پیاده سازی ارتباطات یکپارچه در شبکه های بی سیم

معماری ارتباطات بی سیم

پارامترهای موثر در معماری

به طور کلی شبکه­ های بی­سیم (Wireless)را می توان بر حسب فرکانس کاری و نحوه عملکرد در طبقه بندیهای گوناگونی نظیر Wi-Fi ، WiMax ، Microwave، GSM 3G/4G و نظایر آنها جای داد.
مکانیزم برقراری ارتباطات بی سیم که وابسته به هشت پارامتر ذیل الذکر است معرف نحوه پیاده سازی ارتباطات یکپارچه (Unified Communications) تعریف می شود.

• پهنای باند مورد نیاز
• اقسام ترافیک عبوری (Triple-play بودن یا نبودن)
• ابعاد جغرافیایی
• تعدد کاربران
• گستره کاری
• معماری ارتباطات
• نیاز یا عدم نیاز به لیسانس فرکانس ارتباطی
• محیط پیاده سازی به لحاظ اقسام گوناگون تداخلات

 روشهای پیاده سازی ارتباطات بی سیم

زیرساخت شبکه های بی سیم عموماً با محوریت چهار معماری عمومی تصویر می شوند که از بین آنها ارتباطات یک نقطه به چند نقطه و معماری سلولی علی الخصوص در ساختارهای بزرگ، کثیر الوقوع تر هستند.

• ارتباط نقطه به نقطه (Point to Point)
• ارتباطات یک نقطه به چند نقطه (Point to Multipoint)
• معماری سلولی (Cellular)
• ارتباطات ترکیبی، شامل سه روش اول (Mesh)

ارتباط یک نقطه به چند نقطه (Point to Multipoint)

در تصویر روبرو یک سایت مرکزی به همراه تعدادی سایت اقماری مشاهده می شود که بصورت یک نقطه به چند نقطه متصل شده اند. در این روش سایت مرکزی بصورت HUB اصلی و مرکزی بین مراکز اقماری عمل کرده و اگر نیازی به ارتباط بین مراکز اقماری باشد از نقطه مرکزی عبور خواهد کرد.

با توجه به نوع تجهیزات انتخابی و امکانات آنها، پهنای باند نقطه مرکزی یا میان چند نقطه به اشتراک نهاده می شود و یا بر اساس هر نقطه به صورت مجزا قابل تعریف خواهد بود.

از مهمترین مزایای استفاده از چنین ساختاری می توان به هزینه متناسب در مقایسه با تعدد کاربران، گسترش پذیری مناسب و تطابق با تکنولوژیهای گوناگون بی سیم اشاره کرد.

شبکه سلولی (Cellular)
 

در این روش، شبکه همانند شبکه های سلولی موبایل عمل کرده، این روش در مقابل پیچیدگیهای طراحی، دارای مزایایی است که علی الخصوص در محیطهای جغرافیایی گسترده بهره وری بالایی را از خود نشان داده است.

بهینه سازی ظرفیتهای ارتباطی و منابع شبکه به همراه امکان رومینگ کاربران و فراهم آوردن امکانات بالقوهredundancy از مهمترین مزایای این معماری در ساختارهای کلان محسوب می شوند.

 پیاده سازی ارتباطات یکپارچه

در حالت کلی سیستمهای ارتباطی را میتوان به سه دسته کلی تقسیم نمود :  دسته اول سیستمهای سنتی (Traditional PBX)، دسته دوم تکنولوژی های میانی که از ساختارهای سنتی TDM-based و IP-Based در آن واحد بهره گیری می کنند و در نهایت سیستمهای نوین ارتباطات یکپارچه (Unified Communications).

تفاوت اصلی این سه روش، در نحوه اتصال سیستمها به بستر بی­سیم شناخته می شود که ذیلاً به بررسی جداگانه اتصال هر یک از سه ساختار مطرح شده به بستر بی­سیم پرداخت شده است. راه حلهای اول و دوم در برگیرنده ارتباطات PBXهای سنتی فاقد قابلیتهای IP-Based با استفاده از تکنولوژی VoIPبوده، راه حل سوم بیان کننده روش ارتباطی IP PBXها با یکدیگر و در نهایت راه حل چهارم بر ارتباطات مبتنی بر Unified Communicationsتمرکز دارد.

 آنچه در ادامه مورد تحلیل واقع شده با تمرکز بر ارتباطات تلفنی شکل گرفته، چرا که ارتباطات ویدئویی در قالب ویدئوکنفرانس با اضافه کردن یک سافت سوییچ (Soft Switch) به عنوان مدیر ارتباطات ویدئویی و سپس برقرار نمودن ارتباط تجهیزات ویدئوکنفرانس با ساختار شبکه، به راحتی امکان پذیر خواهد بود.

استفاده از Voice Gateway و تکنولوژیVoIP

 در این روش سیستم تلفنی مرکز و سایت­های اقماری که سازگار با تکنولوژی IP نیستند را باید بوسیله اجزاء واسط، سازگار با محیط جدید نمود.

دستگاه واسط که می­تواند خطوط آنالوگ و دیجیتال را از PBX دریافت نموده و به بسته­های داده­ تبدیل نماید در حالت کلی Voice Gatewayنامیده می شود. معمولاً تجهیزات سخت افزاری خاص عملکرد Voice Gateway ،مورد استفاده واقع می شوند لیکن نبایست از نظر دور داشت که بسیاری روترها را نیز می توان در کنار سایر فعالیتها، به Voice Gateway بدل نمود یا حتی از راه حلهای نرم افزاری بهره جست که البته با توجه به ضعفهای گوناگون چندان توصیه نمی شوند. حالت خاصی ازVoice Gateway که تنها پذیرنده لینکهای آنالوگ (FXO/FXS) باشد به نام ATA شناخته می شود.

این دستگاه را می توان در مقیاس­های متفاوت تهیه نمود؛ از کوچکترین که دارای یک درگاه FXS بوده تا مقیاس­های بزرگتر و تا چندین E1. نکته مهم در آنجا نهفته است که معمولاً در ساختارهای مبتنی برVoice Gateway جهت انتقال تماسها به نقاط مورد نظر می بایست از Dial Plan مناسب تعریفی بر رویVoice Gateway بهره جست.
این عمل اگرچه در ساختارهای کوچک موثر است لیکن در پیاده سازی گسترده به علت افزایش حجم Dial Plan عملاً کارایی خود را از دست می دهد. در این حالت بهتر است از راه حل دوم (تکیه بر Softswich) که در ادامه توضیح داده خواهد شده بهره گیری شود.

تعداد تماسهای همزمان ارتباطی، نوع کدینگ مورد بهره برداری بر اساس پهنای باند موجود (G.711، G.729، G.723،…) به همراه بهره گیری از پروتکلهای SIP یاH.323 ، مهمترین مواردی هستند که در انتخاب Voice Gateway می بایست مورد توجه قرار گیرند. توانمندیVoice Gateway در حذف یا تعدیل پارامترهای مخلی نظیر Delay ، Jitter و Packet loss از مواردی است که هرگز نبایست به فراموشی سپرد.

در مثالی دیگر با فرض اینکه ترکیبی از زیرساختهای بی سیم و VPN/ Internet مورد بهره برداری واقع شوند  از یک Router در نقش Voice Gateway بهره گیری شده است که شکل مقابل بیانگر همین مطلب است.

استفاده از Softswitch و تکنولوژی VoIP

 در این روش اگرچه از PBX و Voice Gateway استفاده می شود لیکن عملکرد انتقال تماسها ((Call Routing از طریق یک سرور (Softswitch ) مدیریت می شود.

 تجهیزاتVoice Gateway تنها عملکرد تبدیل صوت از حالت TDM به IPرا بر اساس Codec مناسب و پروتکلهای SIP/H.323 بر عهده دارند و عملیات انتقال تماسها با مدیریت Softswitch انجام می گیرد. بدین معنی که سرورهای Softswich به عنوان مغز متفکر ارتباطات تلفنی، وظیفه انتقال تماسها (Call Routing) را بر عهده می گیرند. توجه به این نکته ضروری است که در برخی برندهای خاص تولید کننده تجهیزات روتینگ، یک روتر نیز قابلیت تبدیل به Softswitchرا داراست. شکل زیر نمایانگر همین ویژگی است.

ارتباطات IP-PBXها

بسیاری PBXهای جدید به شکل ذاتی دارای قابلیتهای IP-Based هستند. در صورت مجهز بودن به چنین تجهیزاتی، دیگر نیازی به Voice Gayteway، ATA یا Softswitch نیست. این تجهیزات به خودی خود و بدون نیاز به واسطه می توانند با استفاده از بسترهای IP نسبت به انتقال تماسها اقدام نمایند.

کافیست این تجهیزات با استفاده از درگاه خروجی IP Based خود مستقیماٌ به تجهیزات انتقال (از جمله شبکه بی سیم) اتصال یابند. توجه به این نکته ضروری است که در پاره ای موارد، تجهیزات IP PBX از پروتکلهای اختصاصی خود جهت برقراری ارتباط بهره می گیرند که این مهم در محیطهای مجهز شده به چند برند متنوع IP PBX کمی مشکل ساز است.

به هر حال در چنین شرایطی لازم است، برندهای موجود به دقت مورد بررسی واقع شوند تا از کارکرد آنها با یکدیگر (Interoperability) اطمینان یافت. در غیر این صورت (پشتیبانی از پروتکلها و روشهای استاندارد) امکان برقراری ارتباط با تکیه بر ویژگیهای IP Based به راحتی امکان پذیر خواهد بود.

ارتباطات مبتنی بر IP Telephony

در بسیاری موارد به علت کم بودن تعداد تماسهای همزمان یا منحصر بودن تماسها مابین چند شخص خاص می توان از IP Phone و ارتباطات IP Telephony بهره گرفت.
در این حالت IP Phoneها با استفاده از ساختارهایSwitching معمول شبکه دیتا با تجهیزات زیرساخت (از جمله بی سیم) ارتباط برقرار نموده و تنها نیاز آن است که یک Softswitch (خواه سروری با نرم افزار خاص و خواه یک روتر) مدیریت ارتباطات IP Phoneها با یکدیگر را بر عهده گیرد. در این حالت نه نیازی به PBX هست و نه Voice Gateway/ATA. چراکه ذات ارتباطات در اصل مبتنی بر تکنولوژی IP است.

شایان ذکر است، بسیاری PBXهای IP Based به شکل ذاتی از تکنولوژی IP Telephony پشتیبانی می نماید. اگر چنین تجهیزاتی در ساختار سازمانی موجودند، حتی به Softswitch مدیریت کننده ارتباطات IP Telephony نیز نیازی نیست. چراکه خود تجهیزات IP PBX به نوعی در نقش Softswitch ایفای نقش می کنند.

 کیفیت ارتباطات (QoS)

مهمترین نکته در ارتباط با انتقال صوت و تصویر بر روی بستر IP وجود دارد بحث کیفیت سرویس و به عبارتی Quality Of Service (QoS) می باشد.
نکته ای که در بسیاری از طراحی­ها مورد غفلت واقع شده و کل ساختار ارتباطی را با مشکل مواجه می کنند.

بستر اشتراکی IP موجب می شود تا مصرف کنندگان آن اعم از داده، صوت، تصویر ویا هر چیز قابل انتقال دیگری بر روی این بستر برای بدست آوردن پهنای باند با یکدیگر رقابت کنند. گاهی این رقابت موجب از بین رفتن  و یا آسیب یکی در قبال انتقال دیگری می گردد. در حالت کلی همانند بقیه ارکان زندگی که اصول استفاده از یک منبع بصورتFirst in – First Out می باشد ، در شبکه های کامپیوتری نیز همین قانون صدق می­کند.

اگر کلیه مصرف کنندگان پهنای باند از یک جنس باشند، استفاده از این قانون کلی مشکلی ایجاد نخواهد کرد. اما اگرترافیک دیگری بدون در نظر گرفتن الویتهای عبوری وارد صف انتقال اطلاعات گردد ،این جنس ترافیک آسیب دیده و بطور بهینه منتقل نخواهد شد. لذا لازم است برای برخی اقسام ترافیک (علی الخصوص صوت و تصویر) الویتهای خاص یا حتی پهنای باند رزرو شده خاص در نظر گرفت.
این بدان معناست که داده هایی به مانند صوت و تصویر که کوچکترین خللی در انتقال، موجب آسیب دیدگی آنها شده را Real Time گویند و از پاکتهای UDP جهت انتقال آنها استفاده می شود.

اما داده هایی مانند E-Mail ، Web Browsing ، File Copy و امثال آن که حساسیت کمتری نسبت به خرابی بسته­ها ، جابجایی بسته­ها و گم شدن بسته­ها دارند را داده­های Non Real Time گویند.
منظور ازطرح این مبحث آن است که در انتقال بر روی بستر IP نیاز است که اولویت بیشتری به بسته­های اطلاعاتیReal Time داده شود، بدین معنی که در یک صف مشخص همواره داده­های Real Time باید جلوتر از داده هایNon Real Time قرار گیرند.

مهمترین  راهکاری که در این زمینه به نظر می رسد، شناسایی بسته­های عبوری (Packet Classification) ، تخصیص اولویتهای مربوطه به نوع بسته(Prioritizing) و انتقال بر اساس این اولویتها(Packet Transfer) می باشد. این عمل معمولاً به واسطه تجهیزات انتقال میانی نظیر روترها یا سوییچهای لایه سه انجام پذیر است.