اقرأ في هذا المقال
تم تطوير مضاعفة الإرسال في أوائل سبعينيات القرن التاسع عشر، ولكنّه أصبح أكثر استخداماً في الاتصالات الرقمية في أواخر القرن العشرين حيث أصبح تعدد الإرسال بتقسيم التردد (FDM) وتعدد الإرسال بتقسيم الوقت (TDM) وتعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM) من الأصول بالغة الأهمية لعمليات الاتصالات السلكية واللاسلكية، كما أدّى إلى تحسين طريقة إرسال واستقبال الإشارات المستقلة عبر راديو (AM وFM) وخطوط الهاتف والألياف الضوئية.
ما هو تعدد الإرسال – Multiplexing؟
تعدد الإرسال (Multiplexing): هو عملية دمج إشارات متعددة في إشارة واحدة عبر وسيط مشترك، وإذا تم تعدد إرسال الإشارات التماثلية فسيكون تعدد إرسال تماثلي وإذا تم مضاعفة الإشارات الرقمية، فإنّ هذه العملية هي مضاعفة إرسال رقمية.
تستخدم الاتصالات السلكية واللاسلكية مثل الراديو والهاتف والتلفزيون طريقة تسمى تعدد الإرسال اختصاراً إلى “muxing” لإرسال واستقبال المعلومات حيث تم تصميم المضاعفة لإرسال العديد من الإشارات التماثلية أو التدفقات الرقمية عبر خط نقل مشترك واحد، كما تعمل معددات الإرسال على دمج الإشارات التي يتم إرسالها من أجهزة متعددة عبر خط نقل.
تقرأ الدائرة المتكاملة وتحلل كل إشارة فردية أو دفق بيانات رقمي حيث يتم إدخالها في (MUX) ثم تقوم بتعيين كل فترة زمنية ذات طول ثابت، وبمجرد التعيين يصبح لدى (MUX) الآن ما يسمى بالإشارة المركبة المفردة وتنقل قطعة من البيانات من كل فتحة خلال الفترة الزمنية ذات الطول الثابت عبر خط النقل عالي السرعة، أمّا على الطرف الآخر من خط النقل عالي السرعة تتم إعادة تحليل الإشارة المركبة وفصلها عن طريق مزيل تعدد الإرسال أو (DEMUX).
أنواع Multiplexing:
1. تعدد الإرسال بتقسيم التردد – Frequency Division Multiplexing:
يتعامل (FDM) بشكل أساسي مع إشارات الرسائل التماثلية بدلاً من تدفقات البيانات الرقمية حيث إنّه مخطط يتم فيه تقسيم عرض النطاق الترددي الكامل المتاح في مصدر البيانات بين القنوات الفرعية التي لكل منها تردد مختلف ثم تحمل كل قناة فرعية إشارات منفصلة عبر خط نقل أو قناة مجمعة حيث يمكن للقنوات الفرعية أن تنتقل بشكل مستقل عبر خط نقل أو يمكنها السفر في وقت واحد جنباً إلى جنب، كما يمثل هذان النوعان من التنقل نوعين من عمليات النقل التي نستخدمها كل يوم.
يؤدي التعدد من خلال البث الإذاعي، سواء كان تعديل السعة أو تعديل التردد (AM وFM) إلى إنشاء محطة يمكنك ضبطها حيث يمكننا اختيار الاستماع إلى محطة واحدة فقط لأنّ كل دفق بيانات يتم نقله ينتمي إلى محطة راديو فردية ويتم تنظيمه عبر مزود مختلف، وإذا لم يكن هذا صحيحاً فسيحدث تداخل بين كل محطة ممّا يتسبب في ضوضاء ثابتة غير مرغوب فيها وعلى العكس من (TDM) إذا كانت الإشارة الرقمية تحاول الإرسال فيجب تحويلها إلى شكل تمثيلي أولاً قبل أن يتم تفسيرها عبر خط النقل.
في حين أنّ تعدد الإرسال عبر تلفزيون الكابل يشبه البث الإذاعي حيث يتم إرسال جميع القنوات في وقت واحد بينما يستقبلها التلفزيون أي يوليفها إلى قناة تدفق بيانات معينة، ولا يوجد تداخل بين كل قناة لأنّ كل إشارة متباعدة بما يكفي في التردد بحيث لا تتداخل القنوات المنفصلة حيث يتم إرسال مخطط البيانات هذا عادةً من خلال كابل متحد المحور أو ألياف بصرية أو باستخدام جهاز إرسال لاسلكي.
2. تعدد الإرسال بتقسيم الوقت – Time Division Multiplexing:
تعدد الإرسال بتقسيم الوقت (TDM): هي طريقة الجمع بين أكثر من تدفقات بيانات مستقلة في إشارة بيانات واحدة ونقل إشارة البيانات المفردة تلك من خلال معدد إرسال إلى مزيل تعدد الإرسال حيث يختلف (TDM) عن (FDM) و(WDM) بسبب نمطه المتناوب للإرسال عبر إشارة البيانات المفردة، كما يتم بث كل إشارة فردية يتم إرسالها من خلال معدد الإرسال بشكل دوري بالكامل على الإرسال لفترة وجيزة.
عندما تم تطبيقه لأول مرة في أواخر القرن التاسع عشر، تم استخدام مضاعفة تقسيم الوقت مع تطبيق التلغراف حيث تم استخدام (TDM) بشكل أساسي لإنشاء طريقة أكثر بساطة لتوجيه العديد من البرقيات التي ترسلها آلات التلغراف هيوز في وقت واحد، كما كان المفهوم الكامن وراء استخدام تعدد الإرسال بتقسيم الوقت هو أخذ عدة عمليات بث من التلغراف وإرسالها بشكل متزامن في نفس الوقت، وباستخدام خط إرسال مشترك إلى أجهزة التلغراف الأخرى من هيوز، كما كانت هذه بداية البث لمسافات طويلة للمعلومات من خلال خط اتصال هاتفي واحد.
أثناء معالجة (TDM) للبيانات الرقمية تنتج دوائر الهاتف إشارات بيانات تمثيلية، ولكي يعمل تعدد الإرسال بشكل صحيح، هناك حاجة إلى جهاز فك ترميز من أجل معالجة البيانات التماثلية حيث تقوم وحدة فك الترميز بتحويل التنسيق التماثلي إلى تنسيق زمني كمي منفصل، أمّا بمجرد أن يقوم برنامج الترميز بتحويل البيانات التماثلية إلى رقمية يتم بعد ذلك مضاعفة البيانات معاً باستخدام (TDM)، وبمجرد مرور البيانات عبر خط النقل الفردي يلزم وجود أداة إزالة تعدد الإرسال لأخذ إشارة البيانات الفردية هذه وإرسالها بين العديد من الأجهزة.
تعدد الإرسال بتقسيم الوقت وعرض النطاق الترددي للشبكة:
يتم استخدام تعدد الإرسال الذي تم تطويره من أجل الاتصال بين العديد من برقيات (Huges) عبر مسافة كبيرة على نطاق واسع في شبكات التبديل المغلقة، مثل شبكة الهاتف العامة (PSTN) حيث تم تطوير مضاعفة الإرسال بالتقسيم الزمني بشكل أكبر منذ إنشائها، كما يمكنها الآن تقسيم النطاق الترددي للشبكة إلى أجزاء أصغر من النطاق الترددي حيث ينصب تركيز هذه العملية الجديدة على تقليل مقدار النطاق الترددي الذي يستخدمه عدد من الأجهزة على شبكة النظام.
على الرغم من استخدام نفس المصطلح تعدد الإرسال كما كان مع التلغراف، فقد تمت مراجعة وتعديل اتفاقية إرسال البيانات، وبالتالي يمكن إرسال بيانات عالية الجودة من جهاز إلى جهاز حيث تم تصميم عملية الاتصالات هذه لتأسيس طريقة مبسطة واقتصادية للشركات لبناء شبكات سريعة تربط الأجهزة ببعضها البعض عبر مواقع جغرافية شاسعة.
تنقل أنظمة (TDM) القياسية مقاطع إلى أجهزة أخرى من خلال منحها فترة زمنية ثابتة فريدة عبر الشبكة، فمثلاً إذا كانت (X وY وZ) تمثل أجهزة نقل البيانات، فسيتم إرسال البيانات من (X إلى MUX) ثم يتم إرسال البيانات من (Y إلى MUX) وفي النهاية يتم إرسال البيانات من (Z إلى MUX)، كما يتكرر هذا التسلسل حتى لا يتم إرسال المزيد من البيانات من كل جهاز، وعلى الرغم من أنّ البيانات يتم إرسالها من النقطة إلى النقطة فلا تزال هناك بعض الطرق المختلفة التي يمكن من خلالها تخطيط أنظمة (TDM) للعمل بكفاءة أكبر لمهام مختلفة.
تستخدم أنظمة (TDM) الشائعة أحد مخططين تعدد إرسال تقليديين، هما: (Bit – Interleaved) أو (Byte -Interleaved) حيث يتم إعطاء فترة زمنية ثابتة للهيكل إما بت 1 للصواب أو 0 للخطأ أو بايت يمكن أن يصل طوله إلى 8 بت لتمثيل عدد صحيح أو رمز أو حرف، أمّا بالنسبة إلى مخطط (Bit – Interleaved) يتم إعطاء فترات زمنية ثابتة للهيكل قليلاً إما 1 لبيان صحيح أو 0 لبيان خاطئ.
3. تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي – Wavelength Division Multiplexing:
أثبتت تقنية تعدد الإرسال على أنّها أكثر فائدة لشركات الاتصالات في أواخر القرن العشرين بسبب قدرة تدفقات البيانات التي يمكن إرسالها عبر الكابلات الليفية حيث يعد الإرسال عبر (WDM) ممكناً لأنّ الطريقة تجمع العديد من إشارات البيانات على حزم الليزر بأطوال موجية مختلفة للأشعة تحت الحمراء على طول خطوط النقل، كما يستخدم (WDM) كبلات الألياف الضوئية لنقل عدد كبير من تدفقات البيانات وهو مفضل على الاستخدام التقليدي لأنظمة (FDM وTDM)، كما يشبه هذا النظام نظام (FDM) حيث تتم طريقته على طرف الأشعة تحت الحمراء (IR) للطيف الكهرومغناطيسي.
في بداية النظام، يتم التحكم في الليزر بواسطة مجموعة واحدة من إشارات البيانات وعند الاستقبال وفي النظام توجد مرشحات حساسة للأشعة تحت الحمراء توجه كل إشارة إلى وجهتها، أمّا في معدد الإرسال يكون لكل تدفق بيانات يتم تمريره عبر كابل الألياف مستوى مختلف من الطاقة، ممّا يؤدي إلى طول موجة الأشعة تحت الحمراء المختلفة، وبمجرد دمجها في معدد الإرسال من خلال منشور يتم نقلها من خلال كابل ألياف بصرية مشترك ويتم تقسيمها مرة أخرى بمنشور آخر عند مزيل تعدد الإرسال.
مزايا Multiplexing:
- إنّه يعزز قابلية التوسع الاقتصادي للشبكات، لأنّه يقلل من التكلفة والوقت اللازمين لنشر الوسيط المادي حيث يمكن للوسيط الواحد أن يخدم إشارات أو مشتركين أو تطبيقات متعددة.
- إنّه يعزز الكفاءة الفنية للوسيط حيث يستغل الموارد التي قد تتركها إشارة واحدة خامدة.
- فإنّه يجعل الاتصالات الحديثة ممكنة، ممّا تخيل ماذا سيحدث إذا احتاج كل منا إلى خط منفصل للعودة إلى مركز البيانات الخاص بكل مزود شبكة؟ سيكون بلا فائدة.
بشكل عام، يسمح (Multiplexing) بجمع عدة دوائر أو اتصالات أبطأ وتجميعها في اتصال أسرع يحتوي على نطاق ترددي أعلى.
عيوب Multiplexing:
- تمت إضافة التأخير في تبديل المنافذ.
- قيود على المنافذ التي يمكن استخدامها في وقت واحد.
- تتطلب عمليات الإدخال والإخراج الإضافية الكثير للتحكم في مُضاعِف الإرسال.
- تمت إضافة التأخيرات في إشارات الإدخال أو الإخراج التي تنتشر عبر معدد الإرسال.
