ในหัวข้อนี้ เราจะมาพูดถึงองค์ประกอบที่มีความสำคัญเป็นพื้นฐานของระบบการสื่อสารข้อมูล หรือ Data Communication และ ระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ Network Computing ซึ่งโดยทั่วไป แต่ละระบบจะประกอบไปด้วย Media ซึ่งในที่นี้ก็คือ ตัวนำสัญญาณ เป็นตัวนำสัญญาณจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งนั่นเอง ซึ่งหัวข้อหลักที่จะพูดในข้อหัวนี้ก้คงจะเริ่มจาก เรื่องของคุณลักษณะ, จุดประสงค์ โดยทั่วไปของสื่อจำพวก Transmission Media ไปจนถึง Media ในแบบต่างๆ ได้แก่ Twisted Pair Wire, Coaxial Cable, Fiber Optic Cable และ Wireless Media
หากให้กล่าวถึงระบบในการสื่อสารแล้ว ทุกคนคงจะรู้ว่าระบบสื่อสารข้อมูล หรือ ระบบเครือข่ายคอมพิวเตอร์ นั้นจะไม่มีทางเกิดขึ้นได้เลย ถ้าเราไม่มี สื่อ หรือ Media ที่ใช้ในการสื่อสาร หรือส่งสัญญาณจากจุดหนึ่ง ไปยังอีกจุดหนึ่ง ซึ่งสื่อต่างๆ เหล่านี้ล้วนทำงานอยู่ภายใต้ชั้น Physical Layer ของ OSI Model ถ้าพูดถึงฟังก์ชั่น หรือ หน้าที่การทำงานของชั้น Physical Layer ใน OSI Model จะรู้ว่าชั้นนี้จะครอบคลุมการทำงานตั้งแต่ การแปลงสัญญาณข้อมูล ให้อยู่ในรูปแบบสัญญาณที่เหมาะสม และ ทำหน้าที่ส่งสัญญาณจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง ซึ่งหน้าที่หลักที่จะเห็นได้ชัดคือการแปลงสัญญาณให้กลับมาอยู่ในรูปของข้อมูล หรือ Data เช่นเดิม
อุปกรณ์ที่อยู่ในระดับของ Physical Layer จะไม่เข้าใจความหมายของข้อมูลที่ส่งได้ ทำได้แค่เพียงแปลงข้อมูลให้เป็นสัญญาณในรูปแบบที่เหมาะสมกับสื่อที่เราใช้ แล้วทำหน้าที่แปลงสัญญาณที่ได้รับอีกฝั่งหนึ่ง
ให้กลับมาอยู่ในรูปแบบของข้อมูล อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการส่งจะทำหน้าที่แปลงข้อมูลให้อยู่ในรูปแบบของสัญญาณที่เหมาะสม เรียกว่า transmitter จากนั้นสัญญาณที่ได้จะถูกส่งไปใน สื่อ หรือ Media ส่วนอีกฝั่งหนึ่งจะมี อุปกรณ์รับ หรือที่เรียกว่า Receiver ทำหน้าที่แปลงสัญญาณที่ได้รับกลับไปเป็นข้อมูลเหมือนเดิม
ในหัวข้อนี้จะพูดถึงเฉพาะสื่อ หรือ Media ที่ใช้ในระบบการสื่อสารข้อมูล และคอมพิวเตอร์ จะแบ่งออกมาได้เป็น 2 ประเภท คือ
1. สื่อที่มีสาย (Conducted Media)
2. สื่อไร้สาย (Wireless Media)
สื่อที่มีสาย (Conducted Media)
ประเภทของสื่อประเภทมีสาย (Conducted Media) ซึ่งเป็นสื่อที่ง่ายที่สุด และมีราคาถูกที่สุด ในบรรดาสื่อทั้งหมดที่พูดถึงในวันนี้ ได้แก่
1. Twisted Pair Wire
สื่อประเภทนี้จะอาศัยสายตัวนำสัญญาณ เป็นการนำสัญญาณไฟฟ้าจากจุดหนึ่งไปยังอีกสุดหนึ่ง ลักษณะสำคัญของสายประเภทนี้คือ นอกจากจะเป็นเส้นลวดตัวนำไฟฟ้าแล้ว ลักษณะของสายจะถูกบิดเป็นเกลียวเป็นคู่ๆ นั่นจึงเป็นเหตุผลที่เราเรียกสายประเภทนี้ว่า Twisted pair
เหตุผลที่สายประเภทนี้ถูกออกแบบมาในลักษณะนี้ ก็เพื่อลดสัญญาณรบกวน โดยเฉพาะคลื่นวิทยุ หรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic) ซึ่งเป็นสิ่งที่อยู่ทั่วไปในทุกที่ ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ โดยจะเกิดจากการที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น สถานีวิทยุส่งสัญญาณคลื่นวิทยุออกมา เป็นต้น หรืออาจจะเกิดจากอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ที่ใช้ เช่น มอเตอร์ เครื่องจักรต่างๆ ที่เป็นแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุ หรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมารบกวนการสื่อสารข้อมูลได้ หรืออาจจะเกิดจากปรากฏการณ์ธรรมชาติ เช่น ฟ้าผ่า ก็เกิดเป็นคลื่นวิทยุออกมาได้
ในสายแบบ Twisted Pair มีทั้งประเภทที่มีการครอบเส้นลวดตัวนำที่อยู่ตรงกลางอีกที หรือที่เรียกว่า (shield) ซึ่งสายประเภทนี้จะสามารถกำจัดสัญญาณรบกวนได้ดีกว่าแบบที่ไม่มี shield
ตัวอย่างของสาย Twisted pair ที่ไม่มี shield ซึ่งจะเรียกว่า Unshielded Twisted Pair หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า UTP โดยสายประเภทนี้จะใช้ในระบบโทรศัพท์ หรือระบบ LAN
ส่วนสายที่มี Shield หุ้มรอบ จะเรียกว่า Shielded Twisted Pair โดยอาจจะเป็นฟลอยด์ หรือเส้นลวดเล็กๆ มาถักหุ้มรอบสายตัวนำแต่ละคู่อีกทีหนึ่ง ซึ่งจุดประสงค์หลักของการหุ้มสายคือ การป้องกันสัญญาณคลื่นรบกวนต่างๆ ไม่ให้เข้าไปส่งผลกระทบต่อสัญญาณที่ส่งไปในสาย ทำให้สายประเภทนี้สามารถลดทอนสัญญาณรบกวนได้มากกว่าสายที่เป็นแบบ unshielded twisted pair แต่ราคาจะแพงกว่า
ตัวอย่างสายที่ใช้แบบ Shielded Twisted Pair คือ USB และ Firewire
2. Coaxial Cable
ทั้งสาย Twisted pair และ Coaxial cable จะเหมือนกันตรงที่ใช้ลวดตัวนำไฟฟ้า คือใช้การส่งสัญญาณไฟฟ้าเป็นตัวนำข้อมูลจากจุดหนึ่ง ไปยังอีกจุดหนึ่ง ลักษณะทางกายภาพจะมีความแตกต่างจากสาย Twisted Pair อย่างเห็นได้ชัด โดยจะประกอบด้วย 2 ส่วนคือ ส่วนของลวดตัวนำที่อยู่ตรงแกนกลาง โดยส่วนนี้จะใช้สำหรับการส่งข้อมูล แล้วรอบๆ สาย จะถูกหุ้มด้วย shield และระหว่าง shield กับแกนกลาง จะมีฉนวนหุ้มอยู่
คุณสมบัติที่สำคัญคือ มีความเร็วในการส่งสัญญาณได้รวดเร็วกว่าสาย Twisted pair และสามารถป้องกันสัญญาณรบกวนได้ดีกว่า อีกทั้งยังสามารถนำมาใช้สำหรับส่งสัญญาณที่เป็นดิจิตอล หรืออนาล็อกก็ได้ โดยการใช้สาย coaxial cable มาใช้ส่งสัญญาณดิจิตอล จะเรียกว่า Baseband Coaxial Technology ในขณะเดียวกันถ้านำมาใช้เพื่อการส่งสัญญาณอนาล็อก จะเรียกว่า Broadband Coaxial Technology
3. Fiber Optic Cable
นอกเหนือจากการใช้กระแสไฟฟ้าเป็นสัญญาณในการนำข้อมูลแล้ว ในปัจจุบัน สามารถใช้แสงเป็นสัญญาณที่ใช้ในการนำข้อมูลได้ด้วย โดยแสงที่ใช้ในการนำข้อมูลในระบบการสื่อสารข้อมูล โดยปกติจะใช้การส่งผ่านเข้าไปในสื่อที่เรียกว่า สายใยแก้วนำแสง หรือ Fiber Optic
ทั้งนี้ในสภาพปกติ ถ้าเราส่งแสงไปในอากาศระดับความเข้ม หรือความสว่างของแสงจะลดลงอย่างรวดเร็ว ไม่สามารถส่งแสงไปได้ไกลๆ ในขณะที่เราส่งแสงเข้าไปในสาย Fiber optic การสูญเสียหรือการลดทอนของระดับแสงจะต่ำมาก เนื่องจากสายไฟเบอร์ผลิตขึ้นมาจากใยแก้วที่มีความบริสุทธิ์สูง ทำให้สามารถส่งสัญญาณแสงไปได้ไกลๆ
ลักษณะของสาย Fiber Optic
จะประกอบด้วย 3 ส่วนคือ ส่วนที่เป็น core, cladding และ ส่วนที่หุ้มอยู่รอบๆ (Jacket) โดยส่วนที่เป็น core และ cladding จะมีส่วนสำคัญในการส่งสัญญาณแสง
หลักการทำงานของสาย Fiber Optic
ในภาพจะเห็นว่า ที่ฝั่งหนึ่งของสายใยแก้วนำแสงจะมี อุปกรณ์ที่ใช้ในการกำเนิดแสง ซึ่งอาจจะเป็น แสงเลเซอร์, แสง LED (light-emitting diode) โดยทั้ง 2 กรณีนี้จะใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสง ที่จะส่องแสงแล้วบีบให้แสงวิ่งเข้าไปในสายเคเบิล ที่ปลายอีกด้านหนึ่งจะมีอุปกรณ์สำหรับวัดระดับของแสง โดยการปรับ เพิ่ม ลด ระดับของแสง ให้สอดคล้องกับข้อมูลที่จะส่ง เช่น ส่ง 1 อาจจะเปิดแสง ส่ง 0 อาจจะปิดแสง ซึ่งทำให้เราสามารถส่งข้อมูลจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้ โดยอาศัยการควบคุมระดับการเปิด ปิดสัญญาณแสง
ในภาพนี้แสงที่วิ่งเข้าไปบางส่วนก็วิ่งตรงไปยังปลายทาง บางส่วนก็วิ่งสะท้อนกลับไปกลับมาอยู่ในสาย แล้วไปปรากฏยังปลายทาง ซึ่งการสะท้อนกลับไปมา จะเกิดตรงรอยต่อระหว่างแกนใน (core) และแกนนอก (cladding) ทั้งแกนในและแกนนอกของสาย fiber optic จะทำมาจากใยแก้วนำแสงเหมือนกัน แต่มีคุณสมบัติในการหักเหแสงที่ไม่เหมือนกัน ซึ่งการมีชั้นใยแก้ว 2 ชั้น ทำให้แสงที่วิ่งเข้าไปในสายสามารถสะท้อนกลับไปกลับมา แล้วไปปรากฏที่ปลายอีกด้านหนึ่งได้ โดยไม่หลุดออกไปจากสายใยแก้วนำแสง
สายใยแก้วนำแสงที่ใช้กันในปัจจุบันในระบบการสื่อสารข้อมูลและคอมพิวเตอร์ มีอยู่ 2 ประเภท คือ single mode cable และ multi-mode cable โดยสายที่เป็นแบบ multi-mode จะมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางที่ใหญ่กว่าสายแบบ single mode ในขณะที่สายแบบ single mode จะมีความเร็วในการส่งข้อมูลได้เร็วกว่า และส่งไปได้ในระยะทางที่ไกลกว่า อีกทั้งยังมีราคาแพงกว่าสายแบบ multi-mode
ที่พูดมาทั้งหมดเป็นสื่อที่เป็นแบบ Conducted Media ซึ่งแบ่งย่อยออกได้เป็น สื่อที่ใช้กระแสไฟฟ้าเป็นสัญญาณในการส่งข้อมูล และสื่อที่ใช้แสงเป็นสัญญาณในการนำข้อมูล แต่ทั้ง 2 รูปแบบจะต้องมีสาย Cable เป็นตัวส่งสัญญาณแสง หรือสัญญาณไฟฟ้า
Wireless Media
Wireless Media คือ สื่อที่สามารถส่งไปในอากาศได้โดยไม่ต้องใช้สาย Cable เป็นตัวนำสัญญาณ โดย Wireless Media ที่ใช้ในระบบสื่อสารปัจจุบัน คือ คลื่นวิทยุ ซึ่งจำแนกเป็นช่วงความถี่ต่างๆ ซึ่งจะมีการจำแนกออกมาเพื่อใช้ในเชิงพาณิชย์ด้วย
สื่อไร้สาย สามารถแยกออกมาได้อีกหลายประเภท ขึ้นอยู่กับวิธีการ ตำแหน่งของอุปกรณ์รับ-อุปกรณ์ส่ง และย่านความถี่ที่ใช้
1. Terrestrial Microwave
ระบบส่งสัญญาณโดยอาศัยคลื่นไมโครเวฟ โดยคำว่า Terrestrial หมายถึง สถานีส่ง และสถานีรับคลื่นไมโครเวฟ อยู่บนพื้นดินทั้ง 2 แห่ง ลักษณะของการส่ง-รับ แบบ Terrestrial Microwave ระหว่างฝั่งส่ง กับฝั่งรับ จะต้องไม่มีสิ่งกีดขวาง เรียกว่าเป็น line of sight transmission โดยเมื่อลากเป็นเส้นตรงระหว่างจุดส่ง-รับ จะต้องไม่มีสิ่งกีดขวางใดๆ ในเส้นตรงที่เป็นเส้นทางการส่งข้อมูลจากจุดส่ง ไปยังจุดรับ
Terrestrial Microwave จะมีข้อจำกัด ในเรื่องระยะทางสูงสุด ระหว่างอุปกรณ์ส่ง และอุปกรณ์รับ โดยจะส่งได้ในระยะทางสูงสุดไม่เกิน 20-30 ไมล์ เนื่องจากลักษณะความโค้งของพื้นผิวโลก ถ้าส่งในระยะที่ไกลมากๆ เมื่อถึงจุดหนึ่งพื้นผิวโลกจะไปบดบังสัญญาณที่ส่งจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง
ระบบนี้สามารถส่งข้อมูลได้ในความเร็วสูงที่ระดับ Mbps (Megabit per second) ส่วนใหญ่นิยมใช้ในบริษัทที่ให้บริการระบบโทรศัพท์พื้นฐาน และใช้ในการรับส่งข้อมูลระหว่างสาขาต่างๆ ของบริษัท ซึ่งโดยปกติจานไมโครเวฟจะติดตั้งในตำแหน่งที่สูงกว่าระดับอาคารโดยทั่วไป
2. Satellite Microwave
คลื่นวิทยุในย่านความถี่ในระดับเดียวกัน ซึ่งเราเรียกว่าย่านไมโครเวฟ นั้น นอกจากจะใช้กับการส่งแบบ Terrestrial Microwave แล้วยังสามารถนำมาใช้กับการส่งสัญญาณในอีกรูปแบบหนึ่งได้ นั่นคือ การสื่อสารผ่านดาวเทียม (Satellite Microwave)
ข้อแตกต่างระหว่างการสื่อสารแบบ Terrestrial Microwave กับ Satellite Microwave คือ ในกรณีของ satellite microwave จะมีสถานที่เรียกว่า Rely station ที่คอยรับสัญญาณมาจากสถานีภาคพื้นดิน แล้วส่งกลับไปยังโลก ซึ่งจะไปสู่สถานีปลายทางอีกทีหนึ่ง โดยอุปกรณ์ Rely นี้จะถูกติดตั้งในดาวเทียม
ดาวเทียม คือ อุปกรณ์ที่จะโคจรไปรอบๆ โลก ทำหน้าที่รับสัญญาณที่ส่งมาจากภาคพื้นโลก ทำการขยายสัญญาณ และส่งกลับมายังพื้นโลกอีกที ด้วยวิธีนี้ทำให้อุปกรณ์รับ-ส่ง ที่อยู่ภาคพื้นโลก ไม่จำเป็นต้องมี Line of Sight นั่นคือ ระหว่างฝั่งส่ง และฝั่งรับอาจจะมีสิ่งกีดขวางกันได้ เพราะการรับส่งกระทำผ่านดาวเทียมที่ลอยสูงอยู่บนท้องฟ้า
ดาวเทียมที่ใช้กันในทางพาณิชย์ปัจจุบัน มีวงโคจรที่แตกต่างกัน โดยดาวเทียมที่โคจรอยู่ในระดับใกล้ๆ เรียกว่าโคจรอยู่ในระดับ Low Earth Orbit (LEO) ส่วนที่โคจรอยู่ในระดับไกลๆ ออกไป จะเรียกว่าระดับ Medium Earth Orbit (MEO) ส่วนที่ไกลออกไปอีก จะเรียกว่า ระดับ GEO (Geosynchronous Orbit) และระดับ HEO ตามลำดับ
วงจรโคจรที่ถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์มากที่สุด คือ GEO (Geosynchronous Orbit) โดยมีลักษณะสำคัญ คือ ทำให้ดาวเทียมที่หมุนอยู่ในวงโคจรสามารถจะโคจรด้วยความเร็วที่เท่ากับการหมุนรอบตัวเองของโลก ทำให้จานรับสัญญาณที่อยู่บนพื้นโลกเห็นดาวเทียมหยุดนิ่งอยู่บนท้องฟ้า ซึ่งทำให้สะดวกต่อการติดตั้ง และการใช้งาน โดยวงโคจรในระดับ GEO จะนำมาใช้งานกับ Weather, Television และ Government Operations
3. Mobile Telephone
นอกจากนี้คลื่นวิทยุยังถูกนำมาใช้ในระบบโทรศัพท์มือถือ หรือที่เรียกว่า Mobile Telephone โดยระบบนี้จะใช้คลื่นวิทยุในการรับส่งระหว่าง handset ที่ผู้ใช้แต่ละคนถือ กับ สถานีฐาน (base station)
โดยส่วนที่เป็น Wireless หรือส่วนที่ใช้คลื่นวิทยุจริงๆ คือ ส่วนที่ติดต่อระหว่างผู้ใช้ที่ถือโทรศัพท์เคลื่อนที่ กับสถานีฐาน ซึ่งการติดต่อระหว่าง base station กับ base station หรือ base station กับชุมสายโทรศัพท์เคลื่อนที่ สามารถใช้สาย Cable ในการติดต่อได้ตามปกติ
ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่บางทีเรียกว่า โทรศัพท์แบบรวงผึ้ง เนื่องจากในระบบดังกล่าว จะมีการแบ่งพื้นที่การให้บริการออกมาเป็น Cell ซึ่งจะมีลักษณะคล้ายรวงผึ้ง เพื่อให้สามารถใช้คลื่นความถี่เดิมซ้ำในบริเวณหรือรวงผึ้งที่ไม่อยู่ติดกัน โดยคลื่นวิทยุ ถ้าใช้ในคลื่นความถี่เดียวกันจะมีการรบกวนซึ่งกันแลกกัน แต่หากใช้คลื่นความถี่เดียวกันแต่มีระยะทางอยู่ห่างกันมากๆ จะไม่รบกวนซึ่งกันและกัน
การที่เราสามารถใช้คลื่นความถี่เดียวกันซ้ำกันอีกครั้ง (Reuse) ในพื้นที่ที่ไกลออกไป หรือนำมาใช้ใหม่ในพื้นที่อื่น โดยมีช่วงของคลื่นความถี่ที่จำกัดนั้น ทำให้ระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่สามารถให้บริการหมายเลขโทรศัพท์ได้เป็นจำนวนมาก เราเรียกคอนเซ็ปต์นี้ว่า Frequency Reuse
4. Infrared Transmissions
นอกจากนี้การใช้คลื่นวิทยุแล้ว ในระบบสื่อสารของข้อมูลยังมีการใช้แสง ที่เรียกว่าแสง Infrared เป็นอีกรูปแบบหนึ่งของ Wireless Media โดยข้อจำกัดของแสง Infrared คือ มีความเร็วในการรับ-ส่งข้อมูลต่ำ, ระยะทางในการรับ-ส่งข้อมูลไม่ไกลนัก เพราะฉะนั้นรูปแบบการส่งข้อมูลด้วยแสง Infrared จะใช้กับการรับส่งข้อมูลในระยะทางใกล้ๆ เช่น คอมพิวเตอร์ กับอุปกรณ์ต่อพ่วง (peripheral) เช่น พรินเตอร์, การส่งข้อมูลระหว่างอุปกรณ์มือถือ และการส่งข้อมูลระหว่างพีดีเอ กับเครื่องคอมพิวเตอร์
ปัจจัยในการเลือกพิจารณาการใช้สื่อ
โดยสรุปแล้ว หากเรามีสื่อที่สามารถนำมาเลือกใช้ได้ เพื่อนำมาใช้กับระบบการสื่อสารของเรา จะมีปัจจัยที่นำมาใช้พิจารณาในการเลือกสื่อ ได้แก่
- ค่าใช้จ่าย — ราคา ซึ่งรวมถึงราคาของสื่อ, ค่าใช้จ่ายในการติดตั้ง, บำรุงรักษา รวมถึงราคาของอุปกรณ์ที่จำเป็นต้องใช้ในการรับส่งกับสื่อนั้นๆ ด้วย
- ความเร็ว — ความเร็วในการรับส่งข้อมูล
- ระยะทาง — ความสามารถในการขยาย เมื่อมีความต้องการใช้งานมากขึ้น สื่อประเภทนั้นจะต้องรองรับความต้องการที่มากขึ้นได้ด้วย
- สภาพแวดล้อม — ในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณรบกวน สื่อบางประเภทอาจจะไม่เหมาะสม เช่น ในกรณีที่ตัวสายต้องติดตั้งในบริเวณที่เสี่ยงกับการติดไฟ หรือเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้ เพราะฉะนั้นสายที่ใช้จะต้องมี Jacket หรือส่วนที่ห่อหุ้มสาย ที่ทนทานต่อการติดไฟ นี่คือ Factor ของสิ่งแวดล้อมที่มีผลต่อสายที่ใช้
- Security — สายบางประเภทสามารถถูกตรวจจับข้อมูลได้ง่ายกว่าสายบางประเภท เช่น สื่อที่เป็นลักษณะของ Wireless ซึ่งเป็นคลื่นวิทยุที่กระจายไปทั่ว จึงไม่สามารถควบคุมพื้นที่ หรือคนที่ดักฟังคลื่นวิทยุได้ ในกรณีนี้อาจจะต้องมีเทคนิค หรือวิธีเสริมเพิ่มเติมเพื่อให้การรับส่งข้อมูลเป็นไปอย่างปลอดภัย เช่น การเข้ารหัสข้อมูลก่อนที่จะส่งออกไปยังสื่อประเภทไร้สาย
