شبكات النقال وشبكات الأقمار الصناعية | الوحدة الثانية | الدرس الثاني

شبكات النقال وشبكات الأقمار الصناعية هو عنوان الدرس الثاني من الوحدة الثانية التي تحمل اسم “الشبكات” في الفصل الدراسي الثالث من مقرر “تقنية رقمية 1 – 3”.

ستتعرف في هذا الموضوع على كيفية تطور شبكات المحمول والأقمار الصناعية في العقود الماضية وكيف تحسنت وأثرت على حياتنا اليومية. وتعريفهم بأهمية وجود قوانين حماية الخصوصية واتّباعها عند الاتّصال بالإنترنت.

قم بقراءة نواتج التعلُّم بعناية، ثم أعد قراءتها وتأكَّد من تحصيل كافة محتوياتها بعد انتهائك من دراسة الموضوع.

نواتج التعلُّم

• معرفة مفهوم شبكة النقّال ومما تتكوَّن.
• معرفة أجيال شبكات النقّال وتتبع تطوراتها.
• معرفة مفهوم الأقمار الصناعية وأهميتها.
• معرفة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وبعض استخداماته.
• معرفة ماهية تقنية التعقُّب الإلكتروني، وقوانين الخصوصية.

هيا لنبدأ!

مقدمة – شبكات النقال وشبكات الأقمار الصناعية

ابتكر الإنسان العديد من الأجهزة والتقنيات التي يستخدمها في حياته اليومية، وتوفِّر له وسائل الراحة المتطورة، وتُسهِم في تحسين الاتّصالات والنقل حول العالم.

ستتعرَّف في هذا الموضوع على شبكات النقَّال وتطورها واستخدامها في الحياة اليومية.

كما ستتعرَّف على شبكات الأقمار الصناعية وتأثيرها على الحياة اليومية، كذلك ستتعرَّف على نظام تحديد المواقع العالمي (Global Position System – GPS) والطرق المختلفة لاستخدامه.

وسترى كذلك ضرورة إنشاء قوانين حماية الخصوصية لضمان استخدام التقنيات الحديثة بطريقة سليمة.

لمعرفة المزيد من المعلومات عن تقنيات الهواتف النقَّالة، قم بالاطّلاع على الرابط التالي:

تقانة الهاتف المحمول – ويكيبيديا

شبكات النقّال

بعد التطور التقني الذي أدى إلى الاستخدام الواسع للهواتف الثابتة في الاتصالات اليومية، استمرت التقنية في التطور وساهمت في انتشار الهواتف النقَّالة.

تَستخدِم الهواتف النقَّالة شبكات النقَّال التي تدعم وظائفها.

تعريف هام

شبكة النقَّال

هي شبكة خلوية تتكوَّن من محطات مركزية (هوائيات) وهواتف نقَّالة ومراكز تحويل رقميَّة.

المحطة المركزية (Base Stations)

توفِّر الاتّصال بين الأجهزة النقَّالة وشبكة الهواتف العامة. وتتكوَّن من:

• هوائيات الميكروويف.
• برج الإرسال.
• محطة التجهيزات.

كل برج يغطي منطقة جغرافية محدَّدة تسمى خلية؛ لذلك تسمى الشبكة الخلوية. ويتم تصميم هذه الخلايا بحيث تضمن بقاء المُستخدِم ضمن نطاق المحطة، وتجد أن وجود عوائق مثل الأشجار والجبال والمباني وعدد المشتركين تحدِّد حجم ومدى تغطية كل خلية.

لكل محطة مركزية حد أقصى للنطاق الترددي (Frequency range) المتاح للإنترنت واستخدام البيانات، ويقوم مزودو الخدمة (Service Provider) بزيادة النطاق الترددي للاستجابة إلى تزايد المشتركين.

أجيال شبكات النقّال

الجيل الأول (1G)

• ظهر الجيل الأول من تقنيات الهاتف اللاسلكي والاتّصالات المتنقلة في ثمانينات القرن الماضي وشاع استخدامها في أوائل التسعينات.
• ظهر الاختلاف الرئيس بين الأنظمة التي كانت موجودة سابقًا وتقنية الجيل الأول في اختراع التقنية الخلوية.
• اعتمد الجيل الأول على ما يسمى بمعيار نظام الهاتف النقَّال التناظري (AMPS).
• تم استخدام معايير مختلفة من الجيل الأول في جميع أنحاء العالم؛ مما أدى إلى ظهور نظام اتّصالات يسمح بالمكالمات الصوتية بين المشتركين داخل نفس البلد فقط.
• يقدِم سرعة بيانات (صوتية) بمعدل نقل يصل إلى 24 كيلوبت في الثانية.
• لم تعُد هذه التقنية التناظرية مستخدَمة حاليًا وتم استبدالها بمعايير رقميَّة جديدة.

الجيل الثاني (2G)

• جاءت شبكات نقَّال الجيل الثاني لتحل محل الجيل الأول.
• تم تطوير معيار رقمي جديد وهو النظام العالمي للاتّصالات المتنقلة (GSM) في فنلندا عام 1991.
• تم تمكين العديد من الخدمات بواسطة التقنية الرقميَّة المُستخدَمة هذه مثل الرسالة النصية القصيرة (SMS) ورسائل الوسائط المتعدِّدة (MMS) والرسائل المصورة.
• تميزت تقنية الجيل الثاني بوجود عملية تشفير البيانات التي ساهمت بشكل كبير في خصوصية البيانات.
• وصل معدل نقل البيانات إلى 64 كيلوبت في الثانية.
• تكمن المشكلة في شبكات الجيل الثاني في الحاجة إلى وجود إشارات رقمية قوية لتعمل الهواتف النقَّالة بشكل صحيح.
• ومن ناحية أخرى فإن الإشارة الرقمية كانت تستخدِم طاقة أقل من الإشارات التناظرية؛ مما ساهم في منح بطاريات الهواتف النقَّالة فترة عمل أطول.

الجيل الثالث (3G)

• جاءت شبكات الهاتف النقَّال من الجيل الثالث تطويرًا للأجيال السابقة.
• ظهرت مجموعة من المعايير الجديدة مثل نظام خدمة الاتّصالات المتنقلة العالمية (UMTS)، وتقنية الوصول المتعدِّد المشفر (CDMA2000) والتي تم تطويرها من أنظمة GSM وGPRS وEDGE.
• تدمج تقنية الجيل الثالث بين ميزات الجيل الثاني مع بعض التقنيات والبروتوكولات الجديدة، وتمكنت من تقديم وصول عالي السرعة إلى البيانات وخدمات صوتية متنوعة.
• ازدادت سرعة نقل البيانات لتصل إلى 2 ميجابت في الثانية كحد أقصى.
• تم إضافة ميزات جديدة كإمكانية الوصول إلى الإنترنت عبر الهاتف النقَّال ومكالمات الفيديو والتلفزة النقَّالة.

الجيل الرابع (4G)

• كانت تقنية الجيل الرابع بمثابة المرحلة المفصلية التالية في تطور الخدمات الخلوية اللاسلكية.
• توفِّر خدمات الجيل الرابع سرعات أعلى من الجيل الثالث نظرًا لانخفاض زمن الوصول؛ مما يمكِّن مستخدِمي شبكة الجيل الرابع من الاستمتاع بالسرعة الفائقة للبيانات.
• قد تصل سرعة نقل البيانات إلى 1 جيجابت في الثانية وذلك دون انقطاع، وكذلك تقديم جودة صوت عالية في المكالمات الهاتفية.
• يمكِن للسرعة التي توفِّرها هذه التقنية تحويل الهاتف الذكي إلى جهاز حاسب، ويمكِن أن تكون مفيدة بشكل خاص في المناطق التي لا تتوافر بها اتّصالات واسعة النطاق.

دمج (تجسير) الشبكات (Bride mode)

يمكِن من خلال تقنية الجيل الرابع دمج البنية التحتية للشبكة الحالية مع التقنية اللاسلكية وتوفير اتّصال عالي السرعة في المناطق التي يكون فيها اتّصال النطاق العريض بطيئًا، حيث يمكِن استخدام أجهزة توجيه الجيل الرابع كبوابة للوصول إلى الإنترنت، كما يمكِن استخدامه كاتّصال احتياطي في حالة فشل اتّصال النطاق العريض الأساسي.

الجيل الخامس (5G)

هي أحدث جيل من شبكات النقَّال.

أصبحت اتّصالات الهاتف النقَّال الآن أسرع وأكثر فعالية حيث ازداد عدد الأجهزة المتصلة بالإنترنت بشكل كبير.

يستخدِم الجيل الخامس نوعًا جديدًا من شبكات الهاتف النقَّال بتصميمات مختلفة للهوائيات.

تم إنشاء هذه التقنية بناءً على 3 ركائز: سرعات أعلى، شبكة واسعة، وزمن وصول أقل.

يمكِم للشبكات الجديدة نقل البيانات بسرعة كبيرة (بسرعات قصوى تصل إلى 10 أو 20 جيجابت في الثانية) لعدة مستخدِمين وبدقة عالية وتأخير زمني قليل.

ستغيِّر هذه التقنية من عالمنا بشكل جذري وستتيح المجال لتمكين وتوسيع انتشار التقنية التي تشكِّل إنترنت الأشياء مثل تقنية السيارات ذاتية القيادة ونظارات الواقع الافتراضي والأنظمة الآلية والأنظمة الذكية الأخرى.

أصبحت شبكات الجيل الخامس (5G) وخدماتها متاحة في الكثير من دول العالم، وقد بدأت بعض شركات التقنية ومختبرات الأبحاث تختبر نماذج الجيل السادس، فمسلسل الابتكار لا يتوقف.

بإمكانك مراجعة محتوى موضوع “شبكات النقال وشبكات الأقمار الصناعية” من بدايته وحتى نهاية هذا القسم، من خلال الرابط التالي:

الأقمار الصناعية

يمكِن تقسيم الأقمار إلى قسمين، أقمار طبيعية وأخرى صناعية.

القمر الطبيعي لكوكب الأرض هو القمر الذي تراه في السماء، أما القمر الصناعي (Satellite) فهو آلة من صنع الإنسان يتم إطلاقها في الفضاء لتدور في الفضاء الخارجي حول الأرض أو الكواكب الأخرى بمدار محدَّد.

شبكات الأقمار الصناعية

يتم استخدام شبكات الأقمار الصناعية أقمارها الصناعية في وظائف الاتّصالات.

وتتميز عن الشبكات الأرضية بأنها تغطي مسافات أكبر، ولديها عرض نطاق ترددي مشترك مختلف تمامًا، وتصميم الشبكة، وإعدادها، وتشغيلها، فضلًا عن تكاليف التشغيل والتطبيقات التي تدعمها.

وأهم وظيفة لشبكات الأقمار الصناعية هي توسيع إمكانية الوصول إلى تطبيقات الاتّصالات الهاتفية والتلفزيون والوصول السريع إلى الإنترنت في الأماكن التي من الصعب فيها تركيب شبكات الكابلات ودعمها.

يمكِن لهذه الشبكات أيضًا تقديم هذه الخدمات للسفن والطائرات والمركبات والأماكن التي تتجاوز قدرات الشبكات الأرضية.

تلعب الأقمار الصناعية دورًا كبيرًا في مراقبة الفضاء والأرض والأرصاد الجوية، كما أنها مفيدة جدًا في تطبيقات الاتّصالات العسكرية، وفي أنظمة تحديد المواقع (GPS)، وفي خدمات الاتّصالات والشبكات المتنقلة وخدمات البث الإذاعية.

لاحظ أن

توجد 3 فئات من المدارات حول الأرض:

• مدار أرضي مرتفع أو مدار ثابت بالنسبة إلى الأرض (GEO).
• مدار أرضي متوسط (MEO).
• مدار أرضي منخفض (LEO).

معلومة

وفقًا لمقياس الأجسام الموجودة في الفضاء الخارجي الذي يحتفظ به مكتب الأمم المتحدة لشؤون الفضاء الخارجي (UNOOSA)، فإنه في إبريل 2021 يوجد 7.389 قمرًا صناعيًا يدور حول كوكب الأرض.

الوصول إلى الإنترنت عبر الأقمار الصناعية

يستهدف الإنترنت عبر الأقمار الصناعية الأشخاص الذين لا يستطيعون الوصول إلى نظام مزود الخدمة على الأرض، حيث يمكِّنهم من الاتّصال بالإنترنت عبر الأقمار الصناعية، ويحتاج ذلك إلى وجود طبق الأقمار الصناعية على الأرض ووجود اتّصال مستمر بالقمر الصناعي.

يكون هذا النوع من الاتّصالات أكثر تكلفة من الاتّصال الأرضي وأبطأ في بعض الأحيان.

توجد سمة مهمة أخرى في هذا الاتّصال وهي فترة الانتظار (Latency)، حيث يعدُّ الانتظار مصطلحًا شائع الاستخدام في عالم الأقمار الصناعية ويشير إلى المدة التي تستغرقها المعلومات في إجراء رحلة ذهاب وإياب عبر اتّصال القمر الصناعي.

لمعرفة المزيد من المعلومات عن الأقمار الصناعية، قم بالاطّلاع على الرابط التالي:

قمر اصطناعي – ويكيبيديا

نظام تحديد المواقع العالمي

نظام تحديد المواقع العالمي (Global Positioning System – GPS) هو نظام للملاحة عبر الأقمار الصناعية تم تطويره من قِبل وزارة الدفاع الأمريكية في السبعينات من القرن الماضي، وقد خصص في بداياته للأغراض العسكرية، ثم تم السماح به للاستخدام المدني في الثمانينات.

يمكِن أن يدعم نظام تحديد المواقع العالمي القدرة على تحديد المواقع بدقة على مدار 24 ساعة في اليوم من أي مكان في العالم.

تتكوَّن شبكة نظام تحديد المواقع (GPS) من حوالي 30 قمرًا صناعيًا تدور حول الأرض مرتين في اليوم.

تم تصميم مدارات الأقمار ليكون 6 أقمار صناعية في مجال رؤية معظم الأماكن على الأرض. تبث الأقمار الصناعية الخاصة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إشارات راديو لاسلكية بموقعها وحالتها ووقتها الدقيق من الساعات الذرية الموجودة على متنها.

يستقبل جهاز (GPS) إشارات الراديو ويستخدمها لحساب المسافة بينه وبين كل قمر صناعي في مجال رؤيته. بمجرد أن يحدِّد جهاز (GPS) المسافة بينه وبين 4 أقمار صناعية على الأقل، يمكِنه استخدام الحسابات الهندسية لتحديد موقعه على الأرض بثلاثة أبعاد، وللتصوير ثنائي الأبعاد يجب توافر 3 أقمار صناعية على الأقل. تسمى العملية المُستخدَمة لتحديد الموضع بالتثبيت المساحي وهي طريقة رياضية لقياس المسافات.

تقنية التعقُّب باستخدام GPS

نظام تحديد المواقع العالمي GPS هو طريقة لتحديد موقع شيء ما بدقة.

تم تضمين هذا النظام في العديد من الأجهزة كالهواتف النقالة والمركبات، ومن أمثلة استخدامه تحديد مواقع المركبات للشركات المالكة لها، ومعرفة مسارات سيرها عبر الدولة أو عبر العالم، وتتبُّع البشر مثل الأطفال أو كبار السن، أو دراسة ومراقبة الحيوانات، ولكن يتوجب أن يحمل الشخص أو الشيء المراد تعقبه جهاز التعقُّب.

يوجد تصنيفان لأجهزة التعقُّب:

• الأجهزة النشطة.
• الأجهزة غير النشطة.

إن أجهزة التعقُّب غير النشطة يتم استخدامها لقياس المسافات أثناء التزلج، أو العدو، أو ركوب الدراجة.

وعلى الجانب الآخر فإن أجهزة التعقُّب النشطة يتم استخدامها لأغراض الأمان والحماية، حيث يمكِن استخدامها لمراقبة الأشخاص كبار السن الذين يعانون من الأمراض، مثل: الزهايمر، أو الضياع، أو الأطفال الذين قد يتعرضون للضياع أو الخطف، أو للعثور على الأشياء الضائعة أو المسروقة مثل (الحقائب، السيارات، أجهزة الحاسب المحمولة، الهواتف النقالة)، كما يمكِن استخدام هذه الأجهزة لتعقُّب الحيوانات الأليفة وحتى لمراقبة الحيوانات البرية وإجراء الأبحاث والدراسات عليها، أو لأغراض التسلية عند ممارسة الألعاب التي تعتمد على الأماكن.

معلومة

بالإضافة إلى نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، توجد أنظمة أخرى مستخدَمة حاليًا أو قيد التطوير. فهناك أيضًا نظام بيدو (BeiDou) للملاحة عبر الأقمار الصناعية في الهند، ونظام نافيك (NAVIC) الهندي، ونظام الأقمار الصناعية الياباني كوازي زينيث (Quasi-Zenith).

نظام تحديد المواقع غاليلو (Galileo)

قام الاتحاد الأوروبي من خلال وكالة الفضاء الأوروبية تطوير نظام تحديد المواقع الجغرافي الجديد غاليلو للأغراض المدنية على وجه الخصوص. تم اشتقاق هذا النظام من اسم عالم الفلك الإيطالي غاليليو غاليلي.

ووفقًا لوكالة الفضاء الأوروبية، فإن نظام غاليليو المنتشر بأكمله سيتألف من 24 قمرًا فاعلًا بالإضافة إلى 6 أقمار صناعية احتياطية في مدار الأرض، يتم وضع 3 مدارات أرضية متوسطة (MEO) وعلى ارتفاع 2322 كم فوق الأرض.

يتم استخدام مركزين للعمليات الأرضية لهذا النظام، أحدهما في ألمانيا والآخر في إيطاليا، وذلك للتحكُّم في هذه الأقمار الصناعية.

يهدُف نظام غاليلو إلى تمكين المُستخدِمين الأوروبيين من الاستقلال عن أنظمة الملاحة الأخرى مثل أنظمة (GPS) الأمريكي أو (GLONASS) الروسي.

يتم استخدام النظام بكثرة في عمليات البحث والإنقاذ. يتم تجهيز الأقمار الصناعية بجهاز إرسال واستقبال يقوم بتعقُّب إشارات الاستغاثة من منارات الطوارئ إلى مركز تنسيق عمليات الإنقاذ، والذي يبدأ بعد ذلك عملية الإنقاذ.

يوفِّر هذا النظام الجديد إمكانية تحديد الموقع في حدود متر واحد في ظل أفضل الظروف الممكنة، وتتوفر أغلب خدماته بشكل مجاني، وستشمل غالبية الأجيال الجديدة من الهواتف النقَّالة دعمًا لنظام غاليلو في أنظمتها.

التعقُّب (التتبُّع) الإلكتروني

لقد تطورت صناعة التعقُّب الإلكتروني بشكل مثير ومخيف في ذات الوقت.

من الطبيعي ألا يرغب أي شخص في أن يتم تعقُّبه أو مراقبة بياناته كالمواقع الإلكترونية التي قام بزيارتها أو رسائل البريد الإلكتروني أو أجهزته الخاصة الأخرى.

يقوم مطورو متصفحات المواقع الإلكترونية بملاحقة بعض أساليب مراقبة البيانات المخادعة، وكذلك تضع بعض الحكومات سياسات صارمة ضد التعقُّب الإلكتروني.

تتضمن المعلومات الرئيسة التي تجمعها خدمات التعقُّب ما يُطلق عليه “بيانات الضغط بالفأرة”، والخاصة بجمع المعلومات المتعلِّقة بعادات وأنماط تصفُّح الإنترنت وما يضغط عليه المُستخدِم والبيانات الأساسية التي يقوم بجمعها.

لاحظ أن

لقد أصبحت الكاميرات أصغر حجمًا؛ مما يتيح إخفاؤها بشكلٍ سهل في الوقت الحاضر، كما يمتلك الناس الكاميرات في هواتفهم النقّالة ومؤخرًا في النظارات؛ مما يترتب عليه إمكانية ظهور صورة أو مقطع فيديو لك على الإنترنت بدون علمك.

قوانين الخصوصية

في المملكة العربية السعودية، وضعت هيئة الاتّصالات وتقنية المعلومات لوائح للخصوصية وحماية البيانات تهدُف إلى حماية البيانات الشخصية ومساعدة مقدمي الخدمات على التعامل مع البيانات.

من الأمثلة على قوانين حماية الخصوصية، لائحة حماية البيانات الشخصية في المملكة العربية السعودية.

بإمكانك مراجعة محتوى موضوع “شبكات النقال وشبكات الأقمار الصناعية” بدايةً من عنوان “الأقمار الصناعية” وحتى نهاية الموضوع، من خلال الرابط التالي:

اختبر تحصيلك لمحتوى الموضوع من خلال الرابط التالي:

الواجب الإلكتروني

إلى هنا يكون قد انتهى موضوع “شبكات النقال وشبكات الأقمار الصناعية” لا تنسوا مراجعة نواتج التعلُّم أعلى المقال، وانتظرونا في الموضوع القادم!

روابط هامة

مقررات الفصل الدراسي الثالث