• admin
• توپولوژی شبکه, رابط فیزیکی, شرح وظایف و قابلیت‌های مهم لایه فیزیکی, فیزیکی تجهیزات, کانکتورها, کدینگ خطی و همگام‌سازی, مدولاسیون, نرخ انتقال بیت‌ها
• 0 نظر
• 186 بازدید

Interconnection) است که مسئول انتقال سیگنال‌های الکتریکی، نوری یا رادیویی بین دستگاه‌ها و رسانه‌های انتقال است. نقش اصلی این لایه تامین زیرساخت فیزیکی برای انتقال داده‌هاست.

شرح وظایف و قابلیت‌های مهم لایه فیزیکی:

1. مدولاسیون: تبدیل داده‌های دیجیتالی به سیگنال‌های قابل انتقال.
2. کدینگ خطی و همگام‌سازی: افزودن بیت‌های اضافی برای تسهیل انتقال و دریافت همزمان داده‌ها.
3. رابط فیزیکی: تعیین مشخصات فیزیکی تجهیزات شبکه مانند کابل‌ها، دستگاه‌های تغییر دهنده (مبدل‌ها) و کانکتورها.
4. نرخ انتقال بیت‌ها: مدیریت سرعت انتقال داده‌ها.
5. توپولوژی شبکه: تنظیم ساختار فیزیکی شبکه (مانند ساختار ستاره ای، حلقه ای، مشبکی و…).

6. وظایف دقیق‌تر لایه فیزیکی:

   1. مدولاسیون (Modulation): لایه فیزیکی وظیفه تبدیل داده‌های دیجیتال به سیگنال‌های الکتریکی، نوری یا رادیویی را بر عهده دارد. این سیگنال‌ها می‌توانند به صورت آنالوگ یا دیجیتال باشند.
      • تکنیک‌های مدولاسیون: برخی از تکنیک‌های مدولاسیون شامل ASK (Amplitude Shift Keying)، FSK (Frequency Shift Keying)، PSK (Phase Shift Keying) و QAM (Quadrature Amplitude Modulation) هستند.
   2. کدینگ خطی (Line Coding) و همگام‌سازی (Synchronization): لایه فیزیکی از روش‌های مختلف کدینگ خطی و همگام‌سازی استفاده می‌کند تا انتقال داده‌ها بدون خطا و به صورت هماهنگ انجام شود.
      • کدینگ خطی: تکنیک‌هایی مانند NRZ (Non-Return-to-Zero)، Manchester و Bipolar used.
      • همگام‌سازی: استفاده از سیگنال‌های همگام‌سازی برای اطمینان از تطابق زمان‌بندی بین فرستنده و گیرنده.
   3. رابط فیزیکی (Physical Interface): تعریف مشخصات فیزیکی تجهیزات شبکه‌هایی مانند کابل‌های مسی، فیبر نوری، کانکتورها و پورت‌ها.
      • کابل‌ها: استفاده از کابل‌های UTP (Unshielded Twisted Pair)، STP (Shielded Twisted Pair)، کوآکسیال و فیبر نوری.
      • کانکتورها: معمول‌ترین کانکتورها شامل RJ45 برای کابل‌های مسی و SC، ST و LC برای فیبر نوری هستند.
   4. نرخ انتقال بیت‌ها (Data Rate/Bandwidth): مدیریت و تعیین نرخ انتقال بیت‌ها (سرعت انتقال داده‌ها) برای جلوگیری از تداخل و ایجاد جریان داده‌ها به طول ثابت.
      • پهنای باند: عرض کانالی که داده‌ها از طریق آن منتقل می‌شوند. پهنای باند بیشتر به معنا سرعت بالاتر انتقال داده‌هاست.
   5. توپولوژی شبکه (Network Topology): تنظیم ساختار شبکه برای ایجاد مسیرهای بهینه برای ارسال داده‌ها.
      • انواع توپولوژی: شبکه‌هایی مانند ستاره‌ای (Star), خطی (Bus), حلقه‌ای (Ring) و توری (Mesh).
   6. سیگنالینگ (Signaling): تعیین شکل و فرمت سیگنال‌های انتقال داده.
      • سیگنال‌های آنالوگ و دیجیتال.

   فیبر نوری (Optical Fiber)

   فیبرهای نوری واسطه‌هایی هستند که از سیگنال‌های نور برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کنند. این واسطه‌ها در شبکه‌های پرسرعت و فواصل طولانی بسیار پرطرفدار هستند. دو نوع اصلی فیبر نوری عبارتند از:

   • فیبر نوری تک‌حالتی (Single-mode Fiber): این نوع فیبر با داشتن قطر کوچک‌تر، برای انتقال داده‌ها در فواصل طولانی مناسب است.
   • فیبر نوری چندحالته (Multi-mode Fiber): این نوع فیبر با داشتن قطر بزرگ‌تر، برای فواصل کوتاه‌تر و ظرفیت بالاتر داده‌ها مناسب است.

   نحوه‌ی عملکرد فیبر نوری

   در فیبر نوری، داده‌ها به شکل پالس‌های نور ارسال می‌شوند. این پالس‌ها توسط دستگاه‌های خاصی به نام فرستنده نوری (Optical Transmitter) تولید و به شکل پالس‌هایی نور دیودهای لیزری (Laser Diodes) یا دیودهای نوری (Light-emitting Diodes – LEDs) تبدیل می‌شوند.

   پیاده‌سازی و استانداردهای کابل مسی

   کابل‌های مسی غالباً در شبکه‌های محلی و کوتاه‌برد استفاده می‌شوند. انواع مختلفی از کابل‌های مسی وجود دارند که متناسب با نیاز و شرایط مختلف به کار می‌روند:

   • کابل UTP (Unshielded Twisted Pair): این کابل‌ها پراستفاده‌ترین نوع در شبکه‌های محلی هستند.
   • کابل STP (Shielded Twisted Pair): مشابه کابل UTP، اما با یک لایه محافظ برای کاهش تداخل الکترومغناطیسی.
   • کابل کوآکسیال (Coaxial Cable): دارای پوشش محافظتی بیشتری بوده و در موارد خاص مانند شبکه‌های تلویزیونی به کار می‌رود.

   کدینگ خطی و تکنیک‌های همگام‌سازی

   کدینگ خطی (Line Coding) یکی از روش‌های اصلی برای کدگذاری داده‌ها در لایه فیزیکی است. برخی از تکنیک‌های کدینگ خطی شامل:

   • NRZ (Non-Return-to-Zero): سیگنال‌های باینری که سطوح ولتاژ ثابت دارند.
   • Manchester Encoding: ترکیبی از داده‌ها با سیگنال‌های همگام‌سازی برای کاهش احتمال خطا.
   • Bipolar Encoding: استفاده از ولتاژهای مثبت و منفی برای نمایش داده‌ها، باعث کاهش تداخل و نویز می‌شود.

   تکنولوژی‌های مدولاسیون

   مدولاسیون فرآیندی است که در آن اطلاعات دیجیتالی به سیگنال‌های قابل انتقال تبدیل می‌شوند:

   • ASK (Amplitude Shift Keying): تغییر دامنه (Amplitude) سیگنال برای نمایش داده‌ها.
   • FSK (Frequency Shift Keying): تغییر فرکانس سیگنال برای نمایش داده‌ها.
   • PSK (Phase Shift Keying): تغییر زاویه (Phase) سیگنال برای نمایش داده‌ها.
   • QAM (Quadrature Amplitude Modulation): ترکیبی از تغییر دامنه و زاویه برای افزایش قابلیت انتقال اطلاعات.
   • تکنولوژی‌های مدولاسیون (Modulation Technologies) برای تبدیل داده‌های دیجیتالی به سیگنال‌های قابل انتقال (آنالوگ یا دیجیتال) استفاده می‌شوند. مدولاسیون به سه نوع اصلی تقسیم می‌شود:
   • لایه فیزیکی

   • 1. مدولاسیون دامنه (Amplitude Modulation – AM)

     در این روش، دامنه سیگنال حامل (Carrier Signal) بر اساس داده‌های ورودی تغییر می‌کند.

     • Amplitude Shift Keying (ASK): یکی از زیرمجموعه‌های مدولاسیون دامنه. در این روش، دامنه سیگنال حامل به نسبت داده‌های دیجیتال (صفر و یک) تغییر می‌کند.

     2. مدولاسیون فرکانس (Frequency Modulation – FM)

     در این روش، فرکانس سیگنال حامل بر اساس داده‌های ورودی تغییر می‌کند.

     • Frequency Shift Keying (FSK): یکی از زیرمجموعه‌های مدولاسیون فرکانس. در این روش، فرکانس سیگنال حامل به نسبت داده‌های دیجیتال تغییر می‌کند.

     3. مدولاسیون فاز (Phase Modulation – PM)

     در این روش، فاز سیگنال حامل بر اساس داده‌های ورودی تغییر می‌کند.

     • Phase Shift Keying (PSK): یکی از زیرمجموعه‌های مدولاسیون فاز. در این روش، فاز سیگنال حامل به نسبت داده‌های دیجیتال تغییر می‌کند.

     مدولاسیون دامنه چهارگانه (Quadrature Amplitude Modulation – QAM)

     این روش ترکیبی از تغییر دامنه و فاز است. یعنی هم دامنه و هم فاز سیگنال حامل بر اساس داده‌های ورودی تغییر می‌کنند، که منجر به افزایش کارایی انتقال داده‌ها می‌شود.

     سایر روش‌ها:

     • Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM): یک روش مدرن که برای انتقال داده‌ها از چندین فرکانس مختلف به صورت موازی استفاده می‌کند. این روش در تکنولوژی‌های وای‌فای و LTE مورد استفاده قرار می‌گیرد.

     این تکنولوژی‌ها امکان تبدیل داده‌های دیجیتال به سیگنال‌های قابل انتقال (و بالعکس) را فراهم می‌کنن تا امکان ارتباط و انتقال اطلاعات بین دستگاه‌ها به شکل کارآمد فراهم شود

   • به بررسی عمیق‌تر یکی از تکنولوژی‌های مدولاسیون اصلی بپردازیم. بیایید تکنیک QAM (Quadrature Amplitude Modulation) رو بررسی کنیم، چون این یکی از تکنیک‌های پیچیده‌تر و کارآمدتره.
     

     QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

     QAM یک روش مدولاسیون است که به طور همزمان دامنه و فاز سیگنال حامل رو تغییر می‌دهد. دلیل نامگذاری این روش این است که اطلاعات روی دو سیگنال حامل با فازهای ۹۰ درجه منتقل می‌شوند که به اونا سیگنال‌های چهار فاز گفته می‌شود.

     نحوه عملکرد QAM

     در QAM، داده‌های دیجیتالی ابتدا به دو دسته تقسیم می‌شوند. هر دسته از داده‌ها برای مدولاسیون دو سیگنال حامل جداگانه استفاده میشن، که یکی فاز صفر داره و دیگری فاز ۹۰ درجه. این دو سیگنال با یکدیگر ترکیب میشن تا سیگنال نهایی QAM تشکیل بشه.

     مزایا و کاربردها

     • افزایش قابلیت انتقال داده: با ترکیب دامنه و فاز، QAM توانایی انتقال اطلاعات بیشتری در یک باند فرکانسی خاص داره.
     • کاربردها: QAM به طور گسترده‌ای در ارتباطات بی‌سیم (مانند Wi-Fi، LTE) و همچنین در شبکه‌های کابلی تلویزیونی استفاده میشه.
     • کارایی بیشتر در پهنای باند محدود: به دلیل استفاده از دو سیگنال مستقل، QAM میتونه مقدار بیشتری از داده‌ها رو در پهنای باند محدود انتقال بده.

     انواع QAM

     • 16-QAM: هر سیگنال می‌تونه یکی از ۱۶ حالت مختلف رو بیان کنه. این به معنای استفاده از ۴ بیت اطلاعات در هر سیگنال است.
     • 64-QAM: هر سیگنال می‌تونه یکی از ۶۴ حالت مختلف رو بیان کنه. این به معنای استفاده از ۶ بیت اطلاعات در هر سیگنال است.
     • 256-QAM: هر سیگنال می‌تونه یکی از ۲۵۶ حالت مختلف رو بیان کنه. این به معنای استفاده از ۸ بیت اطلاعات در هر سیگنال است.

     چالش‌ها و پیچیدگی‌ها

     • نویز و تداخل: QAM نسبت به نویز و تداخل حساسه، که میتونه باعث کاهش کیفیت سیگنال بشه.
     • پیچیدگی پیاده‌سازی: به دلیل نیاز به ترکیب و تفکیک دو سیگنال دامنه دار و فاز دار، پیاده‌سازی دستگاه‌های فرستنده و گیرنده QAM پیچیده‌تر است.

admin

administrator