تنفيذ نظام سبيتر في حالات الكوارث نظم الاتصال

مقدمة: لماذا نشر مسائل المنبوذين في الاتصالات في حالات الكوارث

وفي أثناء الكوارث الطبيعية، والحوادث الصناعية، أو حالات الطوارئ الواسعة النطاق، كثيرا ما تصبح شبكات الاتصالات التقليدية مكتظة أو متضررة أو غير صالحة تماما، ويعتمد أول مستجيبين ووكالات الإغاثة والمجتمعات المحلية المتضررة على نظم بديلة لتنسيق عمليات الإنقاذ، وتقاسم البيانات المتعلقة بالحالة السائدة، والحفاظ على اللوجستيات، ويعالج تطبيق تكنولوجيا الطيف في نظم الاتصالات المتعلقة باستعادة القدرة على العمل بعد الكوارث أوجه الضعف الحاسمة في الروابط اللاسلكية التقليدية: التدخل، والتشويش، والاستيراد، والتخطيط، والإطار المكثف، والتوسع في الهياكل الأساسية، والتوسع في الهياكل الأساسية، ومحدودية في نطاق الترددات.

ما هو "سبيريد سبكتروم" للتكنولوجيا؟

S[Fread spectrum is a transmission method in which the signal is deliberately spread over a much wider bandwidth than the minimum required to convey the information. originally developed for military applications during World War II to resist jamming and interception, the technology has since been adopted for civilian use in Wi-Fi, Bluetooth, GPS, and cellular networks. In the context of disaster recovery, spread spectrum offers three fundamental benefits:[FLT:]

والفكرة الرئيسية هي أن القوة المبثوثة توزع على نطاق الترددات الواسعة، بحيث تبدو الإشارة ضوضاء منخفضة المستوى على أجهزة استقبال غير مرخص بها، ولا يمكن إلا للمستقبل الذي يعرف بدقة الرمز أو نمط الترددات الموزعة أن يستعيد البيانات الأصلية، مما يجعل الطيف الموزع خيارا طبيعيا لنظم الاتصالات الطارئة التي يجب أن تعمل في بيئة لاسلكية فوضوية في منطقة الكوارث، حيث تدمر خطوط الطاقة الكهربائية، والمولدات المحمولة، وغيرها من أجهزة الراديو.

ومن المفاهيم الأساسية تحقيق مكاسب في التجهيز ، وهو نسبة النطاق الترددي المنتقل إلى النطاق الترددي الأصلي للمعلومات، ويترجم ارتفاع مستوى التجهيز مباشرة إلى زيادة الحصانة من التدخل وتحسين القوة، وبالنسبة لتطبيقات الكوارث، فإن المكاسب في تجهيز المواد من 10 إلى 30 من الـ دي بي هي مكاسب مشتركة، مما يوفر هامشا قويا من تدهور الإشارات.

أنواع تقنيات الرش

وتتصل ثلاثة أساليب رئيسية للطيف بالنظم المتعلقة باستعادة القدرة على العمل بعد الكوارث: نظام الإنذار المبكر بالتواتر، وجهاز التصفح المباشر، والجمعيات الهجينية، وكلها يعرض مبادلات متميزة من حيث الارتداد، والارتطام، والأمن، وتعقيد المعدات.

Sectrum (FHSS)

ويُحدث هذا التردد بسرعة بين العديد من القنوات وفقاً لتسلسل البيوتاداندوم المعروف لدى كل من جهاز الإرسال والاستقبال. فالوقت الذي يستغرقه أي تردد واحد هو عادة عدد قليل من الألف ثانية إلى عدة مئات من الثانية، وفي حالة الطوارئ، توفر شبكة البرمجيات الاتحادية للحماية من التدخل في النطاقات الضيقة، لأنه إذا تم تضييق الترددات أو عدم انتظامها، فإن النظام لن يفقد سوى جزء صغير من قواعد الترخيص -

استخدام مثال: شبكات محمولة مخصصة أنشئت بواسطة فرق البحث والإنقاذ، ويحمل كل عضو من أعضاء الفريق جهازا لاسلكيا متنقلا يخترق قنوات من 50 إلى 100، وحتى إذا كان فريق آخر ينقل عن طريق الخطأ إلى إحدى تلك القنوات، فإن جزءا صغيرا من البيانات لا يتأثر إلا، كما أن خدمات الدعم الميداني توفر مقاومة معتدلة للتشويش المتعدد التعاطف لأن الترددات المتكررة تتغير في المتوسط بسبب ارتفاع الذروة في جميع أنحاء النطاق.

مباشرة (Squence Spread Spectrum)

ويضاعف نظام خدمات الدعم الميداني تدفق البيانات برمز انتشار عالي الجودة (تسلسل الشفق) قبل تعديله، وتشغل الإشارة الناتجة عن ذلك نطاقا واسعا بكثافة ضوئية منخفضة، ويستخدم جهاز الاستقبال نسخة مولدة محليا من نفس الرمز لتحلية الإشارة، واستعادة البيانات الأصلية، مع قمع متداخلات النطاقات الضيقة في الوقت نفسه عن طريق زيادة حجم التجهيز.

وكان تنفيذ نظام المعلومات الإدارية المتكامل في المنطقة 802.11ب هو تطبيق كلاسيكي، كما أن المتغيرات الحديثة تظهر في العديد من أجهزة الراديو الميدانية المبسورة، وفي القياسات الطبية الطارئة، كثيرا ما يفضل نظام خدمات الدعم والخدمات الصحية لأنه يمكن أن يحافظ على صلة مستقرة حتى عندما تتباين قوة الإشارة بسبب انهيار الحطام أو المباني، كما أن انخفاض احتمالات التداخل يحول دون قيام الخصوم بسهولة بتثبيت مواقف المستجيبين.

مروحية مهجورة

فالنظم الهجينة تجمع بين محطة الفضاء الدولية ومحطة الأمن الغذائي العالمي، فعلى سبيل المثال، يمكن أن تستخدم جهازاً لاسلكياً متعدد الترددات لتحقيق تنوع الترددات وكسب الانتشار، وهذا النهج فعال بشكل خاص عندما يتوقع حدوث تدخل ضيق النطاق واتساع النطاق - على سبيل المثال، بالقرب من موقع صناعي منهار جزئياً مع أجهزة التشغيل ومصادر إذاعية متعددة.() وتطالب الأساليب الهجينة بمعدات أكثر تطوراً ومتزامنة زمنياً، ولكن الدفع قوي جداً.

وعند اختيار هذه التقنيات، يجب على مخططي الاتصالات في حالات الكوارث أن يقيموا البيئة المحددة: فمحطة خدمات الدعم الميداني أبسط وأكثر كفاءة من حيث الطاقة للاتصالات الصوتية المنخفضة البيانات؛ وأجهزة إدارة الدعم الميداني لتطبيقات كثيفة البيانات مثل الفيديو من الطائرات بدون طيار أو أجهزة الاستشعار عن بعد؛ والحلول الهجينة محجوزة لوصلات القيادة العالية القيمة والمراقبة حيث لا يكون الفشل خيارا.

تنفيذ نظام " سبيتر " في نظم الإنعاش من الكوارث

تقييم احتياجات الاتصالات

(ب) يمكن أن يُحدَّد كل سيناريو من سيناريو الكوارث مطالب فريدة: قد يتطلب إطلاق النار تغطية واسعة النطاق في المناطق الجبلية، في حين يتطلب الزلزال الحضري الاختراق من خلال الخرسانة والصلب؛ ويجب على المخططين أن يحددوا النطاق المطلوب (من 1 إلى 10 كيلومترات بالنسبة للنظم المحمولة)، [FightT:2]

وتساعد الأدوات مثل تحليل الوصل بين الميزانية ونمذجة النشر (استخدام توصيات الاتحاد الدولي للاتصالات أو صيغ فقدان المسارات الفضائية المجانية) على تقدير المكاسب التي تحتاج إليها المعالجة، فعلى سبيل المثال، يمكن أن يتغلب 20 مكسباً من مصانع الدي بي بي بي على 100 ميغاواط من التدخل الضيقة في نطاق واحد من الترددات المتوسطة، وهو نموذجي لمنطقة الكوارث مع مشغلي أجهزة لاسلكية الهواة ومصادر ضوضاء عشوائية.

اختيار التكنولوجيا الملائمة

واستناداً إلى التقييم، فإن الرصاص التقني يختار بين محطة الفضاء الدولية، أو محطة الفضاء الأوروبية، أو نهج هجين، وفي الممارسة العملية، فإن العديد من المنتجات التجارية غير المترابطة تشكل الآن نواة من الطيف الممتد، ومن أجل النشر السريع، [المنبر الهاتفي: صفر] أجهزة الراديو المحددة (SDRs) توفر المرونة في تكييفها مع الترددات الصوتية.

إدماج برامجيات البرمجيات الصلبة

ويجب أن يُسجَّل المرسلون من الغبار والمياه ودرجات الحرارة القصوى والصدمة البدنية، بالإضافة إلى ذلك، ينبغي أن يدعموا الهوائيات الخارجية المناسبة لمجموعات التردد المستخدمة، إذ أن نظم الترددات العمودية الشاملة توفر تغطية جيدة للشبكات القصيرة المدى، بينما يمتد نطاق الترددات في الياغي أو الهوائيات المخففة في كثير من الأحيان، وتخفض من التدخل في الاتجاهات غير المرغوب فيها)٢٠(.

وتشمل مجموعات الكوارث الكثيرة الآن عقداً من الميدز المدعمة بالبطارية تستخدم كلاً من محطة الفضاء الدولية ومحطة الأمن الغذائي العالمي، على سبيل المثال، جهازاً لاسلكياً من طراز GoT:1]، أو لحماية الطيف جهازاً لاسلكياً تكتيكياً - تم تصميمه أصلاً للاستخدام العسكري - تم نشرها تلقائياً بعد الأعاصير().

تصميم الشبكات وأصولها

(ج) لا يمكن أن يستخدم الطيف الجاهز على نحو أكثر فعالية في [(FLT:0)] طيف شمس أو نجمة من الطبقات الطبوغرافية [(FLT:1]) () ولا يمكن للطوائف أن تُستخدم تلقائياً في نقل البضائع إلى جهات أخرى، بحيث تتجاوز نطاق التغطية نطاق البث الإذاعي الوحيد، ويجب أن تتزامن أنماط التكدس الترددي عبر كامل الميد، التي تتطلب إشارة زمنية مشتركة - كثيراً ما تتحقق عبر بروتوكول الشبكة العالمية لتحديد المواقع.

وينبغي للمخططين عند تصميم الشبكة أن يخصصوا تسلسلا محددا للخراطيم لمختلف الشبكات الفرعية (مثلا، الطب، النار، البحث) لتجنب الاصطدامات داخل الشبكة، كما يمكن استخدام تقنيات إذاعية معرفية: تُحس الطيف وتُكيّف أنماط التخدير لتجنب الترددات العالية الشغل، وهذه الشبكة الدينامية هي حدود يبدأ فيها إدخال العديد من نظم الاستجابة للكوارث الحديثة.

الاختبار والتقييم

وقبل حدوث حالة طوارئ حقيقية، تكون الاختبارات الدقيقة في ظل ظروف الكوارث المحاكاة إلزامية، ويمكن أن تحدد عمليات الطاولات الأخطاء المنطقية في تصميم سلسلة التسلسل، بينما اختبارات التدريب الميداني اختبار الرفض الفعلي للتدخل، فعلى سبيل المثال، قد يعمل الفريق في وقت واحد على وصلة واسعة النطاق وراديو ضيق النطاق مع مولد إشارات يؤكد مختلف ملامح التدخل، وينبغي أن يحافظ نظام الانتشار على معدل خطأ يقل عن ١ في المائة حتى عندما تكون قوة التدخل ١٠ باء فوق الإشارة المطلوبة - معيارا قياسيا - معياريا مشتركا -

The FEMA HAZUS —MH tool] can help model expected frequency congestion based on population density and infrastructure failure scenarios, allowing planners to optimise hopping patterns before deployment.

مزايا المنشور المنتشر في مجال الإنعاش من الكوارث

تعزيز الموثوقية من التدخل

وفي منطقة الكوارث، تكتنف الموجات الجوية: إذ تبث برامج إذاعية طارئة، وتبث إشارات إذاعية، وأجهزة خلوية، وضجيج عرضي من المعدات المتضررة، كلها تسهم في بيئة إذاعية معادية، وتخفض مكاسب تجهيز الطيف من أثر كل من التداخل الضيقة النطاق والتداخل على نطاق واسع، وذلك بمعامل يتناسب مع عامل الانتشار، وبالنسبة للأجهزة اللاسلكية، إذا كانت قوة التدخل تنتشر عبر النطاق نفسه، فإن عملية الفرز المخفضة تُمنع من الوصلات.

تحسين القدرات الأمنية وقدرات مكافحة العنصرية

ونظرا لأن قوة النقل تنتشر بشكل ضعيف، فإن جهاز استقبال غير مرخص له لا يمكنه بسهولة اكتشاف الإشارة، ناهيك عن هدمها بدون الرمز الصحيح، وهذا احتمال ضعيف للاعتراض يحمي موقع ومضمون الاتصالات المجيبة، بالإضافة إلى أن حجب إشارة الطيف يتطلب إما معرفة سلسلة العصيان أو توليد الطاقة عبر النطاق الواسع النطاق، حيث تكون هذه الحالات غير قابلة للتدخل في المعدات المحمولة.

:: القدرة على مواجهة البيئات البروغية

إن التلاشي المتعدد الاضطرابات - الناجم عن الانعكاسات من المباني والمركبات والتضاريس - يمثل مشكلة رئيسية بالنسبة لنظم النطاقات الضيقة، ويخفف الطيف الخفيف بطبيعته من التعددية لأن الإشارة الواسعة النطاق تحل العديد من المسارات؛ ويمكن للمستقبل أن يجمعها بصورة بناءة باستخدام جهاز استقبال للزجاجات (في نظام الخدمات الإدارية الخاصة) أو يبتعد ببساطة عن الترددات المتلاصقة جدا (في محطة الفضاء).

القدرة على التصعيد والقدرة المرنة

ويمكن لنظم الطيف الممتد أن تتقاسم نفس النطاق الترددي مع مستخدمين متعددين من خلال تقسيم الشفرة أو أنماط التخدير المتحركة، ويسهل إضافة عقد جديدة إلى الشبكة دون الحاجة إلى تخصيص ترددات جديدة - وهي ميزة كبيرة أثناء سرعة توسيع نطاق الاستجابة للكوارث، وعلى سبيل المثال، يمكن تعيين أنماط الإذاعات التي تستخدمها، مع توسيع قدرة الشبكة بصورة تلقائية.

التحديات والنظر في المسألة

التكلفة الأولية

(ب) أجهزة إرسال مختصة ذات نطاق مطابق للنظم الكاملة وأجهزة عسكرية قوية أكثر تكلفة من أجهزة اللاسلكي ذات النزوات البسيطة أو الضيافة؛ وقد تكلف مشغلة يدوية أساسية من طراز FHSS 500 إلى 000 1 دولار، في حين تتجاوز الوحدات الهجينة المتعددة النطاقات 000 2 دولار للقطعة الواحدة، غير أنه يجب أن تُقيَّد التكلفة مقابل قيمة الاتصالات الموثوقة التي تُنقذ.

تعقيد النظام

ويتطلب نشر طيف منافذ الانتشار خبرة في مجال الهندسة المتحققة، ومزامنة الشبكات، وإدارة الطيف، وقد تفتقر الوكالات الأصغر إلى هذه المعرفة، كما أن برامج التدريب والشراكات مع المؤسسات الأكاديمية يمكن أن تساعد، علاوة على ذلك، فإن عمليات التنمية المستدامة الحديثة ذات البرامجيات الصديقة للمستعملين تقلل من منحنى التعلم؛ ويمكن للمستجيبين الأولين أن يعملوا شبكات مهيأة مسبقاً مع الحد الأدنى من التدريب.

استهلاك السلطة

وكثيراً ما يستهلك مرسلو الطيفات طاقة أكبر من النظائر ذات النطاق الضيقة لأنه يجب عليهم أن يولدوا إشارات واسعة النطاق أو أن يقوموا بتجميع سريع الترددات.() أما أجهزة البث الإذاعي العادية العاملة في مجال الطاقة الشمسية فتستمد من 3-5 W بينما تنقل، مقابل 1-2 W من أجل جهاز لاسلكي تقليدي، فإن هذا يمكن أن يقلل من وقت التشغيل في موقع لبطاقات توليد الطاقة الكهربائية.() وتشمل استراتيجيات التخفيف استخدام [أجهزة تحويل الوقود]

الامتثال التنظيمي وتقاسم المبيدات

وينظم كل بلد استخدام طيف الانتشار في نطاقات ترددات محددة - وهي عادة فرق الرصد الدولية في 915 ميغاهيرتز و2.4 غيغاهيرتز و5.8 غيغاهرتز - ويجب على الأفرقة، أثناء الاستجابة للكوارث العابرة للحدود، أن تكفل امتثال أجهزة اللاسلكي التابعة لها لسلطات الطيف المحلية، كما أن ] الاتحاد الدولي للمواضيع [مجموعة أدوات الإغاثة: 1] تقدم توجيهات بشأن التشغيل المؤقت لطيف الانتشار المرخص به.

أمثلة عالمية حقيقية والاتجاهات المستقبلية

وبعد الزلزال الذي ضرب هايتي في عام 2010، استخدم مشغلو الإذاعة الهواة محطة FHSS (في نطاق التردد 2.4 GHz) لإقامة وصلات بين نقطة وأخرى لتنسيق الرعاية الصحية عندما دمرت أبراج الخلايا، وفي الآونة الأخيرة، شهدت أزمة إطلاق النار الاسترالية التي وقعت في الفترة من 2019 إلى 2020 قيام وكالات إطفاء بنشر شبكات مشرقة تابعة للدائرة توفر وصلة بين البيانات والأفقية في مواقع القيادة، وتؤكد هذه الأمثلة أن نطاق الانتشار ليس مجرد ميزة نظرية.

والتطلع إلى الأمام، فإن ] التعلُّم المعرفي بالأجهزة اللاسلكية والآلات ] سوف يُستخدم قفزات التردد الآلي على أساس الاستشعار في الوقت الحقيقي، مما يزيد من تخفيف عبء التخطيط، ويمكن E 802.22 معيار ] للشبكات الإقليمية اللاسلكية أن تستخدم الاستشعار المعرفي في الفضاءات البيضاء - وهو تقنية تُبثَّق عليها مباشرة

خاتمة

فتكنولوجيا الطيف الموسَّع توفر مجموعة أدوات قوية لبناء نظم اتصالات للإنعاش في حالات الكوارث تكون موثوقة وآمنة ومتينة، إذ إن نشر إشارات عبر نطاقات واسعة، وبرمجيات خدمات الدعم الميداني، وأجهزة الدعم الميداني، والأساليب المختلطة، سيهزم التدخل المشترك، ويحمي من التشويش، ويعمل في أكثر البيئات تدهورا، ويستلزم التنفيذ تقييم الاحتياجات المتأنية، واختيار التكنولوجيا الملائمة، وتعقيدات الشبكات المدروسة، وتقوية، وتقوية الظروف التي تؤدي إلى تحقيق القدرة على مواجهة الكوارث، وتقوية، وتقوية، وتقوية، وتقوية القدرة على مواجهة الكوارث، وتقوية، وتقوية، وتقوية القدرة على مواجهة الكوارث، وتقوية القدرة على مواجهة الكوارث، وتقوية، وتقوية القدرة على مواجهة الكوارث، وتقوية، وتقوية، وتقوية، وتقوية الظروف التي تكيفية، وتقوية، وتقوية القدرة على مواجهة الكوارث، وتقوية، وتقوية القدرة على مواجهة الكوارث، وتقوية، وتقوية القدرة على مواجهة الأوضاع، وتقوية، وتقوية، وتقوية، وتقوية، وتقوية القدرة على مواجهة الأوضاع التيارها