أخبار التقانات الحديثة
بقلم بنان عباس
مهندسة معلوماتية
1. المقدمة
يزداد الطلب على سرعة اتصال أعلى بالإنترنت مع ازدياد عدد التجهيزات الحاسوبية والهواتف الذكية في المنزل والعمل؛ فنحن نستعمل الكثير من التطبيقات والألعاب ومقاطع الفيديو وأجهزة الحقيقة الافتراضية Virtual Reality الشرهة للإنترنت. تتصل هذه التجهيزات وخصوصًا الهواتف الذكية بشبكة الإنترنت بتقانة الاتصال اللاسلكي الوايفاي Wi-Fi. يفرض هذا الأمر أن تكون سرعة الاتصال بالشبكة اللاسلكية الوايفاي متناسبة مع هذا الطلب المتزايد. يوفر المعيار الحالي من تقانة الوايفاي المعتمدة على البروتوكول 802.11ac سرعة تصل حتى 3.5 جيجابت في الظروف المثالية.
صدر في نهاية عام 2019 نسخة جديدة من تقانة وايفاي سمِّيَت وايفاي 6 (Wi-Fi 6). يقدم المعيار الجديد سرعةً أكبر من سابقتها، كما يوفر مستوًى أعلى من الأمن.
نتحدث في هذا المقال عن الجيل السادس من شبكة وايفاي، فنشرح هذه التقنية الجديدة، ونستعرض أهم الميزات التي يوفرها.
2. النسخة السادسة من وايفاي
تعتمد النسخة السادسة من وافاي على المعيار الجديد IEEE 802.11ax، الذي مازال في طور التحسين، وتتصرف بنفس الطريقة المعتادة مع إضافة ميزات جديدة. يمكن الإشارة إلى هذه النسخة باسم وايفاي 6 أو باسم المعيار نفسه، أو بالاسم AX WiFi. يعرض تحالف وايفاي WiFi Alliance (الهيئة القياسية التي تشرف على تقنية وايفاي) الفوائد الرئيسية الأربعة لتقنية وايفاي 6:
- سرعات نقل أكبر من الأجهزة إلى الموجِّه وبالعكس.
- خدمة عدد أكبر من الأجهزة المتصلة.
- أداء أفضل مع العديد من الأجهزة المتنوعة.
- استهلاك أقل لبطارية الجهاز عند التوصيل.
3. الفرق عن الإصدارات السابقة
تشهد الأجهزة التي تدعم تقنية وايفاي 6، المتصلة بأجهزة توجيه مدعومة بنفس التقنية، تحسنًا كبيرًا في الأداء يصل إلى نحو 40 بالمئة مقارنة بأجهزة الجيل السابق. يتحقق ذلك بفضل قدرة وايفاي 6 على زيادة البيانات في كل حزمة، إضافة إلى أنَّها تعمل على النطاقين 2.4 جيجا هرتز و5 جيجا هرتز.
الشكل 1: التطور التاريخي لتقنيات الواي فاي
ينتج عن التحسن في الأداء الذي تقدمه وايفاي 6، رفع متوسط الإنتاجية للعملاء المتصلين في المناطق المزدحمة؛ إذ إنه يمكِّن من خدمة أربعة أضعاف المستعملين، مقارنةً بالجيل السابق.
تواصل وايفاي 6 العمل بتقنية تعدد المستعملين، وتعدد الدخل، وتعدد الخرج Multi-Input, Multi-Oputput, Multi-User MIMO التي جرى استعمالها مع إصدار الجيل الخامس من وايفاي المدعو وايفاي 5، مع إجراء تطوير وتحسين فيها، يتيح لأمواج وايفاي توصيلَ البيانات في وقت واحد إلى أجهزة متعددة، بدلًا من تناوب الإشارة بين الأجهزة. ترفع هذه التقنية عدد التدفقات المتزامنة إلى ثمانية، بدلًا من أربعة في وايفاي 5.
تعاني الأجهزة المعتمِدة على إصدار وايفاي 5 استنزافًا للبطارية بدرجة ملحوظة. أمّا وايفاي 6 فتقدم حلًّا لهذه المشكلة، إذ إنها تَستعمل تقنية وقت الاستيقاظ المستهدف (TWT: Target Wake Time). يحدِّد كل جهاز من الأجهزة الطرفية، وأجهزة التوجيه المتوافقة، أوقات التنبيه والنوم الرئيسية، وهذا يؤدي إلى زمن تشغيل المحوِّل وتقليل استجرار البطارية للكهرباء.
لا تُعتبر هذه التقنية مهمةً للأجهزة اليومية (كالحواسيب المحمولة والهواتف الحديثة) فحسب، بل تُحدث فرقًا في سهولة استعمالنا للتقانة المعاصرة، نظرًا لأننا نرى المزيد من إنترنت الأشياء Internet of Things (IoT) تدخل منازلنا وشركاتنا بتسارعٍ كبير.
4. بنية وايفاي 6
تتميز وايفاي 6 بميزة جديدة تدعى "الوصول المتعدد بتقسيم التردد المتعامد" "OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access". تتيح هذه الميزة للعديد من العملاء الاتصالَ بنقطة وصول واحدة في وقت واحد. تعتبر تقنية الوصول المتعدد بتقسيم التردد المتعامد امتدادًا لبنية "مضاعفة تقسيم التردد المتعامد" "OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing"، التي كانت معتمَدة في الإصدار وايفاي 5.
تعمل تقنية OFDM على تقسيم قناة تردد راديوي 20 ميغا هرتز المعدلة بواسطة تعديل المطال AM أو تعديل التردد FM إلى مجموعة من القنوات الفرعية، أو ما يمكن تسميته بالحوامل الفرعية. تَستعمل وايفاي 5 قنوات فرعية عددها 52 لنقل البيانات ضمن قناة تردد لاسلكي بسعة 20 ميجا هرتز، على حين أن وايفاي 6 تحتوي على 234 من الحوامل الفرعية.
تقسم تقنية OFDM القناة الرئيسية إلى قنوات فرعية مستقلة ومتزامنة، وتضيف إلى كل قناة رموزًا خاصةً بها، وتفصل بعضها عن بعض بفواصل زمنية. ترتبط كل عملية إرسال في OFDM بعدد من الرموز المتزامنة، تُرسَل بالموجات في القنوات الفرعية. يستطيع جهاز الاستقبال تتبع جميع الموجات في وقت واحد، وإزالة تشكيل الرموز من كل قناة بشكل مستقل. يُعتبر تعدد الإرسال بتقسيم تعامدي للتردد متفوقًا على أشكال التعديل الأخرى، ففي حين أنه لا يقدم معدلات نقل أعلى للبيانات، إلا أنه أقل عرضة للتخامد داخل القناة، وهو يُستعمل على نطاق واسع في تقانات هذه الأيام.
ترسَل الإطارات على التوالي في شبكات وايفاي 5. وعند خمول إحدى القنوات، يتنافس العملاء أو الطرفيات عليها لإرسال حزم البيانات الخاصة بهم. تُعتبر هذه الخاصة مرنة، حيث تتعامل تقنية OFDM مع تدفقات البيانات وأنماطها المختلفة، كما تتعامل مع العديد من أنواع الأجهزة بسهولة.
يبدأ العميل أو الطرفية باستعمال القناة بعد دخوله مدة تنازع مع عملاء آخرين للحصول على هذه القناة الخاملة، ثم يليها مدة تمهيد. في أثناء مدة التمهيد يجري تبادل بعض البيانات بين الطرفية والجهاز الشبكي، ولهذه البيانات دورٌ كبيرٌ في تنظيم عملية التراسل. إن هذه الاجراءات تستهلك وقتًا، وتسبب تأخيرًا في عملية تبادل البيانات.
ومع تقدم تقنية وايفاي 5 على مر السنين، بقيت تقنية OFDM ثابتة من دون تغيير يذكر، حتى إنها أصبحت بحاجة لمدة تمهيد أطول، لأنها في حال استعمال العميل أجهزة طرفية بإصدارات قديمة، تكون بحاجة لتبادل المزيد من البيانات. إضافة إلى ذلك، أصبحت البيانات المرسلة بالشبكة، أو ما يدعى الحمل، تقسم إلى كتل أصغر، وبتزايد الطلب على معدلات سرعة أكبر، يصبح الزمن المستهلك في التنازع على القنوات أكبر بكثير، وهذا يعني تأخيرًا في نقل البيانات. وقد جرى معالجة هذه العيوب التي عانت منها تقنية وايفاي 5، في إصدار وايفاي 6.
5. مزايا تقنية الوصول المتعدد بتقسيم التردد المتعامد
تَستعمل وايفاي 6 تقنيةَ OFDMA. وتعتمد هذه التقنية نفس أسلوب القنوات الفرعية الموجودة في OFDM، ولكن مع إضافة بعض التحسينات. تقوم OFDMA بتجميع القنوات الفرعية والتي عددها 234 (بدلًا من 52 في الإصدار السابق) ضمن مجموعات تُستعمل في نقل البيانات. يمكن للجهاز الشبكي أن يَستعمل أكثر من مجموعة عندما يرسل الإشارة إلى الأجهزة الطرفية.
عندما يكون لدى الجهاز المرسِل مجموعةٌ من الحزم يريد أن يرسلها إلى ثلاثة أجهزة مثلًا، تتنازع الأجهزة التي تستعمل OFDM على الحزم وتدخل بمدة تمهيد تتبادل فيها الطرفية والجهاز الشبكي بعض المعلومات، ثم ترسل هذه الحزم على التوالي، كما شرحنا سابقًا. أما وايفاي 6 التي تَستعمل تقنية OFDMA، فتجمع الحزم في حزمة واحدة، وترسلها إلى الأجهزة الثلاثة. ومع أن وقت إرسال الحزمة الواحدة أكبر بكثير من ذي قبل، ربما يصل إلى ثلاثة أضعاف ما كان عليه في السابق، فإن النتائج تصبح أسرع بكثير، ويعود السبب في ذلك إلى توفير وقت التنازع والتهيئة. حيث استفادت تقنية وايفاي 6 من ميزة تقسيم كتل البيانات إلى كتل صغيرة، وبدأت بتجميع أكثر من كتلة في حزمة واحدة. وبذلك استطاعت توفير مدة التنازع على القنوات لإرسال حزمها.
الشكل 2: مقارنة بين تعدد المستعملين في OFDMA والمستعمل الوحيد في OFDM
عملت تقنيات وايفاي دومًا على تقليل فترة التنازع على القنوات الفرعية، وقد استطاعت تحقيق ذلك في إصداراتها الأخيرة. ومع ذلك تبقى تقنية OFDMA أفضل، حيث تستفيد العديد من الأجهزة من حزمة واحدة للإرسال، خاصة تلك التي تستعمل الحزم القصيرة، التي تعتبر الأكثر انتشارًا في الشبكات. كما تعتبر تقنية OFDMA مثالية لإنترنت الأشياء، والفيديوهات، وتطبيقات أتمتة المصانع.
تؤدي حزم مضاعفة الإرسال واحدة تلو الأخرى، المستعمَلة في وايفاي 5، إلى زيادة زمن الوصول، وعدم الاستقرار، وخاصةً عندما يَستعمل العملاء أجهزةً قديمة ترسل حزمًا طويلة بمعدلات منخفضة. يجب في هذه الحالة على حزم البيانات ذات النطاق الترددي المنخفض انتظار دورها فترات أطول. أما تقنية OFDMA فتتيح للعديد من التدفقات ذات النطاق الترددي المنخفض بالإرسال على التوازي، فيقلّ بذلك زمن الوصول والتقطع.
لنأخذ مثالًا على ذلك: تتقبَّل وايفاي 6 مجموعة OFDMA تتكون من 26 موجة حاملة فرعية كحد أدنى، وهو ما يعادل قناة 2 ميغا هرتز تقريبًا؛ 9 مجموعات كلٌّ منها 26 قناة فرعية (26*9=234 وهو عدد القنوات في وايفاي 6) يتناسب مع قناة رئيسية 20 ميجا هرتز كتلك المستعملة في وايفاي 5. لذلك إذا كان عدد العملاء الذين يخدَّمون أقل من 9، فإن كلًّا منهم يَحصُل على قناة تزيد عن 2 ميغا هرتز، بمعدلات نقل بيانات تصل إلى 14 ميغا بت في الثانية. (تتقبَّل وايفاي 6 مجموعات بأحجام مختلفة مدعومة بتقنية OFDMA، تراوح بين 26 إلى أكثر من 400 ناقلًا فرعيًّا، بمتوسطات نقل متنوعة).
الشكل 3: حجز القنوات الفرعية في OFDMA
وبفضل المزيج من مجموعات OFDMA ومعدلات نقل البيانات المتغيرة، يمكن للجهاز الشبكي التعامل مع أي معدل نقل بيانات، ومعدل خطأ، وزمن تأخير لكل عميل على حدة، كما يمكنه التعامل مع التدفقات الكبيرة للبيانات، والمحافظة على جودة عالية وأداء أفضل مما كان عليه في التقنيات السابقة.
لا تأخذ مجموعات OFDMA قيمًا ثابتة في نقل بيانات العملاء، وإنما يمكن تغييرها على أساس البيانات المرسلة في كل حزمة. يتيح ذلك للجهاز الشبكي دعم أعداد من العملاء أكثر من ذي قبل، وهذا يلبي متطلبات إنترنت الأشياء لأعداد كبيرة جدًّا من الأجهزة ذات معدل نقل بيانات منخفض. وبذلك نجد أن تقنية OFDMA توفر خدمة أفضل لأعدد أكبر من العملاء.
6. الاتصالات المتوازية
تعد تقنية OFDMA في وايفاي 6 إلزامية في الإشارات الصادرة والواردة من الجهاز الشبكي وإليه. ومع ذلك، يمكن للأجهزة القديمة أن تعمل بشكل طبيعي دون أن تشعر بأي تغيير حصل. تقوم الإشارات الصادرة عن أجهزة التوجيه، بنقل البيانات إلى العديد من العملاء بنفس الوقت، وعلى التوازي.
الشكل 4: الإشارات الصادرة في تقنية OFDMA
يقوم العميل في البداية بعملية التمهيد، ثم البدء باستلام الإشارة ثم يستمع إلى المجموعات، ويتعرف إلى تلك التي تحمل إطارات البيانات الخاصة به. عند الإرسال من العملاء يسمح OFDMA لكل عميل بالإرسال في المجموعة الخاصة به، وتستقبل الأجهزة الشبكية من عدة عملاء على التوازي. إن التحكم في إرسال OFDMA معقد، حيث يقوم الجهاز الشبكي بمعرفة الفترات التي سوف يرسل بها العملاء بياناتهم، ويخصص لكل منهم معدل بيانات، ومستويات طاقة. لكن أولًا، يجب أن يعرف ما الذي يرغب العملاء في إرساله، عن طريق طلب تقارير الذاكرة المؤقتة. ثم يقوم بإرسال رتل من الإطارات التعريفية بمحتويات البيانات التي سيتم استلامها من العملاء. وبذلك يتم ترتيب عملية الإرسال بشكل كامل.
الشكل 5: الحزم المستلمة من الأجهزة الشبكية
ولتحقيق استقبال جيد، يجب أن تكون عمليات الإرسال من الطرفيات متزامنة بإحكام، ويجب أن تصل إلى الجهاز الشبكي بنفس مستويات الطاقة المتفق عليها في فترة التمهيد، وهذا يتطلب تحكمًا متطورًا. يُستعمل في بنية إطارات التحكم المتعددة المستعملين في وايفاي 6، كلٌّ من OFDMA وMIMO-MU للتحكم بحركة المرور.
7. أفضل أجهزة التوجيه التي تدعم تقنية وايفاي 6
7-1. الموجِّه Netgear Nighthawk AX8 (RAX80)
يقدم لنا هذا الجهاز أداءً فائقًا وأمانًا محسّنًا، إذ يجمع بين الإنتاجية العالية والحماية من البرامج الضارة.
7-2. الموجِّه TP-Link Archer AX6000
يمتاز بأنه يحتوي العديد من أنواع المنافذ التي تسهل توصيله بالعديد من الأجهزة. كما توفر الهوائيات الثمانية الموجودة فيه أفضل تغطية لاسلكية.
7-3. الموجِّه Netgear Orbi with Wi-Fi 6 (RBK852)
يمتاز هذا الجهاز بالإعداد السهل والأداء الممتاز، مع تغطيةٍ ثلاثية الموجات تغطي مساحة قدرها 465 مترًا مربعًا.
7-4. الموجِّه TP-Link Archer AX50 WiFi 6 AX3000
هذا الموجه متاح للعملاء بسعر مناسب، وهو يوفر خدمات جيدة، حيث يمكن أن يغطي مساحة تصل إلى 185 مترًا مربعًا، ويمكنه التعامل مع عشرات الأجهزة.
7-5. الموجِّه Asus ROG Rapture GT-AX11000
يعدُّ هذا الجهاز من أفضل الأجهزة، حيث يقدم أداءً ممتازًا، وقدرات موسعة، إضافة إلى الميزات الموجهة نحو الألعاب.
7-6. الموجِّه Linksys MX10 Velop WiFi 6 Mesh kit
يوفر تغطية واسعة النطاق حتى للمنازل الكبيرة. مع اتصال لاسلكي ثلاثي الموجات، يمكن أن يغطي مساحة تصل إلى 265 مترًا مربعًا.
7-7. الموجِّه Netgear Nighthawk AX12 (RAX120)
يمكنه التعامل مع كميات هائلة من البيانات. صُمِّم للتعامل مع الألعاب والأجهزة المنزلية الذكية وتصفُّح الوب اليومي.
7-8. الموجِّه Netgear 4-Stream Wifi 6 Router (RAX15)
جهاز منخفض التكلفة، يقدم قدرة نقل بيانات أكثر من جيجابت في الثانية، مثالي للشقق والمنازل الصغيرة. ويتعامل بسهولة مع 20 جهازًا متصلًا أو أكثر.
7-9. الموجِّه TP-Link Deco X20
يغطي ما يصل إلى 540 مترًا مربعًا، ويمكنه إدارة ما يصل إلى 150 جهازًا متصلًا.
7-10. الموجِّه Netgear Nighthawk Mesh WiFi 6 System
يعطي هذا الجهاز اتصال وايفاي 6 عالي الجودة. حيث يمكن أن يغطي مساحة تصل إلى 280 مترًا مربعًا.
8. موجِّه وايفاي 6 المناسب
لكي نحدد إن كانت تقنية وايفاي 6 هي ما نحتاج إليه، علينا أن نجيب على العديد من الأسئلة، وبالنهاية سوف نحصل على القرار المناسب:
- السؤال الأول: هل الأجهزة الذكية التي نمتلكها مجهزة بهذه التقنية؟
توفر وايفاي 6 إنتاجية أعلى بكثير من المعيار السابق. وتناسب بوجه خاص الإنترنت بسرعة جيجابت واحد.
إذا كان جواب السؤال هو نعم، فنحن بحاجة لهذا الموجِّه.
- السؤال الثاني: إلى أي مدى ستصل إشارة وايفاي؟
يغطي الموجِّه من الإصدارات السابقة النطاقات من 10 إلى 20 مترًا مربعًا. أما موجِّهات وايفاي 6 فتصل مساحة تغطيتها حتى 280 مترًا مربعًا. فإذا كانت المساحة المطلوب تغطيتها كبيرة، فنحن بحاجة لهذا النوع.
- السؤال الثالث: هل نعشق ألعاب الحاسوب؟
إن الأجهزة المزودة بتقنية وايفاي 6 مُحسَّنة بوجه خاص للألعاب عن طريق السرعة العالية، وتخفيض مستويات التقطيع.
- السؤال الرابع: ما مقدار الميزانية المخصصة للموجِّه؟
في حين أن منتجات وايفاي 6 أفضل بكثير من سابقتها، إلا أنها لا تزال أغلى بكثير من المعايير الأقدم. ولكن هناك عدد من الخيارات، فما زال من الممكن أن تحصل على جهاز توجيه يدعم تقنية وايفاي 6 بتكلفة مناسبة.
تقانات حديثة