รักบ้านเกิด

สื่อกลางในการสื่อสารข้อมูล

ตัวกลางหรือสายเชื่อมโยง เป็นส่วนที่ทำให้เกิดการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกัน และอุปกรณ์ที่ยอมให้ข่าวสารข้อมูลเดินทางผ่านจากผู้ส่งไปสู่ผู้รับ สื่อกลางที่ใช้ในการสื่อสารข้อมูลมีอยู่หลายประเภท แต่ละประเภทมีความแตกต่างกันในด้านของปริมาณข้อมูลที่สื่อกลางนั้นๆ สามารถนำผ่านไปได้ในเวลาขณะใดขณะหนึ่ง การวัดปริมาณหรือความจุในการนำข้อมูลหรือที่เรียกกันว่า แบนด์วิดธ์ (bandwidth) มีหน่วยเป็นจำนวน บิต ข้อมูลต่อวินาที (bits per second : bps) ลักษณะของตัวกลางต่างๆ มีดังต่อไปนี้ 

สื่อกลางประเภทมีสาย

1) สายคู่บิดเกลียว (Twisted – Pair Cable)สายคู่บิดเกลียวประกอบด้วยสายทองแดง ที่หุ้มด้วยฉนวนพลาสติก หลังจากนั้นก็นำสายทั้งสองมาถักกันเป็นเกลียวคู่ เช่น สายคู่บิดเกลียวที่ใช้กับเครือข่ายท้องถิ่น (CAT5) การนำสายมาถักเป็นเกลียวเพื่อช่วยลดการแทรกแซงจากสัญญาณรบกวนสายคู่บิดเกลียวมีอยู่ 2 รูปแบบ คือ  สายคู่บิดเกลียวแบบไม่มีชีลด์ และแบบมีชิลด์

สายคู่บิดเกลียวแบบไม่มีชีลด์ (Unshielded Twisted –Pair Cable :UTP

นิยมใช้งานมากในปัจจุบันมีลักษณะคล้ายกับสายโทรศัพท์บ้านไม่มีการหุ้มฉนวนมีแต่การบิดเกลียวอย่างเดียว

สายคู่บิดเกลียวแบบมีชิลด์ (Shielded Twisted –Pair Cable :STP)
สำหรับสายSTP คล้ายกับสาย UTP แต่สาย STP จะมีชิลด์ห่อหุ้มอีกชั้นหนึ่ง ทำให้ป้องกันสัญญาณรบกวนได้ดีกว่าสาย UTP

ข้อดี
1) ราคาถูก
2) มีน้ำหนักเบา
3) ง่ายต่อการใช้งาน


ข้อเสีย
1) มีความเร็วจำกัด
2) ใช้กับระยะทางสั้นๆ

สายโคแอกเชียล (Coaxial Cable)
สายมักทำด้วยทองแดงอยู่แกนกลาง ซึ่งสายทองแดงจะถูกห่อหุ้มด้วยพลาสติก จากนั้นก็จะมีชิลด์ห่อหุ้มอีกชั้นหนึ่งเพื่อป้องกันสัญญาณรบกวน และหุ้มด้วยเปลือกนอกอีกชั้นหนึ่งป้องกันสัญญาณรบกวนจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดี สายโคแอกเชียลที่เห็นได้ทั่วๆไป คือ สายที่นำมาใช้ต่อเข้ากับเสาอากาศทีวีที่ใช้ตามบ้าน

ข้อดี

1) เชื่อมต่อได้ในระยะไกล

2) ป้องกันสัญญาณรบกวนได้ดี

ข้อเสีย

1) มีราคาแพง

2) สายมีขนาดใหญ่

3) ติดตั้งยาก

สายไฟเบอร์ออปติค(Optical Fiber)

สายไฟเบอร์ออปติคหรือสายใยแก้วนำแสง เป็นสายที่มีลักษณะโปร่งแสง มีรูปทรงกระบอกในตัวขนาดประมาณเส้นผมของมนุษย์แต่มีขนาดเล็ก

สายไฟเบอร์ออปติค แบ่งเป็น 3 ชนิด

1) Multimode step –index fiber จะสะท้อนแบบหักมุม

2) Multimode graded –index มีลักษณะคล้ายคลื่น

3) Single mode fiber เป็นแนวตรง

ข้อดี

1) มีขนาดเล็กน้ำหนักเบา

2) มีความปลอดภัยในการส่งข้อมูล

3) มีความทนทานและมีอายุการใช้งานยาวนาน

ข้อเสีย

1) เส้นใยแก้วมีความเปราะบาง แตกหักง่าย

2) มีราคาสูง เมื่อเทียบกับสายเคเบิลทั่วไป

3) การติดตั้งจำเป็นต้องพึ่งพาผู้เชี่ยวชาญเฉพาะ

 สื่อกลางประเภทไม่มีสาย

สื่อที่ไม่ใช้สาย สื่อประเภทนี้เป็นระบบตัวกลางที่ส่งเป็นคลื่นวิทยุ เช่น อากาศที่เราใช้ส่งคลื่นวิทยุ คลื่นไมโครเวฟ (Microwave) รวมทั้งการสื่อสารผ่านดาวเทียม

ดาวเทียม

การใช้ดาวเทียมสำหรับการส่งข้อมูลแบบดิจิตอลก็เหมือนกับการส่งแบบไมโครเวฟนั่นเองค่ะ ดาวเทียมนั้นจะต้องรับและส่งสัญญาณแบบสันตรง ดาวเทียมจะช่วยส่งสัญญาณในระยะไกลซึ่งทำได้มากขึ้นในลักษณะของการข้ามภูมิภาค ข้ามทวีป ซึ่งสัญญาณไมโครเวฟนั้นไม่สามารถทำได้เนื่องจาก ดาวเทียมนั้นจะมีฟุตพริ้น(Footprint) สำหรับฟุตพริ้น(Footprint) ก็คือจำนวนพื้นที่บนผิวโลกที่ดาวเทียมหนึ่งครอบคลุมการส่งสัญญาณได้นั่นเองค่ะ 

ในปัจจุบันนี้มีการใช้สัญญาณดาวเทียมที่โคจรแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ก็คือ 

• ดาวเทียมแบบจีอีโอ (Geostationary Earth Orbit : GEO) ดาวเทียมชนิดนี้ จะเหมาะกับการส่งสัญญาณโทรทัศน์ 

• ดาวเทียมแบบโคจรระดับกลาง (Medium Earth Orbit : MEO) ดาวเทียมชนิดนี้ในการโคจรจะโน้มเอียงไปยังส้นศูนย์สูตรนั่นเอง 

• ดาวเทียมแบบระดับต่ำ (Low Earth Orbit : LEO) ดาวเทียมชนิดนี้จำนวนมากสามารถครอบคลุมการส่งสัญญาณบนโลกให้ทั่วถึงได้ 

ที่จริงดาวเทียมก็คือสถานีไมโครเวฟลอยฟ้านั่นเอง ซึ่งทำหน้าที่ขยายและทบทวนสัญญาณข้อมูล รับและส่งสัญญาณข้อมูลกับสถานีดาวเทียมที่อยู่บนพื้นโลก สถานีดาวเทียมภาคพื้นจะทำการส่งสัญญาณข้อมูล ไปยังดาวเทียมซึ่งจะหมุนไปตามการหมุนของโลกซึ่งมีตำแหน่งคงที่เมื่อเทียมกับตำแหน่งบนพื้นโลก ดาวเทียมจะถูกส่งขึ้นไปให้ลอยอยู่สูงจากพื้นโลก เครื่องทบทวนสัญญาณของดาวเทียม (Transponder) จะรับสัญญาณข้อมูลจากสถานีภาคพื้นซึ่งมีกำลังอ่อนลงมากแล้วมาขยาย จากนั้นจะทำการทบทวนสัญญาณ และตรวจสอบตำแหน่งของสถานีปลายทาง แล้วจึงส่งสัญญาณข้อมูลไปด้วยความถี่ในอีกความถี่หนึ่งลงไปยังสถานีปลายทาง การส่งสัญญาณข้อมูลขึ้นไปยังดาวเทียมเรียกว่า "สัญญาณอัปลิงก์" (Up-link) และการส่งสัญญาณข้อมูลก็จะกลับลงมายังพื้นโลกเรียกว่า "สัญญาณ ดาวน์-ลิงก์ (Down-link) ลักษณะของการรับส่งสัญญาณข้อมูลอาจจะเป็นแบบจุดต่อจุด (Point-to-Point) หรือแบบแพร่สัญญาณ นั่นเอง

ข้อดี-ข้อเสีย ของการส่งสัญญาณแบบดาวเทียม 

ข้อดี 

การส่งข้อมูลหรือการส่งสัญญาณแบบดาวเทียมจะสามรถรับ-ส่ง ข้อมูลได้เร็ว สะดวกต่อการติดต่อสื่อสาร และสามารถส่งข้อมูลได้ในระยะทางที่ไกล 

ข้อเสีย 

การส่งสัญญาณข้อมูลทางดาวเทียมก็คือระบบดาวเทียมนั้น คล้ายกับไมโครเวฟ คือ อาจจะ 

ถูกกระทบโดยสภาพอากาศ ดังนั้น มีการล่าช้าของสัญญาณในการส่งข้อมูลแต่ละช่วง ดังนั้นการเชื่อมโยงข้อมูล จัดการกับปัญหาความล่าช้า 

สัญญาณข้อมูลสามารถถูกรบกวนจากสัญญาณ ภาคพื้นอื่น ๆ ได้ อีก ในการส่งสัญญาณเนื่องจากระยะทางขึ้น-ลง ของสัญญาณ และที่สำคัญคือ มีราคาสูงในการลงทุนทำให้ค่าบริการสูงตามขึ้นมา

คลื่นวิทยุ

คลื่นวิทยุที่กระจายออกจากสายอากาศ จะเดินทางไปทุกทิศทาง ในทุกระนาบ การกระจายคลื่นนี้มีลักษณะเป็นการขยายตัวของพลังงานออกเป็นทรงกลม ถ้าจะพิจารณาในส่วนของพื้นที่แทนหน้าคลื่นจะเห็นได้ว่ามันพุ่งออกไปเรื่อย ๆ จากจุดกำเนิด และสามารถเขียนแนวทิศทางเดินของหน้าคลื่นได้ด้วยเส้นตรงหรือเส้นรังสี เส้นรังสีที่ลากจากสายอากาศออกไปจะทำมุมกับระนาบแนวนอน มุมนี้เรียกว่า มุมแผ่คลื่น อาจมีค่าเป็นบวก ( มุมเงย ) หรือมีค่าเป็นลบ ( มุมกดลง ) ก็ได้ มุมของการแผ่คลื่นนี้อาจนำมาใช้เป็นตัวกำหนดประเภทของคลื่นวิทยุได้ โดยทั่วไปคลื่นวิทยุอาจแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ คลื่นดิน (GROUND WAVE ) กับคลื่นฟ้า (SKY WAVE ) พลังงานคลื่นวิทยุส่วนใหญ่จะเดินทางอยู่ใกล้ ๆ ผิวโลกหรือเรียกว่าคลื่นดิน ซึ่งคลื่นนี้จะเดินไปตามส่วนโค้งของโลก คลื่นอีกส่วนที่ออกจากสายอากาศ ด้วยมุมแผ่คลื่นเป็นค่าบวก จะเดินทางจากพื้นโลกพุ่งไปยังบรรยากาศจนถึงชั้นเพดานฟ้าและจะสะท้อนกลับลงมายังโลกนี้เรียกว่า คลื่นฟ้า 

ผลของคลื่นวิทยุที่มีต่อร่างกาย 

คลื่นวิทยุสามารถทะลุเข้าไปในร่างกายมนุษย์ได้ลึกประมาณ 1/10 ของความยาวคลื่นที่ตกกระทบ และอาจทำลายเนื้อเยื่อของอวัยวะภายในบางชนิดได้ ผลการทำลายจะมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับความเข้ม ช่วงเวลาที่ร่างกายได้รับคลื่นและชนิดของเนื้อเยื่อ อวัยวะที่มีความไวต่อคลื่นวิทยุ ได้แก่ นัยน์ตา ปอด ถุงน้ำดี กระเพาะปัสสาวะ อัณฑะ และบางส่วนของระบบทางเดินอาหาร โดยเฉพาะนัยน์ตา และอัณฑะ เป็นอวัยวะที่อ่อนแอที่สุดเมื่อได้รับคลื่นวิทยุช่วงไมโครเวฟ

คลื่นวิทยุช่วงความถี่ต่าง ๆ อาจมีผลต่อร่างกายดังนี้ 

    1. คลื่นวิทยุที่มีความถี่น้อยกว่า 150 เมกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่นมากกว่า 2 เมตร) คลื่นจะทะลุผ่านร่างกายโดยไม่ก่อให้เกิดผลใด ๆ เนื่องจากไม่มีการดูดกลืนพลังงานของคลื่นไว้ ร่างกายจึงเปรียบเสมือนเป็นวัตถุโปร่งใสต่อคลื่นวิทยุช่วงนี้ 

   2. คลื่นวิทยุที่มีความถี่ระหว่าง 150 เมกะเฮิรตซ์ ถึง 1.2 จิกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่นระหว่าง 2.00 ถึง 0.25 เมตร) คลื่นวิทยุช่วงนี้สามารถทะลุผ่านเข้าไปในร่างกายได้ลึกประมาณ 2.5 ถึง 20 เซนติเมตร เนื้อเยื่อของอวัยวะภายในบริเวณนั้นจะดูดกลืนพลังงานของคลื่นไว้ถึงร้อยละ 40 ของพลังงานที่ตกกระทบ ทำให้เกิดความร้อนขึ้นในเนื้อเยื่อ โดยที่ร่างกายไม่สามารถรู้สึกได้ ถ้าร่างกายไม่สามารถกระจายความร้อนออกไปในอัตราเท่ากับที่รับเข้ามา อุณหภูมิหรือระดับความร้อนของร่างกายจะสูงขึ้น เป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อร่างกาย ความร้อนในร่างกายที่สูงกว่าระดับปกติอาจก่อให้เกิดผลหลายประการ เช่น 

- เลือดจะแข็งตัวช้ากว่าปกติ ผลอันนี้ถ้ามีการเสียเลือดเกิดขึ้น อาการจะมีความรุนแรง 

- การหมุนเวียนของเลือดเร็วขึ้น 

- ฮีโมโกลบินของเม็ดเลือดแดงจะมีความจุออกซิเจนลดลง ทำให้เลือดมีออกซิเจนไม่เพียงพอเลี้ยงเนื้อเยื่อต่าง ๆ เมื่อเนื้อเยื่อขาดออกซิเจนจะทำให้เซลล์สมอง ระบบประสาทส่วนกลางและอวัยวะภายในขาดออกซิเจนด้วย อาจทำให้มีการกระตุกของกล้ามเนื้อจนถึงชัก ถ้าสภาพเช่นนี้ดำเนินต่อไป ผลที่ตามมาก็คือ ไม่รู้สึกตัวและอาจเสียชีวิตได้ 

    3. คลื่นวิทยุที่มีความถี่ระหว่าง 1-3 จิกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่นระหว่าง 30 ถึง 10 เซนติเมตร) ทั้งผิวหนังและเนื้อเยื่อลึกลงไปดูดกลืนพลังงานได้ราวร้อยละ 20 ถึงร้อยละ 100 ขึ้นอยู่กับชนิดของเนื้อเยื่อ คลื่นวิทยุเช่นนี้เป็นอันตรายอย่างยิ่งต่อนัยน์ตา โดยเฉพาะเลนส์ตาจะมีความไวเป็นพิเศษต่อคลื่นวิทยุความถี่ประมาณ 3 จิกะเฮิรตซ์ เพราะเลนส์ตามีความแตกต่างจากอวัยวะอื่นตรงที่ไม่มีเลือดมาหล่อเลี้ยงและไม่มีกลไกซ่อมเซลล์ ดังนั้นเมื่อนัยน์ตาได้รับคลื่นอย่างต่อเนื่องจะทำให้ของเหลวภายในตามีอุณหภูมิสูงขึ้น โดยไม่สามารถถ่ายโอนความร้อนเพื่อให้อุณหภูมิลดลงได้เหมือนเนื้อเยื่อของอวัยวะอื่น ๆ จึงจะก่อให้เกิดอันตรายอย่างรุนแรงตามมา พบว่าถ้าอุณหภูมิของตาสูงขึ้นเซลล์เลนส์ตาบางส่วนอาจถูกทำลายอย่างช้า ๆ ทำให้ความโปร่งแสงของเลนส์ตาลดลง ตาจะขุ่นลงเรื่อย ๆ ในที่สุดจะเกิดเป็นต้อกระจก สายตาผิดปกติ และสุดท้ายอาจมองไม่เห็น 

    4. คลื่นวิทยุที่มีความถี่ระหว่าง 3-10 จิกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่นระหว่าง 10 ถึง 3 เซนติเมตร) ผิวหนังชั้นบนสามารถดูดกลืนพลังงานมากที่สุด เราจะรู้สึกว่าเหมือนกับถูกแสงอาทิตย์ 

   5. คลื่นวิทยุที่มีความถี่สูงกว่า 10 จิกะเฮิรตซ์ (มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 3 เซนติเมตร) ผิวหนังจะสะท้อนให้กลับออกไป โดยมีการดูดกลืนพลังงานเล็กน้อย

ข้อดี : ติดตั้งเพื่อเชื่อมโยงการติดต่อได้สะดวก เพียงต่ออุปกรณ์เครื่องรับ-ส่งวิทยุกับอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ แล้วตรวจสอบความเรียบร้อยของระบบก็สามารถจะสื่อสารข้อมูลทั้งภายในและภายนอกอาคารได้ เนื่องจากในการสื่อสารด้วยระบบวิทยุจะมีระบบความพร้อมก่อนทำการรับส่งข้อมูล จึงไม่ค่อยมีปัญหาเรื่องสัญญาณรบกวน 

ข้อเสีย : มีอัตราเร็วในการส่งข้อมูลต่ำ นอกจากนี้ยังต้องทำการขออนุญาตใช้ความถี่วิทยุกับกรมไปรษณีย์โทรเลขเสียก่อน สำหรับค่าใช้จ่ายในเรื่องของอุปกรณ์สื่อสารนั้นค่อนข้างจะมีราคาแพงกว่าการสื่อสารด้วยสายสัญญาณ

ไมโครเวฟ (Microwave)

สัญญาณคลื่นความถี่ประมาณ 100 เมกะเฮิรตซ์ เดินทางเป็นเส้นตรง ทำให้สามารถปรับทิศทางการส่งได้แน่นอน การบีบสัญญาณส่งให้เป็นลำแคบ ๆ จะทำให้มีพลังงานสูง สัญญาณรบกวนต่ำ การปรับจานรับและจานส่งสัญญาณให้ตรงกันพอดี จะทำให้สามารถส่งสัญญาณได้หลายความถี่ไปในทิศทางเดียวกันได้ โดยไม่รบกวนกัน 

ข้อเสียคือ คลื่นไมโครเวฟไม่สามารถเดินผ่านวัตถุที่กีดขวางได้ สัญญาณอาจเกิดการหักเหในระหว่างเดินทางทำให้มาถึงจาน รับสัญญาณช้ากว่าปกติและสัญญาณบางส่วนอาจสูญหายได้ เรียกว่าเกิด “multipath fading” จากสภาพภูมิอากาศ และความถี่สัญญาณ คลื่นความถี่ตั้งแต่ 8 กิกะเฮิรตซ์ขึ้นไป จะถูกดูดซึมโดยพื้นน้ำ หรือเมื่อผ่านพายุฝนเพราะมีความยาวคลื่นเพียงไม่กี่เซนติเมตร การตั้งสถานีรับ-ส่งสัญญาณไมโครเวฟ (relay station) สามารถตั้งให้อยู่ห่างกันได้ถึง 30-50 กิโลเมตร นิยมนำมาใช้ในธุรกิจ งานให้บริการเช่น โทรศัพท์ทางไกล โทรศัพท์มือถือ การแพร่ภาพโทรทัศน์ เป็นต้น เพื่อหลีกเลี่ยงการวางสายเคเบิล ระบบไมโครเวฟจึงมีราคาถูกกว่าระบบอื่น

คลื่นอินฟราเรดและคลื่นสั้น (Infrared and millimeter wave)

นิยมใช้สำหรับการสื่อสารระยะใกล้ คุณสมบัติของคลื่นคือ เดินทางเป็นแนวตรง ราคาถูก และง่ายต่อการผลิตใช้งานแต่ไม่สามารถเดินทางผ่านวัตถุหรือสิ่งกีดขวางได้ เช่น รีโมทสำหรับควบคุมวิทยุ วิดีโอโทรทัศน์ เครื่องเล่นบังคับต่าง ๆ เป็นต้น สามารถใช้คลื่นอินฟราเรดเพื่อการสื่อสารในระบบเครือข่ายท้องถิ่น (LAN) ได้ดี เพราะคุณสมบัติของคลื่นที่ไม่สามารถเดินทาง ผ่านสิ่งกีดขวางได้ การใช้ระบบเครือข่ายในห้องทำงานที่มีอุปกรณ์ใช้คลื่นอินฟราเรดในการรับ-ส่งสัญญาณแบบหลาย ทิศทางติดตั้งอยู่ ทำให้สะดวกต่อการใช้เครื่องคอมพิวเตอร์แบบพกพาซึ่งใช้อุปกรณ์รับ-ส่งด้วยคลื่นอินฟราเรด สามารถติดต่อกับระบบเครือข่ายของสำนักงานได้ และยังนำคุณสมบัติของคลื่นอินฟราเรดไปใช้ในการจัดประชุม ทุกคนสามารถสื่อสารข้อมูลด้วยเครื่องคอมพิวเตอร์ ผ่านอุปกรณ์สื่อสารคลื่นอินฟราเรดโดยไม่ต้องเสียเวลาในการวาง สายเชื่อมต่อระบบเครือข่ายให้ห้องประชุม

สัญญาณแสงเลเซอร์ (Laser beams)

เป็นระบบการสื่อสารแบบทางเดียว ผู้รับและผู้ส่งสัญญาณข้อมูลจึงต้องมีอุปกรณ์ทั้งในการรับและส่งข้อมูลด้วย  จึงจะสามารถสื่อสารได้สองทาง การส่งข้อมูลด้วยแสงเลเซอร์มีราคาถูกและช่วงความกว้างของช่องสัญญาณสูงมาก เมื่อเทียบกับการใช้สัญญาณไมโครเวฟ ลำแสงเลเซอร์มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเพียง 1 มิลลิเมตร อุปกรณ์รับสัญญาณมีขนาดโตกว่าเพียงเล็กน้อย การติดตั้งอุปกรณ์รับ-ส่งสัญญาณ ต้องเป็นผู้ที่มีความละเอียด ข้อเสียของลำแสงเลเซอร์คือ ไม่สามารถส่องผ่านสายฝนหรือหมอกหนา ๆ ได้รวมทั้งคลื่นความร้อนจากแสงแดดอาจทำให้แสงเลเซอร์เกิดการหักเหได้ เช่นการส่งสัญญาณแสงเลเซอร์ระหว่างอาคาร เป็นต้น