آشنایی با پروتکل اختصاصی میکروتیک Nv2

ارتباطات بی سيم یکی از روش های بسيار کاربردی در تبادل داده ها می باشند که در مقابل راهکارهای دیگر نظير ارتباطات کابلی و فيبر نوری کم هزینه تر و با مزایای بيشتری مانند قابليت جا به جایی ، نصب و پياده سازی سریع ، کيفيت سرویس و عدم نياز به رسانه فيزیکی ميباشند و در مقابل دارای معایب متعددی نيز می باشند ، یکی از معایت این بستر ارتباطی ضعف نرخ انتقال داده ها در مقابل روش های دیگر می باشد ، با این حال محققان و توليدکنندگان در صدد ایجاد راه حل هایی نوین جهت رفع این ضعف می باشند ، این در حالی است که پژوهشگران در زمينه فناوری اطلاعات روشی موسوم به سرکشی کردن نود ها را جایگزین روش گوش کردن به خط برای افزایش نرخ انتقال داده ها معرفی کرده اند ، محققان شرکت ميکروتيک روشی جهت افزایش نرخ انتقال داده ها به عنوان Nv2 معرفی نموده اند که توانسته است نرخ انتقال داده ها را بصورت چشمگيری افزایش دهد .

این پروتکل با اكثر كارت های بي سیم با استاندارد 802.11 عمل می نماید و  از قابلیت های مالتي پلکس تقسیم زماني (TDMA) دسترسي به رسانه انتقال بجای روش های سركشي كردن (Polling) به نود ها و يا گوش دادن به خط (CSMA/CA) استفاده مي نمايد .




پروتکل Nv2  بر روی تمامی تجهیزاتی که استاندارد 802.11n و 802.11a/b/g هایی که از پردازنده AR5212 به بالا استفاده می‌کنند پشتیبانی می‌شود. به عبارتی اکثر تجهیزات وایرلس موجود در بازار از این پروتکل پشتیبانی می‌کنند و برای استفاده آن در شبکه وایرلس نیازی به تغییر در سخت‌ افزار مورد استفاده خود ندارید. اين روش قادر خواهد بود مشکلات نود های مخفي را در بستر های ارتباطي بي سیم حل نمايد كه به موجب آن نرخ انتقال داده ها در بستر های بي سیم نقطه به نقطه  (PTP) و یک نقطه به چند نقطه (PTMP) نیز  افزايش  خواهد يافت .

دسترسي  به شبکه بیسیم در  اين  روش  توسط  كنترل  كننده مركزی (Access Point) مي باشد كه در ابتدا يک پیام در قالب جدول زمانبندی برای نود ها ارسال مي نمايد و در آن يک فیلد با عنوان دوره زماني ( Period ) مدت زمان ثابت دسترسي نود ها را مشخص مي كند . كه اين مقدار مي تواند برای ترافیکي كه از كسس  پوينت  به  سمت  نود  ارسال  مي  شود  يا  مسیر پايین (Downlink) و ترافیکي كه از سمت نود به سمت اكسس پوينت يا مسیر بالا (Uplink) در نظر گرفته شود . مسیر بالا  توسط  اكسس  پوينت  بر  اساس  تعداد  نود  های  متصل  به شبکه و ترافیک مورد نیاز آنها محاسبه خواهد شد . 

تضمین کیفیت سرویس در شبکه‌های Nv2 بر اساس Queue‌های مختلف مدیریت می‌شود. این Queue‌ها بر اساس اولویت‌های مختلف پکت‌ها که در ادامه به بررسی دقیق‌تر آن‌ها می‌‌پردازیم ایجاد و مدیریت می‌شود. در میکروتیک با استفاده از ابزار‌های موجود در Firewall می‌توان Priority خاصی برای پکت‌های مختلف در نظر گرفت . نکته‌ایی که در رابطه با Nv2 وجود دارید این است که این پروتکل به هیچ یک از سایر پروتکل‌ها سازگاری ندارد ( حتی پروتکل‌هایی که بر اساس TDMA فعالیت می‌کنند ) و فقط با تجهیزاتی میکروتیک که از این پروتکل پشتیبانی می‌کنند ارتباط برقرار می‌کند.


مزایای پروتکل Nv2 
  • دسترسي بر خط بوسیله مالتي پلکس تقسیم زماني
  • پشتیبانی از سیستم توزیع بیسیم 
  • پشتیبانی از کیفیت سرویس در داده ها 
  • رمزگذاری داده ها 
  • راه حل مشکل نود های مخفی 
  • سربار بسیار پائین در دسترسی بر رسانه توسط نود ها
  • پویایی پروتکل جهت تنظیم حجم داده های در حال ارسال 

جدول پشتیبانی از پروتکل‌های مختلف در سیستم وایرلس میکروتیک :

value
AP
client
 unspecified
 establish nstreme or 802.11 network based on old  nstreme setting
 connect to nstreme or 802.11 network based on old nstreme setting
 any
 same as unspecified
 scan for all matching networks, no matter what protocol, connect using protocol of chosen  network
 802.11
 establish 802.11 network
 connect to 802.11 networks only
 nstreme
 establish Nstreme network
 connect to Nstreme networks only
 Nv2
 establish Nv2 network
 connect to Nv2 networks only
 Nv2-nstreme-802.11
 establish Nv2 network
 scan for Nv2 networks, if suitable network found – connect, otherwise scan for Nstreme  networks, if suitable network found – connect, otherwise scan for 802.11 network and if  suitable network found – connect.
 Nv2-nstreme
 establish Nv2 network
 scan for Nv2 networks, if suitable network found – connect, otherwise scan for Nstreme  networks and if suitable network found – connect


همان‌طور که در جدول قبل مشاهده می‌فرمایید سازگاری پروتکل‌ها در سمت AP و Station مشخص شده است.

توجه داشته باشید که مدهای Nv2-nstreme-802.11 و Nv2-nstreme پروتکل‌های ترکیبی نیست و فقط به ترتیب اولویت‌های مشخص شده قابلیت اتصال به شبکه‌های وایرلس را بررسی و در صورت امکان متصل می‌شود. مثلاً برای Nv2-nstreme ابتدا قابلیت اتصال به Nv2 را بررسی کرده و در صورت عدم امکان اتصال از پروتکل nstreme استفاده خواهد کرد.

پارامترهایی که در قسمت Nv2 در تنظیمات میکروتیک باید تنظیم شود به شرح زیر است:

  • Nv2-queue-count مشخص کننده تعداد Queue‌ ها و صف‌هایی است که برای Priority‌های مختلف استفاده می‌شود. مثلا برای 2 صف به شرح زیر عمل می‌کند:
priority 0,1,2,3 -> queue 0
priority 4,5,6,7 -> queue 1


 حداکثر ۸ صف برای Priority‌ های مختلف می‌توان تنظیم نمود. Nv2-qos مشخص کننده نوع مدیریت ترافیک بر اساس Queue‌های مشخص شده می‌باشد. Nv2-cell-radius در این قسمت باید فاصله دورترین Station از AP را بر اساس کیلومتر مشخص کنیم. تعیین صحیح این پارامتر در عملکرد درست رادیو برای اعمال TDMA و رسیدن به بهترین نرخ تبادل اطلاعات و پایداری لینک از اهمیت بالایی برخوردار است. در صورتی که این پارامتر کمتر از فاصله واقعی Station از AP باشد ممکن است خطای ranging timeout در لاگ مشاهده شده و ارتباط بین AP و Station ناپایدار باشد.

  • tdma-period-size این پارامتر بر اساس ms میلی‌ثانیه در تنظیمات مشخص کننده زمان دسترسی به مدیا می‌باشد. اگر این پارامتر کاهش داده شود باعث کاهش latency می‌باشد ولی از جهتی باعث افزایش overhead پروتکل شده و کاهش throughput را به همراه خواهد داشت.

افزایش آن ممکن است باعث افزایش latency شود ولی از جهتی باعث افزایش پهنای باند و پایداری لینک وایرلس می‌شود.

یشنهاد می‌شود برای لینک‌های طولانی این پارامتر افزایش داده شود.

به این نکته توجه داشته باشید زمانی که رادیو در پروتکل Nv2 فعالیت می‌کند پارامترهای امنیتی وارد شده در security-profile نادیده گرفته شده و مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. به همین دلیل برای برقراری امنیت در Nv2 گزینه‌ای در تنظیمات تحت عنوان Nv2-security و Nv2-preshared-key قرار داده شده است که بر اساس کلید مشخص و با مکانیزمی شبیه به شبکه‌های 802.11 امنیت در این پروتکل را تامین می‌کند.


خلاصه‌ای از قابلیت‌ها و سازگاری‌های Nv2 :

  • فقط در تجهیزات میکروتیک پشتیبانی می‌شود.
  • فقط در Scan تجهیزات میکروتیک مشاهده می‌شود و برای سایر تجهیزات قابل ره‌یابی نیست.
  • این پروتکل ممکن است روی سایر تجهیزاتی که در کانال یکسان با آن فعالیت می‌کند نویز ایجاد کند.
  • این پروتکل از سایر تجهیزاتی که روی کانال یکسان فعالیت می‌کند نویز می‌پذیرد.
  • این پروتکل با سایر پروتکل‌ها ( حتی در صورت پشتیبانی از TDMA ) سازگاری ندارد..



پروتکل NV2 جهت افزایش نرخ انتقال داده ها جایگزین سرکشی کردن

تا  كنون  راه  حل  های  متعددی منجمله  اجتناب از تصادم بوسیله درخواست ارسال ، پاكسازی و آماده ارسال (RTS/CTS) و همچنین پاكسازی و آماده ارسال برای خود CTS-To-Self) مطرح شده كه با محاسبات عددی و نتايج بدست آمده نرخ انتقال در اين دو روش در بستر های بي سیم  بیش  از  05% افت  مي  نمايد  . يکي  از  راه  حل  هايي  كه امروزه  توسط  محققان  و  برخي  از  تولید  كنندگان  در  زمینه تجهیزات بي سیم معرفي شد و قادر خواهد بود نرخ انتقال داده را تا حد قابل  توجهي  نسبت  به  روش  های  قبل  ارتقاء  دهد استفاده از روش سركشي كردن میباشد . روش سركشي به دو دسته تقسیم بندی مي شود كه هر يک به نحوی با نود ها در بستر بي سیم در ارتباط میباشند و اين دو نوع عبارت است از

روش سرکشی چرخشی
روش سرکشی هابی

روش سرکشی چرخشی
  : در اين روش يک كنترل كننده مركزی به ترتیب به تک تک ايستگاه ها از طريق كانال خارج باند خود سركشي نموده چنانچه ايستگاهي  كه  به  آن  سركشي  شده  است  اطلاعاتي  برای  ارسال داشته  باشد  آن  را  از  طريق  كانال  داخل  باند  ارسال  مي  نمايد  و پايان اطلاعات خود را به كنترل كننده مركزی گزارش مي دهد .در  غیر  اينصورت  چنانچه  نودی  كه  به  آن  سركشي  شده است ، داده ايي برای انتقال نداشته باشد ، كنترل كننده مركزی به دنبال سركشي ديگر نود ها ادامه خواهد داد .در  اين  روش  سركشي  به  ايستگاه  ها  بصورت  منظم  و  چرخشي مي باشد و عملکرد آن بگونه ايي است كه كنترل كننده مركزی با  ارسال  بسته  ايي  كه  شامل  اطلاعات  خاصي  در  رابطه  با زمانبندی و  سرآغاز داده  های  میباشد برای  اولین نود  ارسال مي نمايد و از آن مي خواهد كه داده های خود را جهت ارسال آماده و ارسال نمايند .

سرکشی هاب : در  اين  مدل  سركشي  ،  ابتدا  يک  پیام  با  عنوان  نشانه  توسط كنترل كننده رسانه اشتراكي به بالاترين نود ارسال مي نمايد كه به  معني  در  اختیار  داشتن  رسانه  اشتراكي  برای  نود  مورد  نظر است  ،  در  صورتي  كه  نود  داده  ايي  برای  ارسال  داشته  باشد  از رسانه  انتقال  استفاده  مي  نمايد  و  داده  را  منتقل  مي  نمايد  ،  در غیر  اينصورت  نود  برگزيده  شده  ،  نشانه  را  به  نود  مجاور  خود تحويل میدهد .اين  روش  با  همین  ترتیب  ادامه  پیدا  خواهد  كرد  تا  در نهايت  نشانه  در  اختیار  كنترل  كننده  مركزی  قرار  داده  شود  و مجددا  اين  چرخه  ادامه  پیدا  كند  ،  در  اين  روش  میزان  تاخیر انتظار  برای  در  اختیار  گرفتن  كانال  ارتباطي  كاهش  مي  يابد  و میزان بهره وری و به مراتب افزايش نرخ انتقال را در بر دارد

معایب سرکشی کردن : در روش سركشي يکي از معايبي كه موجب كاهش و افت زمان در  اختیار  گرفتن  رسانه  میان  نود  ها  بوجود  مي  آيد   ، دست  به دست  شدن  پیام  نشانه  است  بگونه  ايي  كه  در  اين  روش  ابتدا نشانه به بالاترين نود تحويل داده مي شود ، نود برگزيده پس از انتقال  داده  های  خود  پیام  نشانه  را  مجددا  به  كنترل  كننده مركزی  و  يا  نود  مجاور  خود  ارسال  مي  نمود  و وظیفه  نود يا  مركزی  انتقال  مجددا  نشانه  به  نود  ديگر  بود  ،  اين  مسئله  باعث افزايش تاخیر میان زمان ارسال دو نود و در اختیار گرفتن رسانه  ارتباطي مي گشت كه به دنباله آن كاهش میزان استفاده از كانال و اتلاف نرخ انتقال را به همراه داشت ، با اين حال اين روش قادر خواهد  بود  جايگزين  بهتری  برای  روش  گوش  كردن  به  خط (CSMA/CA) باشد بگونه ايي كه مي تواند در شرايط مختلف نرخ انتقال داده ها را تا 05% افزايش دهد ولي در كنار آن تاخیر زماني را نیز به همراه دارد .


مقایسه روش سرکشی با Nv2 
سه تفاوت عمده روش سر کشی با Nv2 به شرح زیر میباشد

  1. کاهش سربار سرکشی نمودن نود ها 
  2. کاهش تاخیر سربار انتشار
  3. کنترل بر پوشیدگی

کاهش سربار سرکشی نمودن نود ها
در پروتکل Nv2اكسس پوينت بجای سركشي كردن يک به يک نود ها يک پیام زمانبندی در بستر ارتباطي متناسب با تعداد نود ها ارسال كرده و زمان های مورد استفاده آنها را اطلاع خواهد داد و  هیچ  زماني  جهت  سركشي  به  هدر  نخواهد  رفت  و  زمان  های باقي  مانده  جهت  ارسال  و  تبادل  داده  ها  توسط  نود  ها  مورد استفاده قرار خواهد گرفت .

كاهش تاخیر سربار انتشار
پروتکل در NV2 نیازمند سرکشی یک به یک نود ها را بصورت جداگانه نخواهد بود . این امکان بوجود می آید که زمان های بیشتری برای مسیر بالا (Uplink) در اختیار نودهایی که در فاصله ی دورتر قرار گرفته است استفاده گردد و در زمان های timeout و زمان استفاده این نود ها بصورت موثر قابل استفاده میباشد .

کنترل بيشتر بر پوشيدگی 
با كاهش زمان سربار و تنظیم كردن بازه های زماني قادر خواهیم بود بر اساس كیفیت سرويس ها داده ها را منتقل نمايیم ، داده ها با ارجعیت بیشتر قادر خواهند بود زودتر و داده ها با ارجعیت كمتر ديرتر ارسال گردد .

آزمایش و شبيه سازی 
در اين بخش قصد تست و آزمايش روش سركشي كردن داده و در مقابل استفاده از پروتکل Nv2 میکروتیک را خواهیم داشت
  • در اين  آزمايش  بستر  ارتباطي  از  استاندارد  802.11g استفاده  مي نمايد .
  • در  اين  استاندارد  باند  فركانسي  1.1 گیگاهرتز بوده و با عرض كانال 15 مگاهرتز  قادر  خواهد  بود  نرخ  انتقال  معادل 01 مگابیت در ثانیه را در تئوری فراهم آورد .
  • پیاده سازی و انجام آزمايش در محیط آزمايشگاهي با حداقل از هرگونه  نويز  محیطي  مي  باشد .
  •   Access  Point از  استاندارد 802.11g و عرض كانال 15 مگاهرتز و فركانس 1132 كیلوهرتز . 
  • آنتن راديويي 0 دسیبل ، افت كابل 4 دسیبل ، قدرت خروجي كارت 12 دسیبل برای شبیه سازی با يک نود با  فاصله 35 متر از يکديگر عمل خواهد نمود.

پس  از  برقراری  ارتباط بي  سیم  میان نود  ها  ارتباط  همه  آنها به مدت 3 دقیقه مورد بررسي و تست قرار میگیرد ، كه هر تست و عملکرد برای ارسال و دريافت در پروتکل های TCP و UDP در نظر  گرفته  شده  است  . حاصل  خروجي  و  مورد  نظر  در  قالب میانگین و حداكثر پیک ( Peak )نرخ انتقال مي باشد .




نتيجه گيری 

همانگونه كه در بخش های ابتدايي و مقايسه های صورت گرفته مشخص  گرديد ، استفاده  از  پروتکل  Nv2 قادر  خواهد  بود  با استفاده  از  مکانیزم  مالتي  پلکس  كردن  تقسیم  زماني عملکرد بهتری  را  نسبت  به  روش  سركشي  كردن  نود  ها  داشته  باشد  و نتیجه  حاصل  از  آن  در  جدول  زير  بصورت  خلاصه  نمايش  داده شده است .



پروتکل NV2
سرکشی کردن
TCP
UDP
TCP
UDP
ارسال
57.4Mb
55.1Mb
15.1Mb
15.9Mb
دریافت
34.9Mb
40.8Mb
7.5Mb
17.2Mb
Lost
0/0Packet
0/4324Packet
0/0Packet
0/231Packet

نویسنده مطالب : بهداد رحمانی . رضا نورمندی پور . رضا مقدم