نظام الاتصالات الذي يستخدم وقت الاستجابة المنخفض Low Latency

يستخدم نظام الاتصال روابط اتصالات متعددة ويفضل أن تكون روابط تستخدم وسائط اتصالات مختلفة، وقد تتضمن روابط الاتصالات المتعددة ارتباطاً بزمن انتقال عالٍ أو نطاق ترددي عالٍ، وباستخدام كابل ألياف ضوئية تم تكوينه لنقل كميات كبيرة من البيانات ولكن مع زمن انتقال مرتفع.

أساسيات نظام الاتصالات الذي يستخدم وقت الاستجابة المنخفض Low Latency

قد تتضمن روابط الاتصالات ارتباطاً بزمن انتقال منخفض أو عرض نطاق ترددي منخفض يتم تنفيذه باستخدام انتشار الموجات السماوية للموجات الراديوية، ويتم تكوينه لنقل أحجام أصغر من البيانات مع زمن انتقال أقل عبر جزء كبير من سطح الأرض، ويمكن استخدام ارتباطي الاتصالات معاً لتنسيق الأنشطة المختلفة مثل شراء وبيع الأدوات.

أدت التحسينات التكنولوجية الحديثة إلى تحسين القدرة على التواصل عبر مسافات شاسعة بشكل كبير، وتتيح شبكات الألياف الضوئية والأقمار الصناعية الواسعة الآن للأجزاء النائية من العالم التواصل مع بعضها البعض، ومع ذلك من خلال الامتداد عبر هذه المسافات الكبيرة يمكن أن تتعرض كابلات الألياف الضوئية لزمن انتقال ذهاباً وإياباً أو تأخيراً زمنياً يبلغ حوالي “60 ميللي ثانية” أو أكثر.

يمكن أن تواجه الاتصالات الساتلية أوقات تأخير أكبر، وفي كثير من الحالات لا يمكن التغلب على هذا الكمون المرتفع لأنّه متأصل في وسيلة الاتصال والمعدات، وعلى سبيل المثال قد يجتاز الضوء ليفاً ضوئياً بنسبة “30 %” – “40%” أبطأ من الموجة الراديوية التي تنتقل بنفس المسافة عبر الفضاء الحر، كما تتطلب شبكات الألياف الضوئية عادةً مكررات متعددة تزيد من زمن الوصول.

على الرغم من أنّه لا يمثل مشكلة بشكل عام في عدد من الظروف إلّا أنّ هذا الكمون المرتفع يمكن أن يتسبب في تأخيرات غير مقبولة في تنفيذ الأنشطة الحساسة للوقت، وخاصةً الأنشطة الحساسة للوقت التي تتطلب منطقاً معقداً أو تعتمد على الظروف التي تتغير بسرعة.

يمكن لقضايا زمن الوصول هذه على سبيل المثال أن تخلق مشاكل لمجموعة كاملة من الأنشطة مثل التشغيل أو مزامنة أنظمة الكمبيوتر الموزعة، والتجارب العلمية مع مصفوفات أجهزة الاستشعار الكبيرة جغرافياً، كما تم تطوير نظام وطريقة اتصال فريدة لمعالجة مشكلات زمن الوصول بالإضافة إلى مشكلات أخرى.

مبدأ عمل نظام الاتصالات الذي يستخدم وقت الاستجابة المنخفض Low Latency

في نظام الاتصال يتم إرسال بيانات الأوامر بحيث يتم استلامها في محطة استقبال قبل أو في نفس الوقت استلام بيانات التشغيل، وتتضمن بيانات الأمر توجيهاً واحداً أو أكثر أو تعليمات أو خوارزميات أو قواعد للتحكم في جهاز، مثل جهاز كمبيوتر أو جهاز ميكانيكي لاتخاذ إجراء واحد أو أكثر، وعادةً ما تكون بيانات الأوامر ولكن ليس في جميع الظروف أكبر في الحجم من البيانات المشغلة، بحيث تستغرق بيانات الأمر وقتاً أطول من البيانات المشغلة للإرسال عبر روابط الاتصال التي لها نفس النطاق الترددي للبيانات.

تتضمن بيانات التشغيل معلومات تحدد أمراً واحداً أو أكثر في بيانات الأمر المراد تنفيذه، وعلى سبيل المثال يمكن لبيانات التشغيل تحديد خيار واحد أو أكثر في بيانات الأمر، والتي تحدد مخزوناً معيناً للشراء بسعر معين، ويتم إرسال بيانات الأمر عبر ارتباط اتصال له عرض نطاق ترددي مرتفع وزمن انتقال مرتفع مثل عبر كابل ألياف بصرية.

ويتم نقل بيانات التشغيل عبر ارتباط اتصال له عرض نطاق ترددي منخفض وزمن انتقال منخفض مثل من خلال انتشار الموجات الأيونوسفيرية عن طريق انكسار أو نثر الموجات الراديوية من الأيونوسفير، وعندئذٍ يمكن استقبال بيانات التشغيل صغيرة الحجم نسبياً في محطة استقبال بشكل أسرع ممّا لو تم إرسال البيانات المشغلة عبر ارتباط اتصال عالي النطاق وعالي التأخير يوفره كبل الألياف الضوئية.

يقلل نظام وطريقة الاتصال بشكل كبير من الوقت اللازم لتنفيذ إجراءات معقدة حساسة للوقت عبر مسافات كبيرة في المواقع البعيدة، وفي أحد الأشكال تُستخدم هذه التقنية لأداء إجراءات عن بُعد تتجاوز أفق الراديو مثل الاتصالات عبر المحيط الأطلسي، ويمكن تكييف هذه التقنية مع الاتصالات أحادية الاتجاه أو حتى الاتصالات ثنائية الاتجاه.

يستخدم نظام وطريقة الاتصال الفريد هذا في مثال واحد روابط اتصالات متعددة، وفي أحد الأشكال تستخدم روابط الاتصال وسائط اتصالات مختلفة، ويمكن استخدام مثل هذا النظام لنقل مجموعة كبيرة من الأوامر أو القواعد المبرمجة مسبقاً عبر ارتباط بزمن انتقال عالٍ أو نطاق ترددي عالٍ، وقد يتم إرسال هذه المجموعة من القواعد أو الإجراءات المبرمجة مسبقاً كتحديث برنامج إلى برنامج قابل للتنفيذ أو كترقية للبرامج الثابتة لمصفوفة البوابة القابلة للبرمجة الميدانية.

يمكن إرسال بيانات التشغيل عبر ارتباط زمن انتقال منخفض أو نطاق ترددي منخفض بمفرده أو عبر كلا الرابطين ممّا يتسبب في تنفيذ الأوامر المبرمجة مسبقاً كما هو مخطط لها، ويستخدم ارتباط الاتصالات ذات زمن الوصول المنخفض أو النطاق الترددي المنخفض موجات الراديو؛ لنقل البيانات بالتنسيق مع ارتباط اتصالات ذات زمن انتقال مرتفع أو عرض نطاق ترددي مرتفع، والذي قد يكون عبارة عن شبكة تبديل حزم تعمل عبر كابلات الألياف الضوئية.

تطور عمل نظام الاتصالات الذي يستخدم وقت الاستجابة المنخفض Low Latency

قد تشتمل هذه المجموعة على مجموعات مختلفة ذات فروق متباينة على نطاق واسع بين الروابط ذات زمن الانتقال المرتفع والمنخفض، وقد يستخدم ارتباط زمن الوصول المنخفض موجات راديو عالية التردد “HF” للإرسال عبر مسار انتشار بين أمريكا الشمالية وأوروبا، وقد ترسل موجات الراديو على سبيل المثال بزمن انتقال أحادي الاتجاه من “20 مللي ثانية” إلى “25 مللي ثانية” أو أقل “40 مللي ثانية” إلى “50 مللي ثانية” ذهاباً وإياباً.

قد يحمل ارتباط زمن الوصول العالي البيانات عبر مسار انتشار مختلف أو ربما عبر وسيط مختلف بين نفس المكانيين، وعلى سبيل المثال قد يكون لها زمن انتقال يبلغ حوالي “30 مللي ثانية” أو أكثر في اتجاه واحد أو “60 مللي ثانية” أو أكثر في كلا الاتجاهين، كما قد يقوم النظام أيضاً بمراقبة واستخدام نطاقات “HF” مختلفة للحفاظ على أعلى قوة إشارة متاحة بين المواقع البعيدة اعتماداً على الظروف الشمسية والغلاف الجوي.

قد تشمل هذه المراقبة الوصول إلى بيانات الطرف الثالث وتحليل النتائج التي تم الحصول عليها عن طريق التجريب أو استخدام نمذجة البرامج، ويمكن أن تكون هذه الظروف مهمة بشكل خاص في الوصلة منخفضة الكمون التي قد تستخدم انتشار الموجات الأيونوسفيرية لترحيل إرسالات الموجات الديكامترية “HF” عبر مسافات طويلة، ويمكن زيادة انتشار الموجة السماوية هذا عن طريق محطات مكرر على الأرض أو ربما في الهواء.

كما يمكن تعزيز الأمن العام للنظام عن طريق إرسال دفق مستمر من الإجراءات أو تشغيل الرسائل عبر روابط الاتصالات المنفصلة لإرباك الأطراف الثالثة الضارة، وتثبيط محاولات اعتراض وفك تشفير عمليات الإرسال المستقبلية، وقد تكون هذه الرسائل قصيرة جداً أو تتداخل مع عمليات إرسال أخرى مختلفة قد تستمر بشكل مستمر، أو لفترات قصيرة فقط من الوقت وفقًا لجدول زمني محدد مسبقاً.

كما يمكن تعزيز الأمن عن طريق إرسال رسائل قصيرة عبر انتشار الموجة السماوية على تردد واحد أو أكثر أو بإرسال أجزاء صغيرة من الرسالة على عدة ترددات في نفس الوقت، ويمكن أيضاً استخدام تقنيات إضافية مختلفة لتحسين الأمان مثل التشفير والتجزئة ثنائية الاتجاه وما شابه ذلك ممّا قد يؤدي إلى زيادة زمن الانتقال في كلا الرابطين.

• “HF” هي اختصار لـ “High frequency”.