شبکه‌های سلولی شبکه‌های بی‌سیمی هستند که در آنها منطقه پوشش به بخش‌هایی به نام سلول‌ها تقسیم می‌شود که هر کدام توسط حداقل یک فرستنده گیرنده مکان ثابت، که به عنوان یک سایت سلولی یا ایستگاه پایه شناخته می‌شود، خدمت می‌کنند. این شبکه‌ها عمدتاً برای ارائه خدمات ارتباطی طراحی شده‌اند و ستون فقرات سیستم‌های مخابراتی مدرن را تشکیل می‌دهند و تلفن‌های همراه، رایانه‌ها و سایر دستگاه‌ها را قادر می‌سازند به صورت بی‌سیم ارتباط برقرار کنند.
خاستگاه و تکامل شبکه های سلولی
مفهوم شبکه های سلولی برای اولین بار در دهه 1940 با اختراع تلفن همراه ظاهر شد، اما تا دهه 1970 بود که این فناوری از نظر تجاری قابل دوام شد. اولین شبکه تلفن همراه جهان در سال 1979 توسط Nippon Telegraph and Telephone (NTT) در توکیو راه اندازی شد. به دنبال آن، سیستم تلفن همراه نوردیک (NMT) در دانمارک، فنلاند، نروژ و سوئد در سال 1981 راه اندازی شد.
شبکه های سلولی نسل اول (1G) از سیگنال های آنالوگ استفاده می کردند و ظرفیت محدودی داشتند. این به زودی با شبکه های نسل دوم (2G) در اوایل دهه 1990 جایگزین شد و فناوری دیجیتال را معرفی کرد و خدماتی مانند پیام های متنی SMS و پست صوتی را فعال کرد.
شبکه‌های نسل سوم (3G) در سال 2001 راه‌اندازی شدند که سرعت داده بالاتری را ارائه می‌کردند و امکان استفاده از برنامه‌های پیشرفته مانند دسترسی به اینترنت تلفن همراه و تماس ویدیویی را فراهم می‌کردند. نسل چهارم (4G) سرعت و کارایی داده را بیشتر افزایش داد و تلویزیون تلفن همراه با کیفیت بالا، کنفرانس ویدیویی و تلفن IP را امکان پذیر کرد.
در حال گسترش در شبکه های تلفن همراه
شبکه های سلولی پایه و اساس ارتباطات سیار را تشکیل می دهند و امکان انتقال یکپارچه صدا، داده ها و محتوای چندرسانه ای را در مناطق وسیع جغرافیایی فراهم می کنند. آنها در اطراف مجموعه ای از ایستگاه های پایه به هم پیوسته یا مکان های سلولی ساخته شده اند که هر یک منطقه جغرافیایی یا سلول خاصی را پوشش می دهند.
هر سلول در شبکه از فرکانس های متفاوتی برای جلوگیری از تداخل استفاده می کند و امکان استفاده مجدد از فرکانس ها در سلول های مختلف را فراهم می کند. هنگامی که یک دستگاه از یک سلول به سلول دیگر حرکت می کند، فرآیندی به نام handoff، اتصال دستگاه را از ایستگاه پایه قدیمی به ایستگاه جدید منتقل می کند.
ساختار داخلی شبکه های سلولی و عملکرد آنها
مرکز سوئیچینگ موبایل (MSC) در قلب یک شبکه سلولی قرار دارد. MSC مسیریابی تماس ها و داده ها را هماهنگ می کند، انتقال ها را انجام می دهد و کاربران را پیگیری می کند. دیگر اجزای ضروری یک شبکه سلولی شامل ایستگاه های پایه است که در هر سلول پوشش می دهد و زیرساخت ستون فقرات شبکه که MSC را به شبکه های دیگر مانند اینترنت یا شبکه های تلفن ثابت متصل می کند.
هنگامی که یک کاربر تماس برقرار می کند یا داده ارسال می کند، درخواست به نزدیکترین ایستگاه پایه ارسال می شود. سپس ایستگاه پایه سیگنال را به MSC، که درخواست تماس/داده را هماهنگ می کند، رله می کند. اگر تماس یا داده برای کاربر دیگری در همان شبکه در نظر گرفته شده باشد، MSC آن را به ایستگاه پایه مناسب هدایت می کند. اگر گیرنده مورد نظر در شبکه دیگری باشد یا کاربر تلفن ثابت باشد، MSC تماس/داده را برای مسیریابی به شبکه اصلی ارسال می کند.
ویژگی های کلیدی شبکه های سلولی
-
استفاده مجدد فرکانس: شبکه های سلولی از مفهومی به نام استفاده مجدد از فرکانس استفاده می کنند که به آنها اجازه می دهد با تخصیص طیف محدود به میلیون ها کاربر خدمات رسانی کنند. هر سلول بر روی یک مجموعه منحصر به فرد از فرکانس ها کار می کند و از عدم تداخل بین سلول های همسایه اطمینان می دهد.
-
دست دادن: این ویژگی به کاربران این امکان را می دهد که در طول مکالمه بدون قطع ارتباط بین سلول ها حرکت کنند.
-
تقسیم سلولی: با افزایش تعداد کاربران، سلول‌ها را می‌توان به سلول‌های کوچک‌تر تقسیم کرد و ظرفیت بیشتری را فراهم کرد.
انواع شبکه های تلفن همراه
شبکه های سلولی را می توان به طور کلی بر اساس نسل آنها دسته بندی کرد. در اینجا یک بررسی اجمالی است:
| نسل | سال راه اندازی | ویژگی های کلیدی |
|---|---|---|
| 1G | 1979 | تماس های صوتی آنالوگ |
| 2G | اوایل دهه 1990 | تماس های صوتی دیجیتال، پیامک، داده های کم سرعت |
| 3G | 2001 | داده پرسرعت، تماس تصویری، اینترنت موبایل |
| 4G | اواخر دهه 2000 | داده با سرعت فوق العاده بالا، ویدیوی HD، امنیت بهبود یافته |
| 5G | 2019 | ارتباطات بسیار قابل اعتماد با تأخیر کم، ارتباطات گسترده از نوع ماشین، پهنای باند سیار پیشرفته |
برنامه های کاربردی، مشکلات و راه حل های مرتبط با شبکه های سلولی
شبکه های تلفن همراه دارای طیف وسیعی از کاربردها هستند، از تماس های صوتی اولیه و ارسال پیامک گرفته تا دسترسی به اینترنت پرسرعت، پخش ویدئو و ارتباط ماشین به ماشین. با این حال، آنها با چالش هایی مانند شکاف پوشش، تداخل سیگنال و محدودیت ظرفیت مواجه هستند.
راه‌حل‌های این مشکلات شامل ساخت ایستگاه‌های پایه اضافی برای پر کردن شکاف‌های پوشش، استفاده از تکنیک‌های پیشرفته پردازش سیگنال برای کاهش تداخل، و تقسیم سلولی یا تخصیص مجدد طیف برای افزایش ظرفیت است.
مقایسه با اصطلاحات مشابه
| مدت، اصطلاح | شرح |
|---|---|
| شبکه تلفن همراه | یک شبکه بی سیم که در آن منطقه تحت پوشش به سلول هایی تقسیم می شود که هر کدام توسط یک ایستگاه پایه سرویس می شوند. |
| شبکه وای فای | یک شبکه بی سیم که دسترسی به اینترنت را در محدوده محدودی مانند خانه یا محل کار فراهم می کند. |
| شبکه ماهواره ای | شبکه ای که از ماهواره ها برای پوشش مناطق جغرافیایی بزرگ، از جمله مناطقی که پوشش زمینی در دسترس نیست، استفاده می کند. |
چشم اندازهای آینده و فناوری های مرتبط با شبکه های سلولی
آینده شبکه های سلولی در تکامل مداوم فناوری برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده برای داده ها و ظهور برنامه های کاربردی جدید نهفته است. نسل ششم (6G) شبکه‌های سلولی که انتظار می‌رود در حدود سال 2030 راه‌اندازی شود، احتمالاً بر ادغام شبکه با هوش مصنوعی (AI) و بهبود بیشتر سرعت، ظرفیت و قابلیت اطمینان شبکه تمرکز خواهد کرد.
سرورهای پروکسی و شبکه های سلولی
سرورهای پروکسی می توانند با ارائه یک لایه امنیتی و کنترل اضافی، نقش کلیدی در شبکه های سلولی ایفا کنند. می توان از آنها برای فیلتر کردن محتوا، ارائه ناشناس بودن یا حتی فشرده سازی داده ها برای کاهش استفاده از پهنای باند استفاده کرد. برای مشاغلی که از شبکه های سلولی برای انتقال داده استفاده می کنند، یک سرور پروکسی می تواند ابزار ارزشمندی برای مدیریت شبکه ارائه دهد.
