معنى تخصص شبكات مقاربة وأمن في جامعة ورقلة

قبل أن أبدأ في الشرح علينا أن نتطرق إلى شرح معاني الكلمتين الموجودتين في عنوان التخصص ألا وهما مقاربة وأمن .
نبدأ بكلمة مقاربة : معنويا هي المقاربة بين شيئين .
أما التي نقصد بها بي عنوان التخصص هي المقاربة بين الأنترنت والكهرباء....سوف نفهم هذا لاحقا.
أما كلمة أمن: فهي تعلم أمن شبكة الأنترنت من القرصنة ...هذا المعنى بصفة عامة.
.
.
.
ربما تكون الثورة القادمة في عالم التكنولوجيا المجنون، وربما تكون كزوبعة في فنجان تصطدم بجدران الواقع فتتلاشى، لكن الطموح لن يقف عند حد، وما أجمل من أن تكتشف الفوائد الأخرى للأشياء التي في متناول يديك. هل فكرت يوماً باستخدام آخر لخطوط الطاقة الكهربائية التي تصل إلى منزلك ومكتبك غير استعمالها للحصول على الكهرباء؟. لا تخف من السؤاليا صديقي فمن لم يفكر هم كثر. ومن فكر في ذلك فتح الباب الذي انبثق منه أول إشعاعلولادة تكنولوجيا نقل بيانات الإنترنت عبر خطوط نقل الطاقة الكهربائية Broadband over Power Lines (BPL)، كما يمكن أن تسمى تكنولوجيا الاتصالات عبر خطوط نقل الطاقةالكهربائية Power Line Communications (PLC).

يمكن أن نشهدفي المستقبل القريب دخول تكنولوجيا (BPL) عالم الإنترنت السريع لتنافس الطرق السريعةالأخرى لنقل البيانات مثل تكنولوجيا DSL وغيرها، لتطل الإنترنت عليك منالمكان غير المتوقع على الإطلاق من مآخذ الطاقة الكهربائية الموزعة في كل مكان فيمنزلك ومكتبك!!، وبمجرد وصل حاسوبك الشخصي لأي مأخذ من مآخذ الطاقة الكهربائيةلديك يصبح جهازك موصلاً مباشرة إلى شبكة الإنترنت السريع أليس ذلك مدهشاً؟!!.

لقد أصبح ذلك حقيقة ولم يبقى في إطار الأحلام فقط، فقد قامت الشركات العاملةفي تطوير هذه التكنولوجيا بتجميع المبادئ الراديوية (Radio) ومبادئ الشبكات اللاسلكية (Wireless Networking) ومبادئ أجهزة المودم (Modems)، واستنباط طريقة للحصول على سرعة نقل للبيانات على خطوط نقل الطاقة الكهربائية تتراوح بين 500 كيلو بت بالثانية و3 ميغا بت بالثانية.

لمحة تاريخية

إن التفكير باستخدام الأسلاك الكهربائية في مجالات أخرى غير نقل الطاقةالكهربائية، ليس حديث العهد، ففي 1950 تم تطوير أول تقنية تستخدم أسلاك نقل الطاقةالكهربائية لنقل رسائل وأوامر التحكم دعيت (Ripple Control) وكانت تستخدم ترددات منخفضة تتراوح بين الصفر والمائة هرتز، وكانت الغاية منها التحكم في أضواء الإنارة في الشوارع العامة بهدف ضبط الاستهلاك. وفي عام 1997 أعلنت شركة (Norweb) عن تقنية جديدة يمكن من خلالها إيصال الإنترنت إلى المستثمر عن طريق خطوط نقل الطاقة الكهربائية بسرعة تصل إلى 1ميغا بت بالثانية (1 Mbit/s). ومنذ ذلك الحين ما تزال هذه التكنولوجيا في تطور مستمر حيث تم إيصال الإنترنت السريع مع بدايات هذا القرن باستعمال خطوط نقل الطاقة الكهربائية وتجربتها في بعض المدن من أمريكا وبريطانيا وألمانيا والصين وغيرها.

البنية التحتية لشبكة الإنترنت الحالية وكيف تعمل

شبكة الإنترنت عبارة عن عدد هائل من الشبكات الجزئية التي ترتبط مع بعضهافيزيائياً بواسطة كابلات وحواسيب وأجهزة أخرى سلكية ولا سلكية تنتشر في قاراتالعالم المختلفة. وتقوم مزودات الخدمة باستئجار خطوط الكابلات الضوئية من شركاتالهاتف لتستعملها بنقل البيانات على الإنترنت أو إلى أوساط نقل أخرى مثل خطوطالهاتف العادية المزدوجة أو DSL أو الكابلات المحوريةومن ثم إلى بيوتنا أو مكاتبنا. يتم يومياً نقل مليارات المليارات من البايتات عبرالكابلات الضوئية التي تتمتع باستقرارية كبيرة لعدم وجود أي نوع من أنواع التداخل بالإشارات مع الأنواع الأخرى من المرسلات. ويمكن في حال اعتمادها أن تضيفتكنولوجيا BPL وسائط نقل أخرىلبيانات الإنترنت، حيث يعمل حالياً مطوري هذه التكنولوجيا جنباً إلى جنب مع شركات الطاقة الكهربائية في الولايات المتحدة الأمريكية لجعل تكنولوجيا BPL واقعاً ملموساً.

ميزات الانترنيت السريع عن طريق BPL

بالرغم من انتشار تكنولوجيا الإنترنت السريع في السنوات القليلة الماضية، لايزال الكثير من مناطق العالم يحلم بمجرد الاتصال بالإنترنت، فالبنية التحتيةلتوصيل الانترنت السريع كالـ DSL وغيرها، غير متوفرةفي كل مكان وتحتاج للكثير من العمل لبنائها. تقوم شركات الهواتف ببناء بعض أقسامشبكاتها اعتماداً على الكابلات الضوئية لتتمكن من تقديم خدمات الإنترنت السريع لكنانتشار هذا النوع من وسائط النقل لا يزال محدوداً ولا يتعدى في معظم الأحيان وصلاتالربط بين مقاسم شركات الهواتف.

 أما الشبكة الكهربائية فانتشارهاأوسع وأشمل ويكاد يخلو العالم من مكان لم تصله شبكات الكهرباء بعد. وكل مكان تصلهشبكة الكهرباء، يمكن أن يصله الإنترنت السريع، يكفي فقط أن يقوم فريق التطويرالخاص بمشروع BPL بالاشتراك مع شركاتالكهرباء ومع مزودي خدمة الإنترنت، بتعديلات بسيطة على شبكة الكهرباء الحاليةبإضافة بعض الدارات الخاصة إليها حتى تتأمن خدمة الإنترنت السريع إلى كل مكان تصلهشبكة الكهرباء وبشكل دائم.

ومن ميزات الإنترنت باستعمال PBL سهولة القيام بعملياتالتوصيل، فلا حاجة لإنشاء أي تمديدات للشبكات المحلية، حيث يمكن استعمال التوصيلاتالكهربائية في المنازل والمكاتب كشبكات محلية. عندما يكون كل مآخذ الكهرباء فيمنزلك مؤهلين لنقل البيانات الرقمية بالسرعات العالية، يمكن عندها أن تقوم بتشبيككل الأجهزة الكهربائية لديك والتحكم بها عن طريق تبادل البيانات الرقمية عبر خطوطنقل الطاقة الكهربائية، تخيل مثلاً مفتاح الإنارة وجهاز صنع القهوة وساعتكالجدارية ذات المنبه وغيرها الكثير من الأجهزة التي تتغذى بالطاقة الكهربائية يمكنأن تتخاطب مع بعضها ويمكن أن تتحكم فيها عن طريق الحاسوب الذي بجانبك في غرفة نومكأظن عندها سيكون صباح ذلك اليوم مختلف جداً أليس كذلك يا عزيزي؟

كيف يمكن أن تصل الإنترنت مع الطاقة الكهربائية إلى بيوتنا

تمتد شبكات الكهرباء من محطات التوليد الكهربائية إلى كل الأماكن التيتستهلك فيها الكهرباء بما فيها منازلنا ومكاتبنا، ويتواجد ضمن هذه الشبكة مولداتالكهرباء ومحطات التحويل، وغيرها من العناصر التي تستخدم في عملية نقل الكهرباء منالمنبع إلى المصادر المختلفة. تشكل خطوط نقل الطاقة الكهربائية أحد عناصر الشبكةالكهربائية، حيث تحمل الطاقة الكهربائية ذات الجهد العالي عند خروجها من محطةالتوليد ويتم تخفيض الجهد عن طريق محولات لكي تصبح الطاقة مناسبة للاستخدامالمنزلي.

إن تردد الإشارة التي تحمل الطاقة الكهربائية على الأسلاك النحاسية يتراوحمعظم الأحيان بين 50 أو 60 هرتز. ونعلم أن الأسلاك النحاسية يمكن أن تمرر الإشاراتالالكترونية ذات الترددات الواقعة بين الصفر وآلاف الملايين من الهرتز، من هنا نجدأن عملية نقل الطاقة الكهربائية عبر الأسلاك النحاسية لا تستهلك إلا جزءاً يسيراًمن سعة هذه الأسلاك.

تنقل خطوط الجهد العالي الطاقة الكهربائية بجهود تتراوح بين 155 كيلو فولتو750 كيلو فولت، ولا يمكن استعمال هذه الخطوط لنقل المعلومات لأنها تعتبر شديدةالضجيج فالإشارة الكهربائية ذات الجهد العالي لا تهتز فقط عند تردد معين بل تولداهتزازات و توافقيات على كامل الطيف الترددي مما يؤدي لحدوث تداخل مع إشارةالمعلومات التي تهتز عند تردد مختلف عن التردد الأساسي لتردد الإشارة الكهربائيةالأصلي، وهذا يؤدي إلى سوء حالة إشارة المعلومات أو ضياعها بالكامل، كما يفسرالتشويش الذي تتعرض له إشارة الراديو عندما تمر بسيارتك بالقرب من خطوط التوترالعالي.وبسبب ذلك فقد تم استبعاد خطوط التوتر العالي من الاستعمال في عملية نقل البيانات، وطرحت فكرة نقل البيانات على خطوط الجهد المتوسط والمنخفض، حيث يتمإيصال إشارة المعلومات من مراكز مزودات الخدمة إلى نقاط الربط مع تلك الخطوطبواسطة الكابلات الضوئية.

عند تحميل إشارات البيانات على كابلات التردد المتوسط، يصبح بإمكان هذه الإشارات السفر بعيداً جداً من دون أن تتخامد أوتتلاشى وذلك بفضل تزويد خطوط النقل بأجهزة تسمى المكررات (Repeaters) وظيفتها استقبال الإشارات وتكبيرها وإعادة إرسالها.

الإنترنت من مركزالهاتف إلى المنزل بواسطة شبكة BPL

تحتوي مراكز مزودات خدمة الإنترنت على كافة تجهيزات الإنترنت من مزود الخدمة للبريد الإلكتروني Carrier POP  ((Post Office Protocol)  أو (Internet Email Protocol ، ومجموعة من تجهيزاتالإنترنت Utility Substationالمتواجدة في المركز،تنتقل إشارة البيانات الرقمية من مركز مزود الخدمة عبر الكابلات الضوئية (Fiber optics) أو من خلال وصلات ميكرويةلاسلكية لتصل إلى نقطة الولوج إلى شبكة BPL التي تحمل الطاقة الكهربائية ذات الجهود المتوسطة، عند نقطة الالتقاء تمر إشارة الإنترنت عبر جهاز يقوم بتوفيق إشارة البيانات الرقمية لتصبح مهيأة للإقحام على خطوط نقل الطاقة الكهربائية للجهد المتوسط (Medium Voltage Lines)، عند نقطة التقاء شبكة الجهود المتوسطة مع شبكة الجهود المنخفضة، توجد محولات كهربائية لتحويل الجهد المتوسط إلى منخفض قابل للاستخدام في منازلنا، لكن هذه المحولات تعمل على تشويه إشارة البياناتالرقمية إذا مرت من خلالها لذلك تم إيجاد ما يسمى بالمقارن أو الجسر (Coupler & Bridge) ليحمل الإشارة الحاملة للبيانات قبل دخولها إلى المحولة ليمررها من خارجها ويعيدها ثانية إلى السلك النحاسي منالطرف الآخر للمحولة. في المرحلة الأخيرة قبل وصول إشارة البيانات إلى المنزل أوالمكتب المطلوب يوجد عدة طرق تسلكها الإشارة، فإما أن يتم التواصل لاسلكياً، أو عنطريق الأسلاك الكهربائية التي تربط المنزل بشبكة الكهرباء، حيث يكون في استقبال إشارة البيانات في المنزل مودم يعمل على خطوط الطاقة الكهربائية (Power Line Modem أو BPL Modem ) كما في الشكل السابق، يستخلص إشارة الإنترنت منخطوط الكهرباء ويدخلها إلى الحاسوب، لتصبح على اتصال مباشر بعالم الإنترنت. يقومتصميم هذا المودم على رقاقة سيليكونية مصممة خصيصاً للتعامل مع الشروط الخاصة التيتتمثل باستخراج إشارة البيانات الرقمية من التيار الكهربائي وهذا المودم مؤهلأيضاً لمعالجة الضجيج الذي يلحق بإشارة البيانات بعد استخراجها.

يعمل مودم BPL عند لحظة قبسه بمأخذ الكهرباء وحجمه يقارب مقبسالكهرباء في أي جهاز كهربائي، وخرج هذا المودم عبارة عن كابل يشبه خط الهاتف يتمقبسه بالحاسوب. كما تم أيضاً تطوير أنواع من موديمات BPL تعمل لاسلكياً.

فوائد BPL

1.  خطوط نقل الطاقة يمكن ان تنقل الإشارات الكهربائية لمسافات بعيدة دون الحاجة لمكبرات إشارة أو مكررات.

2.  باستخدام خطوط نقل الطاقة في نقل البياناتنستطيع استعمال شبكة الكهرباء الداخلية في المنازل والمؤسسات عوضاً عن إنشاء شبكةخاصة لنقل البيانات.

3.  يصبح لدينا وصلة إترنت عريضة المجال في كلمأخذ للكهرباء وفي كل غرفة، حيث تمكن أن تنقل حاسوبك إلى أي مكان تريد وتصبح علىاتصال بالإنترنت عند قبسه بمأخذ الكهرباء الجديد. بعكس تقنيات DSL& Cable Modems حيث يجب أن تنتظر لتتمكن من الاتصال (Plug-and-play with BPL installation, instead of plug-and-praywith DSL & Cable Modems)

4.   بنيةتحتية عريضة جداً لشبكة الكهرباء على مستوى العالم ككل.

5.   تحكمكامل بجودة عالية.

6.   سرعةانتقال البيانات على خطوط الطاقة التي تقترب من سرعة انتشار الضوء تعطي إمكانيةهائلة لنقل الفيديو والصوت بجودة عالية.

7.   التجهيزاتالتي نحتاجها للحصول على BPL في المنزل أرخص منتلك التي نحتاج لها في حال استعمالDSLأوcable modem.

8.   يمكنأن تصل سرعة نقل المعلومات إلى 14 ميغا بت بالثانية (14Mbps).

9.   يمكنأن تصل الإنترنت إلى مناطق نائية لم تصلها من قبل بسبب عدم وصول تقنيات DSL وغيرها إليها أو حتى عدم وجودخدمة هاتفية فيها.

القيود التي تواجه BPL

هناك عدد من القيود والمحدداتالتي تحد من انتشار تقنية BPL منها ما هو تقني ومنها ما هواقتصادي.

التشاركية في حزمة البيانات

تحتاجالمحطات الفرعية لبنية تحتية معينة حتى تتمكن من تزويد زبائنها بسرعة جيدة لتبادلالبيانات. لكن عرض حزمة المعلومات التي تصل إلى المحطة سوف تقسم بين كل المستخدمينالمرتبطين بالمحطة المذكورة مما يمكن أن يعمل على خفض السرعة التي يعمل عليها كلمستخدم. فمثلاً لو كانت المحطة الفرعية تغذي 50 منزلاً والسرعة التي تعمل عندهاالمحطة 50 ميغا بت بالثانية فإن كل مستثمر سوف يعمل عند سرعة لا تتجاوز 1 ميغا بتبالثانية.

التأثيرالناتج عن المسافة بين المحطة الفرعية والمستخدم

تعتبر المسافة الفاصلة بين المستثمر والمحطة الفرعية أحدالعوامل المؤثرة في معدل تدفق البتات بينهما، لا يوجد أي تحديد ثابت للمسافةالفاصلة بين المستثمر والمحطة الفرعية لكن زيادة هذه المسافة تحتاج لزيادة استطاعةالإشارة الراديوية المرسلة عبر خطوط النقل وتحسين تقنيات الترميز للبيانات.

المعوقات الناتجة عن تجهيزات شبكة الخطوط الكهربائية

تعتبر تجهيزات الشبكة الكهربائية أحد اهم العوامل التييجب أن تأخذ بعين الاعتبار عند تصميم نظام BPL وأحد أهم المشاكل التي واجهت المصممين الأوائل لأنظمة BPL تكمن في ممانعة محولات خفض جهودالإشارة الكهربائية لمرور الإشارة الراديوية. تم حل هذه المشكلة عن طريق تصميممحولات جديدة تستطيع تمرير الإشارات الراديوية عن طريق فلترة هذه الإشارات وتمريرهاخارج المحولات إلى الطرف الآخر من السلك الكهربائي لتتابع طريقها بعد ذلك إلى المستثمر. كما يمكن أن يتم تجاوز المحولات عن طريق استخدام نقطة ولوج لاسلكية إلى الشبكة تركب قبل المحول حيث تقوم بنقل الإشارة الراديوية الحاملة للبياناتلاسلكياً إلى المستثمرين في الجوار.

الكلفة

 يتطلب العمل مع كلأنواع تكنولوجيا نقل البيانات التي تعمل على مجال ترددي عريض الحزمة، استعمال بنيةتحتية للشبكة ذات سعات كبيرة وهذا بدوره يؤدي إلى تكاليف باهظة في كل محطة فرعيةمن محطات الشبكة الكهربائية.

المنافسة وكسب المشتركين 

ستكونالمنافسة على أشدها بين تكنولوجيا PBL والتقنيات الأخرى مثل DSL وغيرها التي تقدم للزبائن خدماتمشابهة كالإنترنت السريع. وكل تكنولوجيا جديدةحتى تتمكن من الإقلاع بقوة يجب أن تتحول إلى تكنولوجيا رابحة خلال زمن قصير نسبياًويجب ألاً يتعدى الخمس سنوات من بداية انطلاقتها. لذا لابد لتكنولوجيا BPL حتى تتمكن من الاستمرار والمنافسةإلا أن تقدم لزبائنها فوائد متنوعة تميزها عن غيرها منها السعر المنخفض وإمكانيةالتوصيل من أي مكان في المنزل تصله الكهرباء، والتوفير في بناء الشبكة حيث يمكناستخدام شبكة الكهرباء الموجودة مسبقاً، وهذه الميزات تكفي لأن يتهافت الناس على استثمار هذه التكنولوجيا ويجعلها تستطيع المنافسة بين أقرانها.

 سريةالمعلومات على شبكة BPL

هنالك نوع من التحفظات من قبل المصممين والمستثمرين علىحد سواء حول سرية البيانات على شبكة BPL وذلك لأن كابلات نقل الطاقةالكهربائية تولد حولها حقلاً كهرطيسياً EMI (Electro Magnetic Interference)، ويمكن بقليل من الجهد أنيتم استقبال الإشارة الصادرة عن الكابل بشكل إشعاعي عبر أي مستقبل راديوي، بالتاليلابد من تشفير المعلومات التي سترسل عبر شبكة BPL.

عقبات انتشار تكنولوجيا PBL

·       الضجيج الذي لايمكن التنبؤ به على شبكة BPL  والناتجعن الأجهزة الكهربائية المنزلية كالمكنسة الكهربائية والخلاط الكهربائي وغيرها منالأجهزة الكهربائية الكثيرة.

·       عدم التحكم التام بسرية تبادل المعلومات بشكل كامل

·       التداخل الذي يسببه نقل البيانات على شبكة نقل الطاقة الكهربائية مع محطاتالراديو، تم تسجيل عدد من الشكاوى في بعض الدول الأوروبية التي تم تجريب هذهالتكنولوجيا فيها.

كل ما نتمناه هنا أن تصبح  BPL في الجزائر حقيقية..

الخلاصة

ما تزال تقتية BPL قيد التجربة والسنوات القادمة ستكشف لنا إن كانت هذه التجربة ستتحول إلى واقع في عالم الإنترنت السريع. فبالرغم من أن الأبحاث تظهر إمكانية العمل بهذه التقنية، إلا أن العامل الاقتصادي سيلعبالدور الأكبر في استمراريتها.

تتمتع هذه التكنولوجيا بخاصة فريدة وهي أنها يمكن أنتساعد على إيصال الإنترنت السريع إلى الأماكن المعزولة من العالم حيث يتعذر على أينوع آخر من أنواع الإنترنت السريع أن يصل إلى هناك. و كذلك تحتاج تكنولوجيا BPL لكي تقوى وتتطور إلى دعم كبير من شركات الكهرباء وهذا لم يحصل بالشكل الكبير حتى الآن يمكن أن يكون هذا العامل من أهم العوامل التي تساعد في اندثار هذه التكنولوجيا إن حصل ذلك في المستقبل.

أما نحن فلا حول لنا ولا قوة إلا انتظار ما تؤول إليه هذه التكنولوجيا في دول العالم الأول حيث البحوث الكثيرة في هذا المجال كانت قد بدأت من أمريكا وأوروبا وانتشرت إلى اليابان والصين وجنوب إفريقيا وكلنا أمل أنتصلنا يوماً.