���تراسل البيانات��Data Communication�

أ. د. حاتم النجدي

الجامعة السورية الخاصة

24/4/2020

​

​

1

2

1. Introduction and Historical Overview
2. Data Communication Basic Model and Techniques:

Data definition, Communications types and communication lines, Sensors, Frequency and time responses (Fourier Transform), Channel Characteristics, Modulation Techniques (AM, PM, FM), Signal Digitization (Sampling & Quantization), Noise and Distortion in Communication channel, Signal to Noise Ratio, db Definition, Channel Capacity, Intersymbol Interference, Data Transmission Techniques (ASK, PSK, FSK), Synchronous and Asynchronous transmission, Electrical Data Representation (NRTZ, RTZ, Manchester, Differential), Data Transfer Direction Techniques, Interfaces (RS232, USB), Comparison of Analog and Digital Communication, Multiplexing Techniques (FDM, TDM, CDMA).

​

3

3. Structure of Data Networks

Definitions, Network Topologies (Fully connected, Star, Ring, Bus ..), Network Performance (Reliability, Delay), Protocol Concept, Network Layered architecture (ISO-OSI Model).

4. Network Layer

Switching Techniques (Circuit, Packets & Data Grams, Virtual Circuit), Routing Algorithms in Packet Switching.

5. Data Link Layer

Protocol Concepts and Basic Design Principles, Error Control.

6. Broadcast Networks

Carrier Sense Protocols, ALOHA protocol.

قديما، استُعملت إشارات الأيدي والأعلام والرايات والدخان لنقل رسائل بين أماكن توجد بينها خطوط نظر. في عام 1794، ابتكر كلود شاب منظومة التراسل بالإشارات المرئية بالعين المجردة اعتمادا على وجود خط نظر بين المتراسلين. وكانت تلك أول منظومة اتصال في العصر الصناعي. بنى كلود شاب أبراجا تفصل بينها مسافات تساوي 12-25 كيلو متر. ووضع على كل برج ذراعين تصل بينهما ذراع ثالثة. وكان من الممكن لكل ذراع جانبية أن تتخذ سبع وضعيات، وللذراع العرضانية أن تتخذ أربع وضعيات. وبذلك أمكن للأذرع الثلاث أن تتخذ 196 وضعية يمكنها التعبير عن 196 رسالة أو حرفا مختلفا. ووضع في كل برج تلسكوبا.

​

​

​

4

5

في عام 1500، أثبت ليناردو دافشنشي أن الصوت يتألف من اهتزازات في الهواء.

في عام 1667، استعمل روبرت هوك الموجات الصوتية في هاتف العلبة والخيط.

​

​

في عام 1809، اختُرع نوع أولي من الاتصال السلكي، وأمكن نقل رسائل بهذه الطريقة مسافة وصلت حتى 3.5 كيلو متر. تألف خط الاتصال من 35 سلكا، سلك لكل حرف. وحين وضع كهرباء على سلك ما، كانت تنطلق فقاعات غازية من إناء يحتوي على مادة كيميائية في طرف الاستقبال.

​

​

6

منبع كهربائي

تحليل كهركيميائي

في عام 1828، اختُرع البرق الكهربائي في الولايات المتحدة بإرسال نبضات كهربائية عبر سلك أدت في طرف الاستقبال إلى حرق نقاط وخطوط قصيرة على شريط ورقي معالَج كيميائيا بحمض النتريك.

​

7

في عام 1830، استعرض جوزيف هنري إمكان استعمال المغنطيس الكهربائي الذي اخترعه ويليام ستَرجين في عام 1825، للاتصالات البعيدة المدى، وذلك بإرسال تيار كهربائي على سلك بلغ طوله نحو 1.6 كيلومتر لتشغيل مغنطيس كهربائي يرن جرسا في طرف الاستقبال.

​

​

8

بعد سلسلة من التطويرات، وبدءا من عام 1836، طوَّر صاموئيل مورس وجوزيف هنري وألفرد فَيْل منظومة برق كهربائية تُرسِل نبضات كهربائية بواسطة مبرقة على سلكين يتحكمان بمغنطيس كهربائي في طرف الاستقبال. وكانت ثمة حاجة إلى نوع من الترميز لأحرف اللغة باستعمال نبضات التيار تلك. لذا طوَّر مورس الترميز المعروف باسمه، أي ترميز مورس. ووُضعت المنظومة مع ترميز مورس في العمل في عام 1844.

وهذا هو الجد الأكبر لتراسل البيانات

​

​

​

9

10

في عام 1876 اخترع جرام بل الهاتف.

​

​

​

11

في عام 1887، بنى الفيزيائي الألماني هاينريش هرتس أول مرسل لاسلكي تُستعمل فيه فجوة شرر.

في عام 1896 صنع ماركوني أول مرسل ومستقبل برقيين يعملان بفجوة شرر.

12

13

في عام 1891 اختُرعت البدالة الآلية.

​

​

يُستعمل المحرك الخطوي اليوم كثيرا في الساعات الكريستالية.

14

في أوائل القرن العشرين انتشرت البدالات الكهرميكانيكية الآلية على نطاق واسع.

​

​

​

15

في أربعينيات القرن العشرين حصلت تطورات هامة في الاتصالات الهاتفية اللاسلكية، وظهرت شبكات هاتفية نقالة محدودة باستعمال بدالات يدوية.

​

​

​

هاتف لاسلكي نقال من ستينات القرن العشرين

16

في ثلاثينات القرن العشرين بدأ تطوير مفهوم الاتصالات الرقمية.

في سبعينيات القرن العشرين بدأت البدالات الإلكترونية الرقمية بالانتشار.

​

​

​

17

في عام 1991 ظهرت أول شبكة GSM خلوية.

​

18

تطور الهاتف

19

الإنترنت هي شبكة عالمية تصل ما بين آلاف ملايين الحواسيب، ويشارك فيها مواطنو وهيئات أكثر من 190 دولة لتبادل المعلومات بكافة أشكالها. ووفقا لإحصاء أُجري في 30 كانون أول عام 2014، قُدِّر عدد مستعملي الإنترنت في العالم بنحو ثلاثة مليارات مستعمل، أي ما يساوي أكثر من 40 بالمئة من عدد سكان العالم.

20

وتُعتبر الإنترنت تتويجا للاتصالات الرقمية في النصف الثاني من القرن العشرين. ففي عام 1958 اخترع الباحثون لدى مخابر بِلّ الأمريكية المودم، وهو جهاز يحوّل البيانات الرقمية إلى إشارات كهربائية لإرسالها عبر الشبكة، ويحوّل الإشارات الرقمية في جهة الاستقبال إلى بيانات رقمية.

الوِب

21

1958: أنشأت الحكومة الأمريكية وكالة مشاريع البحث المتقدمة Advanced Research Projects Agency (ARPA) ، وذلك ردا على إطلاق الاتحاد السوفييتي لمركبة الفضاء Sputnik التي أجرت أول اتصالات فضائية.

1961: ابتكر ليونارد كلاينروك في أطرحته للدكتوراة مفهوم ابتدال الرزم packet-switching في الاتصالات الهاتفية، وهي التكنولوجيا التي تقوم عليها اتصالات الإنترنت برمتها.

1962: كتب جوزيف كارل ليكلايدر مذكرة عن تصوره لشبكة عالمية للحواسيب، وأصبح أول رئيس لبرنامج بحوث الحاسوب لدى وكالة مشاريع البحث المتقدمة.

​

22

1963: وُضِع أول مقيَس دولي لرموز الحروف الحاسوبية المعروف بترميز أسكي ASCII (American Standard Code for Information Exchange)، وتمكِّن هذه الرموز الحواسيب ذات المنشأ المختلف من تبادل المعلومات فيما بينها، أي إنه مثَّل أساسا للغة مشتركة بين الآلات الحاسوبية.

1964-1967: قام بول باران ودونالد واتس ديفيس، في نفس الوقت وكل على حدة، بتطوير تكنولوجيتين متشابهتين لابتدال الرزم أحدثتا ثورة في نقل المعلومات.

23

1965: موَّلت وكالة مشاريع البحث المتقدمة دراسة لشبكات تعاونية تتشارك زمنيا في استعمال الحواسيب. وأبرم لورانس روبرتس وتوماس ماريل عقدا مع وكالة مشاريع البحث المتقدمة لإنشاء أول شبكة واسعة النطاق WAN باستعمال الشبكة الهاتفية العامة لمسافات بعيدة بين حاسوب في ماسَّاشوستس وآخر في كاليفورنيا. وأكَّدت المنظومة أن ابتدال الرزم يوفِّر أفضل نموذج للاتصالات بين الحواسيب.

24

1966: أطلق روبرت تايلور، مدير برنامج بحوث الحاسوب لدى وكالة مشاريع البحث المتقدمة مشروع شبكة وكالة مشاريع البحث المتقدمة (آربانت) The Advanced Research Projects Agency Network (RPAnet) التي تمثل أساس الإنترنت الحالية. فقد وافق مدير الوكالة على تمويل تطوير شبكة تجريبية تربط بين عدة جامعات. وكانت النتيجة آربانت، وهي أول شبكة لابتدال رزم البيانات، وسلف الإنترنت. وبناء على دراسة الشبكات التعاونية التي تتشارك زمنيا في استعمال الحواسيب، أتى لورانس روبرتس إلى وكالة مشاريع البحث المتقدمة لإجراء تجربة تشبيك ووضع أول خطة لآربانت.

25

1967: قاد لورانس روبرتس نقاشات تصميم آربانت ونشر أول مقالة عن التصميم. واقترح ويزلي كلارك إدارة الشبكة بواسطة ’معالج رسائل الإنترفاسInterface Message Processor‘ في واجهات الحواسيب الرئيسية. وتطور هذا المعالج ليغدو المسيِّر router الحالي. ونشر دونالد واتس ديفيس أول مقالة في إنكلترا عن ابتدال الرزم، وذلك مصطلح هو من ابتدعه. وطوَّر داني كُوِين أول محاكي طيران مرئي في الزمن الحقيقي باستعمال حاسوب متعدد الأغراض وأول محاك راداري في الزمن الحقيقي. وقاد عمله في محاكي الطيران إلى تطوير خوارزميات بيانيات حاسوبية بالتعاون مع إيفان سَذَرلاند.

26

1968: اخترع دوغلاس كارل إنغلبارت النصوص الترابطية hypertexting والحوسبة التشاركية. وأبرمت وكالة مشاريع البحث المتقدمة عقدا مع شركة بولت بيرينيك ونيومان Bolt Beranek and Newman, Inc. عقدا لبناء معالج رسائل الإنترفاس. ورأس عالم الشبكات الأمريكي ستيف كروكر Steve Crocker مجموعة عمل الشبكات في جامعة كاليفورنيا بلوس أنجلس، وبإشراف ليونارد كلاينروك جرى تطوير بروتوكولات حاسوبية في مستوى المضيف لاتصالات آربانت، وذلك تمهيدا لظهور أول عقدة إنترنت. ووضعت المجموعة أسس بروتوكولات الإنترنت الحالية.

27

1969: بُنيت شبكة معالج رسائل الإنترفاس ووصلت بين أربع عقد: جامعة كاليفورنيا بلوس أنجلس، ومعهد بحوث ستانفورد، وجامعة كاليفورنيا بسانتا باربرا، وجامعة أوتا. وأُرسلت أول رزم بيانات بين حواسيب متصلة عبر الشبكة من قبل تشارلي كلاين في جامعة كاليفورنيا بلوس أنجلس بإشراف ليونارد كلاينروك.

28

1970-1979: كتب ديفيد كلاك بروتوكولات إنترنت لعدة شركات.

1970: أطلق بيتر كيرستيان في كلية لندن الجامعية أول عقدة آربانت في أوربا، وذلك بواسطة خط اتصال عبر محيط الأطلسي وباستعمال بروتوكول الإنترنت IP.

29

1972: اخترع رَي توملينسون برنامج البريد الإلكتروني لإرسال رسائل عبر الشبكة. واختار توملينسون الرمز @ فاصلا بين اسم مستعمل البريد الإلكتروني ومضيفه: user@host. واستعرض روبرت كان الآربانت أمام الجمهور أول مرة، وذلك بوصل 20 حاسوبا مختلفا في مؤتمر دولي لاتصالات الحاسوب، وبذلك أكَّد أهمية تكنولوجيا ابتدال الرزم. وساعد جون بوستل حين وجوده في معهد علوم المعلومات على إنشاء أول مكتب لتسجيل عناوين الإنترنت، وغدا ذلك المكتب فيما بعد سلطة أرقام الإنترنت المخصصة Internet Assigned Numbers Authority (IANA) التي تُدير عناوين بروتوكول الإنترنت وغيرها من وظائف الإنترنت الهامة.

30

1973: شارك روبرت مِتكالف في اختراع شبكة الاتصالات إثرنت Ethernet لدى شركة كزيروكس. وبدأ تطوير بروتوكول التحكم بالإرسال وبروتوكول الإنترنت TCP/IP من قبل مجموعة رأسها فينت سيرف وروبرت كان. وقد مكَّن البروتوكول الجديد الشبكات الحاسوبية المختلفة من الاتصال معا. وكان داني كُوين أول من ابتكر رزم الصوت والصورة، وذلك بتعديله محاكي الطيران ليعمل في آربانت. وكان ذلك أول تطبيق لابتدال الرزم في الزمن الحقيقي. وأقامت كلية لندن الجامعية أول وصلة دولية مع آربانت عبر الشبكة النرويجية نورسار NORSAR.

31

1974: بدأت إليزابث فاينلر العمل لدى مركز معلومات شبكة معهد بحوث ستانفورد الدولي SRI، حيث طور فريقها أول مخدم للصفحات الصفراء والبيضاء، وأول مخدم استعلامات للأسماء والعناوين، وسجل تسمية مضيفات الإنترنت Host Naming Registry. وفي إطار هذا العمل، طورت مع مجموعتها طرائق تسمية النطاقات في المستويات العليا (.com, .edu, .gov, .mil, .org, and .net.). ونشر فينت سيرف وروبرت كان مقالة بعنوان ’بروتوكول لاتصالات شبكة الرزم A Protocol for Packet Network Interconnection‘ تحدِّد بالتفصيل تصميم بروتوكول التحكم بالإرسال TCP، واستعملا فيها المصطلح ’إنترنت Internt‘ أول مرة. وساعد لورنس روبرتس شركة Bolt Beranek and Newman على صنع الشبكة تلينت Telenet، وهي نسخة تجارية من آربانت، وأول شبكة عمومية لخدمة اتصالات رزم البيانات.

32

1983: وسَّع بول موكابيتريس الإنترنت لتتجاوز منشأها الأكاديمي من خلال ابتكاره لمنظومة أسماء النطاقات Domain Name System (DNS).

1989: نشر مخترع الوب تيم برنرز-لي مقالة عن مقترح لمنظومة تربط بين وثائق مخزونة في مواقع حاسوبية مختلفة بواسطة وصلات الإنترنت. وتحصل معاينة تلك الوثائق بواسطة ’متصفح‘، وهذا ما يمكن أن يفتح الإنترنت للاستعمال الواسع النطاق. وقد طوَّر تيم برنرز-لي مقترحه في إطار عمل ثانوي لم يُكلَّف به أثناء عمله لدى المنظمة الأوربية للبحوث النووية CERN بتحصيل البيانات ومعالجتها.

33

1991: وُلِدت الوب، وبدأت أولى صفحاتها بالظهور في الإنترنت على يدي تيم برنرز-لي. ولم تلقَ تلك الصفحات اهتماما ملحوظا في البداية، مع أنها أضحت حقيقة واقعة.

1991: صمم فيليب زيمرمان الخوارزمية ’خصوصية لا بأس بها Pretty Good Privacy (PGP)‘، وهي خوارزمية برمجية لتعمية (تشفير) البريد الإلكتروني، ونشرها مجانا لتنتشر على نطاق واسع في العالم.

1991: فُتحت الوِب العالمية للعموم أول مرة في الإنترنت.

1992: أسس فنت سيرف وروبرت كان جمعية الإنترنت. وحينئذ، تجاوز عدد الحواسيب المضيفة في الإنترنت المليون.

​

34

1993: أطلق مارك أندريسِّن المتصفح موزايِك Mosaic البسيط الودود للمستعمل، فساعد على إيصال الوب إلى العموم.

1993: ظهرت تكنولوجيا خطوط المشتركين الرقمية الهاتفية DSL.

1994: تشارك أندريسِّن وجيمس كلارك في تطوير Mosaic ليصبح المتصفح نتسكَيبNetscape Navigator الذي استحوذ على 80% من تصفح الوب بحلول عام 1996.

1994: أسس جِرّي يانغ Jerry Yang وديفيد فيلو محرك البحث ياهو Yahoo.

1995: ظهرت تكنولوجيا الـ MP3.

35

1996: ظهرت تكنولوجيا الصوت عبر الإنترنت VoIP.

1998: ظهرت أولى المدونات Blog.

1998: ظهر محرك البحث غوغل Google إلى الوجود بعد أن قام بتطويره بدءا من عام 1996 كل من لاري بَيْج وسيرغي برِين عندما كانا طالبي دكتوراة في جامعة ستانفورد بكاليفورنيا.

2001: جرى تأسيس مجلس عموم الإبداع Creative Commons الذي يعمل على تقليص العقبات أمام التشارك في المواد التعليمية والبحثية واستعمالها.

2001: أطلق جيمي ويلز ولاري سانغر الويكيبيديا، وهي موسوعة مجانية في الإنترنت مفتوحة للعموم للتحرير فيها أو الاستفادة من محتوياتها، بكل اللغات وفي جميع أنحاء العالم.

​

36

2004: أطلق مارك زوكربرغ الشبكة الاجتماعية فيسبوك Facebook مع زملائه عندما كانوا طلابا في الجامعة.

2005: أنشأ تشاد هَرْلي وستيف تشن وجاد كريم موقع الفيديو يوتيوب YouTube.

2006: أطلق جاك دورسي وإيفان ويليامز وبيز ستون ونوا غلاس الشبكة الاجتماعية تويتر Twitter.

2007: ظهر الآيفون iPhone الذي جعل مزيدا من الناس ينخرطون في أنشطة الوب، على غرار الفيسبوك.

​

37

Web 3.0

https://www.forbes.com/sites/forbestechcouncil/2020/01/06/what-is-web-3-0/

https://builtin.com/blockchain

مطلوبة في الامتحان

38

المفاهيم والتقنيات الأساسية للاتصالات

الشريحة الفيزيائية

Basic Communication Concepts and Techniques

The Physical Layer

39

البيانات ليست معلومات، بل هي مجرد رموز قد تكون عشوائية لا مغزى لها. وتتحول إلى معلومات عندما يصبح لتلك الرموز مغزى.

​

مقدمة

البيانات

هي الرموز التي تحمل المعلومات، ويسميها البعض ’معطيات‘. والصيغة السائدة منها في الحواسيب وشبكاتها هي الأرقام الثنائية، أي البتات.

​

معلومات كلامية

معلومات صورة ثابتة أو متحركة

معلومات موسيقى

معلومات نصوص

معلومات تحكم

معلومات مالية ومصرفية

معلومات تجارية

معلومات صناعية

معلومات أحوال شخصية

معلومات علمية: رياضياتية، فيزيائية، كيميائية، فلكية، تاريخية، جغرافية

40

أنواع المعلومات

مقدمة

​

شبكات البيانات الرقمية

• الإنترنت: الوب، البريد الإلكتروني، شبكات التواصل الاجتماعي، الخدمات المصرفية، الأخبار، الأحوال الشخصية، الألعاب.. وإنترنت الأشياء.. وكل شيء.
• الواي فاي
• الشبكات المحلية

​

​

​

​

​

​

​

41

مقدمة

شبكة البيانات الرقمية

​

تتكوَّن شبكة البيانات الرقمية من:

• شبكة الاتصالات الرقمية
• مجموعة الطرفيات المتصلة بها التي تتبادل

البيانات فيما بينها: حواسيب، هواتف ذكية،

طابعات، آلات صناعية، مركبات فضائية..

42

مقدمة

شبكة الاتصالات الرقمية

​

تتكوَّن شبكة الاتصالات الرقمية من:

• عقد اتصالات مهمتها توجيه البيانات
• خطوط اتصالات: سلكية، راديوية، فضائية،

ألياف ضوئية

43

مقدمة

وسائل نقل البيانات:

• عتاديات: التجهيزات الإلكترونية والكهربائية والميكانيكية ...
• برمجيات: نظم التشغيل والبروتوكولات ...

44

مقدمة

خطوط الاتصالات

1- خطوط سلكية

أزواج أسلاك

كبال محورية

2- ألياف ضوئية

3- وصلات راديوية

لاسلكي موجه

أمواج مكروية

4- وصلات أقمار صنعية

​

45

مقدمة

46

يتكون من مجموعة عمليات تأخذ البيانات من مصدرها وتحضرها للإرسال على خطوط الاتصالات واستقبالها وكشفها وتصحيح أخطائها وإيصالها إلى مصبها.

نموذج نظام الاتصال

مقدمة

47

قناة الاتصال

مقدمة

48

وكالة مشاريع بحوث الدفاع المتقدمة

Defense Advanced Research Projects Agency

49

تجهيزة كهربائية تتحسَّس ظاهرة فيزيائية وتعطي معلومات عنها على شكل إشارة كهربائية وتمثل منبع المعلومات في نظام الاتصال.

​

أمثلة الظواهر التي يجري تحسُّسها:

الحرارة، المسافة، التسارع، الضغط، الضوء، الأشعة تحت الحمراء، الاهتزازات الصوتية، الاهتزازات فوق الصوتية، الدخان، الرطوبة .. إلخ

المُحِس

المُحِسَّات Sensors

50

المكروفون هو مُحِس يحول الاهتزازات الصوتية الموجودة في الهواء إلى إشارة كهربائية متغيرة كتغيُّر تلك الاهتزازات.

​

توجد عدة أنواع للمكروفون:

المكروفون الفحمي

المكروفون الكهرضغطي

المكروفون الديناميكي

المكروفون السعوي

​

المُحِس الصوتي: المكروفون

المحسَّات

51

ظهر المكروفون الفحمي أول مرة في عام 1878 على يد أديسون بعد اخترع غرام بل للهاتف عام 1875. تتغير مقاومة المكروفون الفحمي مع تغير عدد الحبيبات المتماسة الذي يتغير مع تغير الضغط. ومع تغير المقاومة تتغير شدة التيار التي تمثل الإشارة الكلامية.

المكروفون الفحمي

المحسَّات

52

جهد كهربائي

المفعول الكهرضغطي Piezoelectric

المحسَّات

53

تولِّد الكريستالة جهدا تتناسب تغيراته مع تغيرات الضغط على الغشاء المرن، ومن ثم مع الاهتزازات الصوتية

المكروفون الكريستالي الكهرضغطي

المحسَّات

54

تولِّد الإشارة الكلامية الكهربائية حقلا مغنطيسيا متغيرا في الوشيعة والنواة الحديدية فيهتز الغشاء المرن تبعا لتغيرات الإشارة ويُصدر اهتزازات صوتية

السماعة الكهرمغنطيسية

المحسَّات

55

تولِّد الإشارة الكهربائية في الكريستالة اهتزازات متناسبة مع الإشارة الكهربائية الكلامية، ويؤدي ذلك إلى اهتزاز الغشاء وإصداره لموجات صوتية.

السماعة الكريستالية الكهرضغطية

المحسَّات

56

تنوُّع وفقا للظواهر الطبيعية

ثمة أنواع كثيرة مختلفة من المحسات من أجل قياس الظواهر الطبيعية المختلفة.

​

تنوُّع في مبادئ تحسُّس نفس الظاهرة الطبيعية.

​

إلى جانب المحسات، هناك مصادر معلومات أخرى كلوحات المفاتيح وشاشات اللمس وغيرها.

أنواع المُحِسَّات

المحسَّات

https://en.wikipedia.org/wiki/Sensor

57

القناة

قناة الاتصال

تشتمل القناة على كامل مسار البيانات عبر منظومة الاتصالات من المنبع حتى المصب. ويشتمل خط الاتصال جميع وسائل الاتصال المستعملة في اتصال، ويمكن أن يتألف من وصلات سلكية ولاسلكية وضوئية وفضائية ..إلخ.

خط الاتصال

الإشارة: هي مقدار كهربائي (جهد أو تيار) يعبّر عن ظاهرة طبيعية (درجة حرارة، صوت، درجة إضاءة..) وتعكس تغيراته تغيرات تلك الظاهرة.

​

الإشارة التماثلية: هي إشارة الظاهرة الطبيعية بشكلها الخام، وهي مستمرة ما دامت الظاهرة الطبيعية قائمة.

58

الإشارة

قناة الاتصال

عدد قيم الإشارة التماثلية ضمن أي نافذة زمنية أو مطالية لانهائي، مهما كانت النافذة صغيرة.

59

الإشارة

قناة الاتصال

60

تحويل فورييه Fourier transform

قناة الاتصال

61

تحويل فورييه

قناة الاتصال

الأذن تُجري تحويل فورييه

62

A

63

قناة الاتصال

الأذن تُجري تحويل فورييه

64

65

تحويل فورييه العكسي:

تحويل فورييه

قناة الاتصال

66

تحويل فورييه

قناة الاتصال

67

طيف الإشارة Signal Spectrum

قناة الاتصال

​

​

68

69

عرض الحزمة الكلامية

عرض الحزمة الكلامية

300 – 3400 Hz

مثال لطيف الإشارة الكلامية

قناة الاتصال

70

قناة الاتصال

71

استجابة القناة Channel response

قناة الاتصال

72

يشتمل على كل التشويهات التي تخضع لها الإشارات حين نقلها من المنبع إلى المصب.

نموذج قناة الاتصال في جميع أنواع الاتصالات:

مرشح تمرير حزمة ذو استجابة ترددية مشوهة من حيث التخميد والتأخير الطوري.

نصف هذين التشويهين بأنهما خطيان لأنهما لا يُدخلان توافقيات في الإشارة غير الترددات الموجودة فيه أصلا.

أما التشويه الذي يُدخِل مركبات ترددية أخرى في الإشارة فهو تشويه لاخطي.

التشويه في القناة Linear Distortion

قناة الاتصال

73

التداخل بين الرموز Intersymbol Interference

قناة الاتصال

74

300 – 3400 Hz

مثال للاستجابة الترددية لقناة هاتفية

قناة الاتصال

75

وحدة قياس نسبية تُستعمل للتعبير عن نسبة مقدار معين إلى مقدار مرجعي آخر على السلم اللوغاريتمي.

​

الديسيبل decibel (db)

قناة الاتصال

76

قياس الاستطاعة

مثال

قياس المطال

مثال

الديسيبل decibel (db)

قناة الاتصال

dBm: نسبة الاستطاعة إلى 1 ميلي واط milliwatt

​

77

dBw: نسبة الاستطاعة إلى 1 واط watt

الديسيبل decibel (db)

قناة الاتصال

78

جدول مقارنة

الديسيبل decibel (db)

قناة الاتصال

79

استجابة الأذن البشرية لشدة الصوت لوغاريتمية، ولذا فإن اختلاف الشدة بمقدار 3 db يكاد لا يُميَّز.

80

أحد العوامل التي تحدد جودة القناة هو نسبة استطاعة الإشارة إلى استطاعة الضجيج الذي تُدخله القناة في الإشارة، وتقدر عادة بالديسيبل

​

نسبة الإشارة إلى الضجيج Signal to Noise Ratio

قناة الاتصال

81

المرسل: هو الأداة التي تحضّر إشارة البيانات لوضعها على خط الاتصال.

المستقبل: هو الأداة التي تكشف البيانات من الإشارة المستقبلة المضججة والمشوهة.

نموذج المرسِل والمستقبل في جميع أنواع الاتصالات:

مرشح تمرير حزمة

• في المرسل: يجب تحديد عرض حزمة طيف الإشارة من أجل منع تداخل أطياف القنوات المتجاورة في وسط النقل.
• في المستقبل: من أجل التخلص من الضجيج الموجود خارج حزمة طيف الإشارة.

قناة الاتصال

المرسل والمستقبل

82

​

• الضجيج الحراري: ينجم عن التجهيزات الإلكترونية.
• ضجيج التكميم: ينجم عن رقمنة الإشارة التماثلية. مهمل عادة إلا في حالات خاصة.
• الضجيج الرشقي: يحصل غالبا في الاتصالات الراديوية وينجم عن البرق عادة.
• الصدى: ينجم عن انعكاس الإشارة عن المستقبل بسبب عدم التوافق معه.
• التسميع: ينجم عن الترابط الكهرمغنطيسي بين الأسلاك أو عدم الترشيح الجيد للقنوات المتجاورة.
• التداخل: تراكب الإشارات من قنوات مختلفة، خاصة في الاتصالات الراديوية عندما لا يكون التنسيق الكهرمغنطيسي جيدا.
• تعدد المسارات: ينجم عن انعكاس الإشارة عن الحواجز وطبقات الجو المتأينة، ويكون سيئا للغاية في حالة الحركة لأنه يصبح متغيرا.
• الانزياح الترددي: ويحصل في وصلات التردد الحامل، وخاصة في الوصلات الراديوية والكبل المحوري.

ضجيج القناة Noise

قناة الاتصال

83

سعة القناة Capacity

قناة الاتصال

84

يُستعمل في الدارات الإلكترونية حيث تكون الإشارات ضعيفة ومنخفضة الاستطاعة.

تمثيل البيانات كهربائيا

لا يُستعمل في الاتصالات بسبب احتواء الإشارة على مركبة تيار مستمر غير مفيدة لكشف البيانات وضارة من حيث استهلاكها لطاقة غير مفيدة.

التمثيل الوحيد القطبية

85

التمثيل الثنائي القطبية

تنعدم فيه المركبة المستمرة تقريبا

تمثيل البيانات كهربائيا

86

في التمثيلين السابقين، يبقى جهد البت ثابتا طوال دورها T. أي أن الجهد المقابل للواحد المنطقي يبقى 5 فولط، والجهد المقابل للصفر المنطقي يبقى 0 فولط أو -5 فولط طوال الدور.

عدم الرجوع إلى الصفر nonreturn-t-zero (NRTZ)

تمثيل البيانات كهربائيا

T

87

• تحتاج الإشارة الرقمية المتزامنة إلى ساعة في المستقبل من أجل عمل الدارات الإلكترونية على إيقاعها. فإذا كانت الإشارة الرقيمة من هذا النوع، وجب إرسال إشارة الساعة معها مستقلة عنها. وهذه مثلبة كبيرة.
• أو يجب توليد الساعة محليا في المستقبل، وهذا يحتاج إلى مرجع لاشتقاق الساعة منه. وتكون الإشارة الرقمية نفسها حينئذ هي المرجع نظرا لأن تغيراتها متواقتة مع الساعة.

عدم الرجوع إلى الصفر

تمثيل البيانات كهربائيا

88

تُقسم البت إلى نصفين، يأخذ النصف الأول قيمة المستوي المعبّر عن قيمة البت (+5 V أو -5 V مثلا) ويأخذ النصف الآخر قيمة الصفر. وحينئذ تبقى التغيرات المتواقتة مع الساعة موجودة دائما في الإشارة التي تمثل حينئذ مرجعا ممتازا لدارات اشتقاق الساعة في المستقبل. لكن القيمة الوسطى تبقى متأرجحة حول الصفر بسبب وجود سلاسل طويلة من الواحدات أو الأصفار.

الرجوع إلى الصفر return-t-zero (RTZ)

تمثيل البيانات كهربائيا

89

تمثيل مانشستر Manchester code

ترميز مانشستر هو ترميز معياري يحقق خاصيتي ثنائية القطبية والرجوع إلى الصفر.

تمثيل البيانات كهربائيا

https://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code

90

مثلبة تمثيل إشارة البيانات بقيمة للجهد

في اتصالات التردد الحامل، وخاصة في حالة الترنيم الطوري، يمكن أن تحصل إزاحة طورية ثابتة في طور الإشارة في المستقبل، وهذا ما يجعله مختلفا عن طورها في المرسل. وهذا يتطلب إجراءات لكشف تلك الإزاحة من أجل التخلص منها. ومن تلك الإجراءات استعمال الترميز التفاضلي.

تمثيل البيانات كهربائيا

91

الترميز التفاضلي differential coding

تُحمل قيمة البت فيه على تغير الإشارة، لا على قيمة مستواها. البت المرسلة تساوي سابقتها إذا كانت البت التي سوف تُرسل 0، ومقلوب سابقتها إذا كانت البت التي سوف تُرسل 1.

​

يُستعمل حيث يمكن أن يحصل تغير في طور الإشارة المستقبلة، أي أن يُستقبل الواحد صفرا والصفر واحدا مثلا.

تمثيل البيانات كهربائيا

92

البيانات المتزامنة Synchronous Data

• إشارة البيانات الرقمية المربعة متزامنة مع إشارة ساعة ذات تردد ثابت معروف.
• تؤخذ عينات الإشارة عادة عند الجبهة الصاعدة أو النازلة من نبضات الساعة.

• غالبا ما تُرمَّز البيانات على شكل كلمات طولها 8 بت (ترميز أسكي)، ويمكن أن يصل طول الكلمة إلى 128 أو حتى 1024 بت في بعض التطبيقات.
• تحتاج إلى إجراءات مزامنة للمستقبل مع المرسل قد تكون معقدة أحيانا.

تمثيل البيانات كهربائيا

93

البيانات غير المتزامنة Asynchronous Data

• طول المحرف 10 بتات= 8 بتات بيانات + بت بدء + بت توقف. أحيانا تُضاف بت اختبار قيمتها تساوي مجموع بتات البيانات، وتُستعمل لأغراض تصحيح الأخطاء.

• هدر ناجم عن إرسال بتات التزامن مع كل كلمة.
• لا يحتاج إلى إجراءات مزامنة للمستقبل مع المرسل.

تمثيل البيانات كهربائيا

94

البيانات غير المتزامنة

دور ساعة المستقبل أكبر من دور ساعة الإشارة المستقبلة

تمثيل البيانات كهربائيا

95

دور ساعة المستقبل أصغر من دور ساعة الإشارة المستقبلة

البيانات غير المتزامنة

تمثيل البيانات كهربائيا

96

دور تردد أخذ عينات إشارة الـ start-stop في كلمة طولها n بت:

البيانات غير المتزامنة

تمثيل البيانات كهربائيا

97

تحويل الإشارة التماثلية إلى إشارة رقمية

• معظم الإشارات في الطبيعة تماثلية، ولا بد من تحويلها إلى رقمية من أجل استيعابها في العالم الرقمي.
• رأينا سابقا حينما عرَّفنا الإشارة التماثلية أنها تتألف من عدد لانهائي من القيم في أي نافذة زمنية أو مطالية.

هذا يقتضي تحويل الإشارة التماثلية إلى إشارة رقمية ذات عدد محدود من القيم (وهذا هو شأنها). تجب معالجة الإشارة بحيث يتحول العدد اللانهائي من القيم التماثلية إلى عدد محدود من القيم الرقمية.

رقمنة الإشارة التماثلية Digitization

98

رقمنة الإشارة التماثلية

تحويل الإشارة التماثلية إلى إشارة رقمية

يجري تحويل العدد اللانهائي من قيم الإشارة التماثلية ضمن النافذة الزمنية المحدودة إلى عدد محدود من القيم بواسطة تقطيع الإشارة. وسوف نرى أن هذه العملية لا تؤدي إلى فقد معلومات من الإشارة إذا تحقق الشرط الكافي واللازم لذلك.

99

رقمنة الإشارة التماثلية

تحويل الإشارة التماثلية إلى إشارة رقمية

ويجري تحويل العدد اللانهائي من قيم الإشارة التماثلية ضمن النافذة المطالية المحدودة إلى عدد محدود من القيم بواسطة تكميم الإشارة. وسوف نرى أن هذه العملية تؤول إلى إدخال ضجيج في الإشارة المكمَّمة يمكن التحكم بقيمته.

100

رقمنة الإشارة التماثلية

تحويل الإشارة التماثلية إلى إشارة رقمية

تحويل الإشارة التماثلية إلى إشارة رقمية:

• تقطيع
• تكميم
• ترميز: من أجل تمثيل العينات المقطعة والمكمَّمة بكلمات مؤلفة من بتات.

101

التقطيع: أخذ العينات Sampling

رقمنة الإشارة التماثلية

102

رقمنة الإشارة التماثلية

التقطيع: أخذ العينات

103

الإشارة المقطعة:

جداء الإشارة التماثلية بقطار نبضات ديراك

إشارة مقطعة

رقمنة الإشارة التماثلية

التقطيع: أخذ العينات

104

رقمنة الإشارة التماثلية

التقطيع: طيف الإشارة

105

يؤدي التقطيع إلى ظهور توافقيات للطيف القاعدي الأصلي تتكرر على يمين ويسار الطيف الأصلي بلا تناه.

رقمنة الإشارة التماثلية

التقطيع:

106

إذا كانت الإشارة التماثلية محدودة عرض المجال، وكان تردد التقطيع أكبر من ضعف أعلى تردد في طيف الإشارة أو يساوي الضعف، بقيت توافقيات الطيف متباعدة ولا تتراكب، وأمكن استرداد الإشارة التماثلية الأصلية من العينات.

لا يوجد ضياع معلومات

​

رقمنة الإشارة التماثلية

107

إذا كان تردد التقطيع أصغر من ضعف أعلى تردد في طيف الإشارة، تراكبت توافقيات الطيف على بعضها فيما يُعرف بالتراكب Aliasing، ولا يمكن حينئذ استرداد الإشارة التماثلية الأصلية من العينات.

يحصل ضياع معلومات

​

رقمنة الإشارة التماثلية

108

التقطيع: نظرية نايكويست – شانون Nyquist–Shannon sampling theorem

رقمنة الإشارة التماثلية

https://en.wikipedia.org/wiki/Nyquist%E2%80%93Shannon_sampling_theorem

109

رقمنة الإشارة التماثلية

التقطيع: تحديد عرض طيف الإشارة الترددي

110

التكميم Quantization

رقمنة الإشارة التماثلية

111

التكميم

أشهر أنواع تحويل الإشارة التماثلية إلى رقمية هو تعديل الترميز النبضي

Pulse code modulation (PCM)

رقمنة الإشارة التماثلية

112

التبديل التماثلي الرقمي

رقمنة الإشارة التماثلية

التبديل التماثلي الرقمي هو مجمل العمليات التي تُطبَّق على الإشارة من أجل رقمنتها.

113

التبديل التماثلي الرقمي

رقمنة الإشارة التماثلية

114

المكمّم والمرمّز

رقمنة الإشارة التماثلية

115

المرمّز

رقمنة الإشارة التماثلية

مخارج المقارنات

بتات الكلمة الرقمية

116

عملية لاسترداد الإشارة التماثلية من الإشارة الرقمية:

• تحويل الكلمات الاثنانية إلى عينات.
• ترشيح العينات بواسطة مرشح تمرير تردد منخفضة.

التبديل الرقمي التماثلي Digital to Analog Conversion DAC

رقمنة الإشارة التماثلية

117

المبدل الرقمي التماثلي

رقمنة الإشارة التماثلية

تحويل الكلمات الاثنانية إلى عينات

جهد الخرج يساوي جداء ثابت بالقيمة العشرية للكلمة الاثنانية، وتلك هي قيمة مطال العينة.

118

ترشيح عينات خرج المبدل الرقمي التماثلي بواسطة مرشح تمرير ترددات منخفضة.

التبديل الرقمي التماثلي

رقمنة الإشارة التماثلية

119

لماذا الانتقال من الإشارة التماثلية إلى الإشارة الرقمية؟

رقمنة الإشارة التماثلية

120

لماذا الانتقال من الإشارة التماثلية إلى الإشارة الرقمية؟

رقمنة الإشارة التماثلية

121

التعديل التماثلي Analog Modulation

هو عملية تحميل الإشارة القاعدية على تردد حامل عال بغية إزاحة طيفها إلى تردد أعلى، ومن ثم التمكن من إرسال عدد كبير من الإشارات القاعدية على حزم ترددية مختلفة في طيف الترددات العالية. ويمكِّن ذلك أيضا من استعمال هوائيات إرسال واستقبال قصيرة.

الإشارة القاعدية:

هي الإشارة التي يمتد طيفها عادة من الصفر حتى قيم أعلى نسبيا. من أمثلتها إشارات الصوت والفيديو وإشارات المُحِسَّات المختلفة.

​

التعديل

122

التعديل التماثلي

• كل الإشارات الكهربائية المتغيرة مع الزمن تشع حولها حقلا كهرمغنطسيا ينتشر إلى مسافة ما.
• خلافا للحقلين الكهربائي والمغنطيسي الثابتين اللذين يمتدان إلى مدى يتناسب عكسا مع مربع المسافة، يمتد الحقل الكهرمغنطيسي المتغير إلى مدى يتناسب عكسا مع المسافة. ولذا يمكن أن يذهب إلى مسافات بعيدة.
• يحتاج إشعاع الحقل الكهرمغنطيسي إلى هوائي يبث الموجات الكهرمغنطيسية في الفضاء.

نظرة إلى ظاهرة الانتشار الكهرمغنطيسي

123

التعديل التماثلي

نظرة إلى ظاهرة الانتشار الكهرمغنطيسي

124

التعديل التماثلي

التعديل

125

طيف الإشارة المعدلة

التعديل التماثلي

126

مجالات الترددات الراديوية

• الترددات المنخفضة Low frequency (LF): حتى 300 KHz. تنتشر الموجة الطويلة إلى مسافات بعيدة جدا على سطح الأرض مباشرة وتركب التضاريس.
• الترددات المتوسطة Medium frequency (MF): 500 KHz-1500 KHZ. تنتشر الموجة المتوسطة على سطح الأرض إلى مسافات بعيدة.
• الترددات العالية High frequency (HF): 3–30 MHz. تنتشر الموجة القصيرة على سطح الأرض إلى مسافات قصيرة نسبيا لا تتجاوز 80 كيلومترا. تنعكس على طبقات الجو المتأينة، ولذا لا تذهب إلى الفضاء.
• الترددات العالية جدا Very High frequency (VHF): 30-300 MHz. تتخامد كثيرا على سطح الأرض، وتخترق طبقات الجو المتأينة إلى الفضاء.

التعديل التماثلي

127

التعديل التماثلي

128

التعديل التماثلي

التعديل المطالي Amplitude Modulation (AM)

يجري تعديل مطال التردد الحامل بالإشارة القاعدية.

129

التعديل المطالي (AM)

التعديل التماثلي

https://en.wikipedia.org/wiki/Amplitude_modulation

130

طيف إشارة التعديل المطالي

التعديل التماثلي

https://en.wikipedia.org/wiki/Amplitude_modulation

131

الحزمة الجانبية الواحدة Single Side Band (SSB)

​

اقتصاد في الطيف

​

طيف إشارة التعديل المطالي

التعديل التماثلي

https://en.wikipedia.org/wiki/Amplitude_modulation

132

التعديل الزاوي Angle Modulation

يجري تعديل تردد أو طور التردد الحامل بالإشارة القاعدية.

التعديل الزاوي

https://en.wikipedia.org/wiki/Angle_modulation

133

التعديل الطوري Phase Modulation (PM)

التعديل الزاوي

https://en.wikipedia.org/wiki/Phase_modulation

أساسيات

​

​

​

​

134

التعديل الترددي Frequency Modulation (FM)

التعديل الزاوي

https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency_modulation

التنضيد هو تجميع عدد من القنوات التماثلية أو الرقمية الضيقة الحزمة في وصلة واحدة عريضة الحزمة.

135

التنضيد Multiplexing

القناة الضيقة

• تاريخيا القناة الضيقة هي قناة الاتصال الهاتفية.
• عرضها محدود بسبب مواصفات الأسلاك النحاسية، ويساوي حوالي 3400 هرتز.

136

القناة العريضة

• هي القناة ذات عرض المجال الترددي الذي يتسع لعدد من القنوات الضيقة.
• ليست هناك حدود لتعريف القناة العريضة. فالأمر نسبي: يمكن لقناة عريضة تضم عددا من القنوات الهاتفية أن تكون ضيقة بالنسبة إلى قناة أعرض تضم عددا من تلك القناة العريضة.

التنضيد

يُستعمل التنضيد في وصلات الشبكة فقط: يحصل تنضيد القنوات على مدخل الوصلة العريضة، ويحصل فرزها على مخرجها. ضمن العقد، حيث يحصل توجيه البيانات، تكون تلك البيانات مفروزة، سواء أكانت تماثلية أم رقمية.

​

137

التنضيد

عرض الحزمة Band Width

في الأصل، عرض الحزمة هو الفرق بين أعلى تردد f_h

وأدنى تردد f_l تنقلهما القناة، ويُقدَّر بالهرتز Herz.

​

سرعة نقل البيانات Bit Rate: عدد البتات التي تستطيع القناة نقلها في الثانية.

​

عرض الحزمة سرعة نقل البيانات

لأن سرعة نقل البيانات على القناة متناسبة مع عرض حزمتها: كلما كانت القناة أعرض أمكن نقل بيانات عليها بسرعة أكبر.

138

التنضيد

أنواع التنضيد

​

هناك أنواع مختلفة من التنضيد، أهمها وأكثرها شيوعا:

1. التنضيد بالتقسيم الترددي Frequency Division Multiplexing (FDM).
2. التنضيد بالتقسيم الزمني Time Division Multiplexing (TDM).
3. التنضيد بالتقسيم الرمازي Code Division Multiple Access (CDMA).

​

139

التنضيد

التنضيد بالتقسيم الترددي

Frequency Division Multiplexing (FDM)

140

التنضيد

يُستعمل التنضيد الترددي في وصلات الترددات الراديوية عموما، وهو أقدم أنواع التنضيد.

141

https://en.wikipedia.org/wiki/L-carrier

142

https://en.wikipedia.org/wiki/L-carrier

5

143

التنضيد بالتقسيم الترددي المتعامد

Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM)

• نوع من التعديل الرقمي الذي تُحمَّل فيه البيانات على عدة حوامل ترددية متعامدة.
• يُستعمل في الراوترات المنزلية والمكتبية وخطوط المشتركين الرقمية DSL والشبكات اللاسلكية. ويُستعمل أيضا على نطاق واسع في الجيلين G4 و G5.

التنضيد

144

التنضيد بالتقسيم الترددي المتعامد

التنضيد

طيف قناة من قنوات التنضيد بالتقسيم الترددي المتعامد

145

التنضيد بالتقسيم الترددي المتعامد

التنضيد

146

التنضيد بالتقسيم الترددي المتعامد

التنضيد

التنضيد بالتقسيم الزمني Time division Multiplexing TDM

​

147

التنضيد

يأخذ المنضد بايتات أو بتات أو عينات من قنوات بطيئة (ضيقة) على التتالي وينضدها واحدة تلو أخرى زمنيا على قناة سريعة (عريضة). ويقوم الفارز في الطرف الآخر من القناة بفرز القنوات الضيقة وإعادتها إلى ما كانت عليه.

​

​

​

​

148

التنضيد بالتقسيم الزمني

التنضيد

149

التنضيد بالتقسيم الزمني

التنضيد

150

التنضيد بالتقسيم الزمني

التنضيد

تتألف سلسلة البيانات على القناة العريضة (2048 كيلو بت/ثا) من أطر متتالية يحمل كل منها 32 قناة يحمل كل منها 64 كيلو بت/ثا: 30 قناة للبيانات، واثنتان للخدمات (تزامن وإنذارات).

151

التنضيد بالتقسيم الزمني: النظام E1

التنضيد

مثال: نظام PDH (plesiochronous digital hierarchy)

(الهرمية الرقمية شبه المتزامنة)

سلسلة متتالية من التنضيد: تُنضَّد 4 قنوات E1 في قناة E2 سرعتها 8.448 ميغا بت/ثا. وتنضد 4 قنوات E2 في قناة E3 سرعتها 34.368 ميغا بت/ثا.. إلخ.

152

التنضيد بالتقسيم الزمني

التنضيد

تشارُك عدد من القنوات الضيقة بقناة عريضة في كامل المجال الترددي في نفس الوقت، وذلك بتحميلها على أرمزة متعامدة.

153

التنضيد

التنضيد بالتقسيم الرمازي Code Division Multiplexing (CDM)

https://en.wikipedia.org/wiki/Code-division_multiple_access

154

التنضيد

التنضيد بالتقسيم الرمازي

https://en.wikipedia.org/wiki/Code-division_multiple_access

تُحمَّل بيانات كل قناة على رماز خاص بها بحيث تكون أرمزة القنوات المختلفة متعامدة.

​

​

155

التنضيد

التنضيد بالتقسيم الرمازي

​

​

​

​

​

156

الطيف المنثور ذو كثافة استطاعة طيفية منخفضة جدا وقريبة من كثافة استطاعة الضجيج.

​

التنضيد

التنضيد بالتقسيم الرمازي

• تُحمَّل القنوات المختلفة على أرمزة متعامدة.
• الأرمزة المتعامدة، هي أرمزة تساوي توابع الترابط المشترك فيما بينها صفرا. طبعا، تابع الترابط الذاتي لكل رماز يساوي 1. هذا ما تم التعبير عنه بانعدام الجداء الداخلي للشعاعين المتعامدين.
• في طرف الاستقبال، تُجرى عملية ترابط بين الإشارة المستقبلة والرماز الخاص بالقناة التي نريد عزلها من الإشارة المستقبلة. فتكون النتيجة الإشارة المستقبلة.

​

مثال: https://en.wikipedia.org/wiki/Code-division_multiple_access

157

التنضيد

التنضيد بالتقسيم الرمازي

158

التنضيد

التنضيد بالتقسيم الرمازي

مثال: ترميز باستعمال قناتين

القناة الأولى:

كلمة الرماز: 1, -1

كلمة البيانات: 1, -1, 1, 1

تحميل البيانات على الرماز: (1, -1, 1, 1)*(1, -1)=(1, -1, -1, 1, 1, -1, 1, -1)

القناة الثانية:

كلمة الرماز: 1, 1

كلمة البيانات: -1, -1, 1, 1

تحميل البيانات على الرماز: (-1, -1, 1, 1)*(1, 1)=(-1, -1, -1, -1, 1, 1, 1, 1)

مجموع القناتين: (0, -2, -2, 0, 2, 0, 2, 0)

​

159

التنضيد

التنضيد بالتقسيم الرمازي

مثال: فك ترميز القناتين

القناة الأولى:

كلمة الرماز: 1, -1

كلمة البيانات المستقبلة: (0, -2, -2, 0, 2, 0, 2, 0)=[(0,-2), (-2, 0), (2, 0), (2, 0)]

الضرب بكلمة الرماز: . (1, -1)=(0+2),(-2+ 0), (2+ 0), (2+ 0) [(0,-2), (-2, 0), (2, 0), (2, 0)]

نتيجة القناة الأولى: 2, -2, 2, 2 وهي مكافئة لكلمة البيانات المرسلة على القناة الأولى 1, -1, 1, 1

القناة الثانية: تمرين

​

160

مقارنة التنضيدين الترددي والزمني

​

أما التقسيم الرمازي فيشابه التقسيم الزمني مبدئيا من حيث المزايا والمثالب.

161

المودم

المودم والترنيم Modem and Shift Keying

• المودم (الأصل الإنكليزي منحوت من modulator-demodulator) هو جهاز يحول البيانات الرقمية إلى إشارة تماثلية ملائمة للنقل على خطوط الاتصالات.
• تاريخيا، ابتُكر من أجل القنوات الهاتفية الضيقة الاستجابة الترددية.
• عمليا، يقوم مرسل المودم بتحميل البيانات على حامل، ويقوم المستقبل باستخلاصها منه.

162

المودم

المودم والترنيم

• أهم التقنيات المستعملة لإزاحة طيف إشارات البيانات القاعدية إلى حزمة الاستجابة الترددية للقناة هي تقنيات الترنيم Shift Keying.
• ويُستعمل الترنيم أيضا لتحميل البيانات على قنوات التنضيد بالتقسيم الترددي المتعامد OFDM التي تم عرضها في محاضرة التنضيد.
• يمكن لقناة الاتصال أن تكون أي نوع من أنواع خطوط الاتصال التي تم عرضها في محاضرة المقدمة.

163

الترنيم: عملية تحميل البيانات الرقمية على حامل يحولها من إشارة قاعدية إلى إشارة طيفها ملائم لاستجابة تمرير حزمة ترددية بعيدة عن الصفر.

أنواع الترنيم

• ترنيم بالإزاحة المطالية Amplitude shift keying (ASK)
• ترنيم بالإزاحة الطورية Phase shift keying (PSK)
• ترنيم بالإزاحة الترددية Frequency shift keying (FSK)

الترنيم

المودم والترنيم

164

الترنيم بالإزاحة المطالية Amplitude Shift Keying ASK

سلسلة بيانات اثنانية

إشارة ASK

تردد حامل

المودم والترنيم

165

الترنيم بالإزاحة الطورية Phase Shift Keying PSK

المودم والترنيم

166

سلسلة بيانات اثنانية

إشارة FSK

الترنيم بالإزاحة الترددية Frequency Shift Keying FSK

المودم والترنيم

167

• التخلص من الانزياح الترددي.
• التسوية equalization.
• الترنيم المعاكس وإعادة الإشارة إلى مجالها الترددي الأصلي.
• كشف إشارة البيانات وإرسالها إلى مصبها.

مهام مستقبِل المودم

المودم والترنيم

168

اتجاه نقل البيانات

المودم والترنيم

169

• أداء ممتاز
• هدر في خطوط الاتصال

اتجاه نقل البيانات

المودم والترنيم

170

• خط اتصال واحد
• يمكن أن تحصل أصداء في حالة عدم توازن محول الأربعة أسلاك إلى سلكين

اتجاه نقل البيانات

171

• صدى قريب: ينجم عن انعكاس الإشارة في المحول في نفس طرف الإرسال.
• صدى بعيد: ينجم عن انعكاس الإشارة في المحول في طرف الاستقبال.

اتجاه نقل البيانات

المودم والترنيم

172

• الصدى مريح في الاتصالات الهاتفية الكلامية الأرضية، ومزعج جدا في الاتصالات الفضائية.
• سيء جدا لنقل البيانات الرقمية.

الصدى الإلكتروني

المودم والترنيم

معيقات النقل الرقمي

173

تعدد المسارات

Multipath Propagation

• تسيء الإشارات المنعكسة كثيرا إلى نقل الإشارة الرقمية.
• تظهر في الاتصالات الراديوية خاصة.
• تؤدي إلى تعدد الظلال في التلفزيون التماثلي الأرضي.

المودم والترنيم

معيقات النقل الرقمي

174

مفعول دوبلر Doppler Effect

• يسمى مقدار الانزياح بتردد دوبلر.
• ينجم عن حركة جهاز الاستقبال.
• يسيء جدا إلى نقل الإشارة الرقمية.

مفعول دوبلر Doppler Effect

المودم والترنيم

معيقات النقل الرقمي

175

صلة الوصل بين:

• مطراف البيانات (الحاسوب مثلا) data terminal equipment (DTE)
• وجهاز نقل البيانات (المودم مثلا) data communication equipment (DCE)

الإنترفاس التسلسلي RS232 والـمسرى الشامل التسلسلي USB

المودم والترنيم

176

الجاك DE9: 9 نقاط

الأنثى في جانب المودم، والذكر في جانب المطراف.

الجاك DB25: 25 نقطة

الإنترفاس التسلسلي RS232

جاكات الـ RS232

المودم والترنيم

177

الإنترفاس التسلسلي RS232

​

178

modem

comp

179

180

مستويات إشارات الإنترفاس RS232

سرعات النقل الشائعة (bit/sec):

50, 75, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 7200, 9600, 14400, 19200, 56000,…, 460800

​

181

المسرى التسلسلي العام

Universal Serial Bus (USB)

182

شبكات الاتصالات

أنواع الشبكات:

1. شبكات الاتصالات الهاتفية العامة PSTN
2. شبكة البيانات الرقمية العامة PSDN
2. الإنترنت
3. الوب
4. الشبكات المحلية

183

• توفر الاتصالات الهاتفية للعموم، وتتكون من الشبكة الأرضية الثابتة والشبكات الخلوية المرتبطة بها. الشبكة رقمية بمعظمها، وتُستعمل فيها وصلات رقمية بين العقد تتألف من ألياف ضوئية ووصلات أمواج مكروية وفضائية (E1 and higher).
• خطوط مشتركي الشبكة الأرضية سلكية وتنقل إشارات صوتية تماثلية.
• خطوط مشتركي الشبكة الخلوية لاسلكية رقمية.
• تنقل معلومات رقمية عبر مودمات تحول إشارات البيانات الرقمية إلى إشارات تماثلية بتقنيات الترنيم. وذاك هو أقدم نمط لنقل البيانات الرقمية.

شبكة الاتصالات الهاتفية العامة Public Switched Telephone Network (PSTN)

شبكات الاتصالات

184

• شبكة رقمية توفر نقل بيانات رقمية وتخدِّم شبكات الحواسيب بشكل رئيسي، والإنترنت عموما.
• منفصلة عن الشبكة الهاتفية العامة.
• تتشارك مع الشبكة الهاتفية العامة بخطوط المشتركين السلكية، حيث تستعمل نفس الخط كخط مشترك رقمي غير متناظرة Asynchronous Digital Subscriber Line (ADSL).
• وتتشارك أيضا مع البكة الهاتفية العامة بالوصلات العريضة الحزمة (E1 and higher).
• في حين أن الشبكة الهاتفية العامة هي شبكة تبديل بالدارات فقط، تستعمل شبكة البيانات العامة التبديل بالرزم أيضا (انظر محاضرة شريحة الشبكة).

شبكة البيانات العامة Public Switched Data Network (PSDN)

شبكات الاتصالات

185

• ليس لها مالك أو مشغل أو مشرف مركزي، وكل شبكة إفرادية من شبكاتها تضع سياستها المستقلة.
• المكونان البروتوكوليان الرئيسيان فيها هما منظومة أسماء النطاقات Domain Name System (DNS) وعنوان بروتوكول الإنترنت IP Address.
• يخضع الـ IP والـ DNS لسلطة هيئة الإنترنت المختصة بتحديد الأسماء والأرقام Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN)، وهي هيئة لا ربحية تأخذ على عاتقها مهمة تنسيق الجهود في إطار التسميات والترقيم التي تحقق عمل الإنترنت المستقر.

الإنترنت

شبكات الاتصالات

186

• شبكة مواقع تمثل التطبيقات التي تعمل في الشريحة البروتوكولية العليا من الإنترنت.
• وهي منظومة معلومات يجري فيها تحديد الوثائق والموارد الأخرى بما يسمى محدد المورد المتجانس Uniform Resource Locators (URL) (أو ما يُعرف بعنوان الوب Web Address)، ويحصل الربط بينها بالنص الفائق hypertext، وهو نص يظهر على الشاشة ويتضمن اسم وصلة فائقة Hyperlink يمكن من خلال النقر عليه الوصول إلى بيانات أو مواقع معينة في الوب.
• يجري نقل موارد الوب إلى طالبها بواسطة بروتوكول نقل النصوص الفائقة Hypertext Transfer Protocol (HTTP) الذي يمكن الوصول إليه عبر متصفح الوب web browser .
• يُخدِّم الوب مخدم الوب web server.

الوب World Wide Web

شبكات الاتصالات

https://en.wikipedia.org/wiki/World_Wide_Web

187

• هي الوِب الأصلية التي أنهى تصميمها تيم برنرز-لي في عام 1989 لدى الوكالة الأوربية للطاقة الذرية CERN وأخرجها إلى الوجود في عام 1991.
• حتى عام 2004، منتجو المحتوى كانوا قلة، واقتصر دور العامة على قراءة ذلك المحتوى.
• هيمنت عليها منصات من مثل AOL وCompuserve والنسخة الأولى من Yahoo وغيرها.
• تلاشت تدريجيا حتى عام 2004 عندما حلت محلها الوب 2.0 كليا.

الوب 1.0 web 1.0

شبكات الاتصالات

188

• في عام 2001، اقترح تيم برنرز-لي مع زميلين له في مقالة في مجلة ساينتيفيك أمريكان تطوير الوب بحيث يصبح الكومبيوتر قادرا على قراءة بيانات الإنترنت وفهمها اعتمادا على خوارزميات الذكاء الصنعي وتعلُّم الآلة.
• في عام 2006، أفاد برنرز-لي وزميلاه أن تلك الفكرة بقيت دون تحقيق بسبب عدم وصول خوارزميات الذكاء الصنعي حينئذ إلى المستوى اللازم لها.

​

الوب الدلالية semantic web

شبكات الاتصالات

189

• هي الوِب الحالية التي تطورت في أيام الوب 1.0 واكتملت في عام 2004.
• اتخذت شكل "شبكة منصات" مكَّنت جماهير المستعملين من المشاركة في صنع المحتوى في الشبكات الاجتماعية والمدونات، ومن التشارك في المواقع والكثير غير ذلك. وانتشرت محركات البحث ومنصات التواصل الاجتماعي القائمة على المحتوى الذي ينتجه المستعملون وعلى الإعلام والإعلان وتجارة التجزئة.

الوب 2.0 web 2.0

شبكات الاتصالات

190

• مثالب الوب 2.0:
• المركزية، أي تجري إدارتها في موقع مركزي من قبل مشغِّل محدَّد يسيطر عليها كليا.
• كونها عرضة للهجوم والإيقاف والتعطل من نقطة مركزية (سرقة بيانات 1.5 مليار مستعمل لفيسبوك في الفترة السابقة لـ 4 تشرين أول 2021، ومن ثم تعطل المنصة عدة ساعات على مستوى العالم كافة في ذلك التاريخ).
• كونها مراقَبة، أي يمكن للمنصات الموجودة فيها أن تمنع أي شخص من دخولها والنشر فيها، إضافة إلى مراقبة سلوكه ونسخ بياناته واستعمالها لأغراضها التسويقية.

الوب 2.0 web 2.0

شبكات الاتصالات

191

• هي نوع من الوب الدلالية.
• مرشحة من أجل تجاوز مثالب الوب 2.0 من خلال:
• تحقيقها للامركزية.
• اتصافها بالمناعة ضد الهجمات.
• كونها غير مراقبة.
• لا توجد فيها معلومات شخصية تدل على هوية المستعمل.
• تقوم على البلوكتشين بصفتها حاضنة لها تضفي عليها الخصائص السابقة.
• يُستعمل فيها الذكاء الصنعي وتعلُّم الآلة من أجل رفع سوية التفاعل مع المستعملين.

الوب 3.0 web 3.0

شبكات الاتصالات

192

• البلوكتشين: حاضنة العملات الرقمية المشفرة.
• سجل عمومي موزع، ولذا يكون غير مركزي.
• يجري تدقيق السجل باستمرار من قبل عدد كبير من المشاركين فيه فيما يُسمى بالإجماع، ولذا يكون آمنا وغير قابل للتغيير والتزوير.
• لا توجد فيه سيطرة لأي جهة، ولجميع المساهمين فيه نفس السماحيات.
• هويات المساهمين فيه مغفلة إلا لمن يريد غير ذلك، ولذا لا توجد فيه رقابة كتلك الموجودة في منصات الوب 2.0.
• البيانات ملك لأصحابها ولا يمكن لأحد استعمالها إلا بعد موافقتهم.

الوب 3.0 web 3.0

شبكات الاتصالات

193

• مثلبة البلوكتشين الأساسية: الاستهلاك الكبير للطاقة في تنفيذ خوارزمية برهان العمل proof of work التي تجشع المنقبين على التسابق فيما بينهم جاعلة إياهم يستهلكون كثيرا من الطاقة.
• يكمن تخفيف وطأة المشكلة باستعمال خوارزمية برهان المساهمة proof of stake الذي لا يشجع المنقبين على التنافس القائم على سرعة البرهان ومن ثم على زيادة استهلاك الطاقة، بل على مقدار ما يمتلك من موارد البلوكتشين (إثريومات مثلا).

​

​

الوب 3.0 web 3.0

شبكات الاتصالات

194

• مواقع الوب التي تستعمل بروتوكول نقل النصوص الفائقة Hypertext Transfer Protocol (HTTP) غير آمنة. والمعلومات التي يجري تداولها فيها مكشوفة للجميع، ويستطيع من يرصدها الحصول على نسخة منها أو تغييرها أو العبث بها .
• لذا جرى تطوير بوتوكول نقل النصوص الفائقة الآمن Hypertext Transfer Protocol Secure (HTTPS) الذي يشفر البيانات المنقولة بواسطته.

أمان الوب

شبكات الاتصالات

195

• عقد (مقاسم أو بدالات) تقوم بتسيير البيانات وفق خوارزميات توجيه معينة من مشترك إلى آخر. يمكن لاتصال معين أن يمر عبر عدد من العقد.
• هناك عقد فرعية أو انتهائية تمثل نقاط دخول المشتركين إلى الشبكة، وعقد رئيسية تصل بين العقد الفرعية على المستويات المحلية والقطرية والإقليمية والدولية.

مكونات الشبكة الرئيسية

شبكات الاتصالات

• وصلات تصل بين العقد، وهي تتكون عادة من تركيب من خطوط الاتصال المختلفة: الراديوية، الألياف الضوئية، وصلات الأقمار الصناعية ..إلخ. وهناك خطوط المشتركين السلكية.

196

العقدة

مهمتها الوصل بين الخطوط الواردة إليها والخارجة منها، سواء أكانت خطوط مشتركين أو وصلات مع عقد أخرى.

تسمى الوصلة بين مدخل ومخرج في العقدة دارة وصل.

عدد دارات الوصل في العقدة محدود، ولذا يمكن للعقدة ألا تلبي اتصالا جديدا في حال انشغال جميع دارات الوصل فيها. وتلك هي حالة من حالات الاختناق في الشبكة. ينتهي الاختناق فور انتهاء أحد الاتصالات.

تتكون العقدة الحديثة من مخدمات حاسوبية.

شبكات الاتصالات

197

الوصلة

• يُستعمل فيها التنضيد بالتقسيم الزمني.
• تخضع لنظام الهرمية الرقمية شبه المتزامنة Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) الذي يقوم على المنضد E1، ومضاعفاته.
• تصل سرعة نقل البيانات فيه إلى نحو 140 ميغا بت/ثا.
• سرعة النقل في قناة الـ E1 الواحدة 64 كيلو بت/ثا.
• تتشارك في هذه الوصلات الـ PSTN و PSDN في آن واحد برغم استقلالهما عن بعضهما.

شبكات الاتصالات

198

خط المشترك

يتألف من سلكين نحاسيين للوصل بين المشترك والعقدة.

يعمل على نقل الإشارة الكلامية في شبكة الهاتف.

تستعمله شبكة البيانات الرقمية PSDN في نفس الوقت لوصل المشترك بالإنترنت، ويسمى حينئذ خط المشترك الرقمي غير المتناظر Asymmetric digital subscriber line (ADSL).

يوفر الـ ADSL سرعة بيانات أعلى كثيرا مما يوفره المودم.

غير متناظر بمعنى أنه يوفر سرعة نقل باتجاه المشترك تساوي ضعف سرعة الحركة الصادرة عنه، وذلك لأن المشتركين يرغبون باستيراد البيانات غالبا.

شبكات الاتصالات

199

الراوتر

• يصل بين المشتركين والـ ADSL.
• يحقق الراوتر شبكة محلية.
• تصل بينه وبين المشتركين قناة IEEE 802.11يمكن لسرعة نقل البيانات فيها إلى أن تصل إلى 54 ميغا بت في الثانية.
• تستعمل تقانة الـ OFDM لنقل البيانات.

شبكات الاتصالات

التجهيزات التي تُستعمل في الشبكة

• المخدِّم server: وهو حاسوب عادة يدير ويقوم بتخديم الحركة في عقدة الاتصالات.
• الموجه router: وهو جهاز متخصص عادة مهمته توجيه الحركة بين الشبكة والمستعملين.
• الموزِّع hub: جهاز متخصص مهمته تفريع الشبكة المحلية.
• المودم modem: جهاز متخصص لنقل البيانات الرقمية على خطوط الاتصال الهاتفية التماثلية.

200

شبكات الاتصالات

201

طوبولوجيا الشبكات Network Topology

https://en.wikipedia.org/wiki/Network_topology

تعريف

الطوبولوجيا

في الرياضيات هي دراسة خواص الجسم الهندسية المنحفظة برغم تشوهاته المتتالية التي من قبيل المط واللَّي والثني .. إلخ، والتي لا تنطوي على قص أو لصق.

​

202

طوبولوجيا الشبكات

تعريف

طوبولوجيا الشبكات

هي دراسة الترتيبات الشكلية لمكونات الشبكة (العقد والوصلات .. إلخ)، وتُستعمل لوصف أو تحديد التشكيلات المختلفة التي يمكن لعقد ووصلات الشبكة أن تتخذها.

203

طوبولوجيا الشبكات

الأنواع الطوبولوجية للشبكات

204

طوبولوجيا الشبكات

الشبكة النجمية Star Network

• عقدة مركزية تخدِّم جميع العقد الأخرى
• إذا تعطلت عقدة فرعية لا تؤثر على عمل الشبكة
• سهلة التوسعة
• تتعطل الشبكة بأسرها إذا تعطلت العقدة الرئيسية
• تكاليفها عالية بسبب طول الكبال الكبير اللازمة لها
• عبء الحركة بكامله يقع على العقدة المركزية

205

• تتصل كل عقدة بعقدتين، وتدور البيانات حول الحلقة بكاملها.
• تُستعمل في الشبكات المحلية غالبا.
• لا توجد عقدة مركزية لإدارة الاتصالات، وهذه مزية.
• تصل البيانات مرتبة إلى المستقبل، وهذه مزية.
• من مساوئها توقف العمل إذا انقطعت إحدى الوصلات أو توقفت إحدى العقد.
• إضافة عقد جديدة تستلزم تعديلات في العقد القائمة.
• يزداد التأخير بزيادة عدد العقد.
• تتحدد سرعة النقل بسرعة أبطأ وصلة في الحلقة.

طوبولوجيا الشبكات