خدمات همزمان صوت و داده در شبكه هاي بي سيم

ارايه خدمات همزمان صوت و داده روي شبكه هاي بي سيم

در سال هاي اخير، دو فناوري بالنده به نام هاي  شبكه ي رايانه اي بي سيم (WLAN) وارتباطات صوتي اينترنتي (VoIP) ظهور كرده اند. منظور از فناوري  WLAN  ، ايجاد شبكه هاي رايانه اي بي سيم است و فناوري VoIP  نيز عبارت است از ارسال داده هاي ديجيتالي تماس هاي  تلفني ، به صورت بسته هاي داده با استاندارد IP ، ازطريق شبكه اينترنت. با گسترش دو فناوري فوق، فكر تركيب آن دو مطرح شده كه با نام تركيبي ارتباطات صوتي برشبكه ي رايانه اي بي سيم (VOWLAN) شناخته مي شود. هدف از تركيب دو فناوري، بوجود آوردن امكان  برقراري مكالمات تلفني به صورت VoIP ، بر روي شبكه هاي بي سيم  WLAN  است.

معروف ترين استانداردWLAN ،  استاندارد IEEE 802.11 است كه بيشتر با نام ديگر آن‌ يعني،  استاندارد ,واي- فاي ، شناخته مي شود. به وسيله اين استاندارد، رايانه ها،‌ گوشي هاي تلفن و ساير وسايل مي توانند به صورت بي سيم، به راحتي و بدون اشكال در ارتباط باشند.

از طرف ديگر،‌  VoIP در سال هاي گذشته به عنوان يك فناوري موفق و مقرون به صرفه براي برقراري تماس هاي تلفني، در مقايسه با شبكه هاي مبتني بر مدار، ‌مطرح شده است. با فناوري VoIPمي توان داده و صوت رابه طور همزمان در شبكه هاي رايانه اي ،‌ منتقل كرد‌.

تركيب دو فناوري واي – فاي (WLAN) و VoIP با نام هاي مختلفي خوانده مي شود كه مهم ترين آن ها عبارتند از فناوريVOWLAN يا فناوري تلفن واي – فاي.  اهميت فناوريVOWLAN در افزايش كارايي حاصل از به كارگيري آن در ادارات ،  موسسات و كارخانجات است. به كارگيري فناوريVOWLAN ، با فراهم آوردن امكان جابجايي كاركنان در محيط كار ( به خصوص در كارخانجات)، باعث افزايش توليد و به تبع آن سود حاصله مي شود. مطالعات و تجارب عملي نشان مي دهد كه اين مقدار از افزايش سود ، هزينه لازم براي ايجاد سامانه مبتني بر فناوريVOWLAN را جبران مي كند.

فناوري DECT  اصلي ترين رقيب فناوريVOWLAN  در بازار است و براي ارايه خدمات تماس بي سيم به كار مي رود ولي بر اساس استاندارد اينترنت IP نيست. به همين دليل فناوري DECT  مشكلات و كاستي هاي ناشي از به كار بردن استاندارد اينترنت IP را ندارد ولي از سوي ديگر براي قرار گرفتن در شبكه هاي نسل آينده كه به طوركامل مبتني بر IP هستند، مشكل دارد.

هدف از اين نوشتار، معرفي دو فناوريVOWLAN و فناوري DECT‌ است. پس  از معرفي اجمالي، ‌بازار موجود براي فناوريVOWLAN ، مزاياي آن و چالش هاي موجود بر سر راه توسعه اين فناوري، بررسي مي شود. آن گاه فناوري DECT‌  معرفي مي شود و سپس، فناوريVOWLAN با فناوري DECT مقايسه مي گردد.  در نهايت هم نتيجه گيري انجام مي شود.

معرفي فناوريVOWLAN 

دو فناوري WLAN وVoIPازفناوري هاي مهم موجود در بازار هستند.  منظور از فناوري  WLAN  شبكه هاي رايانه اي بي سيم است و فناوري VoIP  نيز عبارت است از ارسال داده هاي ديجيتالي تماس تلفني ، به صورت بسته هاي داده با استاندارد IP ، بر شبكه اينترنت. با گسترش دو فناوري فوق، فكر تركيب آن دو فناوري مطرح شده است. هدف از تركيب دو فناوري،  برقرار كردن تماس هاي تلفني به صورت VoIP ، بر روي شبكه هاي WLAN  است. در اين شبكه ها، افراد با استفاده از گوشي هاي مخصوص ، به صورت بي سيم به شبكه رايانه اي  متصل مي شوند و تماس ها به صورت VoIP  از طريق شبكه رايانه اي  بي سيم بر قرار مي گردد.

فناوري  WLAN  ، يكي از فناوري هاي مهم در زمينه ايجاد امكان جابجايي (Mobility) در شبكه هاي رايانه اي  است. استاندارد فناوري  WLAN  ، با واي – فاي و يا IEEE 802.11 شناخته مي شود. در سال 2002، تعداد آنتن هاي واي – فاي و همچنين وسايلي كه مي توانند با آنتن هاي فوق در ارتباط باشند ( و در حقيقت به شبكه متصل شوند)‌، نسبت به سال قبل حدود 80% رشد داشته است. همچنين در سال 2003، تعداد 10 ميليون از آنتن هاي واي – فاي در كل دنيا به فروش رفته است. ] مرجع 1[

فناوري VoIP  نيز با كاهش سطح تعرفه هاي مكالمات تلفني، هم توسط شركت هاي مخابراتي و هم توسط كاربران به خوبي شناخته شده است. استفاده از اين فناوري باعث كاهش هزينه هاي مكالمات، به خصوص مكالمات راه دور شده است.  در ادارات و موسسات بزرگ، صرفه جويي حاصل ازكاهش هزينه ها، سرمايه گذاري براي توسعه سامانه هاي تلفن داخلي مبتني بر فناوري VoIP  را در اكثر مواقع توجيه مي كند.] مرجع 1[

تركيب دو فناوري  WLAN  و VoIP  ، ركن اصلي فناوريVOWLAN  است. هدف از اين فناوري   جديد،‌ به دست آوردن همزمان مزاياي دو فناوري WLAN  و VoIP  با هدف كاهش هزينه ها و افزايش كارايي در موسسات و كارجانجات بزرگ است.

بازار فناوري VOWLAN

مانند ساير فناوري ها، در مورد فناوري VOWLAN نيز بازار مهم ترين عامل تعيين كننده است. تحقيقات و تجارب عملي نشان مي دهد كه موسسات و كارخانجات مي توانند با به كارگيري فناوري VOWLAN با كاهش هزينه مكالمات (به خصوص مكالمات راه دور) و افزايش كارايي، هزينه هاي خود را كاهش داده و سود را افزايش دهند.

با ايجاد شبكه بي سيم مبتني بر فناوري VOWLAN ، سود شركت ها و موسسات به دو دليل افزايش مي يابد. اولا، به دليل آن كه كارمندان در حال حركت در محوطه، بوسيله گوشي هاي VOWLAN  همواره در دسترس هستند، كارايي و بهره وري در محيط كاري افزايش مي يابد كه به نوبه خود موجب افزايش سود خواهد بود. ثانيا، با برقراري مكالمات تلفني بوسيله استاندارد IP، هزينه مكالمات كاهش مي يابد و در نتيجه به افزايش سود،‌ كمك خواهد كرد.] مرجع 2[

با توجه به مطالب فوق، مهم ترين موسسات و كارخانجاتي كه مي توانند از منافع فناوري VOWLAN بهره مند شوند، آنهايي هستند كه كارمندان و يا كارگران آنها معمولا در محل كار جابجا مي شوند و ساعاتي كه پشت ميز خود سپري نمي كنند‌، در مقايسه با كل ساعت كار، نسبت بزرگي را تشكيل مي دهد. به عنوان مثال مي توان به پرستاران بيمارستان ها، معلمان در محيط مدرسه، فروشندگان مغازه هاي بزرگ، مهندسان اجرا و نظارت در پرو‍‍ژه هاي ساختماني، و كارگران در كارخانجات بزرگ اشاره كرد.  هرگاه ارتباط مديران با اين گونه كاركنان همواره برقرار باشد(‌ از طريق محصولات فناوري VOWLAN)، مي توان انتظار داشت كه كارايي و بهره وري به طور قابل ملاحظه ايي افزايش يابد.] مرجع 2[

گذشته از موسساتي كه كاركنان آنها معمولا در محل كار جابجا مي شوند، دو بخش ديگر از بازار، به عنوان بخش هايي وجود دارند كه در آينده مي تواند مورد توجه توليد كنندگان محصولات فناوري VOWLAN قرار گيرد. اولين بازار مربوط به محل هاي عمومي پر رفت و آمد مانند فرودگاه ها، هتل ها، رستوران ها، محل هاي نمايشگاه ها و يا همايش ها، ايستگاه هاي راه آهن و مكان هاي مشابه آن است. دومين بازار نيز مربوط به منازل و شركت هاي كوچك است. با كاهش قيمت  محصولات فناوري VOWLAN،‌ اين دو بخش بازار به تدريج مورد توجه قرار خواهند گرفت. ] مرجع 2[

شكل (1)‌ تعداد گوشي هاي تلفن مبتني بر فناوري VOWLAN را در طي سال هاي 2004 تا 2005 ميلادي نشان مي دهد. اين تعداد كه در سال 2004 برابر 113 هزار بوده، پيش بيني مي شود كه در پايان سال 2005 به دو ميليون عدد افزايش يابد. اين ميزان رشد سريع نشان گر ميزان تقاضا براي بازار و استقبال از فناوري VOWLAN است. ] مرجع 3[

معرفي فناوري DECT

استاندارد(Digital Enhanced Cordless Telecommunications ) DECT  براي استفاده در فناوري مخابرات بي سيم طراحي شده است. اين استاندارد در اروپا تدوين شده و استفاده از آن، به طور مداوم، در بازار مخابرات در حال گسترش است. استاندارد DECT  مي تواند با بسياري از استاندارد هاي ديگر شبكه مانند GSM ، ISDN و PSTN ارتباط برقرار نمايد. استاندارد DECT  در سال 1992 تدوين شده و اولين محصول مطابق با اين استاندارد توسط شركت اوليوتي ارائه شده است.

خصوصيات مهم اين فناوري به شرح ذيل است:

پايين بودن هزينه هاي ايجاد شبكه DECT  نسبت به فناوري هاي مشابه

امكان جابجايي آسان براي كاربران

بالا بودن كيفيت مكالمات (‌ قابل مقايسه با شبكه هاي تلفن  سيمي )

سطح بالاي امنيت در اين شبكه

تراكم كاربران مي تواند بسيار بالا باشد

راه اندازي اين شبكه ها سريع و آسان است

كاربرد هاي مهمي كه استاندارد DECT  در آن استفاده مي شود بسيار گسترده است. دو زمينه ايي كه استاندارد DECT  در آن ها پيشرفت خوبي داشته است عبارتند از:

شبكه هاي تلفن محلي بي سيم‌: در اين كاربرد با نصب تعدادي از ايستگاه هايBTS ا، شبكه تلفن محلي ايجاد مي گردد كه افراد در آن مي توانند مانند شبكه هاي تلفن ثابت، ولي از طريق گوشي هاي بي سيم DECT  ، تماس هاي معمولي خود را برقرار نمايند. در اين شبكه BTS استاندارد DECT ، به وسيله ارتباطات سيمي، به شبكه PSTN معمولي متصل مي شود.

كاربرددر سامانه تلفن داخلي PBX : ادارات و شركت ها مي توانند بوسيله استاندارد DECT ، شبكه هاي تلفن داخلي PBX را به طور بي سيم ايجاد نمايند. گوشي هاي بي سيم اين امكان را ايجاد مي كنند تا افراد در داخل محيط كاري همواره در دسترس باشند. اين امكان،‌مخصوصا در مورد اداراتي كه كارمندان داراي جابجايي بيشتر هستند،‌ مانند كارخانجات و بيمارستان ها، داراي اهميت بيشتر است. هزينه كمتر ايجاد تلفن داخلي PBX و همچنين افزايش كارايي  ادارات و شركت ها در اثر آن، مي تواند توجيه كننده به كارگيري استاندارد DECT باشد.

چالش هاي رودرروي فناوري VOWLAN

براي ايجاد و به كارگيري شبكه هاي مبتني بر VOWLAN، چالش هاي زير بايستي مورد توجه قرار گيرند: . ] مرجع 4[

تاخير و كيفيت پايين صوت

پوشش ناقص و مساله قطع و وصل شدن تماس ها

تاخير ايجاد شده در اثر فراگردي(رومينگ)

مساله امنيت شبكه

مساله ارسال مجدد بسته هاي حذف شده

ظرفيت پايين شبكه و تعداد كم تماس هاي همزمان

كيفيت خدمات داده و صوت

مساله مصرف توان

هر كدام از موارد فوق در زير به طور مختصر توضيح داده مي شود: . ] مرجع 4[

تاخير و كيفيت پايين صوت

در استاندارد TCP/IP حداكثر تاخير مجاز براي بسته هاي داده 120 ثانيه است. در حالي كه، استاندارد ITU G.114 ( كه براي كيفيت صوت تدوين شده)،‌ حداكثر تاخير قابل قبول در كاربرد هاي صوت را برابر 150 ميلي ثانيه تعيين كرده است. از اين رو، تاخير ي كه در انتقال بسته هاي داده در استاندارد TCP/IP ايجاد مي شود، احتمال دارد كه منجر به ايجاد اختلال در برقراري تماس هاي صوتي از طريق شبكه هاي اينترنت گردد.

از سوي ديگر، بسته هاي داده مربوط به يك لحظه از مكالمه ممكن است پس از عبور از شبكه مبتني بر استاندارد TCP/IP، با تاخير هاي غير يكسان به سمت گيرنده برسند. اين امر باعث مي شود كه تبديل مجدد بسته هاي داده به صوت، در طرف گيرنده،‌ با مشكل مواجه شود. براي جلوگيري از تاخير هاي نابرابر، از ميانگير هاي مياني استفاده مي شود كه خود اين ميانگير ها، باعث افزايش تاخير كلي در مسير بسته هاي داده خواهد شد.

با توجه به اين كه ميزان تاخير در شبكه مبتني بر استاندارد TCP/IP، با پهناي باند نسبت معكوس دارد، براي حل مشكل تاخير،‌بايستي پهناي باند شبكه به ميزان كافي بالا باشد تا حداكثر تاخير بسته هاي داده از 150 ميلي ثانيه بيشتر نگردد. بنابراين،‌ شبكه هاي مبتني بر VOWLAN بايد داراي پهناي باند بالا باشند تا بتوان از آنها براي برقراري مكالمات،‌ استفاده كرد.

پوشش ناقص و مساله قطع و وصل شدن تماس ها

نواحي تحت پوشش هر آنتن VOWLAN به شكل دايره است. از اين رو، براي تحت پوشش قرار دادن مناطق وسيع تر بايد از چندين آنتن استفاده نمود. در برخي موارد،‌ به دليل طراحي نامناسب و تعيين غلط مكان آنتن ها، مناطقي از اداره و يا شركت تحت پوشش قرار نمي گيرد. در اين نواحي كه تحت پوشش هيچ آنتني قرار ندارد،‌ امكان برقراري تماس با شبكه وجود ندارد. همچنين،‌ ممكن است فردي كه در حال قدم زدن است، مانند آنچه در شبكه تلفن همراه رخ مي دهد، هنگام رد شدن ‌از يكي از نواحي فوق، صدا را به صورت قطع و وصل شونده دريافت كند.

تاخير ايجاد شده در اثرفراگردي( رومينگ)

همان گونه كه در بخش قبل اشاره شد، براي تحت پوشش قرار دادن ناحيه اي وسيع، بايد از چندين آنتن استفاده كرد. هنگام حركت در محوطه فرد ممكن است به دفعات از ناحيه تحت پوشش يك آنتن به ناحيه تحت پوشش آنتني ديگر عبور كند. هنگام عوض شدن آنتني كه فرد را تحت پوشش قرار مي دهد، بايستي يك رشته عمليات و تبادل داده بين آنتن ها صورت گيرد تا امكان برقراري ارتباط از طريق آنتن جديد، به وجود آيد. انجام اين عمليات و تبادل داده،‌ مستلزم صرف زمان و در نتيجه ايجاد تاخير در ارسال بسته هاي داده است. به اين تاخير،‌در اصطلاح، تاخير ايجاد شده در اثر دست به دست شدن ( Handover)  گفته مي شود.

مساله امنيت شبكه

پروتكل امنيتي استاندارد IEEE 802.11 داراي مشكلاتي بوده است. در نسخه جديد استاندارد، پروتكل جديد واي – فايProtected Access(WPA)  با عنوان پروتكل امنيتي به كار رفته است. اين پروتكل جديد، روش هاي جديد امنيت شبكه را مورد استفاده قرار داده است. انجام محاسبات لازم پروتكل جديد WPA ، بدليل زياد بودن حجم عمليات ، ممكن است 500 تا 1500 ميلي ثانيه طول بكشد. اين مدت زمان، مستقيما به تاخير بسته ها اضافه مي شود. اضافه شدن تاخير نيز، باعث كاهش كيفيت مكالمات خواهد شد.

مساله ارسال مجدد براي بسته هاي حذف شده

در استاندارد TCP/IP، بسته هاي داده ايي كه بنا به هر دليلي، به گيرنده نرسيده اند، تشخيص داده شده و توسط فرستنده، دوباره ارسال مي شود. ارسال مجدد بسته هاي مفقود شده،‌ در كاربرد هايي كه هدف برقراري مكالمات است، با عث افزايش تاخير بسته ها مي شود. بنابراين،‌ ارسال مجدد بسته ها، باعث كاهش كيفيت مكالمات خواهد شد.

ظرفيت پايين شبكه و تعداد كم تما س هاي همزمان

مطابق مطالب فوق، تاخير مهم ترين مشكل برقراري تما س هاي تلفني بر روي شبكه هاي مبتني بر استاندارد TCP/IP است. با توجه به اين كه ميزان تاخير، با پهناي باند نسبت معكوس دارد، براي حل مشكل تاخير،‌ بايستي پهناي باند شبكه به ميزان كافي بالا باشد تا حداكثر تاخير بسته هاي داده از حد مجاز بيشتر نگردد. بنابراين،‌ شبكه هاي مبتني بر VOWLAN بايد داراي پهناي باند بالا باشند تا بتوان از آن ها براي برقراري تماس،‌ استفاده كرد. بنابراين، با در دسترس بودن يك ميزان پهناي باند ثابت، تعداد تماس هايي كه مي تواند به صورت همزمان در شبكه برقرار باشند، محدود است. با توجه به مشخصات ذكر شده در استاندارد IEEE 802.11 ، تعداد تماس همزمان به 5 الي 7 مكالمه محدود مي شود.

كيفيت خدمات داده و صوت

با توجه به اينكه تاخير بسته ها مي تواند در كاربرد هاي VOWLANكيفيت مكالمات را به شدت كاهش دهد، از اين رو تمهيداتي براي دادن اولويت بالاتر به بسته هاي صوت بايد ايجاد گردد. در اين نوع شبكه ها،‌با بيشتر شدن تعداد مكالمات، پهناي باندي كه در شبكه مي توان به عبور بسته هاي داده اختصاص داد، كاهش مي يابد.  

مساله مصرف توان

مساله مصرف توان در كاربرد هاي جديد بسيار مهم است. وسايل الكترونيكي مبتني بر VOWLAN براي تبادل داده در شرايط گوناگون،‌ به مصرف توان متفاوتي نياز دارند. در استاندارد VOWLAN ، با كاهش فاصله فرستنده از آنتن، امكان ارسال داده با نرخ بالاتري فراهم مي شود. از اين رو، با كاهش فاصله وسايل الكترونيكي از آنتن ها،‌ نرخ ارسال داده بالاتر خواهد بود كه منجر به كاهش زمان مكالمه مي كردد. از سوي ديگر، به دليل كاهش زمان ارسال داده، مصرف توان كاهش خواهد يافت.

مقايسه فناوري DECT و VOWLAN

در حال حاضر برآورد مي شود كه در دنيا حدود 80% از تعداد كاركنان، در محيط كار، داراي جابجايي هستند. از اين رو اهميت استفاده از سامانه هاي تلفن داخلي بي سيم ( چه DECT و چه VOWLAN ) مشخص مي شود. در مورد مقايسه اين دو فناوري موارد زير به صورت خلاصه مطرح مي باشند:

عليرغم تبليغات فراوان در مورد مزاياي فناوري VOWLAN، قبل از آن كه اين فناوري فراگير شود بايستي بسياري از مشكلات فني ذكر شده در بخش فوق، مرتفع گردد.

سامانه هاي DECT مبتني بر شبكه هاي PSTN است ولي سامانه هاي VOWLAN بر استاندارد اينترنت IP است. از اين رو سامانه هاي VOWLAN براي قرار گرفتن در آرايش شبكه نسل بعدي ، داراي قابليت بيشتري است.

به دليل آنكه فناوري DECT قبل از فناوري VOWLAN وارد بازار شده، سهم بازار بيشتري را به خود اختصاص داده است كه اين سهم به مرور زمان بين دو فناوري تقسيم خواهد شد. 

در حال حاضر، بدليل زياد بودن تعداد شركت ها و توليد كنندگان تجهيزات DECT ،‌ هزينه ايجاد و راه اندازي سامانه هاي DECT نسبت به سامانه هاي VOWLAN پايين تر است.

حامد فرشباف

مراجع

[Ref. 1] Ashley Johnson, “Enabling voice on WLAN: a straightforward development project”.

[Ref. 2] Geri Mitchell-Brown, ” WLAN,VoIP Technologies Converge To Create واي – فايTelephony “, SpectraLink Corporation, FEBRUARY 2004.

[Ref. 3] Joseph Harden, Patrick Fenton, Martin Hehir and Eoin Duggan, “ VoIP and Wireless Networking “, 4BA2 Technology Survey.

[Ref. 4] “Voice over WLAN” , white paper, Extricom company.