الاتصالات عبر المايكرويف | المايكرويف
الاتصالات عبر المايكرويف
....................................
تستخدم شبكات الإتصالات عبر المايكرويف في العديد من التطبيقات أشهرها شبكات الهاتف الجوال حيث يتم إستخدام لنكات (links) المايكرويف للربط بين المحطات (الأبراج) الفرعية والرئيسية، كما تستخدمها المؤسسات للربط بين الرئاسة والفروع.
قبل الدخول في تفاصيل لينك المايكرويف دعونا نبدأ بمثال توضيحي يوضح لك كيف يمكننا الإستفادة من هذا النوع من اللينكات. لنفترض أن لديك مؤسسة بها عدة فروع كل فرع يبعد عن الرئاسة عدة كيلومترات، بالتأكيد كل فرع يحتوي على شبكة إيثرنت محلية من النوع (LAN) يجب ربطها بالرئاسة. خيارات الربط كثيرة وليست محصورة على المايكرويف فقط فمثلاً يمكنك إستخدام الفايبر أو الستالايت ولكن ستكون التكلفة عالية جداً عند مقارنتها بالمايكرويف الذي يعتبر أقل ثمناً بكثير من الخيارات الأخرى.
ومن هنا يمكننا البدء في طرح الأسئلة التي سنجاوب عليها في هذا المقال خطوة بخطوه
* ما هو مجال الترددات الذي تعمل به إشارات المايكرويف؟
* ما هي المسافة القصوى التي يمكن للينك المايكرويف أن يعبرها؟
* ما هي العلاقة بين المسافة وقُطر الأنتينا؟
* ما هي العلاقة بين المسافة والتردد؟
* ما هي العوائق التي قد تواجه لينك المايكرويف؟
* ما هي السعات (capacities in Mbps) التي يمكن للينك المايكرويف أن يقدمها؟
* ما هي الأجهزة التي يتكون منها لينك المايكرويف؟
* كيف يمكن إستخدام لينك المايكرويف للربط بين أجهزة الشبكات الأخرى كالراوترات والسويتشات؟
* كيف وأين يُستخدم لينك المايكرويف في شبكات الهاتف الجوال؟
* ما هي برامج المحاكاة المستخدمة لتصميم لينكات المايكرويف؟
* ما هي الشركات المقدمة للينكات المايكرويف؟
* ما هي المحاسن والمساوئ؟
ترددات المايكرويف
الطيف الترددي العامل بين 300MHz و 300GHz يسمى مجملاً بالمايكرويف. في هذا الطيف الترددي الترددات الأكثر إستخداماً في لينكات المايكرويف هي 6، 7، 10، 15، 23 (جيجاهيرتز GHz) .
المسافة
ترتبط المسافة التي يعمل فيها اللينك ارتباطا مباشراً بالتردد فكلما قل التردد زادت المسافة التي يعمل فيها اللينك والعكس صحيح أي كلما زاد التردد تكون المسافة أقصر. الجدول التالي يوضح العلاقة بين التردد والمسافة التقريبية التي يمكن أن يعمل فيها اللينك.
التردد المسافة القصوى (بالكيلومتر)
50 6 GHZ
50 7 GHZ
20 10 GHZ
15 15 GHZ
3 23 GHZ
بالرغم من أن التردد يعتبر العامل الأساسي في مسافة اللينك إلا أن قُطر الأنتينا و الـ power المستخدمة للإرسال يلعبان دوراً هاماً أيضا في مسافة اللينك.
أنواع وأقطار الأنتينا
تختلف الأنتينا وقُطرها بإختلاف التردد المستخدم فهناك علاقة طردية بين قُطر الأنتينا والتردد المستخدم، فكلما زاد التردد قل قُطر الأنتينا وكلما قل التردد زاد قُطر الأنتينا. فعند تصميم لينك بتردد 7 GHz سيتم إستخدام أنتينا بقطر 1.2 m وعند تصميم لينك آخر بلتردد 23 GHz سيتم إستخدام أنتينا بقطر 0.3 m فقط. من العوامل الأخرى التي قد تختلف من نوع أنتينا إلى نوع آخر هي كسب الأنتينا (Antenna Gain)، كل نوع أنتينا يتميز بكسب مختلف يسمح بتكبير الإشارة حسب مقدار الـ Gain الموجود بالأنتينا.
العوائق التي قد تواجه لينك المايكرويف
لينك المايكرويف يتأثر بالكثير من العوائق وهذه واحدة من المساوئ، في النقاط التالية سيتم ذكر المشكلات التي قد تواجه اللينك.
وجود Line of Sight، وبمعنى آخر عدم وجود عائق مادي (مثل الأبنية والأشجار) بين اللينكات
الأمطار
التغيُر في درجات الحرارة
تداخل الإشارة مع إشارات أخرى تعمل بنفس التردد (interference)
السعات: (capacities in Mbps)
تعتمد السعة على عاملين أساسين وهما الباندويز (Bandwidth) والموديوليشن (Modulation)، فكلما زاد الباند زادت السعة وكلما زاد الموديوليشن زاد السعة كذلك. ولكن تخضع الزيادة بالباندويز والموديوليشن لاعتبارات عدة، فالزيادة في الباندويز تعني أنّ مجال التردد الذي يعمل به اللينك أصبح عريضاً وبالتالي سيكون اللينك أكثر عرضة للتداخل مع إشارات أخرى تأتي من لينكات أخرى، وبالمثل تماما الزيادة في الموديوليشن تجعل اللينك يصبح أكثر تأثراً بالأجواء والأمطار.
الجدول التالي يوضح الباندويز الأكثر إستخداماً. قمنا بإختيار الموديليشن 256 QAM وطبقناه على كل باندويدز، لاحظ كيف تتغير السعة بتغيير الباندودز.
الباندودز (MHz) الموديليشن السعة (Mbps)
40 QAM 256 7
90 QAM 256 14
190 QAM 256 28
400 QQM 256 56
في الجدول التالي سنقوم بتثبيت الباندودز ولنأخد مثلاً الباندودز 28 MHz ثم سنقوم بتغيير الموديوليشن. لاحظ كيف ستتغير السعة بتغيير الموديليشن فقط
الباندودز (MHz) الموديليشن السعة (Mbps)
20 QPSK 28
40 QAM 16 28
110 QAM 32 28
140 QAM 64 28
170 QMA 128 28
190 QMA 256 28
210 QMA 512 28
250 QMA 1024 28
290 QMA 2048 28
320 QMA4096 28
تطبيق الموديليشن على الباندودز يعطينا سعة محددة، هذه السعة تختلف من مُصنّع (vendor) إلى آخر.
الأجهزة التي يتكون منها لينك المايكرويف
مبدئياً ينقسم لينك المايكرويف إلى وحدتين، وحدة خارجية (Out Door Unit – ODU) تتواجد بقرب الأنتينا ووحدة داخلية (Indoor Unit – IDU) تتواجد أسفل البرج (داخل الشيلتر). التوصيل بين IDU و ODU يتم عن طريق كيبل IF.
الوحدة الداخلية IDU
تتكون من مجموعة أساسية من البوردات (Boards) وهي:
بورد وحدة المعالجة المركزية CPU وهي الكمبيوتر الأساسي الذي يتحكم بالوحدة الداخلية
بورد الـ Modem وهو مسؤول عن عملية الموديوليشن وضبط التردد على وحدة الـ ODU والتوصيل بين IDU و ODU. كما تقوم بتحويل الإشارة إلى أشارة IF – Intermediate frequency لنقلها إلى الـ ODU.
بورد الإيثرنت يتواجد به سويتش إيثرنت و بورتات إيثرنت تسمح بتوصيل الأجهزة الخارجية مثل الراوترات مع الـ IDU
الوحدة الخارجية ODU
مسؤولة عن تحويل إشارة الـ IF – intermediate frequency القادمة من الـ IDU إلى إشارة RF – radio frequency والتي يتم إرسالها إلى الأنتينا عبر waveguide متصل بين الأنتينا والـ ODU. إشارة الـ RF ستعمل بالترددات التي تم ذكرها مسبقاً مثل 7 GHz و 23 GHz.
إستخدام لينك المايكرويف للربط بين أجهزة الشبكات المختلفة
كما تحدثنا مسبقاً واحدة من إستخدامات لينك المايكرويف هي الربط بين الأجهزة الموجودة في مواقع متباعدة ، في المثال السابق كان لدينا راوتر موجود بالرئاسة وراوتر آخر موجود بالفرع. إذا كان الراوترين موجودين بالقرب من بعضهما بالتأكيد ستقوم بتوصيل كيبل إيثرنت بينهما، أما الآن سنقوم بتوصيل كيبل بين الراوتر الموجود بالرئاسة مع بورت إيثرنت موجود بالوحدة الداخلية للمايكرويف (IDU) وهنا نوضح أن الوحدة الداخلية للمايكرويف تقوم بعمل الكثير من المهام من ضمنها أنها تعمل كسويتش (L2 Switch) يحتوي على عدد من بورتات الإيثرنت وبالتالي سنقوم بعمل الضبط اللازم للسويتش الموجود بلينك المايكرويف ليتوافق مع الراوتر الموجود بالبنك. من الناحية الأخرى أي بالفرغ سنقوم بعمل نفس التوصيلات التي قمنا بها بالرئاسة حيث سنقوم بتوصيل كيبل إيثرنت بين راوتر الفرع والوحدة الداخلية للمايكرويف وسنقوم بعمل الضبط اللازم للسويتش الموجود بالوحدة الداخلية للمايكرويف ليتوائم مع راوتر الفرع.
للتبسيط أكثر شاهد الصوره المرفقه باالاسفل رقم(3 ). إعتبر أن الـ MW-IDU هو عبارة عن L2 Switch به بورتين الأول متصل مع الراوتر والثاني متصل مع اللينك نفسه وبالتالي يمكنك إعتبار لينك المايكرويف كأنما هو كيبل إيثرنت يربط بين سويتشين. وكما هو الحال في سويتشات الإيثرنت سنقوم بضبط VLAN محددة مثلاً 100 في جميع البورتات الموجودة بالمسار من الرئاسة إلى الفرع
في الرئاسة إذا كان البورت الموجود بالراوتر يرسل فريم بدون VLAN tag سنقوم عندها بضبط البورت الموجود بالـ MW-IDU ليعمل كـ Access port مع VLAN 100 أما البورت المرتبط مع اللينك سنقوم بضبطه كـ Trunk port ليحمل أكثر من VLAN بإفتراض أن IDU قد يتم توصيله مع أجهزة أخرى غير الراوتر وعندها سيقوم اللينك بربط أكثر من شبكة بين الرئاسة والفرع ونستيطع التمييز بينهم بإستخدام الـ VLAN. في الفرع سنقوم بنفس الضبط الذي قمنا به بالرئاسة.
إستخدام المايكرويف في شبكات الهاتف الجوال
يعتبر إستخدام لينكات المايكرويف في شبكات الهاتف الجوال شائع جداً حيث يستخدم لتوصيل الأبراج والأجهزة التي بها مع المحطات الرئيسية. لن يسعنا المجال هنا لذكر كل التفاصيل الموجودة في شبكات الهاتف الجوال فهذا يحتاج لمقال تفصيلي متخصص ولكن سنقوم بإيضاح الفكرة بإستخدام المحطات الموجودة بالجيل الثالث 3G.
إن كل برج يدعم تشغيل شبكات الجيل الثالث 3G يتكون من أجهزة راديو تبث للمستخدم إشارات بتردد محدد ليستقبلها على هاتفه الجوال. هذه الأجهزة بالتأكيد لاتعمل منفردة بل هي على إتصال مع أجهزة أخرى تقوم بعمليات جلب وإرسال البيانات من وإلى البرج كذلك تقوم بالتحكم في تنقل المستخدمين من برج إلى آخر دون إنقطاغ البيانات أو المكالمات عن طريق الـ (Handover).
الأجهزة المتواجدة بالبرج التي تدعم الـ 3G تسمى بالـ NodeB والجهاز المركزي الذي يتحكم بهذه الأجهزة يسمى بالـ RNC. إذاً في كل منطقة جغرافية محددة سيكون لدينا RNC واحدة ومجموعة كبيرة من الـ NodeBs والتي يجب أن تتحدث مع الـ RNC بطريقة ما. سنقوم بإستخدام لينكات المايكرويف للربط بين الـ NodeBs والـ RNC كما هو موضح بالشكل التالي.
في هذا الشكل لدينا أربعة أبراج لتقديم خدمة الـ 3G جميع هذه الأبراج يجب أن تتخاطب مع الـ RNC التي تعمل كمتحكم أساسي لخدمة الـ 3G الموجودة بهذه الأبراج. ومن الشكل نلاحظ أن البرج A لديه لينك مباشر مع الـ RNC بينما الأبراج B D ليست لديها لينكات مباشرة للـ RNC بل يجب أن تمر عبر البرج A للوصول للـ RNC أما البرج C فيجب عليه المرور أولاً عبر B أو D ثم عبر A للوصول إلى الـ RNC. بهذه الطريقة يمكننا تصميم شبكات ربط أبراج الهاتف الجوال عبر المايكرويف.
في هذا التصميم يمكننا أن نلاحظ وجود حلقة RING بين الأبراج A B C D ، هذه الحلقة توفر مسارات إضافية (Redundancy) في حالة حدوث مشكلة في أحد اللينكات بين A و B أو A و D. اللينك بين A و الـ RNC يسمى بلينك التجميع (Aggregation) وذلك بسبب مرور ترافيك أكثر من برج عبره، لذلك السعة اللازمة لهذا اللينك يجب أن تكون كافية لتخدم جميع الأبراج وهذه واحدة من مشاكل لينكات المايكرويف فأحيانا يفشل اللينك في توفير السعة اللازمة لجميع الأبراج التي تعتمد عليه وفي هذه الحالة لابد من استبدال هذا اللينك بفايبر.
برامج المحاكاة المستخدمة لتصميم لينكات المايكرويف
يوجد العديد من البرامج التي تستخدم لتصميم لينكات المايكرويف ولكن أفضل البرامج المستخدمة في هذا المجال هي:
Pathloss 5
Atoll Microwave
الشركات المقدمة للينكات المايكرويف (Vendors)
يوجد العديد من الشركات التي تقوم بتصنيع وتقديم لينكات المايكرويف سنذكر هنا بعض الشركات دون ترتيب أو مقارنة
ZTE
هواوي
إريكسون
نوكيا
المحاسن والمساوئ
نبدأ اولآ بالمحاسن
رخيصة الثمن عند مقارنتها مع الفايبر والستالايت
يمكن تركيبها بسرعة وبالتالي يمكن عمل شبكة كاملة من لينكات المايكرويف في زمن قياسي
توفر سعات جيدة (Capacities) عند وجودها في أطراف الشبكة
من الناحية الأخرى تعتبر مساؤها هي
التأثر بحالة الطقس كالأمطار والغبار ودرجات الحرارة العالية
لها مسافة محدودة لاتتعدى الـ 50 كيلو متراً
سعاتها محدودة في النقاط التي تتجمع فيها العديد من اللينكات (Aggregation point)
قد تتعرض للتشويش بسبب تداخل الإشارات ذات التردد الواحد (Interference)
يُشترط وجود Line of sight وبالتالي بناء أي مبنى جديد قد يعيق اللينك
تعليقات
إرسال تعليق