بداية الاتصالات ونشأتها: التلغراف

1600 اتصالات عن طريق قرع الطبول، كالاتصالات عند اليونانيين القدامى.

1664 – 1685 ابتكر روبرت هوك اتصالاً باستخدام أسلاك مشدودة فوق أطر خشبية.

1747 نقل ويليام واتسون إشارة كهربائية عبر سلك طوله ميلان.

1753 قُدمت إضافات لنظام واتسون.

1774 بنى جورج لويس ليزاج 26 خط تلغراف معتمداً على تصميم واتسون المعدل

1792 تم اختراع نظام "السيمافور" من كلود شيب، وسُمي بالتلغراف الذي يعني الكتابة من بُعد.

1796 عمل دون فرانسيسكو على  بناء نظام تلغراف بـ 22 سلكاً رابطاً مدريد بأرانجوس (المسافة 50 كم).

1809 طور صموئيل توماس تلغرافاً كهروكيميائياً بإرسال إشارات كهربائية عبر أسلاك موضوعة بمادة حمضية

1832 طوّر بارون بافل تلغرافاً كهروميكانيكياً.

1833 نشر كارل فريدريتش وإدوارد ويبير أول تلغراف كهروميكانيكي قياسي مستخدم بشكل نظامي.

1837 طور مورس أول نظام للاتصالات الإلكترونية

من عصر التلغراف إلى بداية الراديو

1867 تنبأ ماكسويل بوجود أمواج كهرطيسية.

1887 أثبت هرتز وجود أمواج كهرطيسية.

1876 اخترع غراهام بيل الهاتف

1890 طور برانلي كاشفاً للأمواج الراديوية.

1894  اتصال بدائي باستخدام الموجات الراديوية

1896 طور ماركوني تلغرافاً لاسلكياً لمكتب التلغراف الإنكليزي.

نشأة الراديو

1897 حصل ماركوني على براءة اختراع تلغراف لاسلكي.

1897 أنشئت أول محطة لماركوني في جزيرة نيدلز Needles للاتصال بالساحل الإنكليزي.

1898 حصل ماركوني على براءة اختراع إنكليزية رقمها 7777 للاتصالات المولّفة.

1898 أُسس اتصال تلغرافي لاسلكي بين إنكلترا وفرنسا.

الاتصالات العابرة للمحيط

1901 نقل ماركوني إشارات راديوية عبر المحيط الأطلسي

1902 تم الاتصال بالاتجاهين عبر المحيط الأطلسي.

1909 حصل ماركوني على جائزة نوبل للفيزياء.

الصوت والراديو

1914 تم نقل الصوت عبر الراديو.

1920 نصبت مستقبلات نقالة في سيارات الشرطة في ديترويت.

1920 بدأ البث الإذاعي باستخدام الموجات AM

1927 بدايات البث التلفزي

1930 طُوّرت مرسلات نقالة.

1933 تم اكتشاف الموجات FM  الذي يضمن الإرسال والاستقبال في آن واحد

نشأة شبكة المعلومات

1969 بدأت بوادر شبكة ARPANET

1960 بدأ تطوير نظام النقل بابتدال الرزم packet switching

1976 ظهر بروتوكول الشبكة المحلية "إثرنت" Ethernet

1982 ظهر بروتوكول البريد الالكتروني SMTP

1981 ظهر البروتوكول TCP/IP

1996 ظهر البروتوكول HTTP

1983 ظهور الإنترنت

2005 نشأ البروتوكول DSL

الهاتف الخلوي

1979 طورت الشركة NTT أول نظام اتصالات نقال خلوي.

1983 طُبّق النظام Advanced Mobile Phone System (AMPS)  في أمريكا بحزمة 900 ميغاهرتز وهو يدعم 666 قناة اتصال من النوع  

"ثنائي الاتجاه"

1989 نشأ النظام GSM الخلوي الرقمي.

1991 طُبّق نظام هاتفي خلوي رقمي في أمريكا.

1993 طُبّق النظام CDMA code-division multiple-access

فإنه من الممكن أن يعدل المطال A_c أو التردد f_c أو الطورΦ.

ففي تعديل المطال amplitude modulation تغيِّر إشارة المعلومات - كالصوت مثلاً - مطال الحامل ذي التردد العالي، وبذلك يمكن الحصول على إشارة مزاحة ترددياً تكون حول الإشارة الحاملة (الشكل 2).

وفي تعديل التردد frequency modulation تُعدِّل إشارة المعلومات التردد في موجة الحامل، مغيّرة بذلك مجالها الترددي (الشكل 3). وفي تعديل الطور phase modulation؛ تقوم إشارة المعلومات بتغيير طول الحامل بما يتناسب مع تغيراتها. ومن الجدير بالذكر أن كلاً من تعديل التردد وتعديل الطور يقع ضمن إطار واحد يسمى بالتعديل الزاوي angle modulation.

ويتعامل التعديل النبضي pulse modulation مع إشارات غير مستمرة (نبضات) تحدث في مدد زمنية متقطعة. ومن المناسب استخدام حامل متقطع discrete يقوم بتعديل الإشارات الحاملة للمعلومات. لذا تكون إشارة الحامل قطاراً من النبضات الدورية، فيمكن تغيير المطال أو عرض النبضة أو مكانها تغييراً يتناسب مع الإشارة المعدّلة (الشكل 4).

الشكل (4) التعديل النبضي للإشارة	الشكل (3) التعديل الترددي للإشارة	الشكل (2) التعديل المطالي للإشارة

أما أنواع التعديل النبضي فهي على الترتيب: تعديل مطال النبضة pulse amplitude modulation (PAM) ، وتعديل عرض النبضة pulse width modulation (PWM) وتعديل مكان النبضة pulse position modulation (PPM). وإحدى النتائج المهمة للتعديل النبضي هي إمكان إرسال الكثير من الإشارات في آن واحد عن طريق قناة الإرسال ذاتها باستخدام مبدأ التنضيد باقتسام الزمن time division multiplexing (TDM). ويعتمد هذا المبدأ بوجه مبسط على إرسال كل إشارة ضمن حيّز زمني، لكي لا تتداخل هذه الإشارات زمنياً أو ترددياً، وذلك عن طريق المجمّعات multiplexers، بحيث يمكن استقبال كل منها على حدة. وقد أتاحت هذه التقنية المهمة استثمار قنوات الاتصالات استثماراً كاملاً وبمردود أعظمي.

1 - الاتصالات الرقمية

تؤدي الاتصالات الرقمية دوراً مهماً في الوقت الراهن محل الاتصالات التمثيلية، لأنها أقل تأثراً بالضجيج من جهة، ويمكن إعادة تشكيلها بوساطة المكرّرات repeaters التي تولّد إشارة جديدة خالية من أي تشوه من جهة أخرى. تضاف إلى ذلك مرونة العتاد الرقمي، ورخص ثمنه، كالمعالجات الصغرية والدارات الرقمية. والخطوة الأولى لتحويل الإشارة التمثيلية إلى رقمية تمهيداً لتعديلها؛ هي استخدام مبدلات الإشارة التمثيلية الر قمية analog - to - digital converters (ADC)، إذ تقوم هذه المبدِّلات بتكميم الإشارة وفقاً لمستوياتها، وبترميز كل مستوى لما يعادله رقمياً (الشكل 5-أ).

ومن أنواع الاتصالات الرقمية؛ الاتصال باستعمال التعديل النبضي المرمّز pulse code modulation (PCM) الذي يُعدّ من أكثر أنواع التعديل شيوعاً، لما يتمتع به من قدرات منها إمكان إعادة تكوين الإشارة الرقمية المكوّنة من مجموعة من النبضات بوساطة المكرِّرات، إضافة إلى بساطة الدارات التي يستخدمها وكلفتها القليلة (الشكل 5-ب).

ومنها أيضاً الاتصال باستخدام تعديل دلتا delta modulation وهو يهدف إلى تبسيط الترميز المستخدم في تعديل PCM وإلى تقليل الكلفة، وهو يعتمد على توفير الإشارة بخطوات ذات قيمة ثابتة أو متغيرة.

الشكل (5- ب) ترميز الإشارة الرقمية	الشكل(5-أ) تكميم الإشارة وفقاً لمستوياتها

الأرمزة النقالة mobile codes

قد يتطلب نقل الرماز كاملاً من حاسوب إلى آخر، أو نقل جزء منه أو نقل عملية معينة أو جزء منها  تحقيق ما يلي:

- توزيع الحمل load balancing على الحواسيب والمعالجات.

- زيادة الأداء performance بتجميع العمليات المتقاربة والمتخاطبة بكثرة بعضها مع بعض في عقدة node واحدة، أو في حاسوب واحد، لتقليل كلفة التخاطب والتواصل فيما بينها.

- توزيع العمل إلى وحدات units متخصصة تأخذ كل وحدة منها جزءاً من الرماز وتنفّذه فيكون التنفيذ موزّعاً distributed.

يتألف نقل العملية process من ثلاثة أقسام:

- قسم الرماز: يحوي التعليمات البرمجية التي سيجري تنفيذها.

- قسم التنفيذ: يخزن حالة العملية مثل؛ قيم المتحولات الخاصة والمكدسstack  وعداد البرنامج PC.

- قسم الموارد: يحوي مؤشرات إلى الموارد التي تستخدمها العملية مثل: الملف والطابعة ونحوها.

ثمة نوعان من النقل: نقل ضعيف weak، ونقل قوي strong. في الأول منها يُنقل قسم الرماز من حاسوب إلى آخر لتنفيذه في الحاسوب الوجهة. أما في الثاني فيُنقل قسم التنفيذ من حاسوب إلى آخر لتتابع العملية تنفيذها على الحاسوب الوجهة.

وهناك نقل الموارد من الحاسوب المصدر إلى الحاسوب الهدف عندما يحتاجها الحاسوب الهدف.

بنى الخدمات الشبكية

تتكون بنية الخدمات الشبكية من الناحية المنطقية من:

- زبون client: يقوم بإرسال المعلومات بعد تغليفها بقالب متعارف، حيث يضع عنوان المستقبل، ورقم التطبيق عند المستقبل الذي سيستقبل هذه المعلومات ويعالجها.

- وسيط middleware: يؤدي الوسيط دور الوساطة في التخاطب بين الزبون والمخدم، ويمكن أن يقوم بعدة عمليات منها: تحويل المعلومات من صيغة إلى أخرى إذا كان نظام الزبون يختلف عن نظام المخدّم، وضغط المعلومات، وتسيير routing طرود المعلومات وتوجيهها forwarding.

- مخدّم: يستقبل المعلومات من الوسيط، ويرسلها للتطبيق المسؤول عنها لمعالجتها، ومن ثم تُرسل نتائج المعالجة إلى الزبون عبر الوسيط .

كما تتكون بنى الخدمات الشبكية من الناحية الفيزيائية من:

- حاسوب مُرسِل sender: يرسل المعلومات إلى المبدّل الواقع على الشبكة المحلية نفسها LAN.

- مبدّل switch: يرسل المعلومات إلى المسيّر الواقع على الشبكة المحلية نفسها، والذي سينقلها إلى الشبكة الخارجية الواسعة.

- مسيّر router: يرسل المعلومات إلى المسيّر المناسب بحسب مسار طرود المعلومات الأنسب والأقصر والأقل كلفة.

- حاسوب مستقبل receiver: يستقبل المعلومات من المسيّر الأقرب إليه فيحلّلها وينفّذ تعليماته.

تقارب الاتصالات والحوسبة

إن ظهور الأجيال الحديثة من الحواسيب بسرعة أدائها العالي، وسعتها التخزينية الكبيرة؛ دفع بنُظُم الاتصال إلى آفاق جديدة. ولم تقتصر تلك الأجيال على التحكم بمراكز الاتصال والمقاسم وإدارتها فقط، وإنما سُخّرت تقنية المعالجات الصغرية لهندسة معدات الاتصال الحديثة، ذات القدرات العالية وإنتاجها.

وتسمح البرامج المتقدمة باختيار أفضل مسار route لتحقيق الاتصال طبقاً لمعطيات الموقف اللحظي، وهي بذلك ترفع عبئاً ثقيلاً كان على كاهل القائمين على إدارة نُظُم الاتصال. كما أسهمت تقنيات الحاسوب في تزويد معدات الاتصال ونُظُمه بإمكان تجنب التداخل الإلكتروني من الوسائل الصديقة أو المعادية، فحافظت على استمرار سلامة عملية الاتصال، ووضوحها؛ بل إنها قادرة على اكتشاف الأخطاء error detection التي تنتاب الرسائل المتبادلة والناجمة عن عوامل خارجية أو مواصفات قنوات الاتصال، ويتولى المعالج السيطرة على تلك الأخطاء. والدور المهم للحاسوب في نُظُم الاتصالات الحديثة؛ هو الاكتشاف الفوري للأعطال، أو التنبؤ بها، والعمل على إصلاحها أو تلافيها.

اتضحت البداية الفعلية لثورة الاتصالات عندما استخدمت معدات التحويل الرقمية في مراكز الاتصالات والمقاسم، حيث أصبحت الحواسيب هي المسؤول الرئيسي عن الإرسال العام، للصوت والصورة واستقبالهما بصفتهما بيانات رقمية. وقد أتاح ذلك لما يقرب من 700 مليون هاتف منتشر عبر العالم كلّه؛ التحدث من خلال شبكة اتصالات، أو وصلات السواتل، أو غيرها.

وقد أتاح استخدام الحاسوب أنواعاً جديدة من الخدمات، لم تكن متاحة من قبل، مثل: طلب أرقام الهاتف بوساطة التحكم في النغمة tone dialing، وخاصية الانتظار call waiting، وتحويل المحادثات call forwarding، والبريد الصوتي الرقمي digital voice mail، وعقد المؤتمرات الهاتفية conference calling، إضافة إلى إمكان ربط الحواسيب بعضها ببعض - من خلال الخطوط الهاتفية بوساطة المودم - لتكوِّن الشبكات الحاسوبية.

تطبيقات وأمثلة

أصبحت الاتصالات العصب الرئيس في مجالات الحياة كافة، فقد دخلت مجال الطب من بعد tele - medicine، بوساطة السواتل أو الشبكات اللاسلكية WLAN العريضة النطاق الترددي، وفي مجال الاستشعار من بعد remote sensing and communication الذي يسمح باكتشاف الثروات المعدنية والبيئية والحيوانية. كما تسهم تقنيات الاتصال الحديثة في مراقبة خطوط الإنتاج في مؤسسات الصناعات الثقيلة، وخاصة في المواقع التي قد يتعرض فيها المراقب البشري للأخطار، مثل: مراقبة حرارة الأفران التي تنتج الحديد والصلب، أو خطوط الإنتاج التي يصاحبها تولد مواد أو غازات ضارة بصحة الإنسان. كما  تطور استخدام منظومة تحديد الموقع الشامل Global Positioning System (GPS)، وانتشر في العديد من المجالات نظراً لدقته. وتأثّر التعليم بثورة الاتصالات، حتى اتسمت بها ملامحه كافة؛ وتمثل تأثيرها البالغ في ظهور التعليم من بُعد tele-education وتطوره.

  وفي مجال الاتصالات الخلوية صُمِّم الجيل الثالث من الهواتف الخلوية منذ البداية لحمل البيانات والصوت، فبوساطته يمكن زيادة سرعات البيانات في الأجهزة النقالة إلى نحو 2 ميغابايت في الثانية؛ وهي سرعة عالية بما يكفي لإتاحة المجال للمستخدمين لنسخ الأغاني والأفلام من شبكة الإنترنت.