مودم ماهواره‌ای

مبانی طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا) در سیستم های آبی- قسمت بیست و یک

 

مودم ماهواره‌ای:

 

قبلا" گفتیم مواقعی که انتقال دیتا از طریق کابل، دشوار و یا پرهزینه باشدو استفاده از لینک‌های رادیویی نیز به دلیل زیادی مسافت، وضعیت جغرافیایی منطقه و یا مشکلات تخصیص فرکانس، امکان‌پذیر نبوده و یا اقتصادی نباشد، روش ارسال و دریافت ماهواره‌ای استفاده می‌شود. با پیشرفت تکنولوژی ماهواره در سال‌های اخیر، استفاده از این تکنولوژی آسان شده و قیمت تجهیزات و خدمات مربوطه، کاهش یافته است. استفاده از لینک‌های ماهواره‌ای جهت انتقال دیتا، در سال‌های اخیر رشد چشمگیری داشته و به‌طور کل از نظر پهنای باندبه دو بخش انتقال Broadband و Narrowband تقسیم می‌شوند.

در پروژه‌های اسکادا به دلیل حجم کم تولید اطلاعات، همان‌گونه که در بخش‌های قبلی نیز عنوان شد، معمولا" از استفاده از یک کانال اشتراکی (shared) کم‌ظرفیت کافی خواهد بود و لذا کاربرد مودم‌های ماهواره‌ای با کانال‌های اشتراکی (Shared Band) در صورتی‌که زمان اتصال به ماهواره و یا حجم انتقال دیتا از میزان معینی تجاوز نکند، اقتصادی می‌باشد. در جدول زیر، نرخ استفاده از چند نوع خدمات ماهواره‌ای را می‌توانید ببینید که در کشور ما دارای پوشش سیگنال بوده و می‌توان از خدمات آن‌ها بهره‌برداری کرد.

 

نوع ماهواره

نرخ خدمات

(USD/minute)

نرخ خدمات

(USD/MB)

پهنای باند (Kb/s)

Time Based(Inmarsat)

3-5

-

64

Duration Based(Inmarsat)

-

12

64 - 144

ثریا

0.8-1

-

19.2

 
 

 

مبانی طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا) در سیستم های آبی- قسمت بیستم

ایستگاه مرکزی در سیستم اسکادا (SCADA Control Center)

 

اطلاعات ارسالی از ایستگاه‌های راه دور پس از دریافت در ایستگاه مرکزی، توسط نرم‌افزارهای ویژه، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و می‌توان وضعیت پارامترهای مختلف را مشاهده نمود. به کمک این نرم‌افزارها می توان عملیات مانیتورینگ و کنترل از راه دور را به‌سادگی انجام داد و با آموزش‌های کوتاه مدت به اپراتورها می‌توان به‌خوبی از قابلیت‌های آن بهره‌برداری کرد.

بخش‌های مختلف یک نرم‌افزار می‌تواند به‌صورت زیر باشد:

-       رابط نرم‌افزاری    GUI

-          لایه‌های مختلف نمایشی (شکل‌ها، لیست  eventهاو تجهیزات)

-          آلارم‌های قابل برنامه‌ریزی و توابع ماکرو

-          محدوده‌های اندازه‌گیری قابل انعطاف

-          تولید فایل‌های خروجی با فرمت‌های مختلف

-          انتخاب اطلاعات از تعداد زیادی از لینک‌های ارتباطی به‌طور هم‌زمان و دلخواه

-          ذخیره‌ی اطلاعات با فرمت بانک‌های اطلاعاتی استاندارد

 

در این نرم‌افزارها به کمک یک Web server ، کاربران می‌توانند اطلاعات را در یک مرورگر استاندارد ساده، فراخوانی و مشاهده نمایند. به‌علاوه با استفاده از یک رابط WAP ، اطلاعات را می توان به یک گوشی تلفن موبایل ، برای آگاهی سریع‌تر اپراتور ارسال نمود. ضمنا" با استفاده از رابط‌های مختلف نرم‌افزاری می‌توان از نرم‌افزارهای دیگر نیز استفاده نمود و  اطلاعات خروجی این نرم‌افزار را به‌عنوان ورودیف برای تجزیه و تحلیل بیشتر به نرم‌افزارهای پرقدرت‌تر تحلیل‌گر ارسال نمود.

 

 

مبانی طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا) در سیستم های آبی- قسمت نوزدهم

روش انتقال به کمک تکنولوژی Meteor Burst :

تکنولوژی Meteor Burst  به‌عنوان یک تکنیک جدید و بسیار پیشرفته برای انتقال اطلاعات حاصل از تله‌متری و یا پیام‌های کوتاه و اضطراری در فاصله‌های بسیار دور (تا 1600 مایل) و بدون نیاز به دید رادیویی مستقیم، هم اکنون در کشورهای پیشرفته مورد استفاده واقع می‌شود. اساس این تکنولوژی بر برخورد شهاب‌سنگ به جو زمین بوده که با ایجاد لایه‌های یونیزه با طول عمر کوتاه در جو زمین، این سیستم می‌تواند از این کانال به‌عنوان مسیری برای انتقال اطلاعات با حجم کم استفاده نماید. زیرا سیگنال‌های رادیوی در برخورد با لایه‌های یونیزه شده دنباله شهاب سنگ، منعکس می‌گردند از این رو شهاب سنگ مانند یک ماهواره عمل می‌کند.ایالات متحده از این تکنولوژی در جنگ خلیج‌فارس علیه عراق استفاده نمود.استفاده از این روش در پروژه‌هایی نظیر برف و باران‌سنجی که ایستگاه‌های آن در مناطق دورافتاده و خارج از پوشش عادی رادیویی قرار دارند، در صورت سرمایه‌گذاری جهت تاسیس Base-Station و همچنین دسترسی به پشتیبانی و خدمات پس از فروش مناسب، بسیار مقرون به صرفه و جذاب به نظر می‌رسد. هم‌اکنون کشورهایی مانند امریکا، کانادا، چین، مصر و پاکستان، از این روش برای مدیریت منابع آب استفاده می‌کنند.با توجه به این‌که جو زمین به‌صورت پیوسته توسط شهاب‌سنگ‌ها بمباران می‌شود، انتقال اطلاعات به این روش به صدها کیلومتر دورتر از Base-Station و در میان کوه‌ها، کمتر از یک دقیقه طول می‌کشد. متاسفانه به دلیل تکنولوژی بسیار بالای این محصول و مشکلات مربوط به تحریم اقتصادی کشورمان، پشتیبانی علمی و فنی مناسب برای استفاده از این تکنولوژی فعلا" میسر نمی‌باشد. در ضمن تاسیس Base-Station نیازمند حجم نسبتا" بالای سرمایه‌گذاری می‌باشد که خود مستلزم عزم ملی در این زمینه است. شکل زیر نحوه‌ی انتقال اطلاعات به این روش را نشان می‌دهد.

 

در آدرس زیر اطلاعات کامل‌تری در این زمینه را می‌توانید مطالعه نمایید.

http://en.wikipedia.org/wiki/Meteor_scatter

 

در آدرس زیر نیز می‌توانید فیلمی از نحوه‌ی عملکرد این سیستم را مشاهده نمایید.

http://www.meteorcomm.com/technologies/tech_burst_tech.aspx

 

 

 

مبانی طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا) در سیستم های آبی- قسمت هجدهم

۷-  ماهواره‌یMETEOSAT  :

 

این ماهواره از نوع مدار ثابت بوده و یکی از ماهواره‌های آن بر روی مدار استوا و در صفر درجه‌ی طول جغرافیایی ثبت شده است و بخش بزرگی از کشور ما را نیز پوشش می‌دهد. از کاربردهای اصلی این سیستم ماهواره‌ای، می‌توان جمع‌آوری داده‌های هواشناسی و ارسال تصاویر ماهواره‌ای را نام برد. این سیستم متعلق به کشورهای اروپایی (18 کشور) است و علاوه برکاربری بالا، در جمع‌آوری داده‌های زمینی نیز کاربرد دارد. طول عمر این سیستم بالا می‌باشد به‌طوری‌که نسل سوم ماهواره‌های این سیستم، کار خود را از سال 2012 میلادی شروع می‌نمایند.مدت زمان هر ارسال نمی‌تواند بیش از یک ثانیه باشد و فاصله‌ی دو ارسال پیام از 55 ثانیه نباید کمتر باشد. اطلاعات دریافتی از ایستگاه‌های زمینی در شهر دارمشتات آلمان، جمع‌آوری و پس از 8 بار پردازش توسط Email و یا فکس، به کاربر نهایی ارسال و یک نسخه در مرکز زمینی ذخیره می‌شود.

کشور ما از نظر منطقه‌ی پوششی در منطقه‌ی روسیه (مسکو) قرار دارد. استفاده از این سیستم ماهواره‌ای به دلیل تخصصی بودن در خصوص هواشناسی و کم‌هزینه بودن آن برای سازمان‌های هواشناسی بسیار ایده‌ال می‌باشد ولی استفاده از آن دارای محدودیت می‌باشد.

در شکل زیر می توانید ناحیه‌ی تحت پوشش این ماهواره را مشاهده نمایید.

 

 

 

مبانی طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا) در سیستم های آبی- قسمت هفدهم

۶-    شبکه‌ی ماهواره ای ایریدیوم (IRIDUM)

ایریدیوم تنها شرکت ماهواره‌ای است که به‌طور واقعی تمام سطح زمین حتی قطب‌ها را برای ارتباط صوت و داده، تحت پوشش قرار داده است. این سیستم در حال حاضر دارای 66 ماهواره مدار پایین می‌باشد (در سال 2002 نیز 5 ماهواره‌ی یدکی به این مجموعه اضافه شد.) که در حال گردش به دور زمین هستند. این سیستم کاملا" آمریکایی بوده و از سال 2001 به حالت تجاری در آمده است. سرعت ارسال داده در باند L ، 2400 بیت در ثانیه بوده و فرکانس کاری سیستم حدود 1600 مگاهرتز است. به لحاظ این‌که این سیستم کاملا" آمریکایی بوده و ترمینال‌های آن نیز توسط شرکت‌های آمریکایی تولید می‌شوند، امکان استفاده از آن همانند Inmarsat و ثریا وجود نداشته و سرمایه‌گذاری بر روی آن توصیه نمی‌شود. در شکل زیر نحوه ی پوشش کره ی زمین توسط این ماهواره ها، نشان داده شده است.

 

در آدرس های زیر می توانید اطلاعات بیشتری در مورد سرویس های این ماهواره را مشاهده نمایید.

 

http://www.remotesatellite.com/satellite_phones_handheld_iridium.php

 

http://www.satellitephonestore.com/iridium/iridium-satellite-phones.php

مبانی طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا) در سیستم های آبی- قسمت شانزدهم

۵-     سیستم ماهواره‌ای ARGOS :

این سرویس ماهواره‌ای از 28 ماهواره‌ی مدار قطبی تشکیل شده است که در حال گردش به دور زمین هستند و از سال 1978 فعال شده‌اند. توالی چرخش ماهواره‌ها به‌صورتی است که هر نقطه از زمین در هر زمان تحت پوشش یک ماهواره می‌باشد. انتقال اطلاعات در این سیستم دو طرفه نبوده و صرفا" دارای کاربری خاص برای موقعیت‌یابی می‌باشد. قیمت مودم ارتباطی سیستم حدود 2000 دلار بوده و هزینه‌ی شارژ روزانه برای انتقال 32 بایت اطلاعات 5/7 دلار می‌باشد.

مشخصات این ارتباط ماهواره‌ای را از آدرس زیر می‌توانید به‌طور کامل مطالعه کنید:

 

http://www.cls.fr/manuel/html/annexes/annexe4.htm#ptt

 

بلوک دیاگرام لینک ارتیاطی سیستم ماهواره‌ای ARGOS را در زیر می‌توانید مشاهده کنید.

   

مبانی طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا) در سیستم های آبی- قسمت پانزدهم

۴-  سیستم ماهواره‌ای GOES :

این سیستم ماهواره‌ای از نوع مدار ثابت بوده و قابلیت ایجاد ارتباط دو طرفه در این سیستم وجود ندارد. به‌طور کلی قابلیت SCADA در این سیستم ماهواره‌ای وجود ندارد. قیمت هر مودم آن در حدود 5000 دلار بوده و کل دنیا را نیز پوشش نمی‌دهد.

 

Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES)

 

 

 

 

مبانی طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا) در سیستم های آبی- قسمت چهاردهم

۳-    سیستم ماهواره‌ای Orbcomm :

این سرویس ماهواره‌ای از 30 ماهواره‌ی مدار قطبی تشکیل شده است که در حال گردش به دور زمین هستند. توالی چرخش ماهواره‌ها به‌صورتی است که هر نقطه از زمین در هر زمان تحت پوشش یک ماهواره می‌باشد. در شکل زیر مناطق تحت پوشش ماهواره‌های این سیستم نشان داده شده است. به‌طور کلی پوشش کل سطح زمین، توان بالای انتشار امواج، کوچک بودن آنتن و دستگاه مورد نیاز و سرویس‌های متنوع، کاربرد این سیستم را فراگیر نموده است. سیستم ارسال داده در این سیستم محدود نبوده ولی هزینه‌های شارژ آن بسیار بالا می‌باشد.

 

 

 

 

مبانی طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا) در سیستم های آبی- قسمت سیزدهم

 

۲-     ماهواره‌ی ثریا (Thuraya)

 این ماهواره متعلق به امارات متحده‌ی عربی بوده و دفتر مرکزی آن در شارجه می‌باشد. این شبکه‌ی ماهواره‌ای تقریبا" یک سوم جهان شامل اروپا، افریقا و خاورمیانه را در حال حاضر تحت پوشش داشته و اقیانوسیه و شرق دور را نیز در آینده‌ای نزدیک تحت پوشش خود قرار خواهد داد. ترمینال‌های ماهواره‌ای ثریا می‌توانند ارتباطات Voice و Data را با حداکثر سرعت 9.6 Kb/s مبادله می‌نماید. این ماهواره در منطقه‌ی ما یکی از بهترین سرویس‌دهندگان در حوزه‌ی ارتباطات ماهواره‌ای می‌باشد. در شکل زیر پوشش بین‌المللی ثریا نشان داده شده است.

 

 

 

مبانی طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا) در سیستم های آبی- قسمت دوازدهم

1-     شبکه‌ی ماهواره‌ای Inmarsat

این شبکه با پرتاب اولین ماهواره‌ی مخابراتی خود در سال 1982 (Inmarsat A) آغاز به‌کار کرد. هم‌اکنون این شبکه با در اختیار داشتن ماهواره‌های متعدد، تمامی سطح کره‌ی زمین به غیر از مناطق مرکزی قطب‌ها را پوشش می‌دهد. سرویس‌های مختلف ماهواره‌ای توسط این شبکه ارایه می‌شود که جهت ارسال و دریافت Voice , Fax و data با سرعت‌های مختلف در هر نقطه از کره‌ی زمین می‌توانند مورد استفاده واقع شوند. پرسرعت‌ترین این سرویس‌ها، سرویس Inmarsat RBGAN با پهنای باند 144 Kbit/s بوده و کم‌سرعت‌ترین و ارزان‌ترین آن که فقط جهت انتقال data با سرعت پایین مورد استفاده واقع می‌شود Inmarsat C می‌باشد. در شکل زیر پوشش ماهواره‌ای این ماهواره مشخص می‌باشد.

 

 

 

مبانی طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا) در سیستم های آبی- قسمت یازدهم

- روش‌ انتقال به کمک ماهواره (Satellite Transmission):

استفاده از ماهواره، یکی از مطمین‌ترین روش‌های ارسال و دریافت اطلاعات می‌باشد. با رشد روزافزون تعداد ماهواره‌های پرتاب شده، تخصصی شدن حوزه‌ی عملکرد آن‌ها و کاهش هزینه‌ی استفاده از سرویس‌های مختلف ماهواره‌ای، جهت انجام تله‌متری در پروژه‌های مختلف، خصوصا" در مناطق دورافتاده و خارج از پوشش رادیویی، استفاده از این روش به نحو چشمگیری افزایش یافته است.

استفاده از این روش در انتقال داده‌ی کم (Narrow band) و خصوصا" در مکان‌هایی توصیه می‌شود که مشکل دید (Line of sight) جهت برقراری ارتباط رادیویی وجود دارد.

در ادامه‌ی مطلب به بررسی انواع سیستم‌های ماهواره‌ای موجود خواهیم پرداخت.

 

مبانی طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا) در سیستم های آبی- قسمت دهم

- روش استفاده از Microwave Spread Spectrum :

روش طیف گسترده یا Spread Spectrum   و استفاده از لینک رادیویی مایکروویو، جهت انتقال اطلاعات در فاصله‌های نسبتا" کوتاه (چند ده کیلومتر)  مناسب بوده و در دید کامل و بدون مانع آنتن‌های فرستنده و گیرنده، می‌تواند اطلاعات دیجیتال را با نرخ بسیار بالا منتقل نماید. در صورت وجود موانع طبیعی بین فرستنده و گیرنده، این روش به هیچ‌وجه قابل استفاده نمی‌باشد. به‌طور کلی در مناطق کوهستانی که دید مستقیم آنتن‌ها معمولا" با مشکل مواجه است استفاده از این روش مخابراتی به هیچ‌وجه توصیه نمی‌شود.

مبانی طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا) در سیستم های آبی- قسمت نهم

- روش انتقال HF Radio Transmission:

استفاده از محدوده‌ی فرکانسی HF در مواقعی که مشکل موانع رادیویی وجود دارد، می‌تواند بسیار مفید باشد. امواج رادیویی HF می‌توانند به راحتی و با انعکاس‌های متوالی از لایه‌های جوی، موانع طبیعی مسیر زمینی را پشت سر گذارده و تا صدها کیلومتر پوشش رادیویی ایجاد کنند. از معایب استفاده از این محدوده‌ی فرکانسی، نویزپذیری بیشتر و نیاز به توان خروجی بالاتر در ایستگاه‌ها می‌باشد. ضمنا" دریافت مجوز استفاده از این محدوده‌ی فرکانسی به دلیل تخصیص آن به کاربردهای نظامی، معمولا" دشوار می‌باشد.

 

مبانی طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا) در سیستم های آبی- قسمت هشتم

- شبکه‌ی رادیویی VHF/UHF

شبکه‌ی رادیویی با تکنیک TDMA  یا FDMA در باند فرکانسی VHF و یا UHF ، در صورت وجود دید (Line of sight) مناسب می‌تواند در صورت سایت‌یابی محلی دقیق و نصب دکل‌های مخابراتی در محل‌های مناسب، با ضریب اطمینان بالا جهت ارسال اطلاعات مورد بهره‌برداری قرار گیرد. از مزایای این روش، ارسال دایمی و مطمین اطلاعات با استفاده از یک شبکه‌ی رادیویی کاملا" خصوصی به مرکز بوده و اطلاعات به‌صورت Real-time همواره در دسترس می‌باشند. از معایب این روش، نیاز به دیدمستقیم آنتن‌ها می‌باشد که در صورت وجود مانع طبیعی در مسیر، باید از تکرارکننده‌های رادیویی استفاده کرد.

مبانی طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا) در سیستم های آبی- قسمت هفتم

بررسی تکنیک‌های ارتباطی:

در قسمت‌های قبل انواع شبکه‌های مخابراتی معرفی شدند. در ادامه مطالبی را که از یک منبع دیگر به دست آمده‌ و تمرکز بیشتری بر مخابرات ماهواره‌ای دارد معرفی می‌شوند:

 

- خطوط تلفن:

 خطوط تلفن با توجه به ارزان و در دسترس بودن در تقریبا" تمامی نقاط شهری و بسیاری از مناطق روستایی، یکی از روش‌های ارزان انتقال داده می‌باشد. از اشکالات این روش می‌توان به قابلیت اطمینان پایین و پهنای باند نسبتا" کم و همچنین نویز پذیری آن در انتقال اطلاعات اشاره کرد به‌طوری‌که در کاربردهای حساس که امکان قطع ارتباط در شبکه باید به حداقل میزان خود برسد، این شیوه از پایداری لازم برخوردار نمی‌باشد. لازم به ذکر است که امروزه با مودم‌های خاص، قابلیت انتقال اطلاعات تا 56 کیلوبیت در ثانیه توسط خطوط تلفن عمومی کشور وجود دارد.

 

- شبکه‌ی GSM Cellular Network

 شبکه‌ی Cellular موبایل به دلیل وجود یک ساختار شبکه‌ی از پیش ساخته شده و با توجه به تولید کم اطلاعات و تغییرات کند آن در ایستگاه‌های هواشناسی و یا هیدروکلیماتولوژی و عدم نیاز به نرخ ارسال و دریافت بالا می‌تواند به‌عنوان یکی از روش‌های انتقال اطلاعات، مورد استفاده واقع شود. هم اکنون در بسیاری از کشورهای پیشرفته‌ی دنیا، شبکه‌ی GSM به عنوان یک محیط قابل اطمینان در انتقال Narrow Band Data مورد استفاده قرار گیرد. یکی دیگر از شبکه‌های  مخابراتی بسیار قابل اعتماد که در کشورهای پیشرو در زمینه‌ی مخابرات به کار گرفته می‌شود، شبکه‌ی GPRS می‌باشد که بر روی بستر GSM تاسیس شده و می‌تواند با نرخ تا 50 Kb/s ، اطلاعات را منتقل نماید. در کشور ما متاسفانه شبکه‌ی GSM به دلیل عدم ارایه‌ی سرویس مناسب، در انتقال data کمتر مورد توجه قرار گرفته است و سرویس GPRS نیز تا کنون تاسیس نشده است.

 

مبانی و معیارهای طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا) در سیستم های آبی- قسمت ششم

معیارهای طراحی:

انتخاب سیستم مطلوب برای انتقال اطلاعات در طرح،یکی از نقاط مهم و کلیدی می‌باشد. در قسمت قبل انواع شبکه‌های مخابراتی بیان گردید و مزایا و معایب هر یک توضیح داده شد. در مواردی که فاصله‌ها بسیار زیاد باشد یا موانع زمین، مانع عبور یا دفن کابل در مسیر ایستگاه‌ها شوند یا هزینه‌ی ایجاد کابل خصوصی و یا عمومی تلفن ( خطوط  Leased Line چهار سیمه) و کابل شبکه‌ی کنترلی توسعه یافته، گزاف تشخیص داده شود، از روش مخابره‌ی اطلاعات با فرکانس رادیویی و رادیو مودم استفاده می‌گردد. اما در مواردی که فاصله‌ی دو ایستگاه یا دو واحد کم باشد( حداکثر 500 متر) که استفاده از کابل چهار زوج مسلح و کابل شبکه، توجیه اقتصادی داشته باشد، از دفن کابل خصوصی در کنار خطوط لوله‌ی در حال اجرا استفاده می‌گردد. در هر صورت در این فاصله‌ها هم نیاز به تکرارکننده می‌باشد. بنابراین انتخاب سیستم مخابراتی بر مبنای معیارهای زیر صورت می‌گیرد.

 

طراحی هر سیستم انتقال اطلاعات، مبتنی بر انتخاب تجهیزات بخش‌های زیر است:

 

 الف- شبکه‌ی مخابراتی (Telemetry Network):

انتخاب شبکه‌ی مخابراتی به بخش‌های زیر تقسیم می‌گردد:

-          ساختار (Topology)

-          مد انتقال( Transmission mode)

-          بستر مخابراتی (Link media)

-          روش مخابراتی (Protocol)

 

      تجهیزات انتقال اطلاعات نیز، وابسته به شبکه‌ی مخابراتی می‌باشد که پس از انتخاب بخش‌های مختلف شبکه، مودم متناسب با آن انتخاب می‌گردد.

 

  • انواع ساختار شبکه‌ی مخابراتی:

-          یک به یک(Point to Point)

  -          یک به چند (Point to Multipoint)

 

  • انواع مد انتقال :

-          Half-Duplex

-          Full Duplex

 

  • انواع بسترهای مخابراتی:

-          سرویس مخابراتی ملی (Public Transmission media) که عبارتست از:

A – شبکه‌ی تلفن سویچینگ ملی (Public Switched Telephone Network)

B- شبکه‌ی تلفن سویچینگ جهانی (General Switched Telephone Network)

C- خط اجاره‌ای اختصاصی (Private Leased Line)

-          خطوط بی‌سیم (Atmospheric media)  شامل:

A-      رادیوهای مایکروویو (Microwave Radio)

B-     رادیوهای  UHF/VHF

C-      ماهواره‌های سنکرون (Geosynchronous Satellite)

D-      خطوط قدرت(Power Line) 

E-      فیبر نوری (Fiber Optic)

 

  • انواع پروتکل :

هر پروتکل، فرمت بسته‌های اطلاعات متبادله بین نقاط مختلف طرح را توصیف می‌کند. پروتکل‌های مورد استفاده در صنعت بسیار متنوع و گوناگون است و توسط سازندگان مختلفی تولید گردیده است که برخی از این پروتکل‌ها عبارتند از:

-          DFI از شرکت Allen Bradley

-          Modbus از شرکت Modicon

-          IEC870-5

-          DNP 3.0

 

بر اساس تجربه‌های قبلی ، پروتکل DNP3.0 برای سیستم‌های اسکادا ، بهترین مشخصات را در اختیار طراح قرار می‌دهد.

 

مبانی و معیارهای طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا)- قسمت پنجم

ب- کابل یا خطوط زمینی:

ارتباط زمینی در گذشته، مهم‌ترین روش انتقال اطلاعات بود. ارتباطات کابلی را می‌توان به حالت‌های زیر دسته‌بندی کرد:

 

-     شبکه  : با توجه به نزدیکی نقاط کنترلی، می‌توان از شبکه برای انتقال اطلاعات استفاده نمود. از شبکه‌های معروف می‌توان به Profibus-DP و Foundation Field bus اشاره کرد. PLCهای انتخابی باید دارای کارت مخابراتی جهت اتصال به شبکه‌ی مذکور را داشته باشند. در این طرح، PLCهای ایستگاه‌ پمپاژ اصلی به‌عنوان Master و PLCهای چاه‌ها و یا سایر ایستگاه‌ها، به‌عنوان Slave درنظر گرفته می‌شوند. برای اطمینان بیشتر، شبکه را به‌صورت Redundant درنظر گرفت. این روش را یک شبکه‌ی کنترلی توسعه‌یافته می‌توان درنظر گرفت. با توجه به فاصله‌ی نقاط، لازم است تکرارکننده‌هایی در طرح درنظر گرفت که تعداد دقیق آن‌ها بعد از بررسی‌های محلی صورت می‌گیرد.

 

-     فیبر نوری (Fiber Optic):  غالبا" به صورت اختصاصی باید ایجاد گردد و متناسب با میزان اتصال، دارای قیمت بسیار بالایی می‌باشد. فیبرنوری غالبا" برای ارتباط با سایر شبکه‌ها و به‌عنوان بستر مخابراتی به‌کار گرفته می‌شود و در ساختار یک به یک، دستیابی به سرعت‌های بسیار بالا در آن امکان‌پذیر می‌باشد.

معایب فیبر نوری شامل موارد زیر می‌باشند :

 *- نیازمند سرویس‌های اختصاصی برای نصب می‌باشد.

*- هزینه‌های اتصال در آن ممکن است بسیار زیاد باشد.

*- توسعه، به‌وسیله‌ی مشتری باید انجام گیرد.

 

- خطوط اجاره‌ای (Leased Line) : غالبا" به‌صورت استیجاری از شبکه‌ی مخابراتی موجود، در اختیار گرفته شده و متناسب با میزان اتصال، دارای قیمت پایینی می‌باشد. دارای انواع مختلف مانند مدار آنالوگ دو سیمه، مدار آنالوگ چهار سیمه و سرویس‌های دیجیتالی می‌باشد.

در انتخاب این سیستم‌ها، دقت زیادی باید به‌عمل آید. به عنوان مثال برای خطوط یک به یک، مودم‌های معمولی، در کاربردهایی‌که از مسیرهای گوناگون می‌گذرند، مفید نمی‌باشد. برخی از سرویس‌های دیجیتالی نیز که به‌صورت Master/Slave می‌باشند، برای ساختارهای مخابراتی پیچیده، مناسب نیستند. غالبا" صاعقه سبب ایجاد خطا در این نوع سیستم‌ها می‌گردد و توسعه‌ی این سیستم‌ها توسط شرکت مخابرات انجام می‌گردد.

 

مبانی و معیارهای طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا)- قسمت چهارم

الف – سیستم رادیویی:

یکی از مطلوب‌ترین روش‌ها برای انتقال اطلاعات، در سیستم‌های تله‌متری، روش رادیویی است. اگرچه ممکن است قیمت‌های تهیه و نصب تجهیزات مزبور از دیگر روش‌ها گران‌تر باشد اما هزینه‌های جاری این سیستم‌ها بسیار ارزان می‌باشد. طراحی مطلوب شبکه‌های تله‌متری رادیویی، ممکن است هزینه‌های جاری بابت تخصیص فرکانس را به شدت کاهش دهد. استفاده از روش رادیویی در تله‌متری، مستلزم طراحی مهندسی مطلوب، با توجه به وضعیت منطقه است.

قابلیت توسعه‌ی سیستم تله‌متری رادیویی، باید در مرحله‌ی نصب اولیه مورد نظر قرار گیرد. سیستم‌های طراحی شده با تجهیزات تکرارکننده‌ی رادیویی،  محاسن بسیاری دارند زیرا فقط با نصب یک رادیو در یک نقطه و نصب آنتن در جهت مطلوب، می‌توان محدوده‌ی سیستم تله‌متری را افزایش داد.

رادیوی پیشنهادی در این طرح، رادیوی متعارف (conventional Radio) با مشخصات زیر می‌باشد:

رادیوی متعارف غالبا" در باند فرکانسی UHF کار می‌کند ولی در صورت نیاز ، در باند فرکانسی VHF نیز به‌کار گرفته می‌شود.

سیستم‌های رادیویی 400 مگاهرتز می‌توانند به چندین RTU بر روی یک خط (به‌طور مثال 50 نقطه) تا شعاع 40 کیلومتر، در صورت استفاده از تکرارکننده، دسترسی یابند. امکان استفاده از طیف‌های فرکانسی مذکور، در محدوده‌ی شهرها، به‌طور روزافزونی کاهش می‌یابد.

سیستم‌های 900 مگاهرتز مشابه سیستم 400 مگاهرتز می‌توانند به چندین RTU ، اما تا شعاع 25 کیلومتر دسترسی یابند. امکان استفاده از طیف‌های فرکانسی مزبور در محدوده‌ی شهرها به آسانی انجام می‌پذیرد.

این سیستم دارای قیمتی مطلوب و پایین برای انتقال اطلاعات با سرعت کم می‌باشد.

مزایای استفاده از سیستم‌های رادیویی عبارتند از:

-          مستقل از خرابی خطوط می‌باشند.

-          قابلیت بالا و زمان خرابی کم به علت انجام عملیات تعمیراتی به‌صورت مدولار

-          هزینه‌های تعمیراتی نسبتا" پایین

-          ایمنی و قابلیت اطمینان بالا با توجه به Redundancy

 

معایب این سیستم نیز به شرح زیر می‌باشند:

-          لزوم اخذ مجوز فرکانس

-          تراکم طیف فرکانس

-          سرمایه‌گذاری اولیه‌ی زیاد به علت انجام عملیات نصب برج مخابراتی

-          نیاز به اخذ مجوز استفاده از مسیرهای مورد نیاز

-          نیاز به جاده‌های دسترسی و برق برای تکرارکننده‌ها

-          محدودیت کانال‌های موجود در مجوزهای دریافتی

-          نیاز به طرح بحرانی سیستم برای انعکاس، جذب و انکسار امواج رادیویی

-          نیاز به دریافت مجوز از سازمان‌های محیط زیست و صاحبان املاک برای نصب برج و احداث جاده‌ی دسترسی

-     احتمال احداث ساختمان، ابنیه و سایر تاسیسات در مسیر دید آنتن‌ها بعد از تاسیس و نصب شبکه مخابراتی که نتیجه‌ی آن لزوم تغییر مسیر آنتن خواهد بود.

مبانی و معیارهای طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا)- قسمت سوم

۲-      مطالعه‌ی انواع شبکه‌های مخابراتی:

شبکه‌ی مخابراتی به تجهیزات مخابراتی گفته می‌شود که اطلاعات آنالوگ و دیجیتال جمع‌آوری شده از نقاط کنترلی را به اتاق کنترل مرکزی فرستاده و برعکس فرمان‌های صادر شده از سیستم کنترل مرکزی را به نقاط تحت کنترل منتقل می‌کند.

در شبکه‌های مخابراتی معمولا" دو نوع پیکربندی برای سیستم اسکادا وجود دارد:

-          پیکربندی نقطه به نقطه (Point to Point)

-          پیکربندی نقطه به چند نقطه (Point to Multi Point)

پیکربندی نقطه به نقطه، ساده‌ترین شکل پیکربندی برای شبکه‌های تله‌متری بوده و در این حالت اطلاعات فقط بین دو ایستگاه تبادل می‌گردد و در این حالت، یک ایستگاه، اصلی (Master Station) و ایستگاه دیگر فرعی (Slave Station) محسوب می‌گردد.

ولی در پیکربندی یک نقطه به چند نقطه، یک ایستگاه به‌عنوان اصلی معرفی شده و دیگر ایستگاه‌ها به‌عنوان فرعی درنظر گرفته می‌شوند. در ایستگاه اصلی، اتاق فرمان مرکزی که دربرگیرنده‌ی کامپیوتر اصلی می‌باشد، پیش‌بینی می‌گردد در حالی‌که در ایستگاه‌های فرعی، ترمینال‌های راه دور (RTU) قرار دارند که با یک آدرس منحصر به فرد ، به ایستگاه اصلی معرفی می‌گردند.

در شبکه‌های مخابراتی، دو مد مخابراتی (Communication mode) وجود دارد:

-          سیستم گردشی (Polling system)

-          (Interrupt System) سیستم وقفه‌ای

 

در سیستم گردشی، ایستگاه اصلی، مرکز کنترل شبکه‌ی مخابراتی بوده و به‌صورت متناوب به ایستگاه‌های فرعی اطلاعات داده و دریافت می‌کند. ایستگاه فرعی فقط در صورت درخواست ایستگاه اصلی، به آن پاسخ می‌دهد. هر ایستگاه فرعی با یک آدرس منحصر به فرد، مشخص شده و در صورتی‌که به درخواست ایستگاه اصلی در یک زمان مشخص، پاسخ ندهد، ایستگاه اصلی، درخواست خود را چندین بار تکرار می‌کند و بعد به ایستگاه بعدی می‌رود.

در سیستم وقفه‌ای که به "سیستم گزارشی در صورت وجود خبر" یا PBE : Polled Report By Exception نیز نامیده می‌شود، ایستگاه فرعی، ورودی خود را کنترل می‌کند و در صورتی‌که تغییر قابل ملاحظه‌ای مشاهده نماید، آن را به اطلاع ایستگاه اصلی می‌رساند. در این حالت، چنان‌چه یک ایستگاه فرعی، نیاز به ارسال خبر داشته باشد، شبکه را کنترل نموده و در صورتی‌که پیامی در حال مخابره در شبکه باشد به مدت زمان نامعینی (Random Delay Time) صبر می‌کند. در صورتی‌که مدت زمان انتظار طولانی گردد، سیستم در زمان لازم به آن مراجعه کرده و اطلاعات را دریافت می‌کند.

به‌طور کلی، انتخاب شبکه‌ی مخابراتی، متاثر از عوامل زیر می‌باشد:

-          تعداد ایستگاه‌های فرعی

-          تعداد اطلاعات ورودی به ترمینال RTU و زمان تازه شدن اطلاعات

-          محلRTU  ها

-          امکانات مخابراتی موجود

-          تجهیزات و تکنولوژی‌های مخابراتی موجود

هر یک از انواع تکنولوژی‌های مخابراتی، محاسن و معایب خاص خود را دارا می‌باشند که آن‌ها را برای کاربردی خاص، مناسب و در کاربردی دیگر، نامطلوب می‌نماید. انواع شبکه‌های مخابراتی برای این طرح شامل موارد زیر است:

-          سیستم رادیویی

-          کابل(خطوط زمینی)

-          ماهواره

 

مبانی و معیارهای طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا)- قسمت دوم

1-      مبانی طراحی:

همان‌طور که در مقدمه‌ی مطلب ذکر شد، در بسیاری از سیستم‌های تله‌متری، مفاهیم کلیدی شامل  RTU ، SCADA (راهبری کنترل و جمع‌آوری داده)، پروتکل‌های مخابراتی و شبکه‌های فیزیکی انتقال اطلاعات می‌باشند.

RTU، وظیفه‌ی جمع‌آوری اطلاعات از سنسورها را به‌عهده دارند و آن‌ها را به شکل مناسبی برای استفاده‌ی پروتکل مخابراتی درآورده (و در بعضی حالت‌ها تبدیل) و  برای انتقال روی بستر مخابراتی آماده می‌نمایند. هر RTU اطلاعات مورد نیاز را یا از طریق ارتباط با سیگنال‌های الکتریکی و یا از درگاه‌های سریال تجهیزات هوشمند کسب می‌نماید.

پروتکل مخابراتی، زبان مورد استفاده برای دریافت و انتقال اطلاعات بر روی شبکه می‌باشد. پروتکل می‌تواند مشخص کند که چه کسی اطلاعات را می‌فرستد، چه کسی دریافت می‌کند، معنای داده‌ها در پیام چیست، اطلاعات را برای اطمینان از صحت دریافت، بازبینی نماید و در صورت رخداد خطا، آن را تصحیح نماید. فرستنده و گیرنده‌ی پیام باید پروتکل مشابهی را به‌کار گیرند تا اطلاعات پیام را درک نمایند.

شبکه‌ی مخابراتی، بستر لازم را برای انتقال اطلاعات(پیام) از RTU به سیستم اسکادا، از RTU به RTU دیگر و بین سیستم‌های اسکادا فراهم می‌سازد. شبکه‌های مخابراتی متنوعی در سیستم‌های تله‌متری مورد استفاده قرار می‌گیرند که انتخاب آن‌ها بسته به محدودیت‌ها و هزینه‌ها می‌باشد ولی غالبا" استفاده از روش‌های ارزان و با سرعت انتقال پایین، متداول‌تر است. بسته به حوزه‌ی عمل و مسوولیت، فاصله‌ی مورد نیاز برای انتقال اطلاعات می‌تواند بسیار مهم باشد. استفاده از سیستم‌های رادیویی، شبکه‌های WAN(Wide Area Network)  و مخابرات ماهواره‌ای، گزینه‌های مطلوبی محسوب می‌گردند.

هر سیستم اسکادا در بردارنده‌ی یک یا چند کامپیوتر است که فراهم کننده‌ی ارتباط با شبکه‌ی مخابراتی(به کمک RTUها) و یک رابط اپراتوری برای کار با اطلاعات به‌دست آمده از RTUها می‌باشد. این اطلاعات ممکن است به‌صورت پیام نمایش داده شوند و یا برای دستیابی‌های بعدی، ذخیره گردند و یا به سیستم‌های کامپیوتری دیگر ارسال گردند.

نقاط مختلف سیستم‌های تله‌متری، معمولا" از حجم کوچکی داده برخوردار هستند. نقاطی مانند چاه‌ها، مخزن‌های آب، ایستگاه پمپاژ آب، داده‌هایی را از تجهیزات ابزار دقیق و همچنین تابلوهای برق جمع‌آوری می‌نمایند.

سیستم‌های نرم‌افزاری پیچیده، امکاناتی همچون، مشاهده‌ی میزان مصرف به منظور صدور صورت‌حساب، مدیریت دارایی‌ها، آنالیز قیمت آب، تعیین میزان دبی آب در هر منطقه، ردیابی نشتی آب و بهینه‌سازی مصرف انرژی بر مبنای جمع‌آوری اطلاعات زنده از RTU و از راه دور را در اختیار بهره‌بردار قرار می‌دهد.

مبانی و معیارهای طراحی تجهیزات تله‌متری(اسکادا)- قسمت اول

مقدمه :

امروزه Wireless Telemetry  به‌عنوان ابزاری پرقدرت برای جمع‌آوری و ذخیره‌ی اطلاعات در سراسر دنیا شناخته شده‌اند. این شاخه از مهندسی به‌عنوان ابزار بسیار مهمی جهت مدیریت بر منابع و پیشگویی‌های دقیق و به موقع برای کنترل سیلاب‌ها، خشکسالی‌ها و همچنین برنامه‌ریزی در جهت توسعه‌ی پایدار در چرخه‌ی زندگی مناطق مورد مطالعه ، استفاده می‌گردند. برای انتخاب بهینه‌ی سیستم تله‌متری و کنترل از راه دور، شرایط محیطی و منطقه‌ای و عوامل کلیدی زیر باید مورد نظر قرار گیرند:

-          پوشش جغرافیایی منطقه‌های مورد نظر

-          حجم اطلاعات تولید شده

-          مالکیت شبکه و کنترل روند گردش اطلاعات

-          سهولت کاربری و نگهداری

-          هزینه‌های جاری و سرمایه‌ای درنظر گرفته شده

-          پردازش، آنالیز و بایگانی اطلاعات

به‌طور خلاصه در طراحی و ساخت یک شبکه‌ی تله‌متری، عوامل فنی و تجهیزات متعددی دخیل هستند که به صورت فهرست‌وار عبارتند از:

-          سنسورهای اندازه‌گیری

-          واحد RTU(Remote Terminal Unit) 

-          تجهیزات ارتباطی مستقر در هر ایستگاه (Communication Devices) و پروتکل مخابراتی آن‌ها

-          تجهیزات جمع‌آوری و پردازش اطلاعات در ایستگاه مرکزی  (SCADA Center)

 

كابل شبكه-قسمت پنجم(فيبر نوري- Fiber Optic)

كابل فيبر نوري كاملاً متفاوت از نوع Coaxial و Twisted Pair عمل مي‌كند. به جاي اين‌كه سيگنال الكتريكي در داخل سيم انتقال يابد، پالسهايي از نور در ميان پلاستيك يا شيشه انتقال مي‌يابند. اين كابل در برابر امواج الكترومغناطيسي كاملاً مقاومت مي‌كند و نيز تأثير افت سيگنال به علت انتقال در مسافت‌هاي زياد در آن بسيار كمتر است. برخي از انواع كابل فيبر نوري مي‌توانند تا 120 كيلومتر انتقال داده انجام دهند. امكان به تله افتادن اطلاعات در كابل فيبر نوري بسيار كم است.

 

فيبر نوري داراي دو نوع مي‌باشد:

1- Single Mode: دراين كابل، ديتا به كمك ليزر انتقال مي‌يابد و با عدد  8.3 / 125 نشان داده مي‌شود كه در آن، عدد  8.3 ميكرون، قطر فيبر نوري بوده و عدد 125 ميكرون، مجموع قطر فيبر نوري و محافظ آن مي‌باشد. اين نوع فيبر نوري كه خاصيت انعطاف‌پذيري كم و قيمت بالايي دارد براي شبكه‌هاي تلويزيوني و تلفني استفاده مي‌گردد.


2-
Multi Mode: در اين نوع كابل، ديتا به‌صورت پالس نوري انتقال مي‌يابد و با عدد  62.5/125  نشان داده مي‌شود كه در آن، عدد 62.5 ميكرون، قطر فيبر نوري و عدد 125 ميكرون، مجموع قطر فيبر نوري و محافظ آن مي‌باشد. اين نوع كابل، قابليت انتقال سيگنال در مسافت كوتاه‌تري را نسبت به Single Mode دارد ولي قابليت انعطاف‌پذيري آن بيشتر است. قيمت آن ارزان‌تر بوده و در شبكه‌هاي كامپيوتري استفاده مي‌شود. به‌طوركلي كابل فيبر نوري نسبت به دو نوع Coaxial و Twisted pair قيمت بالايي دارد و نصب آن نياز به افراد ماهري دارد.

شبكه‌هاي 100Base FX، شبكه‌هايي هستند كه در آن‌ها از فيبر نوري استفاده مي‌شود، سرعت انتقال در آنها 100 مگابيت در ثانيه بوده و روش انتقال Base band مي‌باشد. امروزه، با پيشرفت تكنولوژي در شبكه‌هاي فيبر نوري، مي‌توان به سرعت 1000 مگابيت در ثانيه دست يافت. در شكل صفحه بعد يك كابل فيبر نوري مشاهده مي‌شود.

 

 

 

برگرفته از "تندآموز مفاهيم شبكه‌هاي كامپيوتري" ، مريم ناخدا

كابل شبكه-قسمت چهارم( كابل‌هاي زوجي به هم تابيده (Twisted pair))

در طراحي جديد شبكه معمولاً از كابل‌هاي Twisted Pair استفاده مي‌گردد. قيمت آن ارزان بوده و از نمونه‌هاي آن مي‌توان به كابل تلفن اشاره كرد. اين نوع كابل كه از چهار جفت سيم به‌هم تابيده تشكيل مي‌گردد، خود به دو دسته تقسيم مي‌شود:

 

1-  (Unshielded Twisted Pair)UTP:

كابل ارزان قيمتي است كه نصب آساني دارد و براي شبكه‌هاي LAN ، سيم بسيار مناسبي است، همچنين نسبت به نوع دوم كم‌وزن‌تر و انعطاف‌پذيرتر است. مقدار سرعت ديتاي عبوري از آن 4 مگابيت در ثانيه تا 100 مگابيت در ثانيه مي‌باشد. اين كابل مي‌تواند سيگنال را تا مسافت حدودا"  100 متر يا 328 فوت بدون افت، انتقال دهد. كابل مذكور نسبت به تداخل امواج الكترومغناطيسي ( Electrical Magnetic Interference) حساسيت بسيار بالايي دارد و در نتيجه در مكانهاي داراي امواج الكترومغناطيس، امكان استفاده از آن وجود ندارد.

در سيم تلفن كه خود نوعي از اين كابل است از اتصال دهنده RJ11 استفاده مي‌شود، اما در كابل شبكه، اتصال دهنده‌اي با شماره‌ي RJ45 به‌كار مي‌رود كه داراي هشت مكان براي هشت رشته سيم است. در شكل زير يك connector RJ45 ديده مي‌شود:

 

 

 

كابل UTP داراي پنج طبقه‌ي مختلف است (كه البته امروزه CAT6 و CAT7 هم اضافه شده است):

CAT1 يا نوع اول كابل UTP براي انتقال صدا بكار مي‌رود، اما CAT2‌ تا CAT5 براي انتقال ديتا در شبكه‌هاي كامپيوتري مورد استفاده قرار مي‌گيرند و سرعت انتقال ديتا در آن‌ها به ترتيب عبارتست از: 4 مگابيت در ثانيه، 10مگابيت در ثانيه،‌ 16مگابيت در ثانيه و 100مگابيت در ثانيه. براي شبكه‌هاي كوچك و خانگي استفاده از كابل CAT3‌توصيه مي‌شود.

 

2-  كابل(Shielded Twisted Pair)STP :  

در اين كابل، سيم‌هاي انتقال ديتا مانند UTP‌ ، هشت سيم و يا چهار جفت دوتايي هستند. بايد دانست كه تفاوت آن با UTP‌ در اين است كه پوسته‌اي به دور آن پيچيده شده كه از اثرگذاري امواج بر روي ديتا جلوگيري مي‌كند. از لحاظ قيمت،‌ اين كابل از UTP گرانتر و از فيبر نوري ارزان‌تر است. مقدار مسافتي كه كابل مذكور بدون افت سيگنال طي مي كند برابر با 500 متر، معادل 1640 فوت است.

در شبكه‌هايي با توپولوژي باس و حلقه‌اي از دو نوع اخير استفاده مي‌شود. در اين نوع كابل، 4 جفت سيم به‌هم تابيده بكار مي‌رود كه دو جفت آن يكي براي فرستادن اطلاعات و ديگري براي دريافت اطلاعات عمل مي‌كنند.

 

در شبكه‌هايي با نام اترنت سريع (Fast Ethernet) دو نوع كابل به چشم مي‌خورد:

 

-         100Base TX: يعني شبكه‌اي كه در آن از كابل UTP نوع Cat5 استفاده شده و عملاً دو جفت سيم در انتقال ديتا دخالت دارند (دو جفت ديگر بي‌كار مي‌مانند) ، سرعت در آن 100 مگابيت در ثانيه و روش انتقال Base band است.

-                  100Base T4: تنها تفاوت آن با نوع بالا اين است كه هر چهار جفت سيم در آن به‌كار گرفته مي‌شوند.

 

برگرفته از "تندآموز مفاهيم شبكه هاي كامپيوتري" ، مريم ناخدا

كابل شبكه (قسمت سوم)

بايد دانست كه براي توضيح نوع كابل شبكه از عبارت‌هايي مانند 10Base5 استفاده مي‌شود . عبارت مذكور به اين معناست كه از كابل coaxial و از نوع Thicknet استفاده شده است، علاوه بر آن، روش انتقال در اين شبكه، روش Baseband بوده و سرعت انتقال 10 مگابيت در ثانيه (mbps) مي‌باشد. همچنين 10Base2 يعني اين‌كه از كابل Thinnet استفاده شده، روش انتقال Baseband بوده و سرعت انتقال 10 مگابيت در ثانيه است.

 

کابل شبکه (قسمت دوم -کابل کواکسیال)

كابل هاي Coaxial زماني بيشترين مصرف را در ميان كابل‌هاي موجود در شبكه داشتند. چند دليل اصلي براي استفاده زياد از اين نوع كابل وجود دارد:

1- قيمت ارزان آن.
2- سبكي و انعطاف‌پذيري.
3- اين نوع كابل به نسبت زيادي در برابر نویزها مقاوم است.
4- مسافت بيشتري را بين دستگاه‌هاي موجود در شبكه، نسبت به كابل
UTP پشتيباني مي‌نمايد.

 

در شكل زير ساختار كابل Coaxial مشاهده مي‌شود:

 

 

(1) Conducting Core يا هسته مركزي كه معمولاً از يك رشته سيم جامد مسي تشكيل مي‌گردد.
(2)
Insulation يا عايق كه معمولاً از جنس PVC يا تفلون است.
(3)
Copper Wire Mesh كه از سيم‌هاي بافته شده تشكيل مي‌شود و كار آن جمع‌آوري امواج الكترومغناطیسی است.

(4) Jacket كه جنس آن اغلب از پلاستيك بوده و نگهدارنده خارجي سيم در برابر خطرات فيزيكي است.

 

كابل Coaxial به دو دسته تقسيم مي‌شود:

1- Thin net: كابلي است بسيار سبك، انعطاف‌پذير و ارزان قيمت که قطر سيم در آن 6 ميليمتر یا معادل 25/0 اينچ است. مقدار مسيري كه توسط آن پشتيباني مي‌شود 185 متر است.
2-
Thick net: اين كابل، قطري تقريباً 2 برابر Thin net دارد.  كابل مذكور، پوشش محافظي را(علاوه بر محافظ خود) داراست كه از جنس پلاستيك بوده و بخار را از هسته مركزي دور مي‌سازد.

 

رايج‌ترين نوع اتصال دهنده (connector) مورد استفاده در كابل کواکسیال، Bayonet-Neill-Concelman) BNC) مي‌باشد. انواع مختلفي از سازگار كننده‌ها برايBNCها وجود دارند که شامل : T-connector و  Barrel- connector وTerminator می‌باشند.

تصوير زير يك BNC connector را نشان مي دهد:

 

 

در شبكه هايي با توپولوژي باس از كابلcoaxial استفاده مي‌شود. شكل زير، یک نمونه استفاده از اين نوع كابل در شبكه‌ی باس است:

 

برگرفته از "تندآموز مفاهيم شبكه هاي كامپيوتري" ، مريم ناخدا

كابل شبكه(قسمت اول)

كابل انتخابي به‌طور مستقيم به توپولوژي شبكه وابسته است. در اين قسمت سعي گرديده توپولوژي مناسب با هر نوع كابل ذكر شود.

كابل شبكه، رسانه‌اي است كه از طريق آن، اطلاعات از يك دستگاه موجود در شبكه به دستگاه ديگر انتقال مي يابد. انواع مختلفي از كابل‌ها به‌طور معمول در شبكه هاي LAN استفاده مي شوند. در برخي موارد شبكه تنها از يك نوع كابل استفاده مي كند، اما گاه انواعي از كابل‌ها در شبكه به كار گرفته مي شوند. غير از عامل توپولوژي، پروتكل و اندازه‌ي شبكه نيز در انتخاب كابل شبكه مؤثرند. آگاهي از ويژگي‌هاي انواع مختلف كابل‌ها و ارتباط آن‌ها با ديگر جنبه‌هاي شبكه، براي توسعه‌ي يك شبكه موفق ضروري است.

امروزه سه گروه از كابل‌ها، در ايجاد شبكه مطرح هستند:

 

برگرفته از "تندآموز مفاهيم شبكه هاي كامپيوتري" ، مريم ناخدا

مفاهيم مربوط به ارسال سيگنال و پهناي باند

پهناي باند (Bandwidth) به تفاوت بين بالاترين و پايين‌ترين فركانس‌هايي كه يك سيستم ارتباطي مي‌تواند ارسال كند، گفته مي‌شود. به عبارت ديگر، منظور از پهناي باند، مقدار اطلاعاتي است كه مي‌تواند در يك مدت زمان معين ارسال شود. براي وسايل ديجيتال، پهناي باند برحسب بيت در ثانيه و يا بايت در ثانيه بيان مي‌شود.  براي وسايل آنالوگ، پهناي باند، برحسب سيكل در ثانيه بيان مي‌شود.

دو روش براي ارسال اطلاعات از طريق رسانه‌هاي انتقالي وجود دارد كه عبارتند از: روش ارسال باند پايه (Base band) و روش ارسال باند پهن Broadband)).

در يك شبكه‌ی LAN، كابلي كه كامپيوترها را به هم وصل مي‌كند، فقط مي‌تواند در يك زمان، يك سيگنال را از خود عبور دهد، به اين شبكه يك شبكه Base band مي‌گویيم. به منظور عملي ساختن اين روش و امكان استفاده از آن براي همه كامپيوترها، داده‌اي كه توسط هر سيستم انتقال مي‌يابد، به واحدهاي جداگانه‌اي به نام Packet شكسته مي‌شود. در واقع در كابل يك شبكه‌ی LAN، توالي Packetهاي توليد شده توسط سيستم‌هاي مختلف را شاهد هستيم كه به سوي مقاصد گوناگوني در حركتند. شكلي كه در ادامه خواهد آمد، اين مفهوم را بهتر نشان مي‌دهد.

 

 

- عملكرد يك شبكه‌ی packet-switching

براي مثال وقتي كامپيوتر شما يك پيام پست الكترونيكي را انتقال مي‌دهد، اين پيام به Packetهاي متعددي شكسته مي‌شود و كامپيوتر هر Packet را جداگانه انتقال مي‌دهد. كامپيوتر ديگري در شبكه كه بخواهد به انتقال داده بپردازد نيز در يك زمان يك Packet را ارسال مي‌كند. وقتي تمام Packetهايي  كه بر روي هم يك انتقال خاص را تشكيل مي‌دهند، به مقصد خود مي‌رسند، كامپيوتر دريافت كننده، آن‌ها را به شكل پيام الكترونيكي اوليه بر روي هم مي‌چيند. اين روش پايه و اساس شبكه‌هاي Packet-Switching مي‌باشد.

در مقابل روش Baseband، روش Broadband قرار دارد. در روش اخير، در يك زمان و در يك كابل، چندين سيگنال حمل مي‌شوند. از مثال‌هاي شبكه Broadband كه ما هر روز از آن استفاده مي‌كنيم، شبكه تلويزيون است. در اين حالت فقط يك كابل به منزل كاربران كشيده مي‌شود، اما همان يك كابل، سيگنال‌هاي مربوط به كانال‌هاي متعدد تلويزيون را بطور هم‌زمان حمل مي‌نمايد. از روش Broadband به طور روز‌افزوني در شبكه‌هاي WAN استفاده مي‌شود.

از آنجایي‌كه در شبكه‌هاي LAN در يك زمان از يك سيگنال پشتيباني مي‌شود، در يك لحظه، داده‌ها تنها در يك جهت حركت مي‌كنند. به اين ارتباط half-duplex گفته مي‌شود. در مقابل به سيستم‌هايي كه مي‌توانند به‌طور هم‌زمان در دو جهت با هم ارتباط برقرار كنند  full-duplex گفته مي‌شود. مثالي از اين نوع ارتباط، شبكه تلفن مي‌باشد. شبكه‌هاي LAN با داشتن تجهيزاتي خاص        می‌توانند به‌‌صورت full-duplex عمل كنند.

 

برگرفته از "تندآموز مفاهیم شبکه های کامپیوتری" ، مریم ناخدا

ابزارهای اتصال دهنده در یک شبکه (قسمت ششم -سويیچ ها(Switches))

سويیچ نوع دیگری از ابزارهایی است که برای اتصال چند شبکه‌ي محلی به یکدیگر مورد استفاده قرار می گیرد و باعث افزایش توان عملیاتی شبکه می شود. سويیچ وسیله ای است که دارای درگاه‌های(port)  متعدد بوده و بسته ها(frame) را از یک درگاه می پذیرد، آدرس مقصد را بررسی می کند و سپس بسته ها را به درگاهي ارسال مي‌كند كه متعلق به ایستگاه میزبان با همان آدرس مقصد می‌باشد. اغلب سويیچ‌های شبکه‌ي محلی در لایه‌ي پیوند داده های مدل OSI (Data Link Layer) عمل می‌کنند.

سويیچ ها بر اساس کاربردشان به متقارن ((Symmetric ونامتقارن ( Asymmetric) تقسیم می‌شوند.

در نوع متقارن ، عمل سويیچینگ بین سگمنت‌هایی که دارای پهنای باند یکسان هستند انجام می‌گيرد یعنی 10mbps به 10mbps و.... سويیچ خواهد شد اما در نوع نامتقارن این عملکرد بین سگمنت‌هایی با پهنای باند متفاوت انجام می شود.

 

 

دو نوع سويیچ وجود دارد که عبارتند از :

1 - سويیچ Cut - through : این نوع سوييچ،  سه یا چهار بایت اول یک فريم را می خواند تا آدرس مقصد آن را بدست آورد ، آن‌گاه آن بسته را به سگمنت دارای آدرس مقصد مذکور ارسال می کند؛ این در حالی است که قسمت باقی‌مانده‌ي بسته را از نظر خطایابی مورد بررسی قرار نمی دهد.


2 - سوئیچ
Store- and - forward : این نوع سوييچ،  ابتدا کل بسته را ذخیره کرده سپس آن را خطایابی می کند؛  اگر بسته ای دارای خطا بود آن بسته را حذف می کند ، در غیر این صورت آن بسته را به مقصد مربوطه ارسال خواهد کرد. این نوع سوييچ برای شبکه‌ي محلی بسیار مناسب‌تر از نوع اول است زیرا بسته‌های اطلاعاتی خراب شده را پاک‌سازی می کند و به همین دلیل، این سويیچ باعث کاهش بروز عمل تصادف خواهد شد.

 

ابزارهای اتصال دهنده در یک شبکه (قسمت پنجم - پل ها(Bridges) )

یک پل برای اتصال سگمنت های یک شبکه‌ی همگن مورد استفاده قرار می گیرد. یک پل در سیستم مدل باز (OSI)، در لایه‌ی پیوند داده‌ها ( Data link) عمل می کند. پل ها فریم ها را بر اساس آدرس مقصدشان ارسال می کنند. آن‌ها همچنین می توانند جریان داده‌ها را کنترل نموده و خطاهایی را که در حین ارسال داده‌ها رخ می دهد، آشکار نمایند.

عملکرد پل عبارتست از تجزیه وتحلیل آدرس مقصد یک فریم ورودی و اتخاذ تصمیم مناسب برای ارسال آن به ایستگاه مربوطه. پل ها قادر به فیلتر کردن فریم ها می باشند. فیلتر کردن فریم، برای حذف فریم‌های عمومی یا همگانی غیر ضروری، مفید می باشد. پل‌ها قابل برنامه ریزی هستند و می‌توان آن‌ها را به گونه‌ای برنامه‌ریزی کرد که فریم‌های ارسال شده از طرف منابع خاصی را حذف کنند.

با تقسیم یک شبکه‌ی بزرگ به چندین سگمنت و استفاده از یک پل برای اتصال آنها به یکدیگر ، توان عملیاتی شبکه افزایش خواهد یافت. اگر یک سگمنت شبکه از کار بیفتد ، سایر سگمنت‌ها‌ی متصل به پل می‌توانند شبکه را فعال نگه دارند. پل‌ها موجب افزایش وسعت شبکه محلی می‌شوند.

 

برگرفته از تندآموز مفاهیم شبکه‌های کامپیوتری

ابزارهای اتصال دهنده در یک شبکه (قسمت چهارم - دروازه ها(Gateways) )

دروازه‌ها در لایه‌ي کاربرد(Application Layer)   مدل سيستم باز( OSI ) به‌كار مي‌روند و وظيفه‌ي آن‌ها، تبدیل یک پروتکل به پروتکل دیگر است.

ابزارهای اتصال دهنده در یک شبکه (Connectivity Devices)(قسمت سوم-مسیریاب ها)

در مفهوم شبکه سازی، فرایند انتقال بسته های اطلاعاتی از یک منبع به مقصد را مسیر یابی گويند که به كمك ابزاری با نام مسیریاب انجام می شود. مسیر یابی یک شاخصه کلیدی در شبكه است زیرا باعث می شود پیام‌ها از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر منتقل شوند. این عملکرد شامل تجزیه و تحلیل مسیر، برای یافتن بهترین مسیر است. مسیر یاب ابزاری است که شبکه های محلی را به‌هم متصل می کند یا به بیان بهتر بیش از دو شبکه را بهم متصل می کند. مسیر یاب بر حسب عملکردش به دونوع زیر تقسیم می شود:

الف - مسیریاب ایستا (static): که در این نوع ، جدول مسیریابی توسط مدیر شبکه که تعیین کننده مسیر می‌باشد بطور دستی مقدار دهی می شود.

ب - مسیریاب پویا (Dynamic): که در این نوع ، جدول مسیریابی خودش را تنظیم می‌کند و به‌طور اتوماتیک، جدول مسیریابی را روز آمد می کند.

هاب ها(Hubs)

ابزاری هستند که برای اتصال یک یا بیش از دو ایستگاه کاری به شبکه مورد استفاده قرار می گیرد و یک ابزار معمول برای اتصال ابزارهای شبکه است . هاب‌ها معمولا" برای اتصال سگمنت های شبکه محلی استفاده می شوند. یک هاب، دارای port های چند گانه است. وقتی یک بسته(frame) وارد یک پورت می‌شود، به سایر پورت‌ها کپی می شود تا این‌که تمامی سگمنت‌های شبکه‌ی محلی، بسته ها را ببینند.

 

 

 سه نوع هاب رایج وجود دارد:

الف - هاب فعال :

که مانند آمپلی فایر عمل می کند و باعث تقویت مسیر عبور سینگال ها می شود واز برخورد سیگنال‌ها در مسیر، جلوگیری به‌عمل می آورد . این هاب نسبتا" قیمت بالایی دارد.

ب - غیر فعال :

 بر خلاف نوع اول که باعث تقویت سیگنال ها در مسیر می‌شود، این هاب در این مورد کاری انجام نمی‌دهد.

ج - آمیخته (هیبرید):

که قادر به تطابق انواع کابل‌های انتقال اطلاعات، مانند کابل کواکسیال نازک، ضخیم و..... می‌شود و در ضمن می‌تواند ارتباط میان سایر هابها را نیز برقرار سازد.

 

ابزارهای اتصال دهنده در یک شبکه (Connectivity Devices)(قسمت اول)

ابزارهای اتصال‌دهنده به یک شبکه اضافه می گردند تا عملکرد و گستره‌ی شبکه و توانایی‌های سخت‌افزاری شبکه را افزایش دهند. گستره‌ی وسیعی از ابزارهای اتصال در شبکه وجود دارند اما ما معمولا" برای کار خود به ابزارهای زیر نیازمند خواهیم بود:

 

1-      تکرار کننده‌ها(Repeater):

      تکرار کننده وسیله ای است که برای اتصال چندین سگمنت یک شبکه محلی و به‌منظور افزایش وسعت مجاز آن شبکه، مورد استفاده قرار می گیرد . هر تکرار کننده از درگاه ورودی ) Port ( خود، داده ها را پذیرفته و با تقویت آن‌ها ، داده‌ها را به درگاه خروجی خود ارسال می کند. یک تکرار کننده، در لایه فیزیکی مدل OSI عمل می کند.

هر کابل یا سیم به‌کار رفته در شبکه که به‌عنوان محلی برای عبور ومرور سیگنال هاست، آستانه‌ای دارد که در آن آستانه، سرعت انتقال سیگنال کاهش می یابد و در این‌جا، تکرار کننده به‌عنوان ابزاری است که این سرعت عبور را در طول رسانه‌ی انتقال(Transmission Medium)(مانند کابل)، تقویت می کند.

 

 

مدل سیستم باز(Open System Interconnection)(OSI)

این مدل مبتنی بر قراردادی است که سازمان استانداردهای جهانی ایزو ، به‌عنوان مرحله ای از استانداردسازی و یکسان‌سازی قراردادهای لایه‌های مختلف توسعه دارد . نام این مدل مرجع به این دلیل OSI است که با اتصال سیستم های باز سروکار دارد و سیستم‌های باز ، سیستم هایی هستند که کدها و پروتکل آن‌ها برای ارتباط باسیستم‌های دیگر باز هستند.

 این مدل هفت لایه دارد که اصولی که منجر به ایجاد این لایه ها شده اند عبارتند از :

1 - وقتی نیاز به سطوح مختلف از انتزاع است ، لایه ای باید ایجاد شود.
2 - هر لایه باید وظیفه مشخصی داشته باشد.
3 - وظیفه هر لایه باید با در نظر گرفتن قراردادهای استاندارد جهانی انتخاب گردد.
4 - مرزهای لایه باید برای کمینه کردن جریان اطلاعات از طریق رابط ها انتخاب شوند.

 

اکنون هفت لایه را به نوبت از لایه پایین مورد بحث قرار می دهیم:

1 – لایه‌ی فیزیکی (Physical Layer):

به انتقال بیتهای خام برروی کانال ارتباطی مربوط می شود. در اینجا مدل طراحی با رابط های مکانیکی ، الکتریکی ، و رسانه انتقال فیزیکی که زیر لایه فیزیکی قرار دارند سروکار دارد.

 اين لايه، ولتاژ سيگنالها و همچنين اتصالات فيزيكي را براي ارسال توسط رابط  انتقال مانند HUB ها يا Repeater ها(‌تكراركننده ) تعريف مي كند .

 

 

2 – لایه‌ی اتصال داده‌ها (Data link layer):

مبین نوع فرمت هاست مثلا" شروع فریم ، پایان فریم، اندازه فریم و روش انتقال فریم . وظایف این لایه شامل موارد زیر است :

مدیریت فریم ها ، خطایابی و ارسال مجدد فریم ها، ایجاد تمایز بین فریم های داده و کنترل و ایجاد هماهنگی بین کامپیوتر ارسال کننده و دریافت کننده داده ها.

پروتکل های معروف برای این لایه عبارتند از :

الف - پروتکل SDLC که برای مبادله‌ی اطلاعات بین کامپیوتر ها بکار می رود و اطلاعات را به شکل فریم سازماندهی می کند.

ب - پروتکل HDLC که کنترل ارتباط داده ای سطح بالا زیر نظر آن است و هدف از طراحی آن این است که با هر نو ع ایستگاهی کارکند از جمله ایستگاههای اولیه ، ثانویه  و ترکیبی.

اين لايه انتقال فيزيكي داده ها، بين ايستگاه‌ها را مديريت مي كند. همان‌طور كه مي دانيد، يك بسته‌ی اطلاعاتي ( فريم اطلاعاتي)  داراي فيلدهاي((Checksum، آدرس مبدا و مقصد است كه با استفاده از اين اطلاعات، يك اتصال فيزيكي بين ماشين مبدا و مقصد برقرار مي كند.

 

3 – لایه‌ی شبکه(Network Layer):

وظیفه‌ی این لایه ، مسیر یابی می باشد. این مسیریابی عبارت است از : تعیین مسیر متناسب برای انتقال اطلاعات. لایه‌ی‌ شبکه، آدرس منطقی هر فریم را بررسی می کند  و آن فریم را بر اساس جدول مسیر یابی به مسیر یاب بعدی می فرستد . لایه‌ی شبکه، مسوولیت ترجمه‌ی  هر آدرس منطقی به یک آدرس فیزیکی را بر عهده دارد. پس می توان گفت برقراری ارتباط یا قطع آن و مالتی پلکس کردن از مهم‌ترین وظایف این لایه است. از نمونه‌ی بارز خدمات این لایه ، پست الکترونیکی است.

 

4 – لایه‌ی انتقال (Transport Layer):

وظیفه‌ی ارسال مطمئن یک فریم به مقصد را برعهده دارد. لایه‌ی انتقال پس از ارسال یک فریم به مقصد ، منتظر می ماند تا سیگنالی از مقصد مبنی بر دریافت آن فریم دریافت کند. در صورتی‌که لایه‌ی انتقال، سیگنال مذکور را از مقصد دریافت نکند. مجددا" اقدام به ارسال همان فریم به مقصد خواهد کرد.

اين لايه كنترل سالم رسيدن اطلاعات را توسط برقراري پروتكل پيغام بر عهده دارد و عمل عيب يابي را انجام مي دهد. اين لايه توسط نرم افزار مديريت مي شود.

 

 

5 – لایه‌ی اجلاس (Session Layer):

این لایه وظیفه‌ی برقراری یک ارتباط منطقی بین نرم افزارهای دو کامپیوتر  را بر عهده دارد که به یکدیگر متصل هستند. وقتی که یک ایستگاه بخواهد به یک سرویس دهنده(server)  متصل شود ، سرویس‌دهنده، فرایند برقراری ارتباط را بررسی می کند، سپس از ایستگاه ، درخواست نام کاربر و رمز عبور را خواهد کرد. این فرایند نمونه ای از یک اجلاس می باشد.

اين لايه وظيفه ايجاد و حفظ ارتباط را دارد . مديريت ورود به سيستم در اين لايه انجام مي شود. اين لايه نيز توسط نرم افزار مديريت مي شود و در شبكه هاي صنعتي كاربرد ندارد.

 

 

6 – لایه‌ی نمایش(Presentation Layer)  :

این لایه اطلاعات را از لایه‌ی کاربرد دریافت نموده ، آنها را به شکل قابل فهم برای کامپیوتر مقصد تبدیل می کند . این لایه برای انجام این فرایند اطلاعات را به کدهای ASCII ویا Unicode تبدیل می کند.

اين لايه، جهت قالب‌بندي داده هاي اطلاعاتي (‌تبديل آنها به فريم اطلاعاتي)، براي ارسال به‌کار می‌رود و در ضمن در سمت گيرنده، تبديل آن فریم به داده اطلاعاتي به‌كار مي رود. مثلا“ ممكن است يك مجموعه كاراكتر را به كدهاي ASCII تبديل كند. همچنين عمل رمزگذاري برروي داده ها نيز ممكن است در اين لايه انجام شود. لايه 6 معمولا“ توسط نرم افزار مديريت مي شود و اغلب در شبكه هاي صنعتي كاربرد ندارد.

 

7 – لایه‌ی کاربرد (Application Layer) :

این لایه، امکان دسترسی کاربران به شبکه را با استفاده از نرم افزارهایی چون E-mail- FTP و.... فراهم می سازد.

اين لايه، محتوي اطلاعات را مشخص مي كند و انتقال آن‌ها بين برنامه هاي كاربردي را فراهم می‌کند. اگر شما بوسيله Email يك فايل PDF را ارسال كنيد، برنامه اي كه براي باز كردن آن استفاده مي شود Adobe Acrobat است . بيشتر لايه هاي پروتكل پيچيده هستند ولي لايه‌ی Application آخرين مرحله در ساخت اطلاعات مفيد است.

در طراحي يك سنسور اين جزء، نرم افزاري است كه داده هاي پردازشي را بين سنسورها و پردازنده مبادله مي كند.

 

 

به نقل از "تندآموز شبکه های کامپیوتری" - نیکل آران

انواع پروتكل‌هاي شبكه

 در این جا تنها دو تا از مهم‌ترین پروتکل‌های شبکه را معرفی می کنیم:

 

1-      پروتکل کنترل انتقال / پروتکل اینترنت (TCP/IP)

(Transmission control Protocol/Internet Protocol)

 

اين پروتكل از مهم‌ترین ومشهورترین پروتکل های مورد استفاده در شبکه اینترنت است. این بسته نرم افزاری به اشکال مختلف برای کامپیوتر ها وبرنامه ها ی مختلف ارائه می گردد.TCP/IP از مهم‌ترین پروتکل‌های ارتباطی شبکه در جهان تلقی می شود و نه تنها برروی اینترنت و شبکه‌های گسترده گوناگون کاربرد دارد، بلکه در شبکه های محلی مختلف نیز مورد استفاده قرار می گیرد و در واقع این پروتکل زبان مشترک بین کامپیوتر ها به هنگام ارسال و دریافت اطلاعات یا داده می‌باشد. این پروتکل به دلیل سادگی مفاهیمی که در خود دارد اصطلاحا" به سیستم باز(Open system)  مشهور است و برروی هر کامپیوتر و ابررایانه‌اي قابل طراحی و پیاده سازی است. از عوامل مهمي که این پروتکل را به‌عنوان یک پروتکل ارتباطی جهانی مطرح می‌كند، به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:

1-      این پروتکل در چارچوب  UNIX Operating Systemساخته شده و توسط اینترنت بکار گرفته مي‌شود.

2-       برروی هر کامپیوتر قابل پیاده سازی می‌باشد.

3-      به‌صورت حرفه‌ای در شبکه های محلی و گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

4-    از برنامه ها وپروتکل های استاندارد دیگري مانند پروتکل انتقال فایل  (FTP)وپروتکل دو سویه ( Point to point Protocol = PPP ) نيز پشتيباني مي‌كند.

 

بنیاد واساس پروتکل TCP/IP آن است که اين پروتكل برای دریافت و ارسال داده ها یا پیام، پیام‌ها وداده ها را به بسته های کوچکتر و قابل حمل‌تر تبدیل می کند ، سپس این بسته‌ها به مقصد انتقال داده می شوند و در نهایت این بسته‌ها به یکدیگر پيوند خورده و شکل اولیه پیام‌ها و داده‌ها را به‌خود می گیرد.

یکی دیگر از ویژگی‌های مهم این پروتکل، قابلیت اطمینان آن در انتقال پیام هاست. این قابلیت به بررسی و بازبینی بسته ها و محاسبه‌ي بسته های دریافت شده، مربوط مي‌باشد. در ضمن این پروتکل فقط برای استفاده در شبکه اینترنت نمی باشد. بسیاری از سازمان‌ها وشرکت‌ها برای ساخت زیربنای شبکه‌ي خصوصی خود که از اینترنت جدا می باشد نیز از این پروتکل استفاده می‌کنند.

پروتکل فوق شامل چهار سطح است که عبارتند از :
الف - سطح لایه کاربرد (
Application )
ب - سطح انتقال (
Transporter)
ج - سطح اینترنت (
Internet)
د - سطح شبکه 
(Network)

 

2-      پروتکل سیستم ورودی وخروجی پایه شبکه

 (Network Basic Input/Output System)(NET Bios)

 

واسطه یا رابطی است که توسط IBM به‌عنوان استانداردی برای دسترسی به شبکه توسعه یافت. این پروتکل، داده ها را از بالاترين لایه دریافت کرده و آنها را به شبکه منتقل می‌کند. سیستم عاملی که با این پروتکل ارتباط برقرار می کند سیستم عامل شبکه (NOS) نامیده می‌شود. کامپیوترها از طریق کارت شبکه‌ي خود به شبکه متصل می شوند. کارت شبکه به سیستم عامل ویژه ای برای ارسال اطلاعات نیاز دارد. این سیستم عامل ویژه را Net Bios می‌نامند که در حافظه‌ي ROM کارت شبکه ذخیره شده است.

Net BIOS همچنین روشی را برای دسترسی به شبکه ها با پروتکل‌های مختلف آماده می‌کند. این پروتکل از سخت افزار شبکه مستقل است و مجموعه ای از فرمان‌هاي لازم برای در خواست خدمات شبکه‌ي سطح پایین را برای برنامه های کاربردی فراهم می کند.

در حال حاضر وجود  Net BEUI( Net BIOS Enhanced User Interface) امتیاز جدیدي دارد که این امتیاز درواقع، ایجاد گزینه انتقال استاندارد است. Net BEUI در شبکه‌های محلی بسیار رایج است و همچنین قابلیت انتقال سریع داده ها را نیز دارد . اما چون یک پروتکل غیر قابل هدایت است به شبکه های محلی محدود شده است.

پروتکل (Protocol)

برای برقراری ارتباط بین رایانه های سرویس گیرنده  (client) و سرویس دهنده(Server) ، يك‌ مجموعه قوانین کامپیوتری برای انتقال و دریافت داده‌ها مشخص شده اند که  قرارداد یا پروتکل ناميده مي‌شوند. این قراردادها و قوانین، به‌صورت نرم افزاری در سیستم، برای ایجاد ارتباط، ایفای نقش می‌کنند. پروتکل يا قرارداد ، در واقع زبان مشترک کامپیوتری است که برای درک و فهم رایانه به‌هنگام در خواست و جواب متقابل استفاده می شود. پروتکل، تعیین کننده مشخصه های شبکه ، روش دسترسی به اطلاعات و انواع فیزیکی توپولوژی‌ها ، سرعت انتقال داده ها و انواع کابل کشی است .

 

توپولوژی ترکیبی (Hybrid)

این توپولوژی ترکیبی است از چند شبکه با توپولوژی متفاوت که توسط یک کابل اصلی به‌نام Back bone به یکدیگر مرتبط شده‌اند. هر شبکه توسط یک پل ارتباطی Bridge) ) به کابل Back bone متصل می شود.

توپولوژی درختی (Tree)

این توپولوژی از یک یا چند هاب (hub) فعال یا تکرار کننده برای اتصال ایستگاه ها به یکدیگر استفاده می کند. هاب مهمترین عنصر شبکه‌ی مبتنی بر توپولوژی در ختی است، زیرا کلیه‌ی ایستگاه ها را به یکدیگر متصل می کند. وظیفه‌ی هاب، دریافت اطلاعات از یک ایستگاه و تکرار و تقویت آن اطلاعات و سپس ارسال آن‌ها به ایستگاه دیگر می‌باشد.

 

توپولوژی تار عنکبوتی (mesh)

در این توپولوژی، هر کامپیوتری، به‌طور مستقیم، به کلیه‌ی کامپیوترهای شبکه متصل می شود. برتری این توپولوژی در آن است که هر کامپیوتر با سایر کامپیوتر ها، ارتباطی مجزا دارد. بنابراین ، این توپولوژی دارای بالاترین درجه امنیت واطمینان می باشد. اگر یک کابل ارتباطی در این توپولوژی قطع شود ، شبکه همچنان فعال باقی می ماند.

از نقاط ضعف اساسی این توپولوژی آن است که از تعداد زیادی خطوط ارتباطی استفاده می کند، به‌خصوص زمانی‌که تعداد ایستگاه ها افزایش یابند. به همین جهت، این توپولوژی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست. برای مثال ، در یک شبکه با صد ایستگاه کاری ، ایستگاه شماره یک نیازمند به نود ونه خط ارتباطی می‌باشد. تعداد کابل های مورد نیاز در این توپولوژی با رابطه N(N-1)/2 محاسبه می شود که در آن N تعداد ایستگاه های شبکه می باشد.

 

 

توپولوژي باس (bus)

در این توپولوژی، يك شبکه‌ي خطی وجود دارد كه در آن، چندین کامپیوتر به یک کابل مشترك به‌نام باس متصل می‌شوند. در این توپولوژی ، وسيله‌ي انتقال داده‌ها بین کلیه‌ي کامپیوتر ها، مشترک است.

 یکی از مشهورترین پروتكل‌هاي نظارت بر خطوط ارتباطی در شبکه های محلی، اترنت (Ethernet) است. توپولوژی باس از متداول‌ترین توپولوژی‌هایی است که در شبکه محلی مورد استفاده قرار می گیرد. سادگی، کم هزینه بودن وتوسعه آسان این شبکه ، از نقاط قوت توپولوژی باس می باشد. نقطه ضعف عمده‌ي این شبکه آن است که اگر کابل اصلی قطع گردد(که به‌عنوان پل ارتباطی بین کامپیوتر های شبکه می باشد) ، کل شبکه از کار خواهد افتاد.

 

 

توپولوژی حلقوی (Ring)

این توپولوژی توسط شرکت IBM اختراع شد و به‌ همین دلیل است که این توپولوژی به‌نام ring Token  IBM  نیز مشهور است. در این توپولوژی، کلیه‌ی کامپیوترها به گونه ای به یکدیگر متصل هستند که مجموعه‌ی آنها، یک حلقه را می سازد. کامپیوتر مبدا، اطلاعات را به کامپیوتری بعدی در حلقه ارسال نموده و آن کامپیوتر، آدرس اطلاعات رابرای خود کپی می کند، آنگاه اطلاعات را به کامپیوتر بعدی در حلقه منتقل خواهد کرد و به ‌همین ترتیب این روند ادامه پیدا می کند تا اطلاعات دوباره به کامپیوتر مبدا برسد. سپس کامپیوتر مبدا این اطلاعات را از روی حلقه حذف می کند.

 

نقاط ضعف این توپولوژی عبارت است از:
*اگر یک کامپیوتر از کار بیفتد ، کل شبکه متوقف می شود.
* به سخت افزار پیچیده نیاز دارد ( کارت شبکه آن گران قیمت است ).
* برای اضافه کردن یک ایستگاه به شبکه، باید کل شبکه را متوقف کرد.

نقاط قوت این توپولوژی نیز به شرح زیر می‌باشد:
* نصب شبکه با این توپولوژی ساده است.
* توسعه‌ی شبکه با این توپولوژی به راحتی انجام می شود.
* در این توپولوژی، از کابل فیبر نوری می‌توان استفاده کرد.

 

 

برگرفته از "تندآموز مفاهیم شبکه‌های کامپیوتری" , نیکل آران

 

توپولوژی ستاره ای(star)

در این توپولوژی ، کلیه‌ی کامپیوترها به یک کنترل کننده‌ی مرکزی به‌نام هاب متصل هستند. هرگاه کامپیوتری بخواهد با کامپیوتر ی دیگری تبادل اطلاعات نماید، کامپیوتر منبع ابتدا باید اطلاعات را به هاب ارسال نماید. سپس از طریق هاب، آن اطلاعات به کامپیوتر مقصد منتقل می‌شوند. اگر کامپیوتر شماره‌ی یک بخواهد اطلاعاتی را به کامپیوتر شماره 3 بفرستد ، باید اطلاعات را ابتدا به هاب ارسال کند، آنگاه هاب آن اطلاعات را به کامپیوتر شماره سه خواهد فرستاد.

نقاط ضعف این توپولوژی آن است که عملیات کل شبکه به هاب وابسته است. این بدان معناست که اگر هاب از کار بیفتد، کل شبکه از کار خواهد افتاد . نقاط قوت توپولوژی ستاره عبارتند از:

  • نصب شبکه با این توپولوژی ساده است.
  • توسعه شبکه با این توپولوژی به راحتی انجام می شود.
  • اگر یکی از خطوط متصل به هاب قطع شود ، فقط یک کامپیوتر از شبکه خارج می شود.

 

توپولوژي شبكه (Network Topology)

توپولوژی شبکه،تشریح کننده نحوه اتصال کامپیوتر ها در یک شبکه به یکدیگر است. پارامترهای اصلی در طراحی یک شبکه ، قابل اعتماد بودن ومقرون به صرفه بودن است. انواع متداول توپولوژی‌ها در شبکه کامپیوتری عبارتند از :

1.       توپولوژی ستاره‌ای (star)

2.       توپولوژی حلقوی (Ring)

3.       توپولوژي باس (Bus)

4.       توپولوژي تار عنكبوتي (mesh)

5.       توپولوژی درختی (Tree)

6.       ترکیبی   (hybrid)

در نوشته‌هاي بعدي، به شرح هر كدام از توپولوژي‌هاي بالا، خواهيم پرداخت.

 

انواع شبکه از لحاظ جغرافیایی

نوع شبکه توسط فاصله بین کامپیوتر های تشکیل دهنده آن شبکه مشخص می شود و به دو دسته‌ی شبکه‌های محلی (LAN) و شبکه‌های گسترده (WAN) تقسیم می‌شود:

 

شبکه محلی  LAN= Local Area Network)):

ارتباط و اتصال بیش از دو یا چند کامپیوتر را  در فضای محدود یک سازمان ، از طریق کابل شبکه و پروتکل بین رایانه ها و با مدیریت نرم افزاری موسوم به سیستم عامل شبکه ، شبکه محلی گویند. کامپیوترهای سرویس گیرنده(Client)  از طریق کامپیوتر سرویس دهنده(Server)  به اطلاعات  و امکانات به اشتراک گذاشته دسترسی می‌یابند. همچنین ارسال ودریافت پیام به یکدیگر از طریق رایانه سرویس دهنده(server)  انجام می گیرد. از خصوصیات شبکه های محلی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 

1 - در محیط های کوچک کاری قابل اجرا وپیاده سازی می باشند.
2 - از سرعت نسبتا" بالایی برخوردارند.
3 - دارای یک ارتباط دایمی بین رایانه‌ها از طریق کابل شبکه می باشند.

اجزای یک شبکه‌ی محلی عبارتند از :
الف - سرویس دهنده
(server)
ب - سرویس گیرنده
(client)
ج - پروتکل
(protocol)
د- کارت واسطه شبکه
ط - سیستم ارتباط دهنده

 

شبکه گسترده WAN = Wide Area Network) ):

اتصال شبکه های محلی از طریق خطوط تلفن ، کابل‌های ارتباطی ماهواره و یا دیگر سیستم های مخابراتی را در یک منطقه بزرگتر, شبکه گسترده  (WAN) گویند. در این شبکه کاربران یا رایانه‌ها از مسافت های دور واز طریق خطوط مخابراتی، به یکدیگر متصل می شوند. کاربران هر یک از این شبکه ها می توانند به اطلاعات ومنابع به اشتراک گذاشته شده توسط شبکه های دیگر دسترسی یابند. از این فن‌آوری با نام شبکه های راه دور ( Long Haul Network) نیز نام برده می شود. در شبکه‌ی گسترده، سرعت انتقال داده ، نسبت به شبکه‌های محلی خیلی کمتر است. بزرگ‌ترین ومهم ترین شبکه گسترده ، شبکه جهانی اینترنت می‌باشد.

 

اجزاي شبکه

اجزاي اصلی یک شبکه کامپیوتری عبارتند از :


1 - کارت شبکه : (
Network Interface Card NIC-) :

برای استفاده از شبکه و برقراری ارتباط بین کامپیوترها، از کارت شبکه ای استفاده می شود که در داخل یکی از شیارهای برد اصلی کامپیوتر های شبکه ( اعم از سرویس دهنده وگیرنده ) بصورت سخت افزاری نصب می‌گردد و برای کنترل ارسال و دریافت داده‌ها به‌كار مي‌رود.

2 - رابط انتقال داده‌ها Transmission Medium ))

رابط انتقال داده‌ها ، کامپیوترها را به یکدیگر متصل کرده و موجب برقراری ارتباط بین کامپیوترهای یک شبکه می شود. برخی از متداول‌ترین رابط‌هاي انتقال داده‌ها عبارتند از : کابلي با زوج سیم بهم تابیده ( Twisted-Pair) ، کابل کواکسیال ( Coaxial) وکابل فیبر نوری (Fiber- Optic) .

3- سیستم عامل شبکه  NOS- Network Operating System)) :

سیستم عامل شبکه، برروی server اجرا می شود و سرویس های مختلفی مانند: اجازه ورود به سیستم (Login) ، رمز عبور (Password) ، چاپ فایل ها ( Print files) و مدیریت شبکه ) Network management ( را در اختیار کاربران می گذارد.

 

مدل‌های شبکه(قسمت دوم)

مدل شبکه Peer to Peer:

در این شبکه ایستگاه ویژه‌ای جهت نگهداری فایل‌های اشتراکی و سیستم عامل شبکه  وجود ندارد. هر ایستگاه می‌تواند به منابع سایر ایستگاه ها در شبکه دسترسی پیدا کند. هر ایستگاه خاص می تواند هم به‌عنوان Server و هم به‌عنوان Client عمل کند. در این مدل هر کاربر، خود مسؤلیت مدیریت و ارتقا دادن نرم‌افزارهای ایستگاه خود را به‌عهده دارد. از آنجایی که یک ایستگاه مرکزی برای مدیریت عملیات شبکه وجود ندارد ، این مدل برای شبکه ای با کمتر از 10 ایستگاه به‌کار می‌رود .

 

 

مدل شبکه مبتنی بر سرویس دهنده (Server- Based):

در این مدل شبکه، یک کامپیوتر به‌عنوان سرویس دهنده، کلیه فایل ها ونرم‌افزارهای اشتراکی نظیر واژه پردازها، کامپایلرها ، بانک‌های اطلاعاتی و سیستم عامل شبکه را در خود نگهداری می‌کند. یک کاربر می تواند به سرویس دهنده، دسترسی پیدا کرده وفایل های اشتراکی را از روی آن به ایستگاه خود منتقل کند.

 

 

مدل سرویس دهنده / سرویس گیرنده (Client Server):

در این مدل، یک ایستگاه درخواست انجام کارش را به سرویس‌دهنده(Server)  ارائه می‌دهد و سرویس دهنده(Server)، پس از اجرای وظیفه‌ي محوله ، نتایج حاصل را به ایستگاه در خواست‌کننده برگشت می‌دهد. در این مدل، حجم اطلاعات مبادله شده شبکه ، در مقایسه با مدل مبتنی بر سرویس‌دهنده(Server Based) کمتر است و دارای کارایی بالاتری نيز می‌باشد.

 

مدل‌های شبکه(قسمت اول)

در یک شبکه ، یک کامپیوتر می تواند هم سرویس دهنده و هم سرویس گیرنده باشد. یک سرویس دهنده (Server) کامپیوتری است که هم فایل های اشتراکی را نگهداري مي‌كند و هم سیستم عامل شبکه را که مدیریت عملیات شبکه را به عهده دارد. برای آن‌که سرویس‌گیرنده ( Client) بتواند به سرویس دهنده (Server) دسترسی پیدا کند ، ابتدا سرویس گیرنده  (Client)  باید اطلاعات مورد نیازش را از سرویس‌دهنده (Server) تقاضا کند. سپس سرویس‌دهنده (Server) ، اطلاعات در خواست شده را به سرویس گیرنده ارسال خواهد کرد.

سه مدل از شبکه‌هایی که مورد استفاده قرار می‌گیرند ، عبارتند از :

1 - شبکه نظیر به نظیر ( Peer- to- Peer )
2 - شبکه مبتنی بر سرویس دهنده (
Server- Based )
3 - شبکه سرویس دهنده / سرویس گیرنده (
Client Server)

 

تندآموز مفاهيم شبكه‌هاي كامپيوتري ، تنظيم مطالب: نيكل آران

 

مفهوم گره (Node) وایستگاههای کاری  (Work Station )

هرگاه شما کامپیوتری را به شبکه اضافه می کنید ، این کامپیوتر به یک ایستگاه کاری یا گره تبدیل می شود. یک ایستگاه کاری ، کامپیوتری است که به شبکه وصل شده است و در واقع اصطلاح ایستگاه کاری روش دیگری است برای این‌که بگوییم یک کامپیوتر متصل به شبکه است. به‌طور ساده‌تر هر چه را که به شبکه متصل و الحاق شده باشد، یک گره گویند. برای شبکه جایگاه و آدرس یک ایستگاه کاری مترادف با هویت گره اش است.

 به نقل از "تندآموز مفاهيم شبكه‌هاي كامپيوتري"  گرداوري از نيكل آران

 

سازگار کننده‌ها( Adaptor)

به‌عنوان اتصال کابل ها به کامپیوتر به‌كار مي‌روند. اهمیت آن‌ها در این است که بدون وجود آن‌ها، شبکه تنها شامل چند کامپیوتر بدون ارتباط موازی است که اين كامپيوترها، قادر به سهیم شدن در منابع یکدیگر نیستند. عملکرد سازگارکننده در این است که به دریافت و ترجمه سیگنال ها ی ورودي از شبکه از جانب یک ایستگاه کاری و ترجمه وارسال خروجي  به کل شبکه می پردازد.

 

به نقل از - تندآموز شبكه هاي كامپيوتري

 

شبكه كامپيوتري (Network)

اساسا یک شبکه کامپیوتری شامل دو یا بیش از دو کامپیوتر و ابزارهای جانبی مثل چاپگر، اسکنر ومانند اینها هستند که بطور مستقیم و به منظور استفاده مشترک از سخت‌افزار و نرم‌افزار، منابع اطلاعاتی ابزارهای متصل، ایجاده شده است. توجه داشته باشید که به تمامی تجهیزات سخت‌افزاری ونرم‌افزاری موجود در شبکه منبع (Source) گویند. در این تشریک مساعی با توجه به نوع پیکربندی کامپیوتر ، هر کامپیوتر کاربر می‌تواند در آن واحد، منابع خود را اعم از ابزارها وداده ها، با کامپیوترهای دیگر همزمان به‌كار ببرد.

دلایل استفاده از شبکه را می‌توان به‌صورت زير عنوان کرد:

1 - استفاده مشترک از منابع :

استفاده مشترک از یک منبع اطلاعاتی یا امکانات جانبی رایانه را بدون توجه به محل جغرافیایی هریک از منابع ، استفاده از منابع مشترک گویند.

2 - کاهش هزینه :

متمرکز نمودن منابع واستفاده مشترک از آنها وپرهیز از پخش آنها در واحدهای مختلف واستفاده اختصاصی هر کاربر در یک سازمان، کاهش هزینه را در پی خواهد داشت .

3 - قابلیت اطمینان :

این ویژگی در شبکه ها به وجود سرویس دهنده‌های پشتیبان در شبکه اشاره می کند ، یعنی به این معنا که می توان از منابع گوناگون اطلاعاتی و سیستم‌ها در شبکه، نسخه های دوم وپشتیبان تهیه کرد و در صورت عدم دسترسی به یکي از منابع اطلاعاتی در شبکه، به‌علت از کارافتادن سیستم، از نسخه های پشتیبان استفاده کرد. پشتیباني از سرویس دهنده‌ها در شبکه، کارآیی، فعالیت و آمادگی دایمی سیستم را افزایش می‌دهد.

4 - کاهش زمان :

یکی دیگر از اهداف ایجاد شبکه های رایانه ای ، ایجاد ارتباط قوی بین کاربران از راه دور است ؛ یعنی بدون محدودیت جغرافیایی تبادل اطلاعات وجود داشته باشد. به این ترتیب زمان تبادل اطلاعات و استفاده از منابع خود به‌خود کاهش می یابد.

5 - قابلیت توسعه :

یک شبکه محلی می تواند بدون تغییر در ساختار سیستم، توسعه یابد و تبدیل به یک شبکه بزرگتر شود. در اینجا هزینه توسعه سیستم، هزینه امکانات و تجهیزات مورد نیاز برای گسترش شبکه مي‌باشد.

6 - ارتباطات:

کاربران می توانند از طریق نوآوریهای موجود مانند پست الکترونیکی ویا دیگر سیستم های اطلاع رسانی پیغام هایشان را مبادله کنند ؛ حتی امکان انتقال فایل نیز وجود دارد.

در طراحی شبکه، مواردی که قبل از راه‌اندازی شبکه باید مد نظر قرار دهید به‌صورت زير هستند:

1 - اندازه سازمان
2 - سطح امنیت
3 - نوع فعالیت
4 - سطح مدیریت
5 - مقدار ترافیک
6 – بودجه

 

"تندآموز مفاهيم شبكه هاي كامپيوتري" - به نقل از مجله الكترونيكي ، گردآوري : نيكل آران