نشرت تحت تصنيف Wireless IOT

Smart Building Transmission Media



ذكرنا منذ سنوات أن المستقبل سيكون قطعا بلا أسلاك و لكننا مجبرون للكلام عن الكابلات بجاتب الكلام عن النقل اللاسلكي في المباني الذكية لأنها الواقع الموجود حاليا و لأن التطور الذي حدث فيها خاصة في الشبكات البصرية لا يدع مجالا للشك أن هذا المستقبل سيكون ابعد مما نتصور

Structured Cabling Systems


الكابلات كما نعرف هي عصب أي نظام اتصالات أو تحكم أو كهرباء

فالكابلات في أنظمة الكهرباء تنقل الطاقة

و الكابلات في عالم الإتصالات تنقل الإشارات

و الكابلات في أنظمة التحكم تنقل الأوامر

و الكابلات في أنظمة الحاسوب تنقل البيانات

و عالم BMS هو عالم تمتزج فيه أنظمة الطاقة بالإتصالات بالتحكم بالحاسوب و بالتأكيد ستجد كافة أنواع هذه الكابلات التي تنقل الطاقة و الإشارات و الأوامر و البيانات و لا أريد أن أتخطي قليلا محتوي الكتاب لأقول لك أن أنظمة اليوم BASOIP و التي أصبحت علوم الشبكات هي المسيطرة ستري فيها ان كابلا واحدا قادرا علي نقل كل هذه الأشياء و هو POE UTP

و لكن دعنا نسير رويدا و نتكلم عن جميع هذه الكابلات المستخدمة في أنظمة BMS

TWISTED-PAIR COPPER CABLE

كابلات تتكون من ثمانية أسلاك مجدولة – و ذلك لمنع التدخلات CrossTalk -علي هيئة أربع أزواج يتراوح سمك كل منها بين 22 و 24 Gauge أو 22 AWG و 24 AWG والأخير هو اكثرهم استخداما هذه الأيام حيث AWG هو المقياس الأمريكي للكابلات

و قد تكون هذه الكابلات مغطاة بطبقة معدنية و تسمي هنا shielded twisted pair (STP) أو غير مغطاة و تسمي هناUnshielded twisted pair (UTP)

فئات الكابلات CAT

وفئة الكابل هي تصنيف يخضع له الكابل طبقا لمدي عمله ضمن نطاق ترددي معين بالإضافة الي بعض المواصفات الفيزيائية والميكانيكية وهو مايسمي في عالم كابلات الشبكة CATاختصارا لـ category و كل منهم يصلح لحمل بيانات بترددات لنظم لا تتعامل احيانا معها الكابلات الأخري

و سنتكلم فقط عن الكابلات المستخدمة أو التي استخدمت علي نطاق واسع

CAT 1


وهو معيار كابلات لا تدعمه منظمة ANSI/TIA/EIA-568-B التي لا تدعم اي انظمة هواتف تستخدم انظمة الصوت التماثلية في اصدارها الأخير 2001 ولكن ضمن EIA/TIA-586 و يستخدم لنقل بيانات صوتية فقط بترددات تقل عن 1 Mbit/s ويستخدم في كابلات الهواتف و شبكات ISDN ولا يصلح لنقل المعلومات DATA بل شبكات الهاتف المسماه POTS فقط

CAT 5


يخضع لمواصفات ANSI/TIA/EIA-568-Aويسمي Cable and Telephone و اشهر فئات الكابلات المجدولة منذ 1990 وفي شتي الشبكات التجارية الكبري و قد صمم ليتعامل مع ترددات تصل الي 100 Mbit/s و يستخدم ضمن شبكات fast ethernet 100Base-TX , PMD (FDDI over copper) , 155Mbps ATM

و لديه تطوير سمي بـ CAT 5e خاضع للمواصفات القياسية ANSI/TIA/EIA-568-B

وهو تطوير لـ CAT5 ويتعامل مع نفس النطاق الترددي 100 ميجا هرتز تدعم حتي 350 ميجا هرت ويستخدم في الشبكات التي تتطلب سرعات عاليه جدا مثل Gigabit Ethernetولكنها لا تزال محدودة بطول أقصاه 100 م او 328 قدم للكابل الواحد بين نقطتي توصيل

CAT 6

خاضع للمواصفات القياسية ANSI/TIA/EIA-568-B و قد طورت في عام 2002 و تتعامل مع ترددات تصل الي 250 ميجا هرتز وهي أسمك واثقل وأكثر متانة من سابقاتها

و له تطوير يسمي CAT 6a و يسمي أيضا Augmented Category 6 و قد تم تطويره في فبراير 2008 ويعمل عند ترددات تصل الي 500 و يستطيع العمل علي شبكات 10Baste

CAT 7

و قد بدأت تغزو بعض الأسواق حاليا لما تتمتع به من مواصفات عاليه مثل التغليف الكامل علي كل سلك وعلي طول الكابل و ايضا حماية كاملة ضد التداخلات الكهرومغناطيسية مما يسمي بـ EMI و RFI و له فترة الخدمة الفعلية لها 25 سنة و كذلك فقد بسيط 29 ديسبل لكل 100 م وذلك عند التردد 600 ميجا هرتز

Coaxial cables


لعلك لاحظت ذلك الكابل الذي يربط بين جهاز الإستقبال الفضائي لديك Receiver وبين طبق الإستقبال “الدش” هذا هو الكابل المحوري وهو الكابل الذي يستخدم دوما في التوصيل بين واجهات الدوائر التليفزيونية CCTV المغلقة ووحدات المراقبة التليفزيونية التناظرية

ورغم عيوب الكابلات المحورية والتي تتمثل في صعوبة تمديدها وصيانتها وارتفاع ثمنها عن الكابلات المجدولة فإنها تتميز بالأتي

– مدي ترددي عالي مما يعني قدرتها علي نقل بيانات اكبر

– قدرة علي حماية البيانات المنقولة من التداخل

يتكون الكابل المحوري من قلب معدني رفيع من النحاس يسمي CORE او Conductor كما بالصورة السابقة وهذا شكله

و يحاط ذلك القلب بمادة عازلة مثل PVC (polyvinyl chloride), في الصورة الأولي تسمي Isulation

ويحيط بالعازل شبكة معدنية Mesh shielding ويتم تغطية الكل بغلاف بلاستيكي

وهذا هو شكل الكابل بعد توصيل Bayone-Neill-Concelman (BNC)له كي يتم توصيله


فئات الكابلات المحورية وأنواعها

RG-58/U

كابلات ذات مقاومة 50 اوم تسمي احيانا thinnet وتستخدم مع شبكات 10 base2 وشبكات التليفزيون

RG-58 C/U

النسخة العسكرية من النوع السابق و هذا النوع من الكابلات يستعمل للتوصيل في الهوائيات لأنظمة CB و الأنظمة اللاسلكية، و كذلك ككابلات توصيل للمحطات النهائية و شبكات أنظمة إرسال المعلومات.

RG-6U

اشهر الأنواع واكثرها استعمالا نظرا لسعة مداها الترددي

Fiber Optics


الألياف البصرية هي ألياف مصنوعة من الزجاج النقي طويلة ورفيعة لا يتعدى سمكها سمك الشعرة يجمع العديد من هذه الألياف في حزم داخل الكيبلات البصرية وتستخدم في نقل الإشارات الضوئية لمسافات بعيدة جداً مع مدي ترددي عالي مما يسمح بنقل بيانات اكبر و لا تتأثر بالتداخلات التي تنتج عن المجالات الكهرومغناطيسية و ذات امان اكثر حيث انه يصعب تتبع الإشارة البصرية ولا يمكن اقتباسها من علي الكابل علي عكس الكابلات النحاسية والتي بمجرد عمل وصلة توازي مع الكابل فيمكنك اخذ الإشارة منها وه مايعرف بالتصنت eavesdrop,” و هي تقوم    نقل بيانات بسرعة 1 جيجا بت لكل ثانية ونظريا يمكن نقل ما يساوي 200 جيجا بت لكل ثانية و تستخدم عناصر موجودة في الطبيعة بكثرة بلاستيك وزجاج – الزجاج يصنع من الرمل – علي عكس الكابلات النحاسية

تنتقل المعلومات كإشارات ضوئية عبر الألياف البصرية على عكس الأسلاك النحاسية التي تستخدم الإشارات الكهربية وهذه الإشارات الضوئية المارة في أحد الألياف لا تتداخل مع إشارات الألياف الأخرى الموجودة معها في نفس الحزمة داخل الكيبل،وهذا يعني عدم تداخل الخطوط خلال المحادثات الهاتفية حيث يكون الصوت واضح ونقي.

تعد الألياف البصرية مثالية وملائمة لنقل الإشارات الرقمية والمستخدمة في شبكات الكمبيوتر.

أمنة ضد الحرائق الناتجة عن الإشارات المنقولة :

لا تستخدم الألياف الضوئية أي إشارات كهربية،ولذلك تعتبر وسيلة آمنة لنقل المعلومات والإشارات الضوئية لمسافات طويلة دون الخوف من أضرار الحرائق الناجمة عن الشحنات الكهربية.

تعد الألياف البصرية خفيفة الوزن مقارنة بأسلاك النحاس،كما أنها تحتل مساحة صغيرة عند إمدادها تحت الأرض مقارنو بالمساحة الكبيرة التي تحتلها كيبلات الأسلاك المعدنية.

ولذلك يفضل استخدام الألياف البصرية صناعياً وفي الاتصالات وأسلاك وخطوط الكمبيوترات

ويتكون الليف البصري من التالي

:

االقلب (Core) : وهو عبارة عن زجاج رفيع ينتقل فيه الضوء.

العاكس ( Cladding): مادة تحيط باللب الزجاجي وتعمل على عكس الضوء مرة أخرى إلى مركز الليف البصري.

الغطاء الواقي (Buffer Coating): غلاف بلاستيكي يحمي الليف البصري من الرطوبة أو ويحميه من الضرر و الكسر.

تنتقل الإشارات الضوئية في الكيبلات البصرية خلال الليف الزجاجي الرفيع (Core) وذلك عن طريق الانعكاسات المتتالية للضوء والتي يحدثها العاكس(Cladding) المحيط بالقلب الزجاجي والذي يعمل كمرآة عاكسة للضوء.


ولأن العاكس لا يمتص الضوء الساقط عليه بل يقوم بعكسه إلى داخل الليف البصري طوال رحلته فإن الضوء ينتقل لمسافات بعيدة دون أن يفقد أو يتضاءل .ولكن في بعض الأحيان يحدث وأن تضعف الإشارات الضوئية نتيجة لوجود الشوائب في مادة الزجاج الليفي

و عند التعامل مع الألياف البصرية فإنه ستقابلك بعض هذه المصطلحات

dark fiber

هي اللياف التي في الكيبل و لا يمر فيها ضؤ فالكابل يحتوي مثلا علي 12 سلك core اذا استخدمت منه فقط ثمانية أسلاك فإن الأربعة الباقيين يسمون Dark Fiber

Single Mode Fiber

يسمي احيانا monomode شائع الإستخدام في شركات الهواتف ككابلات اساسية backbone cable أي بين الأماكن البعيدة بين المدن

يسلك الضوء في هذا الليف المسار الذي تراه في الصورة التالية و يتراوح الطل الموجي بين 1310 نانومتر و 1550 نانو متر

Multimode Fiber

كابلات شائعة الإستخدام في شبكات الحاسوب 10Base-FL, 100Base-F, FDDI, ATM وغيرها وذلك ككبلات اساسية backbone او كابلات فرعية horizontalأي داخل الأبنية

ينتشر اكثر من نمط دخل الليف وذلك بطول موجي 850 نانومتر الي 1300 نانومتر

Wireless Systems


ذكرت منذ سنوات في كتاي “هندسة و فن تمديد كابلات الشبكة” أن المستقبل سيكون قطعا بلا أسلاك و في عالم BMS أو Home automation ستكون للشبكات الاسلكية السبق في ذلك لأنها تعتمد علي الشبكات الاسلكية الأقل استهلاكا للطاقة و التي تسمي Personal Area Network PAN أو علي أكثر شبكا Wireless LAN Network

فـ PAN تختص بالشبكات الشخصية علي مستوي متر الي عشرة امتار و تختص بالأساس في اتصال جهاز الكمبيوتر لاسلكيا ببعض الأجهزة الأخري الخدمية مثل الطابعات و الأكسس بوينت و السكانر و الكاميرات و أحيانا الماوس و الكيبورد

و تتميز هذه التقنية باستخدام ارسال لاسلكي بقدرة و طاقة محدودين لحصر حيز الإرسال في مكان صغير يستخدم في هذه الشبكات تقنيات شبك لاسلكي مثل IrDA, Bluetooth, UWB, Z-Wave , ZigBee

Infrared Data Association (IrDA)


يتم استخدا تقنيات الأشعة تحت الحمراء IR Infrared للإتصال المباشر line of sight عندما يكون الجهازان علي خط واحد و لا يفصلهما اي عائق مثلما تستخدم أجهزة الريموت كنترول و رغم أن الأشعة تحت الحمراء ليست اشعة مرئية فهو يعتمد علي استخدام خواص الضوء المرئي في الإتصال و يتأثر الإتصال بما يتأثر به الضوء العادي

Bluetooth

 


عالجت هذه التقنية مشكلة اشتراط تواجد الأجهزة علي خط نظر واحد ومشكلة تعدد الإتصال و مشكلة الأمان و مشكلة السرعة حيث تستطيع أن تحقق الإتصال بين أكثر من جهاز في نفس الوقت مع توفر الأمان الشبكي و كذلك ضمان سرعة تدفق للبيانات

و يتم استخدام طريقة master / slave لعمل الإتصال و هي طريقة منظمة و عملية و منطقية للغرض الذي أنشيء له هذا النظام

تقنية البلوتوث تستخدم تردد ما بين 2.40 إلى 2.48 جيجاهيرتز و تقوم الأجهزة بتغيير التردد كل مرة اتصال و لذلك فمن الصعب جدا حدوث تداخل في الترددات بين الإتصالات

و للبلوتوث إصدار جديد يسمي يسمي البلوتوث الذكي Smart Bluetooth أو البلوتوث موفر الطاقة Bluetooth low energy BLE

و هو مدعوم من بعض أجهزة الأكسسبوينت من سيسكو لهذه التقنية

بدأ تطوير البلوتوث الذكي من قبل شركة نوكيا عام 2006 و كان يسمي Wibree ثم بعدها تم دمجه مع مجتمع البلوتوث و معاييره في 2010 و أطلق أول معيار له باسم البلوتوث النسخة 4 و أصبح مدعوم بشكل افتراضي في جميع أنظمة التشغيل مثل ويندوز و ماك و لينكس و أندرويد سواء لأجهزة الحاسوب أو المحمولة أو التابلت أو الموبايل و من المتوقع أن يكون ما لايقل عن 80% من أجهزة الهواتف المحمولة في 2018 مدعومة و داعمة بشكل كامل من البلوتوث الذكي

و في منتصف 2016 تم إطلاق النسخة الأحدث من البلوتوث و هي بلوتوث 5 و معه تم زيادة السرعة للضعف أي 2 Mbps و زيادة مدي الإشارة لأربعة أضعاف عن سابقه Bluetooth 4.2 و زيادة كثافة الأجهزة لثمانية أضعاف و يبدو من هذا هو تطلعهم لتوفير بئية حاضنة لتقنيات و تطبيقات IOT

UWB Ultra-wideband


يعتبر الإتصال اللاسلكي فائق الإتساع من التقنيات الأحدث في عالم الإتصالات الشبكية اللاسلكية و الأعجب ايضا فهي تستخدم موجات راديوية واسعة النطاق ذات طاقة منخفضة جدا لإرسال بيانات كبيرة جدا و هذه الميزات قد تزيح جانبا اسماء عملاقة مثل البلوتوث و الواي فاي في الشبكات السالكية الشخصية

يبلغ سرعة نقل بيانات لاسلكيا تصل إلى أكثر من 480Mbps  و هو هكذا أسرع عشرات المرات من معيار الواي الفاي 802.11b و تتميز معداته أيضا بما يتميز به معدات البلوتوث من توافقيته و أيضا قدرته علي العمل بتكنولوجيا التشغيل و التوصيل الآلي PNP و تتميز معداته ايضا بإمكانية ربطها بواسطة جهاز سويتش يعتمد علي تكنولوجيا UWB بما يجعله شبيها بأجهزة الواي فاي

Z-Wave /Zigbee


في هاتين التقنيتين سنتخطي حدود الشبكات الكلاسيكية التي تعتمد فقط علي الكمبيوتر و ملحقاته ,, فأنت هنا تستطيع أن تربط كل جهاز كهربي في بيتك بالشبكة ( شبكة الواي فاي –معدات الإنترنت – التلفاز – المصباح – الثلاجة – الأبواب الكهربية – الغسالة – السخان – التكييف .. الخ- )حيث تمكنك هاتين التقنيتين ومعداتهما من صنع شبكة تقوم بالتحكم بكافة أجهزتك الكهربية و الإلكترونية و ذلك لاسلكيا بواسطة برنامج تحكم علي الكمبيوتر و أجهزة الريموت كنترول

و علي عكس الشبكات العادية التي تحتاج أن يكون الجهاز مصنع مسبقا لينضم للشبكة فإنك هنا تستطيع ان تضم اي جهاز الكتروني او كهربي الي شبكة z-wave بواسطة وضع رقاقة تحكم لاسلكي خارجية لأي جهاز و ذلك بعملية تسمي “pairing” and “adding”

وكباقي الشبكات الشخصية فإنها تستخدم نطاق ترددي مجاني هو industrial, scientific and medical (ISM) و يستخدم بالأساس في الأجهزة الطبية و الصناعية و هذه الترددات تعمل بموجات ذات طاقة منخفضة علي مسافات قصيرة و علي عكس أجهزة البلوتوث فإن شبكة z-wave او zigbee تستطيع التحكم في ما يقرب من 232 جهاز تتواصل فيما بينها بتكنولوجيا أو طبولوجية طبولوجية source-routed mesh network حيث يكون هناك أكثر من جهة تستطيع التحكم في الشبكة و التخاطب مع أكثر من جهة .

WLAN (Local Area Network)


و هي أكثر الشبكات اللاسلكية انتشارا وشيوعا و هي تعتبر الشبكات المناظرة للشبكات السلكية الشائعة و تسمي أيضا الواي فاي WI Fi – WIRELESS FIDELITY وهي خدمة الإتصال الشبكي لاسلكيا فائقة السرعة والدقة و يتم الدخول اليها عن طريق اجهزةا الكمبيوتر أو التابلت أو الهاتف

وتعتبر wi-fi تقنية شبكات محلية لاسلكية wireless lan ويمكنك الاستفادة من هذه الخدمة ضمن مساحة 45 مترا او 100 قدم فقط وتستطيع توسيع المدي بزيادة قدرة الإشارة بواسطة هوائيات لتصل الإشارة الي عدة اميال

هذه التقنية تستخدم شبكات وموجات ( الراديو ) لنقل البيانات عبر الاثير وهي قادرة على اختراق الجدران والحواجز الغير معدنية وتصل سرعة نقل البيانات لاسلكيا بال Wi-Fi الي 1.5 جيجا بت لكل ثانية مع المعيار 802.11ac wave 2

و توجد في المواقع العامة مثل الفنادق والمطارات والجامعات والمطاعم وأصبحت شركات الطيران تقدم هذه الخدمة على متن طائراتها.

و لقد مر الوايفاي بأكثر من تطوير عبر عدة أجيال حتي وصل الي المعيار الحالي


IEEE 802.11

المعيار الأصلي أو الأساسي للشبكات اللاسلكية و يعمل بمعدل نقل بيانات 1 الي 2 ميجابت لكل ثانية و علي التردد 2.4 جيجا هرتز و تم اطلاقه في 2007

IEEE 802.11a

معيار يعمل علي التردد 5 جيجا هرتز و يدعم سرعة نقل بيانات 54 ميجا بت لكل ثانية و يستخدم تقنية مزج OFDM Orthogonal frequency-division multiplexing

IEEE 802.11b

تعديل للمعيار الأصلي 802.11 يعمل علي التردد 2.4 و بسرعتي 5.5 و 11 ميجابت لكل ثانية و تم اطلاقه في 1999

IEEE 802.11g

معيار نقل بيانات جديد يعمل علي التردد 2.4 جيجا هرتز مثل المعيار 802.11b و يقوم بنقل بيانات بسرعة 54 ميجابت لكل ثانية مثل المعيار 802.11a و تم اطلاقه في 2003

IEEE 802.11n

جيل حديث للشبكة اللاسلكية و الذي يعمل بتقنية MIMO و يستخدم قناة ترددية بعرض 40 ميجا هرتز و سرعة نقل بيانات تتعدي نصف جيجا بت لكل ثانية

IEEE 802.11ac

انه الجيل الخامس من شبكات الواي فاي و هو معيار لاسلكي من تطوير معهد مهندسي الكهرباء و الإلكترونيات الأمريكي IEEE و هو نقله في عالم الإتصال اللاسلكي يسمح نظريا بنقل بيانات بسرعة بحد اقصي 6.9 Gbps علي التردد 5-GHz متخطيا المعيار السابق 802.11n بما يزيد عن إحدي عشر ضعفا أي 11.5 times

نادر المنسي

محاضرات عن المباني الذكية

المعلق:

مهندس عربي يطمح و يساعد في الرقي بالمحتوي العربي للتكنولوجيا عبر ترجمة و اعداد مقالات و كتب علمية في مجال الشبكات و الإتصالات السلكية و اللاسلكية

رأي واحد على “Smart Building Transmission Media

اترك رد

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

شعار وردبرس.كوم

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   /  تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   /  تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   /  تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   /  تغيير )

Connecting to %s