همه چیز درباره ی شبکه های موبایل و نحوه کارکرد آنها

امروزه تلفن‌های همراه به بخشی اساسی از زندگی‌ ما تبدیل شده‌اند. با توسعه فناوری ارتباطات، تلفن‌های همراه قادر به برقراری ارتباط با دستگاه‌های متعدد در سراسر جهان شده‌اند. این ارتباطات در بستر شبکه‌های مختلف به صورت بی‌سیم‌(Wireless) رخ می‌دهد. در این مقاله با انواع شبکه‌های موبایل آشنا می‌شویم و نحوه کارکرد هرکدام را بررسی می‌کنیم.

شبکه های تلفن همراه

شبکه‌ های موبایل متشکل از سیستم‌های پیچیده هستند که دستگاه‌های مختلف را قادر به برقراری ارتباط در بستری مانند اینترنت می‌کنند. این ارتباط به صورت بی‌سیم(وایرلس) با امواج رادیو‌یی به کمک سخت‌افزار، نرم‌افزار، پروتکل‌ها و تاسیسات کمپانی‌های ارائه دهنده خدمات مخابراتی شکل می‌گیرد. برای آشنایی با ارکان اساسی شبکه‌های موبایل می‌توانیم ابتدا تاریچه ارتباطات بی‌سیم، استاندارد‌های پایه و پرکاربرد شبکه‌های بی‌سیم که در نسل‌های شبکه‌های ارتباطی موبایل استفاده می‌شود و نسل‌های شبکه‌های ارتباطی موبایل(3G، 4G و…) را معرفی کنیم. در ادامه برای بررسی این موضوعات این مقاله را دنبال کنید.

تاریخچه ارتباطات بی‌سیم:

تاریخچه ارتباطات بی سیم به اواخر قرن نوزدهم که با اختراع تلگراف امکان ارسال اطلاعات در فواصل طولانی با استفاده از سیگنال‌های الکتریکی را فراهم شد و هنگامی که Guglielmo Marconi مخترع ایتالیایی در سال 1901 با موفقیت یک سیگنال رادیویی را از انگلستان به کانادا ارسال و امکان‌پذیری ارتباطات بی‌سیم را اثبات کرد نسبت می‌دهند.

برای اولین بار در دهه 1940، اولین سیستم‌های تلفن همراه معرفی شدند که امکان برقراری ارتباط در حال حرکت با استفاده از امواج رادیویی را فراهم کردند. این سیستم‌ها محدود بودند، به همین دلیل در دهه 1980 تکنولوژی‌های GSM و 1G در بستر شبکه سلولی(Cellular network) ایجاد شدند و ارتباطات در تلفن همراه را ممکن ساختند.

در دهه 1990، هنگامی که اینترنت بین مردم عادی فراگیر شد فناوری‌های ارتباط بی‌سیم همانند Wi-Fi(Wireless Fidelity) و 2G ظهور کردند که به کاربر اجازه می‌دادند بدون اتصالات سیمی به اینترنت متصل شود. Wi-Fi و 2G راحتی دسترسی به ارتباطات وایرلس را افزایش دادند.

شبکه‌های سلولی(Cellular network):

شبکه سلولی ساختاری است که توسط اپراتورهای ارتباطات سیار در سراسر جهان استفاده می‌شود تا به کاربران امکان ارتباط صوتی و داده در هر زمان و مکانی را فراهم کند.

این نوع از شبکه های موبایل، بر پایه توپولوژی سلولی کار می‌کند، یعنی هر شهر یا منطقه‌ای که تحت پوشش می‌باشد، به چندین سلول تقسیم شده و هر سلول شامل یک دکل فرستنده و گیرنده یا همان BTS(Base Transceiver Station) است که امکان ارتباط کاربران در داخل آن سلول را فراهم می‌کند. از طرفی این دکل‌ها توسط فیبرنوری به یک‌دیگر وصل شده و از طریق راه‌های زمینی و دریایی ارتباطات ملی و بین‌المللی را شکل می‌دهند.

در این شبکه یک تلفن همراه برای تماس دکل‌ها(BTS) داده‌های صوتی ما را به صورت امواج رادیو‌ای دریافت می‌کند. در مرحله بعد با توجه به روش‌های مختلفی می‌توانیم هویت فردی که می‌خواهیم با او ارتباط بگیریم(تماس بگیریم) را برای دکل مشخص کرده تا دکل ارتباط را میان ما ایجاد کند.

شاید این سوال برای شما هم ایجاد شده باشد که چرا به دکل‌های متعدد برای هر سلول نیازمندیم یا اینکه چرا ارتباط مستقیم بود دکل بین تلفن‌های همراه امکان‌پذیر نمی‌باشد. در واقع این سوال‌ها دارای دو دلیل ساده است. دلیل اصلی محدودیت برد مواج رادیویی است. این امواج علاوه بر محدودیت بُرد، با برخورد به سطوح و اشیا مختلف مخصوصاً تجهیزات الکترونیکی دچار اختلال در ارسال و دریافت اطلاعات می‌شوند. همچنین اگر اختلال‌ها و محدودیت برد این امواج را نیز در نظر نگیریم، به دلیل کروی بودن کره زمین امکان ارسال و دریافت این امواج در راستای افق محدود است و امکان‌پذیر نمی‌باشد.

شبکه سلولی در بستر استاندارد‌ها و شبکه‌های متعددی همانند GSM، CDMA، 1G، 2G، 3G، 4G، 5G و موارد مشابه استفاده شده است.

استاندارد‌های شبکه‌ های موبایل:

در این بخش چند استاندارد مرسوم که شبکه‌های بی‌سیم بر اساس آنها پایگذاری شده‌اند را معرفی می‌کنیم.

GSM(Global System for Mobile Communications):

GSM یکی از مهم‌ترین و رایج ترین فناوری‌های ارتباطات سیار است که در شبکه‌های بی‌سیم سراسر جهان استفاده می‌شود. این تکنولوژی ابتدا به منظور فراهم کردن بستری مناسب برای ایجاد ارتباطات صوتی(تماس صوتی) و ارسال و دریافت پیام کوتاه(SMS) ایجاد شد.

برای برقراری ارتباطات بین دو دستگاه در این شبکه نیازمند‌‌ سیم‌کارت یا SIM (Subscriber Identity Module) هستیم. سیم کارت‌ها اطلاعات کاربر مانند شماره تلفن، مخاطبین و سایر داده‌های خاص شبکه را ذخیره می‌کنند و برای احراز هویت فرد در شبکه‌ی موبایل استفاده می‌شوند.

از مزایای این تکنولوژی می‌توانیم به مناسب‌بودن بستر آن برای ارتباطات راه دور اشاره کنیم. اما توجه داشته باشید در این شبکه نرخ انتقال اطلاعات محدود است. همانطور که در بخش قبلی اشاره شد استاندارد GSM هنگام تماس و ایجاد یک ارتباط از بستر شبکه سلولی استفاده می‌کند. این شبکه در حال حاضر مانند یک استاندارد برای ارتباطات صوتی در اکثر نقاط جهان استفاده شده است.

CDMA(Code Division Multiple Access):

CDMA مانند GSM یک استاندارد شبکه است که برای برقراری ارتباطات تلفن همراه استفاده می‌شود. این فناوری در نقاط مختلف جهان(عمدتاً در ایالات متحده) محبوب است.

یکی از مزایای اصلی CDMA ظرفیت و کارایی بهتر آن است. از آنجایی که CDMA امکان انتقال همزمان چند تماس در یک فرکانس را فراهم می‌کند، می‌تواند تعداد بیشتری از کاربران را پشتیبانی کند. GSM از یک معماری شبکه مجزا برای تماس‌ها و داده‌های صوتی استفاده می‌کند، در حالی که CDMA صدا و داده‌ها را در شبکه یکپارچه می‌کند.

به صورت کلی CDMA یک فناوری شبکه همه کاره است که موجب تحول در ارتباطات تلفن همراه شده است. خوب است بدانید نسل‌های ابتدایی شبکه‌های ارتباطی مانند 2G و 3G بر پایه تکنولوژی‌های GSM و CDMA توسعه پیدا کرده‌اند. همچنین شبکه‌ 4G معمولا بر پایه استاندارد LTE و شبکه 5G بر پایه استاندارد NR توسعه یافته است.

LTE(Long-Term Evolution):

LTE یا Long Term Evolution, یک تکنولوژی ارتباطات بی‌سیم است که برای انتقال داده‌ها و صدا با سرعت بالا و کارایی بهینه، استفاده می‌شود. این فناوری توسط تحقیقاتی که تا حد زیادی توسط شرکت‌های مختلف صنعت مخابرات انجام شده است، توسعه یافته است. استفاده از تکنولوژی LTE در شبکه‌های تلفن همراه و اینترنت موبایل، منجر به سرعت بالا و بهبود عملکرد مشترکین در سراسر جهان شده است.

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های LTE، سرعت بالای انتقال داده است که امکان دسترسی سریع و بی‌دردسر به اینترنت، دانلود فایل‌های بزرگ و استفاده از برنامه‌های پرسرعت را فراهم می‌کند.

نسل‌های شبکه‌ های موبایل:

شبکه‌ های موبایل از نسل‌های مختلفی برای ارتباطات تلفن همراه و اینترنت استفاده کرده‌اند. در ادامه نسل‌های اصلی شبکه‌ های موبایل معرفی شده‌اند.

1G

شبکه های موبایل 1G، در دهه 1980 معرفی شد و از سیگنال‌های آنالوگ برای ارتباط دستگاه‌ها استفاده می‌کرد. تا زمان پدید آمدن نسل دوم شبکه‌های ارتباطی این تکنولوژی بر پایه انتقال داده با سیگنال‌های آنالوگ فعالیت کرده به توسعه یافت.

2G

شبکه های موبایل 2G، در دهه 1990 معرفی شد و از سیگنال‌های دیجیتال GSM برای ارتباط دستگاه‌های شبکه استفاده می‌کرد. مزایای این تکنولوژی شامل کیفیت بالاتر صدا، قابلیت پیامک کوتاه (SMS) و دسترسی ساده‌تر به داده‌‌ها نسبت به نسل قبلی بود. لازم به ذکر است تکنولوژی 2G با استفاده از سیگنال‌های دیجیتال داده‌ها را انتقال می‌داد.

3G

شبکه های موبایل 3G، در دهه 2000 توسعه یافت و قابلیت ارسال داده‌های سرعت بالا را فراهم می‌کرد. این فناوری ارتباطی جدید برای اینترنت تلفن همراه، ویدئو تماس و دیگر سرویس‌های پیشرفته فراهم کرد.

4G

شبکه های موبایل 4G نیز با عملکرد بهتر در مناطق پرترافیک، بهبود ارتباطات صوتی و تصویری و کاهش تاخیر(Ping) شبکه خدمات بهتری نسبت به نسل قبل خود ارائه کرد و جایگزین آن شد.

5G

شبکه های موبایل 5G، یکی از جدیدترین نسل‌های شبکه‌ های موبایل است که برای دسترسی به سرعت بسیار بالا و پایداری و کاهش تاخیر(Ping) به طور همزمان طراحی شده است.

در حال حاضر، 5G، آخرین نسل ارائه شده شبکه‌ های موبایل بهتر از هر نسل دیگر خدمات بی‌سیم و وایرلس را ارائه می‌دهد. نسل‌های بعدی شبکه‌ های موبایل، از جمله 6G و 7G نیز در حال تحقیق و توسعه می‌باشند و احتمالا قابلیت‌ها و عملکردهای بسیار پیشرفته‌تری را برای ارتباطات موبایل فراهم کنند.

تکنولوژی‌های ارتباط موبایلی بسیار گسترده‌‌اند و عملکرد پیچیده‌ای برای یک فرد ناآشنا با زمینه‌های شبکه‌های کامپیوتری و مخابرات دارند. به همین دلیل در این مقاله سعی شد به طور خلاصه با ساده‌سازی مطلب تاریخچه، ویژگی‌ها و انواع شبکه‌ های موبایل که به صورت بی‌سیم یا وایرلس کار می‌کنند را برای شما بررسی کنیم. امیدوارم این مقاله برای شما مفید واقع شده باشد.

اگر شما جز افرادی هستید که به مباحث اکتیو و پسیو شبکه علاقه دارید و مشتاق هستید که در حوزه ی سخت افزار و شبکه های کامپیوتری، اطلاعات کسب کنید، محتوای تیم مستر خطیب را دنبال کنید و با ارائه نظر، ما را در بهبود و ارتقای کیفیت مطالب یاری کنید.

هم چنین در دوره مستر کلاس آی تی، علاوه بر آشنایی کامل و کاربردی با تجهیزات و شبکه های کامپیوتری، نحوه اجرا و کانفیگ کردن آنها را هم یاد میگیرید تا همه چیز را برای ورود به بازار شبکه به همراه داشته باشید.