ارایه خدمات همزمان صوت و داده روی شبکه های بی سیم

در سال های اخیر، دو فناوری بالنده به نام های شبكه ی رایانه ای بی سیم (WLAN) وارتباطات صوتی اینترنتی (VoIP) ظهور كرده اند. منظور از فناوری WLAN ، ایجاد شبكه های رایانه ای بی سیم است و فناوری VoIP نیز عبارت است از ارسال داده های دیجیتالی تماس های تلفنی ، به صورت بسته های داده با استاندارد IP ، ازطریق شبكه اینترنت.
با گسترش دو فناوری فوق، فكر تركیب آن دو مطرح شده كه با نام تركیبی ارتباطات صوتی برشبكه ی رایانه ای بی سیم (VOWLAN) شناخته می شود. هدف از تركیب دو فناوری، بوجود آوردن امكان برقراری مكالمات تلفنی به صورت VoIP ، بر روی شبكه های بی سیم WLAN است.
معروف ترین استانداردWLAN ، استاندارد IEEE ۸۰۲.۱۱ است كه بیشتر با نام دیگر آن‌ یعنی، استاندارد ,وای- فای ، شناخته می شود. به وسیله این استاندارد، رایانه ها،‌ گوشی های تلفن و سایر وسایل می توانند به صورت بی سیم، به راحتی و بدون اشكال در ارتباط باشند.
از طرف دیگر،‌ VoIP در سال های گذشته به عنوان یك فناوری موفق و مقرون به صرفه برای برقراری تماس های تلفنی، در مقایسه با شبكه های مبتنی بر مدار، ‌مطرح شده است. با فناوری VoIPمی توان داده و صوت رابه طور همزمان در شبكه های رایانه ای ،‌ منتقل كرد‌.
تركیب دو فناوری وای – فای (WLAN) و VoIP با نام های مختلفی خوانده می شود كه مهم ترین آن ها عبارتند از فناوریVOWLAN یا فناوری تلفن وای - فای. اهمیت فناوریVOWLAN در افزایش كارایی حاصل از به كارگیری آن در ادارات ، موسسات و كارخانجات است.
به كارگیری فناوریVOWLAN ، با فراهم آوردن امكان جابجایی كاركنان در محیط كار ( به خصوص در كارخانجات)، باعث افزایش تولید و به تبع آن سود حاصله می شود. مطالعات و تجارب عملی نشان می دهد كه این مقدار از افزایش سود ، هزینه لازم برای ایجاد سامانه مبتنی بر فناوریVOWLAN را جبران می كند.
فناوری DECT اصلی ترین رقیب فناوریVOWLAN در بازار است و برای ارایه خدمات تماس بی سیم به كار می رود ولی بر اساس استاندارد اینترنت IP نیست. به همین دلیل فناوری DECT مشكلات و كاستی های ناشی از به كار بردن استاندارد اینترنت IP را ندارد ولی از سوی دیگر برای قرار گرفتن در شبكه های نسل آینده كه به طوركامل مبتنی بر IP هستند، مشكل دارد.
هدف از این نوشتار، معرفی دو فناوریVOWLAN و فناوری DECT‌ است.
پس از معرفی اجمالی، ‌بازار موجود برای فناوریVOWLAN ، مزایای آن و چالش های موجود بر سر راه توسعه این فناوری، بررسی می شود. آن گاه فناوری DECT‌ معرفی می شود و سپس، فناوریVOWLAN با فناوری DECT مقایسه می گردد. در نهایت هم نتیجه گیری انجام می شود.
● معرفی فناوریVOWLAN
دو فناوری WLAN وVoIPازفناوری های مهم موجود در بازار هستند. منظور از فناوری WLAN شبكه های رایانه ای بی سیم است و فناوری VoIP نیز عبارت است از ارسال داده های دیجیتالی تماس تلفنی ، به صورت بسته های داده با استاندارد IP ، بر شبكه اینترنت. با گسترش دو فناوری فوق، فكر تركیب آن دو فناوری مطرح شده است.
هدف از تركیب دو فناوری، برقرار كردن تماس های تلفنی به صورت VoIP ، بر روی شبكه های WLAN است. در این شبكه ها، افراد با استفاده از گوشی های مخصوص ، به صورت بی سیم به شبكه رایانه ای متصل می شوند و تماس ها به صورت VoIP از طریق شبكه رایانه ای بی سیم بر قرار می گردد.
فناوری WLAN ، یكی از فناوری های مهم در زمینه ایجاد امكان جابجایی (Mobility) در شبكه های رایانه ای است. استاندارد فناوری WLAN ، با وای – فای و یا IEEE ۸۰۲.۱۱ شناخته می شود. در سال ۲۰۰۲، تعداد آنتن های وای – فای و همچنین وسایلی كه می توانند با آنتن های فوق در ارتباط باشند ( و در حقیقت به شبكه متصل شوند)‌، نسبت به سال قبل حدود ۸۰% رشد داشته است. همچنین در سال ۲۰۰۳، تعداد ۱۰ میلیون از آنتن های وای – فای در كل دنیا به فروش رفته است.
فناوری VoIP نیز با كاهش سطح تعرفه های مكالمات تلفنی، هم توسط شركت های مخابراتی و هم توسط كاربران به خوبی شناخته شده است. استفاده از این فناوری باعث كاهش هزینه های مكالمات، به خصوص مكالمات راه دور شده است. در ادارات و موسسات بزرگ، صرفه جویی حاصل ازكاهش هزینه ها، سرمایه گذاری برای توسعه سامانه های تلفن داخلی مبتنی بر فناوری VoIP را در اكثر مواقع توجیه می كند.
تركیب دو فناوری WLAN و VoIP ، ركن اصلی فناوریVOWLAN است. هدف از این فناوری جدید،‌ به دست آوردن همزمان مزایای دو فناوری WLAN و VoIP با هدف كاهش هزینه ها و افزایش كارایی در موسسات و كارجانجات بزرگ است.
● بازار فناوری VOWLAN
مانند سایر فناوری ها، در مورد فناوری VOWLAN نیز بازار مهم ترین عامل تعیین كننده است. تحقیقات و تجارب عملی نشان می دهد كه موسسات و كارخانجات می توانند با به كارگیری فناوری VOWLAN با كاهش هزینه مكالمات (به خصوص مكالمات راه دور) و افزایش كارایی، هزینه های خود را كاهش داده و سود را افزایش دهند.
با ایجاد شبكه بی سیم مبتنی بر فناوری VOWLAN ، سود شركت ها و موسسات به دو دلیل افزایش می یابد. اولا، به دلیل آن كه كارمندان در حال حركت در محوطه، بوسیله گوشی های VOWLAN همواره در دسترس هستند، كارایی و بهره وری در محیط كاری افزایش می یابد كه به نوبه خود موجب افزایش سود خواهد بود. ثانیا، با برقراری مكالمات تلفنی بوسیله استاندارد IP، هزینه مكالمات كاهش می یابد و در نتیجه به افزایش سود،‌ كمك خواهد كرد.] مرجع ۲[
با توجه به مطالب فوق، مهم ترین موسسات و كارخانجاتی كه می توانند از منافع فناوری VOWLAN بهره مند شوند، آنهایی هستند كه كارمندان و یا كارگران آنها معمولا در محل كار جابجا می شوند و ساعاتی كه پشت میز خود سپری نمی كنند‌، در مقایسه با كل ساعت كار، نسبت بزرگی را تشكیل می دهد.
به عنوان مثال می توان به پرستاران بیمارستان ها، معلمان در محیط مدرسه، فروشندگان مغازه های بزرگ، مهندسان اجرا و نظارت در پرو‍‍ژه های ساختمانی، و كارگران در كارخانجات بزرگ اشاره كرد. هرگاه ارتباط مدیران با این گونه كاركنان همواره برقرار باشد(‌ از طریق محصولات فناوری VOWLAN)، می توان انتظار داشت كه كارایی و بهره وری به طور قابل ملاحظه ایی افزایش یابد.
گذشته از موسساتی كه كاركنان آنها معمولا در محل كار جابجا می شوند، دو بخش دیگر از بازار، به عنوان بخش هایی وجود دارند كه در آینده می تواند مورد توجه تولید كنندگان محصولات فناوری VOWLAN قرار گیرد. اولین بازار مربوط به محل های عمومی پر رفت و آمد مانند فرودگاه ها، هتل ها، رستوران ها، محل های نمایشگاه ها و یا همایش ها، ایستگاه های راه آهن و مكان های مشابه آن است. دومین بازار نیز مربوط به منازل و شركت های كوچك است. با كاهش قیمت محصولات فناوری VOWLAN،‌ این دو بخش بازار به تدریج مورد توجه قرار خواهند گرفت.
تعداد گوشی های تلفن مبتنی بر فناوری VOWLAN را در طی سال های ۲۰۰۴ تا ۲۰۰۵ میلادی نشان می دهد. این تعداد كه در سال ۲۰۰۴ برابر ۱۱۳ هزار بوده، پیش بینی می شود كه در پایان سال ۲۰۰۵ به دو میلیون عدد افزایش یابد. این میزان رشد سریع نشان گر میزان تقاضا برای بازار و استقبال از فناوری VOWLAN است.
● معرفی فناوری DECT
استاندارد(Digital Enhanced Cordless Telecommunications ) DECT برای استفاده در فناوری مخابرات بی سیم طراحی شده است. این استاندارد در اروپا تدوین شده و استفاده از آن، به طور مداوم، در بازار مخابرات در حال گسترش است. استاندارد DECT می تواند با بسیاری از استاندارد های دیگر شبكه مانند GSM ، ISDN و PSTN ارتباط برقرار نماید. استاندارد DECT در سال ۱۹۹۲ تدوین شده و اولین محصول مطابق با این استاندارد توسط شركت اولیوتی ارائه شده است.
خصوصیات مهم این فناوری به شرح ذیل است:
▪ پایین بودن هزینه های ایجاد شبكه DECT نسبت به فناوری های مشابه
▪ امكان جابجایی آسان برای كاربران
▪ بالا بودن كیفیت مكالمات (‌ قابل مقایسه با شبكه های تلفن سیمی )
▪ سطح بالای امنیت در این شبكه
▪ تراكم كاربران می تواند بسیار بالا باشد
▪ راه اندازی این شبكه ها سریع و آسان است
كاربرد های مهمی كه استاندارد DECT در آن استفاده می شود بسیار گسترده است. دو زمینه ایی كه استاندارد DECT در آن ها پیشرفت خوبی داشته است عبارتند از:
▪ شبكه های تلفن محلی بی سیم‌:
در این كاربرد با نصب تعدادی از ایستگاه هایBTS ا، شبكه تلفن محلی ایجاد می گردد كه افراد در آن می توانند مانند شبكه های تلفن ثابت، ولی از طریق گوشی های بی سیم DECT ، تماس های معمولی خود را برقرار نمایند. در این شبكه BTS استاندارد DECT ، به وسیله ارتباطات سیمی، به شبكه PSTN معمولی متصل می شود.▪ كاربرددر سامانه تلفن داخلی PBX :
ادارات و شركت ها می توانند بوسیله استاندارد DECT ، شبكه های تلفن داخلی PBX را به طور بی سیم ایجاد نمایند. گوشی های بی سیم این امكان را ایجاد می كنند تا افراد در داخل محیط كاری همواره در دسترس باشند. این امكان،‌مخصوصا در مورد اداراتی كه كارمندان دارای جابجایی بیشتر هستند،‌ مانند كارخانجات و بیمارستان ها، دارای اهمیت بیشتر است. هزینه كمتر ایجاد تلفن داخلی PBX و همچنین افزایش كارایی ادارات و شركت ها در اثر آن، می تواند توجیه كننده به كارگیری استاندارد DECT باشد.
● چالش های رودرروی فناوری VOWLAN
برای ایجاد و به كارگیری شبكه های مبتنی بر VOWLAN، چالش های زیر بایستی مورد توجه قرار گیرند:
▪ تاخیر و كیفیت پایین صوت
▪ پوشش ناقص و مساله قطع و وصل شدن تماس ها
▪ تاخیر ایجاد شده در اثر فراگردی(رومینگ)
▪ مساله امنیت شبكه
▪ مساله ارسال مجدد بسته های حذف شده
▪ ظرفیت پایین شبكه و تعداد كم تماس های همزمان
▪ كیفیت خدمات داده و صوت
▪ مساله مصرف توان
هر كدام از موارد فوق در زیر به طور مختصر توضیح داده می شود:
▪ تاخیر و كیفیت پایین صوت
در استاندارد TCP/IP حداكثر تاخیر مجاز برای بسته های داده ۱۲۰ ثانیه است. در حالی كه، استاندارد ITU G.۱۱۴ ( كه برای كیفیت صوت تدوین شده)،‌ حداكثر تاخیر قابل قبول در كاربرد های صوت را برابر ۱۵۰ میلی ثانیه تعیین كرده است. از این رو، تاخیر ی كه در انتقال بسته های داده در استاندارد TCP/IP ایجاد می شود، احتمال دارد كه منجر به ایجاد اختلال در برقراری تماس های صوتی از طریق شبكه های اینترنت گردد.
از سوی دیگر، بسته های داده مربوط به یك لحظه از مكالمه ممكن است پس از عبور از شبكه مبتنی بر استاندارد TCP/IP، با تاخیر های غیر یكسان به سمت گیرنده برسند. این امر باعث می شود كه تبدیل مجدد بسته های داده به صوت، در طرف گیرنده،‌ با مشكل مواجه شود. برای جلوگیری از تاخیر های نابرابر، از میانگیر های میانی استفاده می شود كه خود این میانگیر ها، باعث افزایش تاخیر كلی در مسیر بسته های داده خواهد شد.
با توجه به این كه میزان تاخیر در شبكه مبتنی بر استاندارد TCP/IP، با پهنای باند نسبت معكوس دارد، برای حل مشكل تاخیر،‌بایستی پهنای باند شبكه به میزان كافی بالا باشد تا حداكثر تاخیر بسته های داده از ۱۵۰ میلی ثانیه بیشتر نگردد. بنابراین،‌ شبكه های مبتنی بر VOWLAN باید دارای پهنای باند بالا باشند تا بتوان از آنها برای برقراری مكالمات،‌ استفاده كرد.
● پوشش ناقص و مساله قطع و وصل شدن تماس ها
نواحی تحت پوشش هر آنتن VOWLAN به شكل دایره است. از این رو، برای تحت پوشش قرار دادن مناطق وسیع تر باید از چندین آنتن استفاده نمود. در برخی موارد،‌ به دلیل طراحی نامناسب و تعیین غلط مكان آنتن ها، مناطقی از اداره و یا شركت تحت پوشش قرار نمی گیرد. در این نواحی كه تحت پوشش هیچ آنتنی قرار ندارد،‌ امكان برقراری تماس با شبكه وجود ندارد. همچنین،‌ ممكن است فردی كه در حال قدم زدن است، مانند آنچه در شبكه تلفن همراه رخ می دهد، هنگام رد شدن ‌از یكی از نواحی فوق، صدا را به صورت قطع و وصل شونده دریافت كند.
● تاخیر ایجاد شده در اثرفراگردی( رومینگ)
همان گونه كه در بخش قبل اشاره شد، برای تحت پوشش قرار دادن ناحیه ای وسیع، باید از چندین آنتن استفاده كرد. هنگام حركت در محوطه فرد ممكن است به دفعات از ناحیه تحت پوشش یك آنتن به ناحیه تحت پوشش آنتنی دیگر عبور كند. هنگام عوض شدن آنتنی كه فرد را تحت پوشش قرار می دهد، بایستی یك رشته عملیات و تبادل داده بین آنتن ها صورت گیرد تا امكان برقراری ارتباط از طریق آنتن جدید، به وجود آید. انجام این عملیات و تبادل داده،‌ مستلزم صرف زمان و در نتیجه ایجاد تاخیر در ارسال بسته های داده است. به این تاخیر،‌در اصطلاح، تاخیر ایجاد شده در اثر دست به دست شدن ( Handover) گفته می شود.
● مساله امنیت شبكه
پروتكل امنیتی استاندارد IEEE ۸۰۲.۱۱ دارای مشكلاتی بوده است. در نسخه جدید استاندارد، پروتكل جدید وای - فایProtected Access(WPA) با عنوان پروتكل امنیتی به كار رفته است. این پروتكل جدید، روش های جدید امنیت شبكه را مورد استفاده قرار داده است. انجام محاسبات لازم پروتكل جدید WPA ، بدلیل زیاد بودن حجم عملیات ، ممكن است ۵۰۰ تا ۱۵۰۰ میلی ثانیه طول بكشد. این مدت زمان، مستقیما به تاخیر بسته ها اضافه می شود. اضافه شدن تاخیر نیز، باعث كاهش كیفیت مكالمات خواهد شد.
● مساله ارسال مجدد برای بسته های حذف شده
در استاندارد TCP/IP، بسته های داده ایی كه بنا به هر دلیلی، به گیرنده نرسیده اند، تشخیص داده شده و توسط فرستنده، دوباره ارسال می شود. ارسال مجدد بسته های مفقود شده،‌ در كاربرد هایی كه هدف برقراری مكالمات است، با عث افزایش تاخیر بسته ها می شود. بنابراین،‌ ارسال مجدد بسته ها، باعث كاهش كیفیت مكالمات خواهد شد.
● ظرفیت پایین شبكه و تعداد كم تما س های همزمان
مطابق مطالب فوق، تاخیر مهم ترین مشكل برقراری تما س های تلفنی بر روی شبكه های مبتنی بر استاندارد TCP/IP است. با توجه به این كه میزان تاخیر، با پهنای باند نسبت معكوس دارد، برای حل مشكل تاخیر،‌ بایستی پهنای باند شبكه به میزان كافی بالا باشد تا حداكثر تاخیر بسته های داده از حد مجاز بیشتر نگردد.
بنابراین،‌ شبكه های مبتنی بر VOWLAN باید دارای پهنای باند بالا باشند تا بتوان از آن ها برای برقراری تماس،‌ استفاده كرد. بنابراین، با در دسترس بودن یك میزان پهنای باند ثابت، تعداد تماس هایی كه می تواند به صورت همزمان در شبكه برقرار باشند، محدود است. با توجه به مشخصات ذكر شده در استاندارد IEEE ۸۰۲.۱۱ ، تعداد تماس همزمان به ۵ الی ۷ مكالمه محدود می شود.
●كیفیت خدمات داده و صوت
با توجه به اینكه تاخیر بسته ها می تواند در كاربرد های VOWLANكیفیت مكالمات را به شدت كاهش دهد، از این رو تمهیداتی برای دادن اولویت بالاتر به بسته های صوت باید ایجاد گردد. در این نوع شبكه ها،‌با بیشتر شدن تعداد مكالمات، پهنای باندی كه در شبكه می توان به عبور بسته های داده اختصاص داد، كاهش می یابد.
● مساله مصرف توان
مساله مصرف توان در كاربرد های جدید بسیار مهم است. وسایل الكترونیكی مبتنی بر VOWLAN برای تبادل داده در شرایط گوناگون،‌ به مصرف توان متفاوتی نیاز دارند. در استاندارد VOWLAN ، با كاهش فاصله فرستنده از آنتن، امكان ارسال داده با نرخ بالاتری فراهم می شود. از این رو، با كاهش فاصله وسایل الكترونیكی از آنتن ها،‌ نرخ ارسال داده بالاتر خواهد بود كه منجر به كاهش زمان مكالمه می كردد. از سوی دیگر، به دلیل كاهش زمان ارسال داده، مصرف توان كاهش خواهد یافت.
● مقایسه فناوری DECT و VOWLAN
در حال حاضر برآورد می شود كه در دنیا حدود ۸۰% از تعداد كاركنان، در محیط كار، دارای جابجایی هستند. از این رو اهمیت استفاده از سامانه های تلفن داخلی بی سیم ( چه DECT و چه VOWLAN ) مشخص می شود. در مورد مقایسه این دو فناوری موارد زیر به صورت خلاصه مطرح می باشند:
علیرغم تبلیغات فراوان در مورد مزایای فناوری VOWLAN، قبل از آن كه این فناوری فراگیر شود بایستی بسیاری از مشكلات فنی ذكر شده در بخش فوق، مرتفع گردد.
سامانه های DECT مبتنی بر شبكه های PSTN است ولی سامانه های VOWLAN بر استاندارد اینترنت IP است. از این رو سامانه های VOWLAN برای قرار گرفتن در آرایش شبكه نسل بعدی ، دارای قابلیت بیشتری است.
به دلیل آنكه فناوری DECT قبل از فناوری VOWLAN وارد بازار شده، سهم بازار بیشتری را به خود اختصاص داده است كه این سهم به مرور زمان بین دو فناوری تقسیم خواهد شد.
در حال حاضر، بدلیل زیاد بودن تعداد شركت ها و تولید كنندگان تجهیزات DECT ،‌ هزینه ایجاد و راه اندازی سامانه های DECT نسبت به سامانه های VOWLAN پایین تر است.

حامد فرشباف
مراجع
[Ref. ۱] Ashley Johnson, “Enabling voice on WLAN: a straightforward development project”.
[Ref. ۲] Geri Mitchell-Brown, " WLAN,VoIP Technologies Converge To Create وای - فایTelephony ", SpectraLink Corporation, FEBRUARY ۲۰۰۴.
[Ref. ۳] Joseph Harden, Patrick Fenton, Martin Hehir and Eoin Duggan, “ VoIP and Wireless Networking “, ۴BA۲ Technology Survey.
[Ref. ۴] "Voice over WLAN” , white paper, Extricom company.

منبع : بانک اطلاعات مهندسی برق