در دنیای امروز استفاده از شبکه های WLAN ( Wireless LAN ) در سازمانها و شرکت ها به سرعت فراگیر شده است و دسترسی کارمندان به انواع ابزارهای ارتباطی و برنامه های کاربردی به روز جهت ارتقاء کارایی و کاهش هزینه ها به یکی از ملزومات محیط کار مبدل شده است. بکار گیری سرویس هایی که ویژگی های در دسترس بودن و متحرک بودن را بطور همزمان دارا باشند، فرصت های جدیدی جهت افزایش بازدهی در محیط کار ارائه می دهند. از آن جمله می توان به استفاده از تلفن های Wi-Fi اشاره کرد که بر مبنای  ارسال صوت بر روی شبکه Wi-Fi یا همان Voice over WiFi ( VoFi ) کار می کنند.

از آنجاییکه ترافیک وای فای روی باندهای فرکانسی بدون مجوز انتقال داده می شود، استفاده از شبکه های وای فای با سهولت بالا و هزینه نسبتاً کم در میان کاربران تجاری و خانگی بسیار رایج شده است. بکار گیری وای فای به منظور بر طرف کردن نیازهای روزمره مانند باز کردن صفحات وب و یا دسترسی به ایمیل ممکن است مناسب باشد، اما برای کاربرانی که سعی می کنند بهره بیشتری از آن ببرند مثلاً جهت اجرای برنامه های چند رسانه ای یا برقراری تماسهای صوتی از آن استفاده کنند، چندان رضایت بخش نیست.

باندهای فرکانسی 2.4GHz و 5GHz توسط بسیاری از وسایل از قبیل تلفن های بی سیم، سرویس های ماهواره ای و شبکه های وای فای استفاده می گردند. این منابع رایج ایجاد کننده تداخل، به لحاظ تمایز قایل شدن بین امواج مورد نظر برای ارسال و نویز های پس زمینه، کار را برای گوشی های وای فای مشکل تر می کنند.

بطور کلی ارسال صوت روی شبکه Wi-Fi نسبت به ارسال دیتا بسیار متفاوت و به عبارت بهتر حساس تر است. در VoFi کاهش سیگنال براحتی منجر به ایجاد تداخل و انسداد می گردد، در حالیکه ممکن است این امر روی ترافیک داده تاثیر چندانی نداشته باشد. مسیر های انتقال بین اکسس پوینت ها و کلاینت ها باید به گونه ای انتخاب شود که سیگنال بهینه و بیشینه گردد و در عین حال هر گونه نویز و تداخل تضعیف شود. کیفیت سرویس (QoS) همواره باید این نکته مهم را مد نظر داشته باشد که بسته های صوت نسبت به دیتا از اولویت بالاتری برخوردارند. کلاینت های صوت باید انرژی بیشتری ذخیره کنند بطوریکه پاسخگوی مصرف باتری گوشی وای فای باشد. اگر کلاینت صوت از محدوده یک اکسس پوینت به اکسس پوینت دیگری حرکت کند باید مراحل پیوستن به اکسس پوینت جدید و شناسایی مجدداً انجام شود تا امنیت و پایداری ارتباط همچنان برقرار بماند، چرا که مقدار کمی تاخیر ناشی از رومینگ روی کیفیت صدا  اثر گذاشته و منجر به از دست رفتن تماس می گردد.
در ادامه به جزییات بیشتر درباره چالشهایی که تکنولوژی VoFi با آن روبروست و راهکار های مقابله با آن می پردازیم.

چالش های Voice Over Wi-Fi و راهکار های غلبه بر آن

استفاده بهینه از مسیرهای چندگانه

شبکه های وای فای اغلب تحت تاثیر پدیده ها و آثار RF  هستند. قرار گرفتن اشیاء مختلف بین فرستنده و گیرنده باعث انعکاس امواج از سطوح مختلف و ایجاد مسیرهای چندگانه برای رسیدن به گیرنده می شود. پدیده چند مسیری سبب بوجود آمدن حفره هایی در پوشش دهی می گردد. از کارکرد اجاق مایکروفر گرفته تا حرکت افراد حتی تغییرات کوچک محیطی مسیر امواج رادیویی را تغییر داده و تاثیرات زیادی روی عملکرد و کارایی ارسال امواج خواهند داشت.

تکنولوژی وای فای به کمک استانداردهای جدید بر این مشکلات فائق آمده و سعی کرده از آن در جهت مثبت استفاده کند. به این ترتیب که سیگنال های چندگانه را که از مسیرهای متفاوت آمده با یکدیگرترکیب کرده و از این طریق پهنای باند را تقویت می کند در نتیجه نرخ ارسال داده تا حد قابل قبولی افزایش می  یابد. ولی از طرف دیگر پهنای باند بیشتر قابلیت پذیرش نویز و تداخل را نیز افزایش می دهد.

اما مسئله اینست که در ارسال صوت روی وای فای مانند دیگر برنامه های چند رسانه ای پهنای باند بیشتر دغدغه نیست بلکه موضوع مهم و حیاتی داشتن ارتباطی پایدار، پیوسته و قابل پیش بینی است. بنابر این راهکاری که برای غلبه بر تداخل و چالش های چند مسیری ارائه شده استفاده از تکنولوژی آنتن های هوشمند است. آنتن های هوشمند سیگنال های RF را در جهت کلاینت تقویت می کنند، بنابراین کلاینت صوت همیشه یک مسیر پایدار و مطمئن به سمت اکسس پوینت خواهد داشت. علاوه بر آن با ارسال بیم های پلاریزه افقی و عمودی بطور همزمان باعث افزایش سرعت انتقال داده شده و همچنین با تضعیف سیگنال های تداخل کیفیت انتقال صوت را بهبود می بخشند. ترکیب این عوامل کارایی کلی شبکه را ارتقا داده و زمینه ارسال بسته های حساس صوت را با اطمینان بیشتر فراهم می آورد.

اولویت بندی انواع مختلف ترافیک بی سیم

در استفاده از شبکه وای فای یک کاربر براحتی قادر است کل کانال را اشغال کند و از سرعت بیشتری بهره ببرد اما به محض اینکه تعداد کاربران افزایش یابد همه کاربران باید برای انتقال داده و جلوگیری از برخورد ( Collision ) مدت زمان بیشتری منتظر بمانند. زمانیکه یک کاربر قصد ارسال اطلاعات را دارد باید مدت زمان مشخصی کانال را بررسی کند تا تشخیص دهد که آیا کاربر دیگری نیز قصد ارسال اطلاعات روری کانال مذکور را دارد یا خیر. اگر کانال آزاد باشد کاربر اجازه دارد فرایند ارسال را آغاز کند اما اگر کانال مشغول باشد فرایند ارسال بر اساس یک فاصله زمانی تصادفی به زمان دیگری موکول می گردد. این روش که دسترسی چند گانه با قابلیت شنود سیگنال حامل به کمک پیشگیری از تصادم ( Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance-CSMA/CA ) نام دارد، احتمال برخورد را به حداقل می رساند.

این طراحی در مورد انتقال دیتا مناسب است، اما ایجاد یک شبکه مناسب جهت ارسال صوت نیاز به طراحی کاملاً متفاوتی دارد. تغییر پذیری در زمان رسیدن بسته ها به گیرنده باعث ایجاد جیتر ( jitter )  می شود، جیترها بصورت فاصله های زمانی قابل شنیدن در تماس ظاهر می گردند. تاخیر و یا  از دست رفتن جریان های شنیداری تماس صوتی را غیر قابل استفاده می کند، بنابراین زمانیکه بحث انتقال ترافیک صوت مطرح است همه این موارد باید تا حد امکان کاهش یابند.

به منظور حل این مشکلات و عملکرد مناسب تر استانداردی تحت عنوان وای فای چندرسانه ای ( WiFi MultiMedia-WMM ) جهت اولویت بندی ترافیک وای فای ارائه شده است. این استاندارد ترافیک های وای فای را به ترتیب اولویت بصورت : صوت، تصویر، تلاش مجدد برای ارسال و در نهایت ترافیک پس زمینه دسته بندی می کند. اکسس پوینت هایی که استاندارد WMM را ساپورت می کنند معمولاً دارای صف های انتقال هستند، بطوریکه اگر ترافیک یک وسیله حامل VoFi در اثر تداخل یا تضعیف از دست برود، اکسس پوینت قبل از اینکه ترافیک دیگر وسایل وای فای را در صف قرار دهد به ترافیک اولیه یک شانس دوباره داده و عمل انتقال را مجدداً انجام خواهد داد.
 


 

رومینگ سریع و ایمن

در یک شبکه WLAN بطور معمول کلاینت از محدوده یک اکسس پوینت به اکسس پوینت دیگر حرکت کرده و میان اکسس پوینت های مختلف دست به دست می گردد، با هر دست به دست شدن لازم است که کلاینت مجدداً شناسایی گردد تا امنیت شبکه حفظ شود. نکته چالش بر انگیز برای یک کاربر صوت اینست که در حرکت میان این مرزها ارتباط باید بصورت یکپارچه و بدون قطعی برقرار باشد، در حالیکه شناسایی مجدد برای سرور ممکن است صدها میلی ثانیه به طول بیانجامد و موجب قطع تماس گردد.

سیستم هایی که از معماری صحیح و اساسی برخوردار هستند  از یک کنترلر جهت مدیریت متمرکز اکسس پوینت ها استفاده کرده و اعتبارات مربوط به هر کلاینت را در کنترلر ذخیره می نمایند.
دو تکنیک اساسی به منظور ذخیره سازی اعتبارات کلاینت ها وجود دارد:

  • روش اول به این صورت است که زمانیکه کاربر از حوزه یک اکسس پوینت خارج شده و دوباره به آن بر می گردد، بجای اینکه مجبور باشد برای شناسایی مجدد به سرور رجوع کند، به کاربر اجازه داده شده که از اعتبارات ذخیره شده قبلی روی سرور استفاده کند.
  • روش دوم به این صورت عمل می کند که با خارج شدن کاربر از حوزه اکسس پوینت، اعتبارات ذخیره شده در سوییچ برای همه اکسس پوینت هایی که در مجاورت آن قرار دارند توزیع می گردد، بنابراین چنانچه کلاینت به هر کدام از این اکسس پوینت ها بپیوندد نیاز به شناسایی مجدد نیست.

بهبود عملکردگوشی های وای فای و ذخیره توان

بعضی از اکسس پوینت های معمولی تمام مدت با بالاترین توان ممکن کار می کنند، در نتیجه نه تنها تداخلات بیشتری توسط گیرنده دریافت می شود بلکه عمر باتری گوشی وای فای نیز در اثر تبادلات دائمی کاهش می یابد.

سیستمهای وای فای جدید با انجام محاسبات بطور پیوسته مسیر بهینه را تشخیص داده و ترافیک VoFi را در آن جهت هدایت می کنند. به این ترتیب علاوه بر کاهش رکود و تداخلات باعث افزایش سرعت انتقال می گردند. بدین وسیله عمر باتری گوشی وای فای افزایش یافته و از انتقال های مجدد و رومینگ بی مورد نیز جلوگیری می شود. انجام این امر احتیاج به اندازه گیری های دقیق و الگوریتم هایی دارد که بطور پیوسته با تغییرات محیطی RF تطبیق داده شوند. این مکانیزم قابلیت انجام انتخاب های هوشمندانه را به اکسس پوینت می دهد، از قبیل اینکه کجا و چگونه ارسال را انجام دهد، کدام سیگنال ورودی باید پردازش شود و کدام تداخل است و باید نادیده گرفته شود.

جمع بندی

آنچه که مسلم است VoFi با چالش های تکنیکی بی شماری مواجه است که کنترل روی عملکرد آنرا کمتر و پیش بینی کارایی آنرا مشکل تر ساخته است. ارسال صوت روی شبکه وای فای در مقابل تاخیر و تداخل بسیار آسیب پذیر است. زمانیکه صحبت از انتقال صوت به میان می آید سیستم های بی سیم باید قادر باشند تا در عرض میلی ثانیه خود را با تغییرات محیطی RF تطبیق دهند. ارائه لینک وای فای پایدار و قابل اطمینان برای کاربران صوت بسیار مهم و حیاتی است تا به این وسیله بر نوسانات و یا ضعف سیگنال و سایر عواملی که باعث کاهش کیفیت صوت می شوند غلبه کنند. یادآوری این نکته ضروری است که اکسس پوینت های خانگی که بطور فراگیر در دسترس و مورد استفاده هستند برای ارسال صوت مناسب نیستند، چرا که استفاده از استاندارد WMM که وجود آن برای  VoFi امری ضروریست در اکسس پوینت های خانگی چندان رایج نیست. اگرچه اکسس پوینت هایی که مجهز به تکنولوژی MIMO هستند قادرند دیتا را سریعتر و برای مسافت بیشتر ارسال کنند اما کمکی به بالا بردن کیفیت صوت یا پایداری ارتباط نمی کنند. همه این عوامل بیانگر این موضوع است که ارسال صوت روی شبکه وای فای به دلیل حساسیت بالا به تجهیزات قوی و متناسب با  این کاربرد نیاز دارد.

-->