وفي السنوات الأخيرة، أدى تزايد تواتر وشدة الكوارث الطبيعية - من الأعاصير والزلازل إلى حرائق برية وأمواج تسونامي - إلى ظهور نقاط ضعف حرجة في شبكات الاتصالات التقليدية، وعندما تتضرر الهياكل الأساسية أو تُحمَّل أكثر، يمكن أن تنهار أبراج الخلايا، وأن تقطع الكابلات الضوئية، وأن تُنقِع محطات الأساس التي يمكن تفكيكها، وفي حالات الطوارئ هذه، يصبح الاتصال الموثوق به خطاً للحياة لتنسيق جهود الإنقاذ ونشر الإنذارات، والحفاظ على النظام الأساسي البديل.

فهم المعارف المالية المتعلقة بالغابات ومزاياها

"التداخل التواتري" "مخطط للتعديلات الرقمية حيث تُنقل البيانات" "بتغيير التردد بين مجموعة من الترددات المتباينة" "على سبيل المثال، "التداخل الثنائي" "قد يمثله تواتر واحد"

ومن المزايا الرئيسية لمؤسسة FSK استهلاكها المنخفض للطاقة، حيث أن جهاز الإرسال لا يحتاج إلا إلى توليد واحد من تردداتين (أو أكثر) في وقت ما، يمكن تصميم الدائرة لكي تكون عالية الكفاءة، وهذا أمر حاسم بالنسبة للأجهزة التي تعمل بالبطارية والتي تستخدم في الاستشعار عن بعد أو بواسطة المستجيبين الأولين، وبالإضافة إلى ذلك، فإن إشارات FSK أقل عرضة للتشويه من غير الحيازات في البنية التحتية للنقل، مما يسمح بكشف أكثر بساطة.

بالإضافة إلى ذلك، يقدم (إف إس كي) أداء ممتاز في قنوات ضيقة، وهو مهم عندما يكون الطيف مكتظاً أو عندما يكون هناك فقط القليل من المواصفات، لأن مناطق الكوارث غالباً ما تعاني من تدخل بسبب حركة الاتصالات اللاسلكية الطارئة، أو الحطام، أو الضوضاء الكهرومغناطيسية، قدرة (إس كي) على الحفاظ على سلامة الإشارات مع وجود نسبة منخفضة نسبياً من الإشارات إلى الأرقام لا غنى عنها.

وضع بروتوكولات قائمة على أساس نظام المعلومات المالية

ويتطلب وضع بروتوكول عملي قائم على أساس نظام المعلومات المالية والدراسات السلكية واللاسلكية للشبكات التي تواجه الكوارث النظر بعناية في عوامل متعددة، والهدف هو زيادة الموثوقية والتغطية وكفاءة الطاقة إلى أقصى حد، مع العمل في ظروف غير قابلة للتنبؤ بها وتحللها، وقد وضع الباحثون عدة طبقات بروتوكولية تُستخدم في سيناريوهات الطوارئ، وكثيرا ما يقترضون مفاهيم من شبكات مصغرة وأجهزة إذاعية، وفيما يلي دراسة المكونات الحاسمة التي تحدد هذه البروتوكولات.

التسلسل الاستيعابي للتدخل تجنباً

وفي بيئة الكوارث، يمكن أن يصبح الطيف الإذاعي مزيجاً من البث الطارئ، والبث التجاري الذي يستمر في العمل، والتدخل من المعدات الإلكترونية المضرورة، والارتداد المتكرر المكثف للشبكة، هو أسلوب يتيح للجهاز الاستلام والاستقبال أن يغير بسرعة وتيرة تشغيله وفقاً لتسلسل الترددات التي يمكن أن تتزامن مع ذلك، ويسمح باستمرار بمسح قنوات النطاق الترددي والربطة ذات التداخل العالي أو الضجيج.

وحدات نقل الطاقة بكفاءة من أجل العملية الممتدة

ومن أكبر التحديات في مجال الاستجابة للكوارث محدودية عمر البطاريات في المعدات المحمولة، حيث يمكن أن تتضمن البروتوكولات القائمة على أساس الترددات المتعددة استراتيجيات لتوفير الطاقة، مثلاً، يمكن تعديل قدرة الانتقال بصورة دينامية على أساس المسافة التي تقطعها أجهزة الاستلام ومعدل البيانات المطلوبة، ولا يمكن أن تدخل نوديس أساليب نوم عميقة بين فترات الانتقال المقررة، ولا يمكن الاستيقاظ إلا من خلال الحد الأدنى من المولدات الكهربائية أو نقل رسالة أخرى.

تقنيات تصحيح الأخطاء لضمان نزاهة البيانات

إن سلامة البيانات هي الجوهر عند نقل المعلومات الطارئة - أي خطأ بسيط يمكن أن يؤدي إلى سوء تفسير الإحداثيات أو حالة المرضى أو الإنذار بالأخطار - فالإرسال بقوة نسبياً للضوضاء، ولكن في سيناريوهات الكوارث التي تنطوي على تدخل كبير أو تزييف، فإن الأخطاء المركبة التي تُستخدم في نظام التصحيحات غير المباشرة، تُدرج أيضاً رموزا للخطأ في استخدام الترددات العالية.

إعادة تشكيل الشبكة الآلية في حالة عدم وجود نظام

وبالإضافة إلى ذلك، فإن البنية التحتية دينامية: إذ يمكن تدمير أو نقل أو فقدان القدرة على العمل (الأجهزة اللاسلكية أو أجهزة إعادة الإرسال أو أجهزة الاستشعار) أو أن تخسر القدرة بصورة غير متوقعة، كما أن شبكة الكوارث القائمة على أساس الترددات الحرة لا يمكن أن تصلح لتقوم بتغطية نفسها، كما أن هذه الأجهزة لا تستطيع أن تكتشف وجود مسافات متبادلة بين الوصلات بين الوصلات.

التحديات

وعلى الرغم من المزايا المتأصلة لمؤسسة FSK، فإن بناء شبكة عملية لمواجهة الكوارث باستخدام هذه المحاكاة ليس بدون عقبات، ويجب على المهندسين أن يتصدوا للعديد من التحديات التقنية والتشغيلية لضمان أن يعمل النظام بصورة موثوقة عندما تكون الحاجة إليه أكثر.

محدودية معدلات الباندافيث والبيانات

وعادة ما تعمل شبكة الاتصال اللاسلكية في قنوات ضيقة النطاق (مثلاً، 25 كيلوهرتز أو 12.5 كيلوهرتز في نطاق التردد العالي جداً/التردد العالي)، مما يقيد الحد الأقصى لمعدل البيانات القابلة للتحقيق، وفي حين أن الاتصالات ذات النطاق الترددي القصير لا تزال قابلة للتطبيق، إذ تبث ملفات كبيرة مثل الصور ذات النطاق العالي أو الخرائط المفصلة إما بطيئة أو مستحيلة للغاية.

الاحتياج المحتمل

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكتظ الطيف الإذاعي بخدمات الطوارئ، أو مشغلي الإذاعة الهواة، أو البث الإعلامي، وربما حتى المستخدمين غير المأذون لهم، ويجب أن تتقاسم الشبكات القائمة على شبكة المعلومات والاتصالات الفرق المخصصة للاتصالات في حالات الطوارئ، مثل النطاقات التي تستخدمها الترددات العالية جداً والمترددة فوق العالي، أو نطاقات الأمان العامة، أو نطاقات الإدارة السليمة بيئياً مثل 433 ميغاهرتز و915 ميغاهرتز.

أجهزة الدقة والتكلفة

وفي حين أن أجهزة الإرسال التي تستخدم الترددات الكهربائية والإلكترونية هي أبسط من العديد من مخططات التناوب الأخرى، فإنها لا تزال بحاجة إلى مراقبة دقيقة للترددات، ولا سيما عندما تستخدم أجهزة التدوير الترددي، وقد يؤدي ذلك إلى تضليل البرمجيات ذات التكلفة العالية، إلى زيادة في حجمها، مما يؤدي إلى حدوث زيادات في مستويات الحرارة، وإلى حدوث تقلبات في حجم البطاريات، مما قد يؤدي إلى الحد من هذه الظروف إلى الحد الأدنى من التقلبات.

إدارة النمط الديناميكي

وفي أعقاب الكارثة مباشرة، تتغير بيئة الطيف بسرعة، إذ يمكن أن يؤدي انهيار المباني إلى ظهور مفكرين جدد، وقد يؤدي وصول طائرات الهليكوبتر أو الطائرات فوق طيار إلى تدخل قوي، إذ أن الإدارة الدينامية الفعالة للطيف لا تزال ترصد نوعية القنوات، وتكشف التشويش الخبيث، وتعيد ترتيب الترددات على الذبابة، مما يتطلب تعزيزات ذكية يمكن أن تعمل بدون تنسيق مركزي، حيث يمكن أن تكون الشبكة المضافة للأجهزة اللاسلكية.

التطبيقات والتوجيهات المستقبلية

والجمع الفريد من حيث القوة والبساطة والضعف في الطاقة يجعل البروتوكولات القائمة على أساس نظام المعلومات المالية والمستندة إلى مجموعة واسعة من التطبيقات المتصلة بالكوارث، وكلها متطلبات محددة، ومع تقدم التكنولوجيا، فإن التكامل مع نماذج التواصل الأخرى ذات المرونة يعد بإنشاء نظم أكثر قدرة.

تنسيق الاستجابة لحالات الطوارئ

فأول مستجيبين - محاربين في إطلاق النار، وفرق مسعفينة للبحث والإنقاذ - وهي بحاجة إلى تبادل المعلومات الهامة مثل تحديث الموقع، وإحصاءات الضحايا، وتنبيهات المواد الخطرة، ويمكن أن توفر شبكة اتصالات لا مركزية لا تعتمد على البنية التحتية الخلوية، كما أن هذه الأجهزة اللاسلكية، حتى عن طريق إنشاء شبكات مخصصة، يمكن أن توسع نطاق التغطية لتشمل المباني المنهارة أو المناطق الجوفية.

شبكة الاستشعار عن بعد للإنذار المبكر

شبكات الإنقاذ المقاوم للكوارث هي مثالية لنشر أجهزة الاستشعار البيئية في المناطق النائية أو الخطرة مثل قياسات الفيضانات على الأنهار، والمجسات الزلزالية على خطوط العطل، أو محطات الطقس على الجبال، ويجب أن تعمل هذه أجهزة الاستشعار بشكل مستقل لعدة أشهر أو سنوات، وكثيرا ما تكون ذات قدرة محدودة، ويمكن أن تنقل أجهزة الإنذار المتحركة الصغيرة بشكل دوري،

العمليات العسكرية والإنسانية

في مناطق النزاع أو المناطق التي تعاني من اضطراب البنية التحتية، الاتصال الموثوق به أمر حاسم بالنسبة لكل من المنظمات العسكرية والإنسانية، قدرة FSK على التشويش (عن طريق قفز التردد) وقلة احتمالية الاعتراض (عن طريق نقل النطاق الضئيل)

التكامل مع شبكة ميش والاتصالات الساتلية

(ب) إضافة إلى ذلك، يمكن إدماج بروتوكولات قائمة على أساس الترددات الأجنبية في تكنولوجيات الربط الشبكي الأخرى، ويتيح الربط الشبكي بين الشبكات المصغرة توجيه رسائل حول العقبات والإخفاقات، ويزيد كثيراً من التغطية والموثوقية، مثل شبكة الاتصالات اللاسلكية ذات القاعدة الدنيا التي تستخدمها شبكة الترددات الترددية العالمية التي يتم نشرها في ملعب بعد كارثة يمكن أن تغطي منطقة أكبر من جهاز إرسال قوي واحد.

توحيد المعايير وإمكانية التشغيل المتبادل

(أ) بالنسبة لشبكات الكوارث القائمة على أساس الترددات FSK التي يتعين اعتمادها على نطاق واسع، يجب أن تتقيد بالمعايير المفتوحة التي تتيح للأجهزة من مختلف الجهات المصنعة الاتصال بها، وتشمل الجهود التي من قبيل سلسلة TIA-102 الخاصة بالمشروع 25 (P25)، نظماً لاسلكية تعمل على أفضل وجه، ولكن هذه الآليات تكون شديدة الحزم بالنسبة لبيئات الكوارث الدينامية.

الاستنتاج: طريق إلى الأمام

ومع استمرار تزايد الكوارث الطبيعية في التواتر والأثر، فإن الحاجة إلى شبكات الاتصال التي يمكن أن تصمد أمام فشل الهياكل الأساسية تصبح أكثر أهمية، فالتحول السريع الذي يؤدي إلى حدوث الكوارث، والتحول البسيط الذي يناسب سيناريوهات الطيف الطارئة حيث تكون الموثوقية ذات أهمية، ومن خلال وضع بروتوكولات تتضمن التكتل الترددي، وتشغيل كفاءة الطاقة، وتصحيح الأخطاء الشديدة، وإعادة التشكيل التلقائي، يمكن للمهندسين أن يخلقوا نظما ذات صلة بالشبكة.