسعهدهندگان این نسل امکان دسترسی به اینترنت نسل چهار را برای موبایلهای ۳G نیز فراهم کردند.
نسل پنجم شبکههای ارتباطی تلفن همراه را میتوان انقلابی در سرعت انتقال داده دانست. شبکه ۵G امروزه تنها در تعداد اندکی از کشور‌های توسعه یافته جهان به صورت آزمایشی مورد استفاده قرار گرفته است و همچنان به رشد و توسعه خود ادامه میدهد.
جالب است بدانید حداکثر سرعت در این نسل در حدود ۳۵Gbps است؛ یعنی ۳۵ برابر بیشتر از نسل چهار. فرکانسهای شبکه ۵G مرزهای مگاهرتز را پشت سر گذاشته و به دامنه ۷۱ تا ۸۶ گیگاهرتز (۱گیگاهرتز = ۱۰۰۰ مگاهرتز) رسیده‌اند.
نسل پنجم از شبکه های ارتباطی تلفن همراه برخلاف نسل قبلی خود امکان استفاده در دستگاههای ۴G را ندارد و تنها در موبایلهای ۵G پشتیبانی میشود. بیشک جهانی شدن شبکه ۵G موجب تحول عظیمی در هوشمندسازی شهرها و صنایع خواهد شد.
اگر در رابطه با فناوری‌های مخابراتی و شبکههای ارتباطی به دنبال پاسخ به سوالات خود هستید، پیشنهاد می‌کنیم در “دوره شبکههای ارتباطی و مبانی امنیت اینترنت‌اشیا” که توسط دو متخصص این حوزه برگزار شده است، شرکت کنید.
از جمله اهداف رویداد میتوان به آشنایی با شبکههای ارتباطی در صنعت اینترنت اشیا، معرفی شبکههای موجود، مزیت‌ها و محدودیت‌ها و شناخت پروتکل‌های مهم امنیتی در حوزه اینترنت اشیا اشاره کرد.
برای ثبت‌نام در این رویداد می‌توانید به لینک زیر مراجعه کنید.
آکادمی همراه اول با هدف تربیت، توسعه و توانمندسازی نیروی انسانی در اکوسیستم دیجیتال در تابستان ۹۹ آغاز به کار کرده است. آکادمی به پشتوانه‌ی تجربه‌ی آموزش و توسعه‌ی نیروی انسانی همراه‌اول می‌کوشد نیازهای آموزشی عمومی، تخصصی و شکاف میان تحصیلات آکادمیک و فضای کار را پوشش دهد.
