متنوع

802.11e لجودة الخدمة

802.11e لجودة الخدمة

أصبحت تقنية Wi-Fi القائمة على معيار 802.11 منتشرة الآن في استخدامها. فهي لا تستخدم فقط لتوفير وظائف شبكة LAN لاسلكية (WLAN) حقيقية ، ولكنها تستخدم أيضًا على نطاق واسع لتوفير اتصال محلي للهاتف المحمول من حيث "النقاط الساخنة". تتوفر مجموعة متنوعة من نكهات IEEE 802.11: 802.11a و 802.11b و 802.11 g ، وتوفر هذه المعايير المختلفة سرعات نقل بيانات مختلفة وتعمل على نطاقات مختلفة.

أحد أوجه القصور الرئيسية في تطوير تطبيقات Wi-Fi هو أنه لا يمكن تخصيص جودة الخدمة المطلوبة لتطبيق معين. الآن مع IEEE 802.11e ، تتم معالجة مشكلة جودة الخدمة أو QoS.


الحاجة إلى جودة الخدمة

تعتبر مسألة جودة الخدمة ، QoS على 802.11 Wi-Fi ذات أهمية خاصة في بعض التطبيقات ، وبالتالي فإن 802.11e يعالجها. بالنسبة لتطبيقات التصفح مثل تصفح الإنترنت عبر الإنترنت لإرسال رسائل البريد الإلكتروني ، فإن التأخير في تلقي الردود أو إرسال البيانات ليس له تأثير كبير. يؤدي إلى بطء التنزيلات ، أو تأخير بسيط في إرسال رسائل البريد الإلكتروني. على الرغم من أنه قد يكون مصدر إزعاج بسيط للمستخدم ، إلا أنه لا يوجد تأثير تشغيلي حقيقي على الخدمة المقدمة. ومع ذلك ، بالنسبة لتطبيقات مثل نقل الصوت أو الفيديو مثل Voice over IP و VoIP ، هناك تأثير أكبر بكثير وهذا يخلق حاجة أكبر بكثير لـ 802.11e. تؤدي حالات التأخير وعدم الاستقرار والحزم المفقودة إلى فقد النظام للبيانات وتصبح جودة الخدمة رديئة. وفقًا لهذه التطبيقات الحساسة للوقت ، من الضروري أن تكون قادرًا على تحديد أولويات حركة المرور. لا يمكن القيام بذلك إلا من خلال تخصيص مستوى أولوية الخدمة للحزم التي يتم إرسالها ، ويتم الآن معالجة هذا كله بواسطة معيار IEEE 802.11e.


طبقة MAC

تؤثر الطريقة التي يتم بها إرسال البيانات والتحكم فيها بشكل كبير على طريقة تحقيق جودة الخدمة. يتم تحديد ذلك إلى حد كبير من خلال الطريقة التي تعمل بها طبقة التحكم في الوصول المتوسط ​​(MAC). يوجد ضمن 802.11 خياران لطبقة MAC. الأول هو مخطط تحكم مركزي يشار إليه بوظيفة تنسيق النقاط (PCF) ، والثاني هو نهج قائم على التنازع يسمى وظيفة التنسيق الموزع (DCF). من بين هذه الشركات المصنعة للرقائق والمعدات ، طبقت PCF ويبدو أن الصناعة قد تبنت نهج DCF.

يدعم وضع PCF تدفقات حركة المرور الحساسة للوقت إلى حد ما. ترسل نقاط الوصول اللاسلكية بشكل دوري إطارات إشارات لتوصيل إدارة الشبكة وتحديد الهوية الخاصين بشبكة WLAN هذه. بين إرسال هذه الإطارات ، يقسم PCF الإطار الزمني إلى فترة خالية من الخلاف وفترة تنازع. إذا تم تمكين PCF على المحطة البعيدة ، فيمكنه نقل البيانات أثناء فترات الاقتراع الخالية من التنافس. ومع ذلك ، فإن السبب الرئيسي لعدم اعتماد هذا النهج على نطاق واسع هو أن أوقات الإرسال لا يمكن التنبؤ بها.

المخطط الآخر ، يستخدم DCF مخططًا يسمى Carrier Sense Multi Access مع تجنب الاصطدام (CSMA / CA). ترسل طبقة MAC ضمن هذا المخطط تعليمات للمستقبل للبحث عن الموجات الحاملة الأخرى المرسلة. إذا لم ير أي شيء ، فإنه يرسل حزمته بعد فاصل زمني معين وينتظر إقرارًا. إذا لم يتم استلامها ، فإنها تعلم أن الحزمة الخاصة بها لم يتم استلامها بنجاح. ثم ينتظر فترة زمنية معينة ويتحقق أيضًا من القناة قبل إعادة محاولة إرسال حزمة البيانات الخاصة بها.

بعبارات أكثر دقة ، يستخدم جهاز الإرسال مجموعة متنوعة من الأساليب لتحديد ما إذا كانت القناة قيد الاستخدام ، ومراقبة النشاط بحثًا عن إشارات حقيقية وأيضًا تحديد ما إذا كان من الممكن توقع أي إشارات. يمكن تحقيق ذلك لأن كل حزمة يتم إرسالها تتضمن قيمة تشير إلى طول الوقت الذي تتوقعه محطة الإرسال أن تشغل القناة. يتم ملاحظة ذلك من قبل أي محطات تستقبل الإشارة ، وفقط بعد انتهاء هذا الوقت ، يمكنهم التفكير في الإرسال.

بمجرد أن تبدو القناة معطلة ، يجب أن تنتظر محطة الإرسال المرتقبة فترة تساوي مساحة الإطار البيني DCF (DIFS). إذا كانت القناة نشطة ، يجب أولاً الانتظار لفترة تتكون من DIFS بالإضافة إلى عدد عشوائي من أوقات التراجع. هذا للتأكد من أنه في حالة انتظار محطتين للإرسال ، فلن يقوم كلاهما بالإرسال معًا ، ثم ينتقلان معًا بشكل متكرر.

يتم استخدام وقت يُعرف باسم نافذة التنافس (CW) لهذا الغرض. هذا هو عدد عشوائي من فتحات التراجع. إذا استشعر جهاز إرسال ينوي الإرسال أن القناة أصبحت نشطة ، فيجب عليه الانتظار حتى تصبح القناة مجانية ، في انتظار فترة عشوائية حتى تصبح القناة مجانية ، ولكن هذه المرة تسمح بمرور CW أطول.

بينما يعمل النظام بشكل جيد في منع المحطات من الإرسال معًا ، فإن نتيجة استخدام نظام الوصول هذا هي أنه إذا كان مستوى استخدام الشبكة مرتفعًا ، فإن الوقت الذي يستغرقه نقل البيانات بنجاح يزيد. يؤدي هذا إلى ظهور النظام ليصبح أبطأ للمستخدمين. في ضوء هذه الشبكات WLAN قد لا توفر جودة خدمة مناسبة في شكلها الحالي للأنظمة التي تتطلب نقل البيانات في الوقت الحقيقي.


إدخال QoS

يمكن معالجة المشكلة من خلال إدخال معرف جودة الخدمة وجودة الخدمة في النظام. وبهذه الطريقة ، يمكن للتطبيقات التي تتطلب جودة عالية من الخدمة تمييز عمليات الإرسال الخاصة بها وتأخذ الأولوية على عمليات الإرسال التي تحمل البيانات التي لا تتطلب الإرسال والاستجابة الفوريين. بهذه الطريقة يمكن تقليل مستوى التأخير والارتعاش في البيانات مثل تلك المستخدمة في VoIP والفيديو.

لإدخال معرف QoS ، كان من الضروري تطوير طبقة MAC جديدة وقد تم تنفيذ ذلك وفقًا لمعيار IEEE 802.11e. في هذا يتم تخصيص مستوى أولوية للحركة قبل الإرسال. هذه تسمى مستويات أولوية المستخدم (UP) وهناك ثمانية في المجموع. بعد القيام بذلك ، يعطي جهاز الإرسال الأولوية لجميع البيانات التي عليه انتظار إرسالها عن طريق تعيينها واحدة من أربع فئات وصول (AC).

من أجل تحقيق الوظائف المطلوبة ، تأخذ طبقة MAC المعاد تطويرها جوانب كل من DCF و PCF من بدائل طبقة MAC السابقة وتسمى وظيفة التنسيق الهجين (HCF). في هذا ، يطلق على العناصر المعدلة لـ DCF اسم الوصول المحسن للقناة الموزعة (EDCA) ، بينما تسمى عناصر PCF بـ HCF Control Channel Access (HCCA).


EDCA

من بين هؤلاء ، يوفر EDCA آلية يمكن من خلالها تحديد أولويات حركة المرور ولكنها تظل نظامًا قائمًا على التنازع وبالتالي لا يمكنها ضمان جودة خدمة QoS. في ضوء ذلك ، لا يزال من الممكن أن تتمكن أجهزة الإرسال ذات البيانات الأقل أهمية من استباق البيانات من جهاز إرسال آخر ببيانات ذات أهمية أعلى.

عند استخدام EDCA ، تم تقديم فئة جديدة من مساحة الإطارات البينية تسمى Arbitration Inter Frame Space (AIFS). يتم اختيار هذا بحيث أنه كلما زادت أولوية الرسالة ، كلما كان AIFS أقصر ومرتبطًا بذلك ، توجد أيضًا نافذة تنازع أقصر. بعد ذلك ، يكتسب جهاز الإرسال حق الوصول إلى القناة بالطريقة العادية ، ولكن في ضوء AIFS الأقصر ونافذة التنازع الأقصر ، فإن هذا يعني أنه كلما زادت فرصة وصوله إلى القناة. على الرغم من أنه من الناحية الإحصائية ، عادةً ما تكتسب الرسالة ذات الأولوية الأعلى القناة ، فلن يكون هذا هو الحال دائمًا.


HCCA

تعتمد HCCA تقنية مختلفة باستخدام آلية الاقتراع. وفقًا لذلك ، يمكنها تقديم ضمانات حول مستوى الخدمة التي يمكن أن تقدمها ، وبالتالي توفير مستوى جودة حقيقي للخدمة. باستخدام هذا ، يكون جهاز الإرسال قادرًا على الوصول إلى قناة راديو لعدد معين من الحزم ، وفقط بعد إرسالها يتم تحرير القناة.

تُعرف محطة التحكم التي عادةً ما تكون نقطة الوصول باسم المنسق المختلط (HC). يتولى السيطرة على القناة. على الرغم من أنه يحتوي على IFS ، إلا أنه يحتوي على ما يسمى IFS تنسيق النقاط. نظرًا لأن هذا أقصر من DIFS المذكور سابقًا ، فسيتم التحكم في القناة دائمًا. بمجرد أن يسيطر على جميع المحطات أو أجهزة الإرسال في الشبكة. للقيام بذلك ، تقوم بالبث كإطار معين يشير إلى بدء الاقتراع ، وسوف تستطلع كل محطة بدورها لتحديد الأولوية القصوى. سيمكن بعد ذلك جهاز الإرسال ذي الأولوية القصوى من الإرسال ، على الرغم من أنه سيؤدي إلى تأخير أطول لحركة المرور التي لها أولوية أقل.

موضوعات الاتصال اللاسلكي والسلكي:
أساسيات الاتصالات المتنقلة
العودة إلى الاتصال اللاسلكي والسلكي