تالیف: مجید اکبری ( کارشناس ارشد IT ) رضا محمددوست (کارشناس ارشد IT )
تعاریف و اصطلاحات
شبکه بیسیم مش : چنانکه شبکه های بیسیم مختلف برای تامین سرویس های بهتر توسعه میابند ، یک تکنولوژی کلیدی یعنی شبکه های بیسیم مش WMN ، اخیرا پدیدار شده است . در WMN ها ، گره ها شامل روترهای مش و کلاینت های مش می شوند . یعنی هر گره نه تنها مانند یک میزبان بلکه شبیه یک مسیریاب عمل می کند ، بسته ها را به نیابت از سایر گره هایی که ممکن است در محدوده ارسال بیسیم مستقیم مقصد هایشان نباشند (multihop) ، فوروارد می کنند . یک WMN بصورت پویائی خود سازمان ده و خود پیکر بند می باشد ، با گره هایی در شبکه که بصورت خودکار اتصال مش را در بین خودشان دایر و پشتیبانی می کنند . این ویژگی ها موجب امتیازهای بسیاری در WMN ها از قبیل پشتیبانی آسان شبکه ، مقاوم بودن و پوشش سرویس قابل اطمینان می شود .
گره های مرسوم ( مانند کامپیوتر های رومیزی ، لپ تاپ ها ، PDA ها ، PocketPC ها ، تلفن ها و غیره که با کارت های واسط شبکه بیسیم (NIC) ) تجهیز شده اند ، می توانند مستقیما به مسیر یاب های مش بیسیم متصل شوند . مشتریان بدون NIC ها می توانند توسط اتصال به مسیریاب های مش مثلا از طریق اترنت به WMN ها دسترسی داشته باشند . بنابراین WMN ها کمک زیادی به کاربران در همیشه آنلاین بودن در هر زمان و در هر مکانی می کنند . بعلاوه قابلیت های gateway/bridge در مسیریاب های مش یکپارچگی WMN ها را با شبکه های بیسیم موجود مختلف از قبیل شبکه های سلولار ، حسگر بیسیم ، Wi-Fi ، WiMAX و WiMedia مهیا می سازد . در نتیجه از طریق یک WMN یکپارچه ، کاربران شبکه موجود با سرویس های امکان ناپذیر دیگری از این شبکه ها تامین می شوند . WMN یک تکنولوژی بیسیم امید بخش برای کاربردهای بسیاری مانند شبکه سازی خانگی پهن باند ، شبکه های همسایگی و انجمنی ، شبکه سازی اقتصادی ، اتوماسیون ساختمان و غیره می باشد [۲] .
صدا روی پروتکل اینترنت (VOIP) : تکنولوژی است که برای ارسال مکالمات صوتی روی یک شبکه داده ای با استفاده از IP مورد استفاده قرار می گیرد . این عمل توسط دیجیتالی نمودن صوت به بسته های گسسته انجام می شود که بصورت مستقل روی شبکه ارسال می شوند ، بجای استفاده از پروتکل های سنتی PSTN که نیاز به برقراری مدار بین فرستنده و گیرنده داشتند [www.chrsolutions.com, Glossary of Telecom Acronyms and Terms] .
Handoff (Handover) : واگذاری یکارچه یک اتصال بین دو یا چند ایستگاه پایه (base station) که از تکنولوژی بیسیم یکسانی استفاده می کنند ، که ویژگی کلیدی سیستم های تلفن سیار مبتنی بر سلول امروزی است . چون یک فرستنده منفرد نمی تواند تمام سیستم های تلفن سیار در سطح یک شهر را که از BS های زیادی که هر کدام یک سلول رادیوئی ایجاد می کنند ، پوشش دهد . به محض اینکه یک کاربر یک سلول را به دلیل تغییر در شدت سیگنال ، تداخل ، یا متعادل کردن بار تغییر داد ، سیستم باید تمام اتصال ها را دوباره هدایت نماید یا تمام داده را فوروارد کند [Mobile Communications , by Jochen Schiller] .
Roaming : در مقایسه با handoff ، معمولا roaming کمی پیچیده تر است ، یعنی تغییر وقت گیر تر در دسترسی به شبکه است . roaming معمولا زمان بیشتری طول می کشد چون می تواند شامل تغییر در تکنولوژی شبکه ، چندین درخواست به پایگاه داده ، رویه های تصدیق هویت ، فوروارد داده ، رله اتصال ها ، یا تغییر تامین کننده شود [Mobile Communications , by Jochen Schiller] .
چکیده
در سالهای اخیر ، محبوبیت سرویس های VOIP به عنوان نتیجه رشد عظیم در دسترسی پهن باند بسیار افزایش یافته است . همان سرویس VOIP هنگامیکه روی یک شبکه بیسیم مش گسترش پیدا می کند چالش های جدیدی را تحمیل می کند ، در حالیکه کاربران را قادر به برقراری تماس های تلفنی با استفاده از تلفن های WiFi می سازد . تاخیر و از دست دادن بسته ها به علت تداخل و همچنین ظرفیت محدود در یک شبکه مش چند گامی بطور قابل توجهی کیفیت انتها به انتهای تماس VOIP را کاهش می دهند .
در این مقاله در مورد نیازمندیهای اساسی برای گسترش کارامد سرویس های VOIP‌ روی یک شبکه مش بیسیم بحث می کنیم . تکنیک های بهینه سازی عملی را ارائه می دهیم و ارزیابی می کنیم که می توانند ظرفیت شبکه را بهبود دهند ، کیفیت VOIP را حفظ نمایند و سیاری کاربر را بصورت کارایی اداره کنند . آزمایشات گسترده روی یک بستر آزمایش واقعی و ns-2 بینشی را در مورد پیامد های کارایی فراهم نمودند و سطحی از بهبود را ثابت کردند که می تواند با استفاده از تکنیک های پیشنهادی بدست بیاید . مخصوصا ما دریافتیم که تجمع سازی (aggregation) بسته ها به همراه فشرده سازی هدر می تواند تعداد تماس های VOIP قابل پشتیبانی در یک شبکه چند گامی را تا ۲ یا ۳ برابر افزایش دهد . سوئیچینگ مسیر سریع پیشنهادی در حفظ کیفیت VOIP بسیار موثر است . شمای handoff سریع ما تقریبا قطع سرویس ناچیزی در طی تماسهای مشتری های سیار بدست می آورد .
کلمات کلیدی : handoff ، سیاری ، کیفیت سرویس ، صدا روی پروتکل اینترنت (VOIP) ، شبکه های بیسیم مش
۱/ مقدمه
پس انداز هزینه ها و امتیازات گسترش آسان بدست امده از VOIP با استفاده از زیر ساخت های داده موجود فاکتورهای اصلی محرک رشد پایدار VOIP هستند . اخیرا به سبب حضور شبکه محلی بیسیم (WLAN) در منازل و ادارات ، VOIP بیسیم محبوبیت قابل توجهی بدست آورده است . VOIP بیسیم می تواند برای تماس گیرنده بسادگی استفاده از تلفن قابل حمل را با roaming محدود مقدور بسازد .
یکی از راه حلهای کاربردی و کم هزینه برای تامین کاربران بوسیله سرویس های تلفن سیار در حالیکه در سطح یک ناحیه وسیع بدون نیاز به roaming پوشش داده شوند ، استفاده از شبکه های مش بیسیم چندگامی مبتنی بر استاندارد IEEE 802.11 می باشد . امتیازات شبکه مش در مقایسه با یک LAN سیمی که نقاط دسترسی (Access Point) را بهمدیگر متصل می کند عبارتند از :
• سهولت گسترش و توسعه
• پوشش بهتر و وسیع تر
• داشتن قابلیت ارتجاع نسبت به خرابی گره (یعنی بازگشت به حالت اولیه)
• کاهش هزینه نگهداری
چنین شبکه بیسیم مشی پتانسیل ایجاد یک ستون فقرات بیسیم در مقیاس تجاری یا در مقیاس انجمنی را برای حمایت کاربران VOIP سیار را دارد می باشد . یک سناریو معمولی گسترش سرویس VOIP روی شبکه مش بیسیم در شکل ۱ نشان داده شده است . هنگامیکه چنین سناریوهای گسترشی در همه جا متداول شوند ، پتانسیل تحریک کاربران را برای استفاده از تلفن های VOIP بیسیم بجای تلفن های ثابت دارا می باشد .
الف . بررسی مختصر اهداف مقاله
در این مقاله روی طراحی یک شبکه بیسیم مش مبتنی براستاندارد ۸۰۲/۱۱ متمرکز می شویم که بصورت کارامد تماس های VOIP را پشتیبانی می کند . در راه گسترش کامل یک سرویس VOIP ما اهداف زیر را در این مقاله دنبال می کنیم .
• افزایش ظرفیت VOIP در شبکه مش : چنانچه در شکل ۲ می بینیم آزمایش های ما روی یک بستر آزمایش واقعی مش با تماس هایی که با G.729 رمزنگاری شده اند ، مشخص می کنند که :
۱) تعداد تماس های با کیفیت متوسط با افزایش گام ها در یک توپولوژی خطی ساده کاهش میابند . ۲) در یک شبکه مش با سرعت لینک ۲Mb/s ، تعداد تماس های پشتیبانی شده از ۸ تماس در یک گام به ۱ تماس پس از

شکل ۱/ شبکه ی مش دو مشتری متصل شده بهم ، و مسیرهای نگهداری شده بین آنها .

چهار گام کاهش یافته است . این کاهش قابل توجه در تعداد تماس های پشتیبانی شده می تواند به فاکتورهای زیر نسبت داده شود : ۱) کاهش گذردهی پروتکل UDP بخاطر تداخل خودش ، ۲) گم شده بسته در گام های چندگانه و ۳) سربار بالای پروتکل برای بسته های VOIP و سایز کوچک آنها (هدرهای ۸۰۲/۱۱/IP/UDP/RTP برای هر بسته با پیلود ۲۰ بایتی) .
هدف ما افزایش تعداد تماس های VOIP پشتیبانی شده با کیفیت معین اندازه گیری شده روی مش چندگامی است . ما دو رویکرد مبتنی بر تجمع سازی بسته VOIP و فشرده سازی هدر را پیشنهاد کردیم و ثابت کردیم با استفاده از این رویکردهای پیشنهادی ظرفیت تا ۲ یا ۳ برابر افزایش میابد .
• نگهداری کیفیت VOIP : پشتیبانی کاربردهای بلادرنگ حساس به تاخیر از قبیل VOIP روی شبکه مش یک چالش است . به سبب تغییر شرایط کانال بیسیم و تداخل کانال ، مشخصات تاخیر و گم شدن بسته می تواند در طی زمان در میان یک مسیر چندگامی بین یک مبدا و مقصد یک تماس صوتی تغییر نماید . چنین تغییراتی می تواند به شدت روی کیفیت یک تماس صوت تاثیر بگذارد . با بهره برداری از مسیرهای چندگانه بین گره های مبدا و مقصد با انتخاب یک مسیر که بهترین مشخصات تاخیر و گم شدن را دارد ، می توانیم بر این مشکل غلبه نماییم . با استفاده از یک شمای سوئیچینگ zero overhead label ، ترافیک صدا در امتداد بهترین مسیر در میان مسیر های موجود مسیر یابی می شود . آزمایش های ما نشان داد که با استفاده از سوئیچینگ مسیر کارامد ، می توانیم کیفیت مورد نظر را تا ۸۶% زمان در مقایسه با ۴۶% زمان بدون سوئیچینگ بدست بیاوریم .
• پشتیبانی از سیاری مشتری VOIP : پشتیبانی از تماس های بدون قطع شدگی برای مشتری های سیار VOIP که بین AP های متفاوت در طی یک تماس صوتی handoff می کنند ، بسیار مشکل است . ما یک شمای handoff سریع طراحی کردیم که از مکانیزم فیدبک لایه لینک برای تشخیص تغییر مکان مشتری و در نتیجه بهنگام سازی مسیر های درون شبکه مش استفاده می نماید . بعلاوه برای جلوگیری از گم شدن بسته ها در طی یک handoff ، بسته های صوت را در AP قدیمی بافر می کنیم و مجددا این بسته ها از طریق AP جدید به مشتری مسیریابی می کنیم . آزمایش های ما روی مش چندگامی قطع شدگی تقریبا نزدیک به صفر در کیفیت VOIP را در طی handoff ثابت می کنند .
شکل ۲/ ظرفیت تماس یک دنباله خطی از گره ها نسبت به طول دنباله کاهش میابد .

مراجع
[۱] S. Ganguly, V. Navda, K. Kim, A. Kashyap, D. Niculescu,R. Izmailov, S. Hong, S. R. Das, ‘‘Performance Optimizations for Deploying VoIP Services in Mesh Networks’’ , IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL. 24, NO. 11, NOVEMBER 2006.
[2] Ian F. Akyildiz, Xudong Wang, and Weilin Wang, ‘‘Wireless Mesh Networks:A Survey,’’ Computer Networks, vol. 47, no. 4, March 2005.