نقل البيانات

الموسوعة الحرة

أبراج الراديو في منطقة باين هيل للمراقبة

تُعرف عملية نقل البيانات بأنها نقل البيانات عبر قناة اتصال من نقطة إلى نقطة أو من نقطة إلى عدة نقاط . وتشمل هذه العملية إرسال البيانات واستقبالها ، ويمكن تصنيفها إلى إرسال تناظري واتصالات رقمية . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

تنقل الاتصالات التناظرية البيانات الصوتية والبيانات والصور والإشارات أو معلومات الفيديو باستخدام إشارة مستمرة تتغير في السعة أو الطور أو أي خاصية أخرى. في الإرسال التناظري ذي النطاق الأساسي ، تُمثَّل الرسائل بسلسلة من النبضات باستخدام رمز خطي ؛ أما في الإرسال التناظري ذي نطاق التمرير ، فتُنقل الرسائل عبر مجموعة محدودة من أشكال الموجات المتغيرة باستمرار، باستخدام طريقة التضمين الرقمي . ويتم تنفيذ تضمين نطاق التمرير وفك تضمينه بواسطة جهاز المودم .

الإرسال والاستقبال الرقميان هما نقل إما إشارة تناظرية مُرقمنة أو دفق بتات رقمي أصلي . [ 1 ] يُعتبر الإرسال الرقمي في النطاق الأساسي جزءًا من إشارة رقمية ، بينما يمكن اعتبار إرسال البيانات الرقمية في نطاق التمرير أيضًا أو بديلًا عن ذلك شكلًا من أشكال التحويل من رقمي إلى تناظري .

تشمل قنوات نقل البيانات الأسلاك النحاسية ، والألياف الضوئية ، والاتصالات اللاسلكية باستخدام طيف الترددات الراديوية ، ووسائط التخزين ، وناقلات البيانات الحاسوبية . وتُمثل البيانات كإشارة كهرومغناطيسية ، مثل الجهد الكهربائي ، أو الموجات الراديوية ، أو الموجات الميكروية ، أو الأشعة تحت الحمراء .

يُعدّ نقل البيانات، أو نقل البيانات الرقمية، مجالًا تقليديًا ضمن هندسة الاتصالات والهندسة الكهربائية . ويمكن أيضًا تغطية المبادئ الأساسية لنقل البيانات ضمن موضوع اتصالات البيانات في علوم الحاسوب أو هندسة الحاسوب ، والذي يشمل تطبيقات شبكات الحاسوب وبروتوكولات الاتصال ، مثل التوجيه والتحويل والتواصل بين العمليات . وعلى الرغم من أن بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP) يُستخدم في نقل البيانات، إلا أن بروتوكول TCP وبروتوكولات طبقة النقل الأخرى تُغطى في شبكات الحاسوب، ولكنها لا تُناقش في الكتب الدراسية أو المقررات الدراسية الخاصة بنقل البيانات.

في معظم الكتب الدراسية، يشير مصطلح الإرسال التناظري فقط إلى إرسال إشارة رسالة تناظرية (بدون تحويل رقمي) بواسطة إشارة تناظرية، إما كإشارة نطاق أساسي غير معدلة أو كإشارة نطاق تمرير باستخدام طريقة تعديل تناظرية مثل تعديل السعة (AM) أو تعديل التردد (FM) . وقد يشمل أيضًا إشارات نطاق أساسي معدلة نبضيًا تناظرية على إشارات تناظرية ، مثل تعديل عرض النبضة. في بعض الكتب ضمن مجال شبكات الحاسوب، يشير الإرسال التناظري أيضًا إلى إرسال نطاق تمرير لتدفقات البتات باستخدام طرق تعديل رقمية مثل FSK و PSK و ASK . [ 1 ]

تُغطى الجوانب النظرية لنقل البيانات من خلال نظرية المعلومات ونظرية الترميز .

طبقات البروتوكول والمواضيع الفرعية

تتناول الدورات والكتب الدراسية في مجال نقل البيانات عادةً طبقات وبروتوكولات نموذج OSI التالية:

ومن الشائع أيضاً التعامل مع التصميم المتداخل لهذه الطبقات الثلاث. [ 7 ]

التطبيقات والتاريخ

منذ ظهور الاتصالات ، تُرسل البيانات (وخاصةً المعلوماتية منها، وإن لم تكن حصرية ) عبر وسائل غير إلكترونية (مثل الوسائل البصرية والصوتية والميكانيكية ). ومنذ اختراع الهاتف ، تُرسل بيانات الإشارات التناظرية إلكترونيًا . مع ذلك، كانت أولى تطبيقات نقل البيانات الكهرومغناطيسية في العصر الحديث هي التلغراف الكهربائي (1809) وآلات الطباعة عن بُعد (1906)، وكلاهما يعتمد على الإشارات الرقمية . وقد أُنجزت الأعمال النظرية الأساسية في مجال نقل البيانات ونظرية المعلومات، التي قام بها هاري نيكويست ورالف هارتلي وكلود شانون وآخرون في أوائل القرن العشرين، مع وضع هذه التطبيقات في الاعتبار.

في أوائل الستينيات، ابتكر بول باران تقنية تبديل كتل الرسائل التكيفية الموزعة للاتصالات الرقمية للرسائل الصوتية باستخدام محولات إلكترونية منخفضة التكلفة. [ 8 ] [ 9 ] وخلال الفترة 1965-1967، ابتكر دونالد ديفيز وطبّق تقنيات الاتصالات الحديثة للبيانات، بما في ذلك تبديل الحزم ، وأجهزة التوجيه عالية السرعة ، وبروتوكولات الاتصال ، وشبكات الحاسوب الهرمية، وجوهر مبدأ الاتصال من طرف إلى طرف . [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] لم يتضمن عمل باران أجهزة توجيه مزودة بمحولات برمجية وبروتوكولات اتصال، ولا فكرة أن المستخدمين، وليس الشبكة نفسها، هم من يوفرون الموثوقية . [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] كان كلا العملين إسهامين رائدين أثّرا في تطوير شبكات الحاسوب . [ 17 ] [ 18 ]

تُستخدم تقنية نقل البيانات في الحواسيب عبر ناقلات البيانات ، وللتواصل مع الأجهزة الطرفية عبر المنافذ المتوازية والمتسلسلة ، مثل RS-232 (1969) و FireWire (1995) و USB (1996). كما تُستخدم مبادئ نقل البيانات في وسائط التخزين لاكتشاف الأخطاء وتصحيحها منذ عام 1951. وكانت أول طريقة عملية للتغلب على مشكلة استقبال البيانات بدقة باستخدام الشفرة الرقمية هي شفرة باركر، التي ابتكرها رونالد هيو باركر عام 1952 ونُشرت عام 1953. [ 19 ] وتُستخدم تقنية نقل البيانات أيضًا في معدات شبكات الحاسوب، مثل أجهزة المودم (1940)، ومحولات الشبكة المحلية (LAN) (1964)، والمكررات ، وموزعات المكررات ، ووصلات الميكروويف ، ونقاط الوصول اللاسلكية (1997)، وغيرها.

في شبكات الهاتف، تُستخدم الاتصالات الرقمية لنقل العديد من المكالمات الهاتفية عبر كابل نحاسي أو كابل ألياف ضوئية واحد، وذلك باستخدام تقنية تعديل رمز النبضة (PCM) مع تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الوقت (TDM) (1962). وقد أصبحت مقاسم الهاتف رقمية وتُدار بواسطة برامج، مما سهّل تقديم العديد من الخدمات ذات القيمة المضافة. على سبيل المثال، تم تقديم أول مقسم هاتفي من نوع AXE في عام 1976. وأصبح الاتصال الرقمي للمستخدم النهائي متاحًا باستخدام خدمات شبكة الخدمات الرقمية المتكاملة (ISDN) في أواخر ثمانينيات القرن الماضي. ومنذ نهاية تسعينيات القرن الماضي، انتشرت تقنيات الوصول إلى النطاق العريض، مثل ADSL ، ومودمات الكابل ، والألياف الضوئية إلى المبنى (FTTB)، والألياف الضوئية إلى المنزل (FTTH)، على نطاق واسع في المكاتب الصغيرة والمنازل. ويتجه التوجه الحالي نحو استبدال خدمات الاتصالات التقليدية باتصالات تعتمد على حزم البيانات ، مثل الاتصالات عبر بروتوكول الإنترنت (IP) والتلفزيون عبر بروتوكول الإنترنت (IPTV) .

يُتيح نقل الإشارات التناظرية رقميًا قدرةً أكبر على معالجة الإشارات . فإمكانية معالجة إشارة الاتصالات تعني إمكانية اكتشاف الأخطاء الناتجة عن العمليات العشوائية وتصحيحها. كما يُمكن أخذ عينات من الإشارات الرقمية بدلًا من مراقبتها باستمرار. وتُعدّ عملية دمج الإشارات الرقمية المتعددة أبسط بكثير من دمج الإشارات التناظرية. وبفضل كل هذه المزايا، والطلب المتزايد على نقل بيانات الحاسوب، وقدرة الاتصالات الرقمية على القيام بذلك، فضلًا عن التطورات الحديثة في قنوات الاتصال واسعة النطاق والإلكترونيات الصلبة التي مكّنت المهندسين من استغلال هذه المزايا على أكمل وجه، شهدت الاتصالات الرقمية نموًا سريعًا.

أدت الثورة الرقمية أيضاً إلى ظهور العديد من تطبيقات الاتصالات الرقمية التي تُطبّق فيها مبادئ نقل البيانات. ومن الأمثلة على ذلك الجيل الثاني (1991) والجيل اللاحق من الاتصالات الخلوية ، ومؤتمرات الفيديو ، والتلفزيون الرقمي (1998)، والراديو الرقمي (1999)، والقياس عن بُعد .

نقل البيانات، أو الإرسال الرقمي، أو الاتصالات الرقمية، هو نقل البيانات عبر قناة اتصال من نقطة إلى نقطة أو من نقطة إلى عدة نقاط. تشمل أمثلة هذه القنوات الأسلاك النحاسية، والألياف الضوئية، وقنوات الاتصال اللاسلكية، ووسائط التخزين، وناقلات البيانات الحاسوبية. تُمثَّل البيانات كإشارة كهرومغناطيسية ، مثل الجهد الكهربائي، أو موجة الراديو، أو الموجات الميكروية، أو الأشعة تحت الحمراء.

بينما يُعرَّف الإرسال التناظري بأنه نقل إشارة تناظرية متغيرة باستمرار عبر قناة تناظرية، فإن الاتصال الرقمي هو نقل رسائل منفصلة عبر قناة رقمية أو تناظرية. تُمثَّل الرسائل إما بتسلسل من النبضات باستخدام رمز خطي (إرسال النطاق الأساسي) أو بمجموعة محدودة من أشكال الموجات المتغيرة باستمرار (إرسال نطاق التمرير)، وذلك باستخدام طريقة التضمين الرقمي. ويتم تنفيذ تضمين نطاق التمرير وما يتبعه من فك التضمين (المعروف أيضًا بالكشف) بواسطة جهاز المودم. ووفقًا للتعريف الأكثر شيوعًا للإشارة الرقمية، تُعتبر كل من إشارات النطاق الأساسي ونطاق التمرير التي تُمثل تدفقات البتات بمثابة إرسال رقمي، بينما يعتبر تعريف بديل إشارة النطاق الأساسي فقط إشارة رقمية، ويُعد إرسال نطاق التمرير للبيانات الرقمية شكلاً من أشكال التحويل من رقمي إلى تناظري.

قد تكون البيانات المرسلة رسائل رقمية صادرة من مصدر بيانات، كجهاز كمبيوتر أو لوحة مفاتيح. وقد تكون أيضًا إشارة تناظرية، مثل مكالمة هاتفية أو إشارة فيديو، يتم تحويلها إلى سلسلة بتات رقمية، باستخدام تقنيات مثل تعديل رمز النبضة (PCM) أو تقنيات ترميز المصدر الأكثر تطورًا (التحويل من تناظري إلى رقمي وضغط البيانات). ويتم تنفيذ عملية ترميز المصدر وفك ترميزه بواسطة أجهزة الترميز/فك الترميز.

الإرسال التسلسلي والمتوازي

في مجال الاتصالات، يُعرف الإرسال التسلسلي بأنه نقل متتابع لعناصر الإشارة لمجموعة تمثل حرفًا أو كيانًا آخر من البيانات . في الإرسال التسلسلي الرقمي، تُرسل البتات عبر سلك واحد أو تردد واحد أو مسار بصري واحد بشكل متتابع. ونظرًا لأنه يتطلب معالجة إشارة أقل وفرصًا أقل للخطأ مقارنةً بالإرسال المتوازي، فقد يكون معدل نقل البيانات في كل مسار أسرع. ويمكن استخدام هذه التقنية على مسافات أطول، كما يُمكن إرسال رقم التحقق أو بت التكافؤ بسهولة مع البيانات.

الإرسال المتوازي هو نقل متزامن لعناصر إشارة مترابطة عبر مسارين منفصلين أو أكثر. تُستخدم أسلاك كهربائية متعددة لنقل عدة بتات في آنٍ واحد، مما يسمح بمعدلات نقل بيانات أعلى من تلك التي يُمكن تحقيقها بالإرسال التسلسلي. تُستخدم هذه الطريقة عادةً داخليًا في الحاسوب، على سبيل المثال، في ناقلات البيانات الداخلية، وأحيانًا خارجيًا في أجهزة مثل الطابعات. قد يُمثل انحراف التوقيت مشكلة كبيرة في هذه الأنظمة، لأن الأسلاك في الإرسال المتوازي للبيانات لها خصائص مختلفة قليلاً حتمًا، لذا قد تصل بعض البتات قبل غيرها، مما قد يُؤدي إلى تلف الرسالة. وتزداد هذه المشكلة سوءًا مع المسافة، مما يجعل الإرسال المتوازي للبيانات أقل موثوقية للمسافات الطويلة.

قنوات الاتصال

تتضمن بعض أنواع قنوات الاتصال ما يلي:

نقل البيانات غير المتزامن والمتزامن

تستخدم الاتصالات التسلسلية غير المتزامنة بتات البدء والإيقاف للإشارة إلى بداية ونهاية الإرسال. [ 20 ] تُستخدم هذه الطريقة في الإرسال عندما تُرسل البيانات بشكل متقطع بدلاً من إرسالها في تدفق مستمر.

تُزامن الإرسالية المتزامنة سرعات الإرسال بين طرفي الاستقبال والإرسال باستخدام إشارات الساعة . قد تكون إشارة الساعة منفصلة أو مضمنة في البيانات . ثم يُرسل تدفق مستمر من البيانات بين العقدتين. وبسبب عدم وجود بتات بدء وإيقاف، قد يكون معدل نقل البيانات أكثر كفاءة.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 أ. ب. كلارك، "مبادئ نقل البيانات الرقمية"، نشرته دار وايلي، 1983
  2. ↑ ديفيد ر. سميث، "أنظمة الإرسال الرقمي"، دار نشر كلوير الدولية، 2003، رقم ISBN 1-4020-7587-1.
  3. ↑ سيرجيو بينيديتو، إيزيو بيغلييري، "مبادئ الإرسال الرقمي: مع تطبيقات لاسلكية"، سبرينغر 2008، رقم ISBN 0-306-45753-9، ISBN 978-0-306-45753-1.
  4. ↑ سيمون هايكين، "الاتصالات الرقمية"، جون وايلي وأولاده، 1988. ISBN 978-0-471-62947-4.
  5. ↑ جون بروكيس، "الاتصالات الرقمية"، الطبعة الرابعة، ماكجرو هيل، 2000. ISBN 0-07-232111-3.
  6. ↑ "X.225 : تكنولوجيا المعلومات - الربط البيني للأنظمة المفتوحة - بروتوكول جلسة موجهة الاتصال: مواصفات البروتوكول" . مؤرشف من الأصل في 1 فبراير 2021. تم الاطلاع عليه في 10 مارس 2023 . 
  7. ↑ ف. فوكالاس وآخرون، "مقترحات تصميم متعددة الطبقات لشبكات الهاتف المحمول اللاسلكية: دراسة استقصائية وتصنيف"
  8. ↑ باران، بول (2002). "بدايات تحويل الحزم: بعض المفاهيم الأساسية" (ملف PDF) . مجلة IEEE للاتصالات . 40 (7): 42-48 . Bibcode : 2002IComM..40g..42B . doi : 10.1109/MCOM.2002.1018006 . ISSN 0163-6804 . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 10-10-2022. تم تحديد جميع الأعمال تقريبًا بحلول عام 1961، وتم تطويرها ووضعها في شكل كتابي رسمي في عام 1962. تعود فكرة توجيه "البطاطا الساخنة" إلى أواخر عام 1960. 
  9. ↑ "بول باران وأصول الإنترنت" . مؤسسة راند . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 فبراير 2020 .
  10. ↑ ييتس، ديفيد م. (1997). إرث تورينج: تاريخ الحوسبة في المختبر الفيزيائي الوطني 1945-1995 . المتحف الوطني للعلوم والصناعة. ص 132-134 . ISBN  978-0-901805-94-2كان اختراع ديفيز لتقنية تبديل الحزم وتصميم شبكات اتصالات الحاسوب حجر الزاوية في التطور الذي أدى إلى ظهور الإنترنت .
  11. ↑ نوتون، جون (2000) [1999]. تاريخ موجز للمستقبل . فينيكس. ص 292. ISBN  9780753810934.
  12. ↑ كامبل-كيلي، مارتن (1987). " اتصالات البيانات في المختبر الفيزيائي الوطني (1965-1975)" . حوليات تاريخ الحوسبة . 9 (3/4): 221-247 . doi : 10.1109/MAHC.1987.10023 . S2CID 8172150. أول ظهور مطبوع لمصطلح "بروتوكول" في سياق اتصالات البيانات... تمثلت مهام الأجهزة التالية في التصميم التفصيلي للواجهة بين الأجهزة الطرفية وجهاز الكمبيوتر المُبدِّل، والترتيبات اللازمة لتأمين نقل موثوق لحزم البيانات عبر الخطوط عالية السرعة. 
  13. ↑ ديفيز، دونالد؛ بارتليت، كيث؛ سكانتلبري، روجر؛ ويلكنسون، بيتر (أكتوبر 1967). شبكة اتصالات رقمية للحواسيب توفر استجابة سريعة في المحطات الطرفية البعيدة (ملف PDF) . ندوة ACM حول مبادئ أنظمة التشغيل. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 10 أكتوبر 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 سبتمبر 2020 ."سيقوم جميع مستخدمي الشبكة بتوفير نوع من أنواع التحكم في الأخطاء لأنفسهم"
  14. ↑ كلاينروك، ل. (1978). "مبادئ ودروس في اتصالات الحزم". وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . 66 (11): 1320-1329 . doi : 10.1109/PROC.1978.11143 . ISSN 0018-9219 . ركز بول باران ... على إجراءات التوجيه وعلى قدرة أنظمة الاتصالات الموزعة على البقاء في بيئة معادية، لكنه لم يركز على الحاجة إلى مشاركة الموارد بالشكل الذي نفهمه الآن؛ في الواقع، لم يكن مفهوم مفتاح البرمجيات موجودًا في عمله. 
  15. ↑ بيلكي، جيمس ل. "6.1 الشبكة الفرعية للاتصالات: BBN 1969" . الرأسمالية الريادية والابتكار: تاريخ اتصالات الحاسوب 1968-1988 . كما يتذكر كان: ... إسهامات بول باران ... أعتقد أيضًا أن بول كان مدفوعًا بشكل شبه كامل باعتبارات الصوت. إذا نظرت إلى ما كتبه، ستجد أنه كان يتحدث عن محولات إلكترونية منخفضة التكلفة. لم تكن فكرة وضع أجهزة حاسوب قوية في هذه المواقع قد خطرت بباله تمامًا باعتبارها فعالة من حيث التكلفة. لذلك كانت فكرة محولات الحاسوب غائبة. لم يكن مفهوم البروتوكولات موجودًا في ذلك الوقت. وكانت فكرة الاتصالات بين أجهزة الحاسوب في الواقع اهتمامًا ثانويًا.
  16. ↑ والدروب، م. ميتشل (2018). آلة الأحلام . دار سترايب للنشر. ص 286. ISBN  978-1-953953-36-0. ركز باران بشكل أكبر على الاتصالات الصوتية الرقمية مقارنة بالاتصالات الحاسوبية.
  17. ↑ "القصة الحقيقية لكيفية تحول الإنترنت إلى هذا الحد من الهشاشة" . صحيفة واشنطن بوست . مؤرشف من الأصل في 30 مايو 2015. تم الاطلاع عليه في 18 فبراير 2020. يُنسب المؤرخون الفضل في هذه الرؤى الرائدة إلى العالم الويلزي دونالد دبليو ديفيز والمهندس الأمريكي بول باران.
  18. ↑ تاريخ شبكة أربانت: العقد الأول (ملف PDF) (تقرير). بولت، بيرانيك ونيومان، 1 أبريل 1981، الصفحات 13 و53 من 183 (III-11 في النسخة المطبوعة). مؤرشف من الأصل في 1 ديسمبر 2012. بصرف النظر عن المشكلات التقنية المتعلقة بربط أجهزة الكمبيوتر بدوائر الاتصالات، فقد تم النظر في مفهوم شبكات الكمبيوتر في عدد من الأماكن من وجهة نظر نظرية. ومن الجدير بالذكر العمل الذي قام به بول باران وآخرون في مؤسسة راند في دراسة بعنوان "حول الاتصالات الموزعة" في أوائل الستينيات. كما تجدر الإشارة إلى العمل الذي قام به دونالد ديفيز وآخرون في المختبر الفيزيائي الوطني في إنجلترا في منتصف الستينيات. ... تم تنفيذ تطوير رئيسي آخر مبكر للشبكة أثر على تطوير شبكة أربانت في المختبر الفيزيائي الوطني في ميدلسكس، إنجلترا، تحت قيادة د. و. ديفيز. 
  19. ↑ باركر، آر إتش (1953). تزامن المجموعة للأنظمة الرقمية الثنائية . نظرية الاتصالات: باتروورث. ص 273-287 . 
  20. ↑ "ما هو الإرسال غير المتزامن؟ - تعريف من Techopedia" . Techopedia.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2017-12-08 .