ارایه خدمات همزمان صوت و داده روی شبکه های بی سیم

در سال های اخیر، دو فناوری بالنده به نام های شبکه ی رایانه ای بی سیم (WLAN) وارتباطات صوتی اینترنتی (VoIP) ظهور کرده اند. منظور از فناوری WLAN ، ایجاد شبکه 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 شبکه اینترنت. با گسترش دو فناوری فوق، فکر ترکیب آن دو مطرح شده که با نام ترکیبی ارتباطات صوتی برشبکه ی رایانه ای بی سیم (VOWLAN) شناخته می شود. هدف از ترکیب دو فناوری، بوجود آوردن امکان برقراری مکالمات تلفنی به صورت VoIP ، بر روی شبکه های بی سیم WLAN است.
معروف ترین استانداردWLAN ، استاندارد IEEE ۸۰۲.۱۱ است که 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 اشکال در ارتباط باشند.
از طرف دیگر،‌ VoIP در سال های گذشته به عنوان یک فناوری موفق و مقرون به صرفه برای برقراری تماس های تلفنی، در مقایسه با شبکه های مبتنی بر مدار، ‌مطرح شده است. با فناوری VoIPمی توان داده و صوت رابه طور همزمان در شبکه های رایانه ای ،‌ منتقل کرد‌.
ترکیب دو فناوری وای – فای (WLAN) و VoIP با نام های مختلفی خوانده می شود که مهم ترین آن ها عبارتند از فناوریVOWLAN یا فناوری تلفن وای - فای. اهمیت فناوریVOWLAN در افزایش کارایی حاصل از به کارگیری آن در ادارات ، موسسات و کارخانجات است. به کارگیری فناوریVOWLAN ، با فراهم آوردن امکان جابجایی کارکنان در محیط کار ( به خصوص در کارخانجات)، باعث افزایش تولید و به تبع آن سود حاصله می شود. مطالعات و تجارب عملی نشان می دهد که این مقدار از افزایش سود ، هزینه لازم برای ایجاد سامانه مبتنی بر فناوریVOWLAN را جبران می کند.
فناوری DECT اصلی ترین رقیب فناوریVOWLAN در بازار است و برای ارایه خدمات تماس بی سیم به کار می رود ولی بر اساس استاندارد اینترنت IP نیست. به همین دلیل فناوری DECT مشکلات و کاستی های ناشی از به کار بردن استاندارد اینترنت IP را ندارد ولی از سوی دیگر برای قرار گرفتن در شبکه های نسل آینده که به طورکامل مبتنی بر IP هستند، مشکل 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 فناوری VOWLAN
دو فناوری WLAN وVoIPازفناوری های مهم موجود در بازار هستند. منظور از فناوری WLAN شبکه 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 شبکه اینترنت. با گسترش دو فناوری فوق، فکر ترکیب آن دو فناوری مطرح شده است. هدف از ترکیب دو فناوری، برقرار کردن تماس های تلفنی به صورت VoIP ، بر روی شبکه های WLAN است. در این شبکه ها، افراد با استفاده از گوشی های مخصوص ، به صورت بی سیم به شبکه رایانه ای متصل می شوند و تماس ها به صورت VoIP از طریق شبکه رایانه ای بی سیم بر قرار می گردد.
فناوری WLAN ، یکی از فناوری های مهم در زمینه ایجاد امکان جابجایی (Mobility) در شبکه 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 که می توانند با آنتن های فوق در ارتباط باشند ( و در حقیقت به شبکه متصل شوند)‌، نسبت به سال قبل حدود ۸۰% رشد داشته است. همچنین در سال ۲۰۰۳، تعداد ۱۰ میلیون از آنتن های وای – فای در کل دنیا به فروش رفته است. ] مرجع ۱[
فناوری VoIP نیز با کاهش سطح تعرفه های مکالمات تلفنی، هم توسط شرکت های مخابراتی و هم توسط کاربران به خوبی شناخته شده است. استفاده از این فناوری باعث کاهش هزینه های مکالمات، به خصوص مکالمات راه دور شده است. در ادارات و موسسات بزرگ، صرفه جویی حاصل ازکاهش هزینه ها، سرمایه گذاری برای توسعه سامانه های تلفن داخلی مبتنی بر فناوری VoIP را در اکثر مواقع توجیه می کند.] مرجع ۱[
ترکیب دو فناوری WLAN و VoIP ، رکن اصلی فناوریVOWLAN است. هدف از این فناوری جدید،‌ به دست آوردن همزمان مزایای دو فناوری WLAN و VoIP با هدف کاهش هزینه ها و افزایش کارایی در موسسات و کارجانجات بزرگ است.
● بازار فناوری VOWLAN
مانند سایر فناوری ها، در مورد فناوری VOWLAN نیز بازار مهم ترین عامل تعیین کننده است. تحقیقات و تجارب عملی نشان می دهد که موسسات و کارخانجات می توانند با به کارگیری فناوری VOWLAN با کاهش هزینه مکالمات (به خصوص مکالمات راه دور) و افزایش کارایی، هزینه های خود را کاهش داده و سود را افزایش دهند.
با ایجاد شبکه بی سیم مبتنی بر فناوری VOWLAN ، سود شرکت ها و موسسات به دو دلیل افزایش می یابد. اولا، به دلیل آن که کارمندان در حال حرکت در محوطه، بوسیله گوشی های VOWLAN همواره در دسترس هستند، کارایی و بهره وری در محیط کاری افزایش می یابد که به نوبه خود موجب افزایش سود خواهد بود. ثانیا، با برقراری مکالمات تلفنی بوسیله استاندارد IP، هزینه مکالمات کاهش می یابد و در نتیجه به افزایش سود،‌ کمک خواهد کرد.] مرجع ۲[
با توجه به مطالب فوق، مهم ترین موسسات و کارخانجاتی که می توانند از منافع فناوری VOWLAN بهره مند شوند، آنهایی هستند که کارمندان و یا کارگران آنها معمولا در محل کار جابجا می شوند و ساعاتی که پشت میز خود سپری نمی کنند‌، در مقایسه با کل ساعت کار، نسبت بزرگی را تشکیل 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 کارگران در کارخانجات بزرگ اشاره کرد. هرگاه ارتباط مدیران با این گونه کارکنان همواره برقرار باشد(‌ از طریق محصولات فناوری VOWLAN)، می توان انتظار داشت که کارایی و بهره وری به طور قابل ملاحظه ایی افزایش یابد.] مرجع ۲[گذشته از موسساتی که کارکنان آنها معمولا در محل کار جابجا می شوند، دو بخش دیگر از بازار، به عنوان بخش هایی وجود دارند که در آینده می تواند مورد توجه تولید کنندگان 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 مکان های مشابه آن است. دومین بازار نیز مربوط به منازل و شرکت های کوچک است. با کاهش قیمت محصولات فناوری VOWLAN،‌ این دو بخش بازار به تدریج مورد توجه قرار خواهند گرفت. ] مرجع ۲[
شکل (۱)‌ تعداد گوشی های تلفن مبتنی بر فناوری VOWLAN را در طی سال های ۲۰۰۴ تا ۲۰۰۵ میلادی نشان می دهد. این تعداد که در سال ۲۰۰۴ برابر ۱۱۳ هزار بوده، پیش بینی می شود که 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. ] مرجع ۳[
● 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 شبکه مانند GSM ، ISDN و PSTN ارتباط برقرار نماید. استاندارد DECT در سال ۱۹۹۲ تدوین شده و اولین محصول مطابق با این استاندارد توسط شرکت اولیوتی ارائه شده است.
▪ خصوصیات مهم این فناوری به شرح ذیل است:
۱) پایین بودن هزینه های ایجاد شبکه DECT نسبت به فناوری های مشابه
۲) امکان جابجایی آسان برای کاربران
۳) بالا بودن کیفیت مکالمات (‌ قابل مقایسه با شبکه های تلفن سیمی )
۴) سطح بالای امنیت در این شبکه
۵) تراکم کاربران می تواند بسیار بالا باشد
۶) راه اندازی این شبکه ها سریع و آسان است
کاربرد های مهمی که استاندارد DECT در آن استفاده می شود بسیار گسترده است.
▪ دو زمینه ایی که استاندارد DECT در آن ها پیشرفت خوبی داشته است عبارتند از:
ـ شبکه های تلفن محلی بی سیم‌:
در این کاربرد با نصب تعدادی از ایستگاه هایBTS ا، شبکه تلفن محلی ایجاد می گردد که افراد در آن می توانند مانند شبکه های تلفن ثابت، ولی از طریق گوشی های بی سیم DECT ، تماس های معمولی خود را برقرار نمایند. در این شبکه BTS استاندارد DECT ، به وسیله ارتباطات سیمی، به شبکه PSTN معمولی متصل می شود.
ـ کاربرددر سامانه تلفن داخلی PBX :
ادارات و شرکت ها می توانند بوسیله استاندارد DECT ، شبکه های تلفن داخلی PBX را به طور بی سیم ایجاد نمایند. گوشی های بی سیم این امکان را ایجاد می کنند تا افراد در داخل محیط کاری همواره در دسترس باشند. این امکان،‌مخصوصا در مورد اداراتی که کارمندان دارای جابجایی بیشتر هستند،‌ مانند کارخانجات و بیمارستان ها، دارای اهمیت بیشتر است. هزینه کمتر ایجاد تلفن داخلی PBX و همچنین افزایش کارایی ادارات و شرکت ها در اثر آن، می تواند توجیه کننده به کارگیری استاندارد DECT باشد.
● چالش های رودرروی فناوری VOWLAN
برای ایجاد و به کارگیری شبکه های مبتنی بر VOWLAN، چالش های زیر بایستی مورد توجه قرار گیرند: . ] مرجع ۴[
۱)تاخیر و کیفیت پایین صوت
۲) پوشش ناقص و مساله قطع و وصل شدن تماس ها
۳) تاخیر ایجاد شده در اثر فراگردی(رومینگ)
۴) مساله امنیت شبکه
۵) مساله ارسال مجدد بسته های حذف شده
۶) ظرفیت پایین شبکه و تعداد کم تماس های همزمان
۷) کیفیت خدمات داده و صوت
۸) مساله مصرف توان
۹) هر کدام از موارد فوق در زیر به طور مختصر توضیح داده می شود: . مرجع ۴
▪ تاخیر و کیفیت پایین صوت
در استاندارد TCP/IP حداکثر تاخیر مجاز برای بسته های داده ۱۲۰ ثانیه است. در حالی که، استاندارد ITU G.۱۱۴ ( که برای کیفیت صوت تدوین شده)،‌ حداکثر تاخیر قابل قبول در کاربرد های صوت را برابر ۱۵۰ میلی ثانیه تعیین کرده است. از این رو، تاخیر ی که در انتقال بسته های داده در استاندارد TCP/IP ایجاد می شود، احتمال دارد که منجر به ایجاد اختلال در برقراری تماس های صوتی از طریق شبکه های اینترنت گردد.
از سوی دیگر، بسته های داده مربوط به یک لحظه از مکالمه ممکن است پس از عبور از شبکه مبتنی بر استاندارد TCP/IP، با تاخیر های غیر یکسان به سمت گیرنده برسند. این امر باعث می شود که تبدیل مجدد بسته های داده به صوت، در طرف گیرنده،‌ با مشکل مواجه شود. برای جلوگیری از تاخیر های نابرابر، از میانگیر های میانی استفاده می شود که خود این میانگیر ها، باعث افزایش تاخیر کلی در مسیر بسته های داده خواهد شد.با توجه به این که میزان تاخیر در شبکه مبتنی بر استاندارد TCP/IP، با پهنای باند نسبت معکوس دارد، برای حل مشکل تاخیر،‌بایستی پهنای باند شبکه به میزان کافی بالا باشد تا حداکثر تاخیر بسته های داده از ۱۵۰ میلی ثانیه بیشتر نگردد. بنابراین،‌ شبکه های مبتنی بر VOWLAN باید دارای پهنای باند بالا باشند تا بتوان از آنها برای برقراری مکالمات،‌ استفاده کرد.
▪ پوشش ناقص و مساله قطع و وصل شدن تماس ها
نواحی تحت پوشش هر آنتن VOWLAN به شکل 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 مکان آنتن ها، مناطقی از اداره و یا شرکت تحت پوشش قرار نمی گیرد. در این نواحی که تحت پوشش هیچ آنتنی قرار ندارد،‌ امکان برقراری تماس با شبکه وجود ندارد. همچنین،‌ ممکن است فردی که در حال قدم زدن است، مانند آنچه در شبکه تلفن همراه رخ می دهد، هنگام رد شدن ‌از یکی از نواحی فوق، صدا را به صورت قطع و وصل شونده دریافت کند.
▪ تاخیر ایجاد شده در اثرفراگردی( رومینگ)
همان گونه که در بخش قبل اشاره شد، برای تحت پوشش قرار دادن ناحیه ای وسیع، باید از چندین آنتن استفاده کرد. هنگام حرکت در محوطه فرد ممکن است به دفعات از ناحیه تحت پوشش یک آنتن به ناحیه تحت پوشش آنتنی دیگر عبور کند. هنگام عوض شدن آنتنی که فرد را تحت پوشش قرار می دهد، بایستی یک رشته عملیات و تبادل داده بین آنتن ها صورت گیرد تا امکان 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 شبکه
پروتکل امنیتی استاندارد IEEE ۸۰۲.۱۱ دارای مشکلاتی بوده است. در نسخه جدید استاندارد، پروتکل جدید وای - فایProtected Access(WPA) با عنوان پروتکل امنیتی به کار رفته است. این پروتکل جدید، روش های جدید امنیت شبکه را مورد استفاده قرار داده است. انجام محاسبات لازم پروتکل جدید WPA ، بدلیل زیاد بودن حجم عملیات ، ممکن است ۵۰۰ تا ۱۵۰۰ میلی ثانیه طول بکشد. این مدت زمان، مستقیما به تاخیر بسته ها اضافه می شود. اضافه شدن تاخیر نیز، باعث کاهش کیفیت مکالمات خواهد شد.
▪ مساله ارسال مجدد برای بسته های حذف شده
در استاندارد TCP/IP، بسته های داده ایی که 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 کاربرد هایی که هدف برقراری مکالمات است، با عث افزایش تاخیر بسته ها می شود. بنابراین،‌ ارسال مجدد بسته ها، باعث کاهش کیفیت مکالمات خواهد شد.
▪ ظرفیت پایین شبکه و تعداد کم تما س های همزمان
مطابق مطالب فوق، تاخیر مهم ترین مشکل برقراری تما س های تلفنی بر روی شبکه های مبتنی بر استاندارد TCP/IP است. با توجه به این که میزان تاخیر، با پهنای باند نسبت معکوس دارد، برای حل مشکل تاخیر،‌ بایستی پهنای باند شبکه به میزان کافی بالا باشد تا حداکثر تاخیر بسته های داده از حد مجاز بیشتر نگردد. بنابراین،‌ شبکه های مبتنی بر VOWLAN باید دارای پهنای باند بالا باشند تا بتوان از آن ها برای برقراری تماس،‌ استفاده کرد. بنابراین، با در دسترس بودن یک میزان پهنای باند ثابت، تعداد تماس هایی که می تواند به صورت همزمان در شبکه برقرار باشند، محدود است. با توجه به مشخصات ذکر شده در استاندارد IEEE ۸۰۲.۱۱ ، تعداد تماس همزمان به ۵ الی ۷ مکالمه محدود می شود.
▪ کیفیت خدمات داده و صوت
با توجه به اینکه تاخیر بسته ها می تواند در کاربرد های VOWLANکیفیت مکالمات را به شدت کاهش دهد، از این رو تمهیداتی برای دادن اولویت بالاتر به بسته های صوت باید ایجاد گردد. در این نوع شبکه ها،‌با بیشتر شدن تعداد مکالمات، پهنای باندی که در شبکه می توان به عبور بسته های داده اختصاص داد، کاهش می یابد.
▪ مساله مصرف توان
مساله مصرف توان در کاربرد های جدید بسیار مهم است. وسایل الکترونیکی مبتنی بر VOWLAN برای تبادل داده در شرایط گوناگون،‌ به مصرف توان متفاوتی نیاز دارند. در استاندارد VOWLAN ، با کاهش فاصله فرستنده از آنتن، امکان ارسال داده با نرخ بالاتری فراهم می شود. از این رو، با کاهش فاصله وسایل الکترونیکی از آنتن ها،‌ نرخ ارسال داده بالاتر خواهد بود که منجر به کاهش زمان مکالمه می کردد. از سوی دیگر، به دلیل کاهش زمان ارسال داده، مصرف توان کاهش خواهد یافت.
● مقایسه فناوری DECT و VOWLAN
در حال حاضر برآورد می شود که در دنیا حدود ۸۰% از تعداد کارکنان، در محیط کار، 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 که این فناوری فراگیر شود بایستی بسیاری از مشکلات فنی ذکر شده در بخش فوق، مرتفع گردد.
▪ سامانه های DECT مبتنی بر شبکه های PSTN است ولی سامانه های VOWLAN بر استاندارد اینترنت IP است. از این رو سامانه های VOWLAN برای قرار گرفتن در آرایش شبکه نسل بعدی ، دارای قابلیت بیشتری است.
▪ به دلیل آنکه فناوری DECT قبل از فناوری VOWLAN وارد بازار شده، سهم بازار بیشتری را به خود اختصاص داده است که این سهم به مرور زمان بین دو فناوری تقسیم خواهد شد.
▪ در حال حاضر، بدلیل زیاد بودن تعداد شرکت ها و تولید کنندگان تجهیزات DECT ،‌ هزینه ایجاد و راه اندازی سامانه های DECT نسبت به سامانه های VOWLAN پایین تر است.

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.
حامد فرشباف

منبع : ماهنامه دنیای مخابرات و ارتباطات