قصة اختراع WI-FI

ما هي قصة اختراع ال WI-FI؟

تاريخ (Wi-Fi) طويل ومثير للاهتمام، في عام 1971م، تم ربط (ALOHAnet) وهو نظامًا رائدًا لشبكات الكمبيوتر تم تطويره في جامعة هاواي، بشبكة حزم لاسلكية (UHF)، كان كل من (ALOHAnet) وبروتوكول (LOHA) من أوائل رواد (Ethernet)، ولاحقًا بروتوكولات (IEEE 802.11)، على التوالي، غالبًا ما يُنظر إلى (Vic Hayes) على أنّه “والد شبكة (Wi-Fi)، بدأ هذا العمل في عام 1974م عندما انضم إلى (NCR Corp)، وهي الآن جزء من شركة (Agere Systems) لتصنيع مكونات أشباه الموصلات.

أصدرت لجنة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية حكمًا صدر عام 1985م عن نطاق (ISM) للاستخدام غير المرخص، هذه ترددات في النطاق 2.4 جيجا هرتز، نطاقات التردد هذه هي نفسها المستخدمة بواسطة أجهزة مثل أفران الميكروويف وهي عرضة للتداخل، في عام 1991م، اخترعت شركة (NCR) مع (AT&T Corporation) السلائف لبروتوكول (802.11)، المخصصة للاستخدام في أنظمة الصراف، كانت المنتجات اللاسلكية الأولى تحت اسم (Wave LAN)، هم الذين ينسب إليهم الفضل في اختراع (Wi-Fi).

قام عالم الفلك الراديوي الأسترالي جون أوسوليفان مع زملائه تيرينس بيرسيفال، وغراهام دانيلز، ودايت أوستري، وجون دين بتطوير براءة اختراع رئيسية مستخدمة في شبكة (Wi-Fi) كمنتج ثانوي لمشروع بحثي تابع لمنظمة الكومنولث للبحوث العلمية والصناعية (CSIRO)، كانت تجربة فاشلة لاكتشاف انفجار ثقوب سوداء صغيرة بحجم جسيم ذري، في عامي 1992م و1996م، حصل (CSIRO) على براءات اختراع لطريقة استخدمت لاحقًا في (Wi-Fi) “لإلغاء سماع” الإشارة، تمّ إصدار الإصدار الأول من بروتوكول (802.11) في عام 1997م.

وقدّم سرعات ارتباط تصل إلى (2 ميجابت / ثانية)، تم تحديث هذا في عام 1999م باستخدام (802.11b) للسماح بسرعات ارتباط تبلغ 11 ميجابت / ثانية، وقد ثبت أنّ هذا شائع وناجح، بالنسبة للعلامة التجارية للواي فاي في عام 1999م، تمّ تشكيل تحالف (Wi-Fi) كاتحاد تجاري للاحتفاظ بعلامة (Wi-Fi) التجارية التي تباع بموجبها معظم المنتجات،صاغ اسم (Wi-Fi)، المستخدم تجاريًا على الأقل منذ أغسطس 1999م.

استعان تحالف (Wi-Fi Alliance) بشركة استشارات العلامات التجارية (Interbrand) لإنشاء اسم “أكثر جاذبية من (IEEE 802.11b Direct Sequence ” Phil Belanger)، أحد الأعضاء المؤسسين لتحالف (Wi-Fi) الذي أشرف على اختيار الاسم (Fi)، “ذكر أنّ شركة (Interbrand) صممت (Wi-Fi) باعتباره تورية على كلمة (hi-fi)، بعد ذلك قامت (Interbrand) أيضًا بإنشاء شعار (Wi-Fi)، يشير شعار (yin-yang Wi-Fi) إلى اعتماد المنتج لقابلية التشغيل البيني.

معايير Wi-Fi وتاريخ تطويرها:

802.11 عام 1997:

تم إصدار الإصدار الأصلي من معيار (IEEE 802.11) في عام 1997م وتم توضيحه في عام 1999م، ولكنه أصبح الآن قديمًا، حددت اثنين من معدلات البت من 1 أو 2 ميغابت في الثانية (Mbit /s)، بالإضافة إلى شفرة تصحيح الخطأ الأمامي، حددت ثلاث تقنيات بديلة للطبقة المادية، الأشعة تحت الحمراء المنتشرة التي تعمل بسرعة 1 ميجابت/ ثانية؛ وانتشار الطيف بقفزات التردد العامل في سرعة (1 Mbit /s) أو (2 Mbit /s)؛ والطيف المنتشر بالتتابع المباشر العامل في سرعة (1 Mbit / s) أو (2 Mbit /s).

استخدمت التقنيتان الراديويتان الأخيرتان في إرسال الموجات الصغرية عبر نطاق التردد العلمي الطبي الصناعي عند (2.4) جيجاهرتز، واستخدمت بعض تقنيات (WLAN) السابقة ترددات أقل، مثل نطاق (ISM 900) ميجاهرتز في الولايات المتحدة.

802.11b في عام 1999:

يحتوي معيار (802.11b) على معدل بيانات خام أقصى يبلغ (11 ميجابت / ثانية)، ويستخدم نفس طريقة الوصول إلى الوسائط المحددة في المعيار الأصلي، ظهرت منتجات (802.11b) في السوق في أوائل عام 2000م، نظرًا لأنّ (802.11b) هو امتداد مباشر لتقنية التعديل المحددة في المعيار الأصلي.

أدّت الزيادة الهائلة في إنتاجية (802.11b) (مقارنة بالمعيار الأصلي) إلى جانب التخفيضات الكبيرة المتزامنة في الأسعار إلى القبول السريع لـ (802.11b) كتقنية نهائية لشبكة (LAN) اللاسلكية، تتعرض الأجهزة التي تستخدم (802.11b) للتداخل من المنتجات الأخرى التي تعمل في نطاق 2.4 جيجا هرتز، تشمل الأجهزة التي تعمل في نطاق 2.4 جيجا هرتز أفران الميكروويف وأجهزة (Bluetooth) وأجهزة مراقبة الأطفال والهواتف اللاسلكية وبعض معدات راديو الهواة.

(802.11a (2012, OFDM waveform:

تم وصف شكل الموجة (OFDM) عند 5.8 جيجاهرتز، والذي تم وصفه في الأصل على أنّه البند 17 من مواصفات 1999م، في الفقرة 18 من مواصفات 2012م، ويوفر بروتوكولات تسمح بإرسال واستقبال البيانات بمعدلات من 1.5 إلى 54 ميجابت / ثانية، لقد شهدت تطبيقًا واسع النطاق في جميع أنحاء العالم، لا سيما داخل مساحة عمل الشركة، بينما لم يعد التعديل الأصلي صالحًا، لا يزال المصطلح (802.11a) مستخدمًا من قبل مصنعي نقاط الوصول اللاسلكية (البطاقات وأجهزة التوجيه) لوصف قابلية التشغيل البيني لأنظمتهم عند 5 جيجاهرتز و(54 ميجابت/ ثانية)، يستخدم معيار (802.11a) نفس بروتوكول طبقة ارتباط البيانات وتنسيق الإطار مثل المعيار الأصلي.

الواجهة الهوائية تعتمد على (OFDM) “الطبقة المادية”، وهو يعمل في نطاق 5 جيجاهرتز مع أقصى معدل بيانات صافٍ يبلغ (54 ميجابت/ ثانية)، بالإضافة إلى رمز تصحيح الخطأ، والذي ينتج عنه صافي إنتاج واقعي يمكن تحقيقه في منتصف (20 ميجابت/ثانية)، نظرًا لاستخدام النطاق 2.4 جيجا هرتز بشكل كبير لدرجة الازدحام، فإنّ استخدام النطاق 5 جيجا هرتز غير المستخدم نسبيًا يمنح (802.11a) ميزة كبيرة، ومع ذلك فإنّ تردد الموجة الحاملة العالية هذا يجلب أيضًا عيبًا وهو النطاق العام الفعال لـ (802.11a ألاقل من نطاق 802.11b /g).

من الناحية النظرية يتم امتصاص إشارات (802.11a) بسهولة أكبر بواسطة الجدران والأجسام الصلبة الأخرى الموجودة في مسارها نظرًا لطولها الموجي الأصغر، ونتيجة لذلك لا يمكنها الاختراق بقدر تلك الموجودة في (802.11b)، من الناحية العملية يتمتع (802.11b) عادةً بنطاق أعلى بسرعات منخفضة (سيخفض 802.11b السرعة إلى 5.5 ميجابت / ثانية أو حتى 1 ميجابت / ثانية عند قوة إشارة منخفضة)، يعاني (802.11a) أيضًا من التداخل، ولكن محليًا قد يكون هناك عدد أقل من الإشارات للتداخل، مما يؤدي إلى تداخل أقل وإنتاجية أفضل.

802.11g عام 2003:

في يونيو 2003م، تم التصديق على معيار تعديل ثالث وهو (802.11g)، يعمل هذا في النطاق 2.4 جيجا هرتز (مثل 802.11b) ولكنه يستخدم نفس نظام الإرسال القائم على (OFDM) مثل (802.11a)، وهي تعمل بمعدل بتات أقصى للطبقة المادية يبلغ (54 Mbit /s) باستثناء شفرات تصحيح الخطأ الأمامي، أو حوالي (22 Mbit /s) متوسط ​​الصبيب، إنّ أجهزة (802.11g) متوافقة تمامًا مع أجهزة (802.11b)، وبالتالي فهي محصنة بالمشكلات القديمة التي تقلل الإنتاجية بنسبة 21٪ تقريبًا مقارنة بـ (802.11a).

تمّ اعتماد معيار (802.11g) الذي تم اقتراحه في ذلك الوقت بسرعة في السوق بدءًا من يناير 2003م، قبل التصديق بفترة طويلة، بسبب الرغبة في معدلات بيانات أعلى بالإضافة إلى خفض تكاليف التصنيع، بحلول صيف عام 2003م، أصبحت معظم منتجات (802.11a /b) ثنائية النطاق ثنائية النطاق/ثلاثية الوضع، مما يدعم معيار (a وb /g) في بطاقة محول محمول أو نقطة وصول واحدة.

احتلت تفاصيل جعل (b وg) يعملان بشكل جيد معًا جزءًا كبيرًا من العملية التقنية العالقة؛ في شبكة (802.11g)، فإنّ نشاط شبكة (802.11b) سيقلل من معدل البيانات لشبكة (802.11g) الإجمالية، مثل (802.11b)، تعاني أجهزة (802.11g) من تداخل من المنتجات الأخرى التي تعمل في نطاق 2.4 جيجا هرتز، مثل لوحات المفاتيح اللاسلكية.

802.11 عام 2007:

في عام 2003م، تم تفويض مجموعة المهام (TGma) بجمع العديد من التعديلات على إصدار 1999م من معيار (802.11) أنشأت (REVma أو 802.11ma)، كما تم تسميتها، مستندًا واحدًا دمج 8 تعديلات (802.11a ،b ،d ،e ،g ،h ،i ،j) مع المعيار الأساسي، عند الموافقة في 8 مارس 2007م، تمت إعادة تسمية (802.11REVma) إلى المعيار الأساسي الحالي آنذاك (IEEE 802.11-2007).

802.11n عام 2009:

(802.11n) هو تعديل يعمل على تحسين معايير (802.11) السابقة عن طريق إضافة هوائيات متعددة المدخلات ومخرجات متعددة (MIMO)، يعمل معيار (802.11n) على النطاقين 2.4 جيجا هرتز و5 جيجا هرتز، ودعم نطاقات 5 جيجاهرتز بشكل اختياري، تعمل بأقصى معدل بيانات صافي من (54 ميجابت / ثانية إلى 600 ميجابت / ثانية) وافق (IEEE) على التعديل وتم نشره في أكتوبر 2009م، قبل التصديق النهائي كانت المؤسسات تحول بالفعل إلى شبكات (802.11n) بناءً على شهادة (Wi-Fi Alliance) للمنتجات التي تتوافق مع مسودة عام 2007م لاقتراح (802.11n).

802.11 عام 2012:

في مايو 2007م، تم تفويض مجموعة المهام (TGmb) بجمع العديد من التعديلات على إصدار 2007م من معيار (802.11)، أنشأ (REVmb أو 802.11mb)، كما كان يُطلق عليه مستندًا واحدًا دمج عشرة تعديلات (802.11k ،r ،y ،n ،w ،p ،z ،v ،u ،s) مع المعيار الأساسي 2007م، بالإضافة إلى ذلك تم إجراء الكثير من التنظيف، بما في ذلك إعادة ترتيب العديد من البنود، عندما تم نشره في 29 مارس 2012م، تمت الإشارة إلى المعيار الجديد باسم (IEEE 802.11-2012).

802.11ac عام 2013:

(802.11ac 2013) هو تعديل لمعيار (IEEE 802.11)، نُشر في ديسمبر 2013م، وهو يعتمد على (802.11n)، تتضمن التغييرات مقارنةً بـ (802.11n) قنوات أوسع (80 أو 160 ميجاهرتز مقابل 40 ميجاهرتز) في النطاق 5 جيجاهرتز، والمزيد من التدفقات المكانية (حتى ثمانية مقابل أربعة)، وتعديل ترتيب أعلى (حتى 256-QAM مقابل 64-QAM)، وإضافة (MIMO) متعدد المستخدمين (MU-MIMO).

اعتبارًا من أكتوبر 2013م، أصبحت قنوات (80 MHz) تدعم التطبيقات المتطورة، وثلاثة تدفقات مكانية، و(256-QAM)، مما ينتج عنه معدل بيانات يصل إلى (433.3 ميجابت/ ثانية) لكل تيار مكاني، بإجمالي (1300 ميجابت/ ثانية)، في قنوات 80 ميجاهرتز في نطاق 5 جيجاهرتز، أعلن البائعون عن خطط لإطلاق ما يسمّى بأجهزة “Wave 2” مع دعم لقنوات 160 ميغاهرتز وأربعة تدفقات مكانية و(MU-MIMO) في عامي 2014م و2015م.

802.11af عام 2014:

يشار إليه أيضًا باسم (White-Fi) و(Super Wi-Fi) هو تعديل تمت الموافقة عليه في فبراير 2014م، والذي يسمح بتشغيل (WLAN) في طيف الفضاء الأبيض للتلفزيون في نطاقي (VHF وUHF) بين 54 و790 ميجاهرتز، يستخدم تقنية الراديو الإدراكي للإرسال على القنوات التلفزيونية غير المستخدمة، مع اتخاذ تدابير قياسية للحد من التداخل للمستخدمين الأساسيين، مثل التلفزيون التناظري والتلفزيون الرقمي والميكروفونات اللاسلكية، تحدد نقاط الوصول والمحطات موقعها باستخدام نظام تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية مثل (GPS).

ويتم استخدام الإنترنت للاستعلام عن قاعدة بيانات تحديد الموقع الجغرافي (GDB) التي توفرها وكالة تنظيمية إقليمية لاكتشاف قنوات التردد المتاحة للاستخدام في وقت وموقع معينين، وتقوم باستخدام الطبقة المادية (OFDM) وتعتمد على (802.11ac)، تكون خسارة مسار الانتشار وكذلك التوهين بمواد مثل الطوب والخرسانة أقل في نطاقي (UHF وVHF) عنها في النطاقين (2.4 و5 GHz)، مما يزيد المدى المحتمل.

يتراوح عرض قنوات التردد من 6 إلى 8 ميجاهرتز، اعتمادًا على المجال التنظيمي، يمكن ربط ما يصل إلى أربع قنوات في واحدة أو اثنتين من الكتل المتجاورة، يمكن تشغيل (MIMO) مع ما يصل إلى أربعة تدفقات مستخدمة إما لكود كتلة الزمان والمكان (STBC) أو التشغيل متعدد المستخدمين (MU)، معدل البيانات الذي يمكن تحقيقه لكل تيار مكاني هو (26.7 ميجابت / ثانية) للقنوات 6 و7 ميجاهرتز، و(35.6 ميجابت / ثانية) لقنوات 8 ميجاهرتز، مع أربعة تدفقات مكانية وأربع قنوات مرتبطة، يبلغ الحد الأقصى لمعدل البيانات (426.7 ميجابت / ثانية) لقنوات 6 و7 ميجاهرتز و(568.9 ميجابت / ثانية) لقنوات 8 ميجاهرتز.