تطوير حلول الاتصالات القائمة على أساس سطحي لأغراض التجارب الهندسية العلمية عن بعد

(ب) عوامل مختلفة أكثر تقدماً مثل تعددية FSK (MFSK) تُحدِّد M الترددات لتمثيل ₍₂₎ (M) من كل رمز، مما يعزز الكفاءة في الغلاف الجوي بتكلفة زيادة الترددات الترددية.

ويستند الأساس الالرياضي لمؤسسة FSK إلى الإشارة إلى النسيج: فالترتيب المتداخل بين طنين من طراز FSK هو صفر عندما يكون فصل التردد متعددا من معدل الرموز، وهذا التهويد يسمح للمتلقي باستخدام مواصف متطابقة أو بسرعة أربعة مصارف للتحوّل إلى تمييز في العصي حتى في ظروف منخفضة من حيث الإشارة إلى الموجات.

رسوم برمجيات المصدر المفتوح لأغراض التكهن عن بعد

)٥( في حين أن الإشارات التي تحملها شركة SK SLT:0( تحمل معلومات في التردد الفوري وليس الكم، مما يجعلها في مأمن من التزييف والظل والضوضاء الدافعة المشتركة في البيئات الخارجية)١٥(.

يمكن تصميم مرسلات SSK، التي تُجمع فيها دورات منخفضة جداً، ومضخمات فعالة للطاقة، وكثير من البطاقات التجارية الفرعية GHz FSK SX1276، وملوثات Silicon Labs Si446x، التي تستخدم في نقل المواد ذاتية أقل من 20 ميلاً مربعاً في شكل مركب و100

(ب) Ease of Implementation] - Because FSK uses non-coherent detection, the equipment required is relatively simpletor: a local oscillator, a voltage-controlled oscillator (VCO) or direct digital synthesizer (DDS), and a comparator or frequency envelope detector.

]Wide Effective Range - With appropriate antenna selection and line-of-sight (LOS) placement, FSK links can achieve ranges exceeding 50 km at low data rates (under 10 kbps) Using directional Yagi or parabolic antennas, investigators have established reliable connections over 100 km in Antarctic conditions.

عوامل التصميم الرئيسية لنظم الاتصالات في إطار نظام المعلومات المالية

اختيار التواتر والتخطيط للضمانات

أما الرحلات الجوية التي تبعث على الانزعاج فهي أول قرار تصميمي حرج، أما بالنسبة للرحلات العلمية، فإن النطاقات الخالية من الرخصة للإدارة الدولية للمواد الكيميائية (مثل 433 ميغاهيرتز و 868 ميغاهرتز في أوروبا و 915 ميغاهيرتز في الأمريكتين) يمكن أن تعرض البساطة التنظيمية، ولكن نطاق التردد 2 - هرتز غالبا ما يتجنب بسبب ارتفاع الفقد في المسارات والتدخل في نطاق الترددات العالية في الغلاف الجوي وأجهزة البلوتوث.

كما يجب على المهندسين أن ينظروا في تنسيق الترددات مع معدات البعثة الأخرى (الهواتف الساتلية، وأجهزة استقبال الشبكة العالمية لسواتل الملاحة، والرادار) - نقل قناة مخصصة تضم 12.5 كيلوهرتز أو 25 كيلوهرتز ضمن نطاق نظام الرصد الدولي نموذجي، ونوصي بالتشاور مع الجهة المحلية لتنظيم الطيف والحصول على تراخيص تجريبية إذا تجاوزت الطاقة المشعّة المخطط لها حدودا محددة.

مواصفات ومعدلات التبادل

٢-١- ويرتبط معدل الرموز وانحراف التردد ومؤشر المحاكاة، وتدني معدلات البيانات )مثل ١-٢-٩,٦ كيلو متر( بزيادة حساسية ونطاق أجهزة الاستلام، مع الحد من الارتفاع في سجلات الاستشعار أو الصور، وعلى العكس من ذلك، فإن ارتفاع معدلات )حتى ٥٠٠ كيلو متر( النفايات، وقد لا يمكن الاعتماد عليها بعد بضعة كيلومترات من الاكتشاف عن بعد.

ويجب أيضاً مراعاة التصويب غير القانوني، وإضافة رمز أو جهاز تشفير للحم (7-4) يزيد معدل الكسر الخام بنسبة 30 إلى 50 في المائة على الأقل، مما يقلل من الناتج والنطاق الفعالين، وبالنسبة إلى البعثات التي تكون فيها سلامة البيانات ذات أهمية قصوى (مثلاً، نقل العينات الأساسية من العينات أو قراءات السيزمومتر)، فإن تصحيح الأخطاء الأمامية (FEC) إلزامية بالنسبة إلى تحديثات المنسوجة.

اختيار Antenna ونشرها

وتنظم كفاءة الأنتينا مباشرة ميزانية الوصلة، أما بالنسبة لمحطات القاعدة الثابتة في معسكرات البعثة، فإن الهوائيات ذات التوجه العالي (10-15 دي بي ياغي أو لوبريتويك) توفر هامشا أفضل للزهور، كما أن العواميد المتنقلة أو المحمولة (مثل الطائرات المسيرة أو أجهزة نقل يدوية) تستخدم أجهزة احتكار ذات ترددات رباعية أو نصف مكافئة للطائرات التي تبلغ مساحتها 2-3.

وفي بيئات الثلج أو الرمل، يعتبر التنسيب الهوائي أمراً حاسماً، إذ يمكن أن يؤدي الغطاء الثلجي إلى تسخينات أو إلى زيادة تصعيد إضافي، ويُوصى برفع الأنائي على الأقل على مترين فوق السطح، مما يؤدي إلى الحد من الخسائر الأرضية، أما بالنسبة لرحلات الصحراء التي يمكن فيها لعواصف الغبار أن تُهدر موصلات، ووصلات مُغلقة من نوع N-من نوع معضدة.

ميزانية الطاقة وتعبئة الطاقة

(أ) كل عدد من الألفوات - قد يسحب عقد نموذجي من طراز FSK 50-100 مل أ خلال الانتقال إلى +20 (100 ميغاواط) و20-30 ميغاواط في حالة الاستلام، و2-5 ميكروناً في نوم عميق، ونظراً لنشر ستة أشهر (43-20 ساعة)، فإن مجموعة البطارية 10 واف (مثل 3 خلايا من الليثيوم) ستستنفد بعد حوالي 70 ساعة من دورة العمل المستمرة.

ويمكن أن يمتد جمع الطاقة إلى أبعد من ذلك، أما بالنسبة للمناطق القطبية التي تضاءلها الشمس )٥-١٠ دبليو( التي تقترن بمتعقب لنقطة القوة القصوى، فيمكنها إعادة شحن البطاريات أثناء ساعات النهار في بيئات مثل صحراء أطاغاما، وهذا أمر قابل للتطبيق في المناطق القطبية التي يبلغ طولها ٢٤ ساعة صيفية، وقد يتطلب نشر الشتاء مصارف بطارية أكبر أو مولدات كهربائية حرارية تستغل الفوارق في درجات الحرارة بين المعدات والجليد الجليد المحيطة.

الهيكل التنظيمي وتصميم البروتوكول

إختيارات أجهزة الموجات الصلبة

وترمي عدة شركات مرسلة من طراز FSK إلى مستوى منخفض من الطاقة، وعملية طويلة المدى، وتشمل هذه الفئة من البيانات (التي تدعم أيضاً نظام LoRa) أسلوباً مخصصاً لصناعة الـ FSK/OK، وهي توفر حساسية من - 148 دبلوماً بأدنى معدلات البيانات، وأكبر ناتج من +20 من الدبوم.

وبالنسبة لتطبيقات العرف أو الاعتماد العالية، يمكن أن يقترن بجهاز توجيه رقمي مباشر (مثلاً AD9834) يقود جهازاً من طراز VCO (مثلاً، دائرة ميني - بوزن 535+) مع نظام FPGA للبرمجيات المزودة ببرمجيات متعددة المصدر، وهذا النهج يتيح المرونة الكاملة في شكل تعديل، والتصفية، ومعدل البيانات، ولكن يزيد حجم البرمجيات ويفضل استهلاكها.

هيكل وكشف الرعب

ويضمن بروتوكول التعبئة المصمم جيداً وصول البيانات على نحو سليم رغم الأخطاء البسيطة، ويشمل الإطار النموذجي ديباجة (تحديث 1 و0 من أجل تسوية وتزامن بسيط) والكلمة المتزامنة (16-32 قطعة) والحمولة (الطول المتاح، عادة 32-256 بوصة) وفحص الزوايا الزائدة الدورية (CRC-16 أو CRC-32).

وبالنسبة لتفجيرات البيانات المتفرقة (مثل قراءة أجهزة الاستشعار كل 15 دقيقة)، يكفي مجرد إجراء لا صلة له بالبروتوكول، وبالنسبة لفحص التلفزة عن بعد، فإن المصافحة المعترف بها التي لها طلب تكرار تلقائي تحسن الموثوقية، ولكن النصف من الناتج عن الإفراط في التقدير، وهناك حل وسط عملي هو طريقين: ويتلقى المرسل التعادل فيما بعد في الضبطيات المثبتة.

الشبكة:

أما وصلات نقطة التقاء فهي أبسط ولكن محدودة، حيث تتواصل جميع المراكز الميدانية مع محطات قاعدية مركزية - أعمال للمعسكرات ذات وجهة نظر واضحة في نظام " LOS " ، وبالنسبة للمناطق الأكبر أو خلف العقبات (مثلاً، الحواف الجبلية)، يمكن لشبكة مشرقة تستخدم المخزن وإعادة الشحن أن توسع نطاق التغطية، وكل مجموعة من هذه الأصناف مع بروتوكولات قابلة للاختفاء (Te-L)

وللبعثات التي تنقل المخيم في كثير من الأحيان، تتيح شبكة متحركة مصممة خصيصاً (MMANET) ذات اكتشاف دينامي للطرق (مثلاً، OLSR) للقطع أن تتواصل تلقائياً مع تغيرات الموقع، وهذا مفيد بصفة خاصة بالنسبة للمركبات أو لبغال البيانات التي تحلق فوق أجهزة الاستشعار الموزعة لجمع البيانات مادياً إذا كان من المستحيل وجود وصلة إذاعية مباشرة.

التنفيذ والاختبار الميدانيان

المحاكاة والنماذج قبل النشر

وقبل نشر أي معدات، فإن أدوات المحاكاة مثل جهاز اللاسلكي، والحركة الشعبية لتحرير السودان، أو نموذج النشر P.526 التابع للاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية، تساعد على التنبؤ بفقدان الممرات وتغطيتها، وتشمل المدخلات بيانات ارتفاع التربة (مثلا، صرافات الصرافة)، وتغطية الأشجار، واستيعاب الغلاف الجوي، وأنماط الهامش المكررة، بالنسبة للمناطق القطبية، الخسارة الإضافية الناجمة عن مواقع صمامات الجليد والعقيدات.

كما نوصي بإجراء اختبارات على الأقل لنظام اتصالات متطابق في بيئة محلية من قبيل الأناوج (مثل وادي الجبال النائية) قبل المغادرة، لأن هذا يكشف عن مسائل تكامل المعدات (مثلاً، أخطاء الاتصال، حشرات البرمجيات) التي ستكون مكلفة لحلها في الميدان.

التركيب في الموقع

وينبغي إنشاء محطة قاعدية عند وصولها أولاً، وربط الهوائي على أعلى نقطة داخل المخيم، واستخدام محلل طيف للتحقق من أن القناة المخصصة واضحة للتدخل (مثلاً من المحطات الفرعية القريبة)، ثم تعديل قدرة مخرج الإرسال إلى المستوى الأدنى الذي لا يزال يحقق اتصالاً موثوقاً به مع أقوى قدرة على إنقاذ العقد والحد من التدخل في القنوات المجاورة.

وينبغي أن يُبرمج كل عقد ميداني مسبقاً مع عنوان شبكي فريد وخطة تردد، أثناء التركيب، أن يقوم بـ " اختبار الرمال " : إذ يحمل عضو الفريق عقدة في حين يرصد نظام المعلومات الإدارية المتكامل (مؤشر قوة الإشارة المتلقاة) من محطة الأساس، وقد تُسجل قيم نظام الرصد والتحقق المستمرين على إحداثيات النظام العالمي لتحديد المواقع لوضع خريطة تغطية حية، وأي بقعة لا تسقط فيها أجهزة الاستخبارات العسكرية فوق عتبة الحساسية (مثلاً، 120 د.

التكيف البيئي

المتطرفون في البيئات القطبية أو الصحراوية يؤثرون على أداء المكونات، وتفقد بطاريات الليثيوم القدرة عند - 40 درجة مئوية؛ وقد تتجمد المكثفات الكهربائية؛ وتمتد البلورات الرباعية إلى الترددات؛ وتشمل الحلول مسردات محمولة ذات كتلة حرارية سلبية، أو حرارة نشطة تحفز أقل من - 10 درجة مئوية؛ وترتفع درجة الحرارة إلى النصفي من وزن الجسم (الدرجة الثانية)

كما أن الرطوبة والتثبيت هما أيضاً شاغلان في بيئات المدارية أو المرتفعة، إذ أن إمكانية عقد التجمعات الإلكترونية في المعاطف المطابقة تمنع الدوائر القصيرة، ويجب أن يُقيَّم الموصلون IP68 ويجمعون بزئبق السيليكون، وينبغي الاستعاضة عن المنشآت الطويلة الأجل، بحزم الحلوى داخل الضميمة كل ستة أشهر.

الرصد المستمر والتشويش المستمر

ومن ثم فإن لوحة المراقبة الاشرافية واكتساب البيانات التي تبين حالة الرابط، ومستويات البطاريات، ومعدلات نجاح التغليف، هي أداة قيمة للغاية، وباستخدام قرص من طراز Raspberry أو حاسوب منخفض الحجم مماثل في محطة الأساس، يمكن لقائد البعثة أن ينظر إلى الأداء في الوقت الحقيقي، وإذا توقف النواة عن الرد، فإن النظام يسجل آخر قيم حواسيب من طراز RSSI و SNR.

وبالنسبة للندوات التي يتعذر الوصول إليها ماديا )على وجه جليدي مثلا(، يمكن إرسال أمر احتياطي إلى الرابط ليتحول إلى زوج من الترددات الثانوية إذا اكتشف التدخل.

التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية

() تستخدم محطات النيتروجين الآلية (المحطة الجوية) التابعة لجامعة ويسكنسون في كل مركز بيانات ذاتية الصنع (المحطة الآلية لمحطة العجلات) (المحطة الجوية ذات التردد العالي جداً في 2 كيلو متر لنقل بيانات الضغط ودرجة الحرارة وسرعة الرياح من مواقع معزولة إلى مركزي، حيث تبلغ نسبة البيانات التي تستخدمها محطات الطاقة الشمسية وبطاريات الليثيوم باستمرار 95%.

- في عام 2019، نشر باحثون من اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية شبكة من السايزمومرات المرتكزة على الجبهة في جبل سانت هيلانات، واستخدمت هذه النوافذ 868 ميغاهرتز GFSK مع FEC وبروتوكول مدمج، وحققتوا 99.9 في المائة من توصيلات الحزم خلال اختبار ميداني ممتد على شهرين، وسمحت العاصفة بأن تعمل على بعد 8 كيلومترات.

]Desert Archaeological Surveys - In the Sahara, archaeologists from the University of Tübingen used 433 MHz FSK radios to connect a mobile base station with distributed ground-penetrating radio sensors. The link budget was calculated to overcome 20 dB of Sand absorption local module.

الاتجاهات والتكامل في المستقبل

جهاز لاسلكي مجهز بالبرمجيات

ويمكن لمناهج البث الإذاعي والبرمجي المصممة على نطاق واسع في الميدان، مثل نظام " ADALM - - PLUTO " أو " HackRF " أن تتيح التكييف الفعلي لبارامترات العزل، ويمكن أن يتحول نظام التنمية المستدامة من BFK إلى 4 - FSK، أو يعدل انحراف التردد، أو يستعمل الترددات القائمة على قياسات النوعية.

التكامل مع الساتل IoT

ويمكن ربط وصلات أرضية من طراز FSK بشبكة ساتلية من خلال محطة إيريديوم SBD، أو Globalstar، أو مجمعات جديدة من طراز LEO مثل ستارلينك، وترسل وحدة ميدانية بيانات عن FSK إلى بوابة محلية (مثل محطة قاعدية للمعسكرات)، ثم تنقل البيانات المجمعة إلى جهاز ساتلي.

تعليم الآلات للتعديلات الإيجابية

وتستكشف البحوث الأخيرة استخدام شبكات عصبية خفيفة الوزن على أجهزة التحكم المتناهية الصغر ذات الطاقة المنخفضة للتنبؤ بما سيزيد من حجم نظام البرمجيات المتحركة ومعدل البيانات من الناتج إلى أقصى حد نظراً لمستويات التداخل والتدخل الحالية، فعلى سبيل المثال، إذا كشفت النويدة عن انخفاض في نظام الإبلاغ عن المخاطر قبل الترحيل، فإنها يمكن أن تتحول من 4FSK إلى BFSKS وتخفض المعدل، وتحافظ على الموثوقية.

خاتمة

إن وضع حلول اتصال قائمة على أساس البرمجيات في مجال الصناعات التحويلية في مجال العمليات الهندسية العلمية عن بعد يتطلب نهجاً منهجياً يوازن بين النطاق ومعدل البيانات والطاقة والزدحام البيئي، ولا يمكن أن تؤدي أفرقة التعاريف ذات الصلة بالضوضاء المتأصلة في الأرض، والإمكانيات المنخفضة القدرة، والعتاد البسيط، خياراً طبيعياً للتطبيقات التي لا تكون فيها النظم الساتلية التجارية غير متاحة أو ذات تكلفة عالية، ومن خلال اختيار الترددات، والعتاد، والبقاء، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات الواقعية، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارية، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارات، والاختبارية، والاختبارات، والاختبارية، والاختبارات، وال