اقرأ في هذا المقال
- أساسيات البروتوكولات الخالية من التصادم
- أنواع البروتوكولات الخالية من الاصطدام
- أساسيات عمل البروتوكولات الخالية من التصادم
في شبكات الحاسوب عندما تسعى أكثر من محطة الإرسال في وقت واحد عبر قناة مشتركة، فإنّ البيانات المرسلة تكون مشوشة “disturber”، وهذا الحدث يسمى تصادم وتُعد طبقة التحكم في الوصول المتوسط ”MAC” لنموذج “OSI” مسؤولة عن معالجة تصادم الإطارات.
أساسيات البروتوكولات الخالية من التصادم
تم تصميم بروتوكولات خالية من التصادم بحيث لا تحدث الاصطدامات، حيث تعمل بروتوكولات مثل “CSMA / CD” و”CSMA / CA” على إبطال إمكانية حدوث تصادم، وبمجرد الحصول على قناة الإرسال بواسطة أي محطة ومع ذلك لا يزال من الممكن حدوث تصادم أثناء فترة التنازع، وإذا بدأت أكثر من محطة واحدة في الإرسال في نفس الوقت، كما تعمل البروتوكولات الخالية من الاصطدام على حل التصادم في فترة التنازع وبالتالي يتم التخلص من احتمالات الاصطدام.
- “MAC” هي اختصار لـ “Media Access Control”.
- “OSI” هي اختصار لـ “Open Systems Interconnection”.
- “CSMA / CD” هي اختصار لـ “Carrier-sense multiple access with collision detection”.
- “CSMA / CA” هي اختصار لـ “Carrier-sense multiple access with collision avoidance”.
أنواع البروتوكولات الخالية من الاصطدام
أولاً: بروتوكول خريطة البت
في بروتوكول خريطة البت، يتم تجزئة فترة التصادم إلى فتحات “N”، حيث “N” هو العدد الإجمالي للمحطات التي تساهم في القناة، وحيث إذا كان للمحطة إطار لإرساله فإنّها تخصصص البت المقابل في الفتحة لذا قبل الإرسال تعرف كل محطة ما إذا كانت المحطات الأخرى ترغب في الإرسال، كما يتم تجنب الاصطدامات من خلال الاتفاق المتبادل بين المحطات المتنافسة على من يحصل على القناة.
ثانياً: بروتوكول ثنائي العد التنازلي
يتغلب هذا البروتوكول على مقدار “1 بت” لكل محطة من بروتوكول خريطة البت، كما يتم تخصيص عناوين ثنائية ذات أطوال متساوية لكل محطة، وعلى سبيل المثال إذا كانت هناك “6 محطات” فقد يتم تخصيص العناوين الثنائية لها “001” و”010″ و”011″ و”100″ و”101″ و”110″، كما تبث جميع المحطات التي ترغب في توصيل عناوينها وتحصل المحطة ذات العنوان الأعلى على أولوية أعلى للإرسال.
ثالثاً: بروتوكولات التنازع المحدودة
تجمع هذه البروتوكولات بين مزايا البروتوكولات القائمة على التصادم والبروتوكولات الخالية من الاصطدام وتحت الحمل الخفيف يتصرفون مثل مخطط “ALOHA“، حيث في ظل الحمل الثقيل يتصرفون مثل بروتوكولات الصور النقطية.
ثالثاً: بروتوكول الانتقال الشجري التكيفي Adaptive tree walking protocol
في بروتوكول الانتقال الشجري التكيفي يتم ترتيب المحطات أو العقد في شكل شجرة ثنائية، وفي البداية يُسمح لجميع العقد كـ “A” و”B” و……و”G” و”H” بالتنافس على القناة، حيث إذا نجحت العقدة في الحصول على القناة فإنّها تنقل إطارها.
وفي حالة الاصطدام يتم تقسيم العقد إلى مجموعتين “A” و”B” و”C” و”D” في مجموعة واحدة و”E” و”F” و”G” و”H” في مجموعة أخرى، والعقد التي تنتمي إلى واحد منهم فقط مسموح لها بالمنافسة بحيث تستمر هذه العملية حتى يحدث الإرسال الناجح.
أساسيات عمل البروتوكولات الخالية من التصادم
على الرغم من أنّ التصادمات لا تحدث مع “CSMA / CD” بمجرد أن تلتقط المحطة القناة بشكل لا لبس فيه إلّا أنّه لا يزال من الممكن أن تحدث أثناء فترة التنازع، حيث تؤثر هذه التصادمات سلباً على أداء النظام خاصةً عندما يكون الكابل طويلاً والإطارات قصيرة، ولا يمكن تطبيق “CSMA / CD” عالميًا.
كما في بعض البروتوكولات التي تحل الخلاف على القناة دون أي تصادمات على الإطلاق ولا حتى أثناء فترة التنازع، ولا يتم استخدام معظم هذه الأنظمة حالياً في الأنظمة الرئيسية ولكن في مجال سريع التغير غالباً ما يكون وجود بعض البروتوكولات ذات الخصائص الممتازة، والمتاحة للأنظمة المستقبلية أمراً جيداً.
وفي البروتوكولات الخالية من التصادم يفترض أنّ هناك محطات “N” بالضبط ولكل منها عنوان فريد من 0 إلى N – 1 “سلكي” فيه، كما لا يهم أنّ بعض المحطات قد تكون غير نشطة في جزء من الوقت ويُفترض أيضاً أنّ تأخير الانتشار ضئيل، وعلى الوسائط المشتركة التي لم تعد موجودة حقاً بعد الآن.
أمّا عندما تبث محطة واحدة حزمة في نفس الوقت مع أخرى يكون هناك تصادم ولا يمكن لأي من المحطات التحكم في الجهد أو سعة الموجة أو التيار على خط البيانات المادية، حيث إنّهم “يخطوون” كهربائياً على إشارة بعضهم البعض، والبروتوكولات الخالية من الاصطدامات مثل “token ring” تتجنب نظرياً الاصطدامات من خلال تمرير حزمة خاصة، مثل عصا الترحيل الذهبية التي تسمح لتلك المحطة وتلك المحطة فقط أي تتحرك حول الشبكة.
يستمع النظام “CSMA / CD” المتنافس فقط على الخط ويكشف عن تصادم أي من خلال قراءة رسالته ثم ينتظر فترة عشوائية لمحاولة إرسال آخر وهذا يستغرق وقتاً، كما أنّ المشكلة هي أنّ “OVERHEAD” على الشبكة ليست بيانات هي نفسها تقريباً مع معدات المحولات والمحاور الحديثة، سواء كانت “Ethernet” أو “Token Ring“.
في الأيام السابقة كان هذا مصدر قلق مع “1500 مودم باود” واتصالات “ISDN“، وتُعد بروتوكولات “CSMA MAC” الخالية من التصادم حلولاً مثيرة للاهتمام للنظر، أي في حركة المرور في الوقت الفعلي في سياق لاسلكي، والهدف هو تقديم عرض شامل لبروتوكولات “CSMA MAC” الرئيسية الخالية من الاصطدامات للشبكات المحلية اللاسلكية ذات القفزة الواحدة، مع مراعاة الأولويات الثابتة والهجينة المرتبطة على الإطارات.
يتم تمثيل الأولويات إمّا بتقنية “Black Burst” أو تكييف بروتوكول ناقل “CAN” مع السياق اللاسلكي الذي نسميه بروتوكول “CAN like”، وحجر الزاوية في هذا العمل هو مفهوم نافذة الغموض الزمنية التي حددناها لتوصيف الطبقة المادية والتي تسمح بتحديد معلمات البروتوكولات المدروسة.
في الوصول الخاضع للرقابة تسعى المحطات للحصول على المعلومات من بعضها البعض للعثور على المحطة التي لها الحق في الإرسال، كما يسمح لعقدة واحدة فقط بالإرسال في كل مرة لتجنب تضارب الرسائل على الوسائط المشتركة، وطرق الوصول الخاضعة للرقابة الثلاث هي الحجز.
يعتبر “VANET” أحد أهم مجالات البحث في مجال التكنولوجيا اللاسلكية والمتنقلة والتي توفر السلامة على الطرق وتحديث المعلومات المرورية والإعلام الترفيهي، كما أنّ تقنية الإرسال المستخدمة في “VANET” هي البث اللاسلكي ممّا يعني أنّ المركبات على الطريق تشترك في قناة اتصال واحدة لبث الرسائل، وعادة ما تعاني “VANET” من عدد العقد التي تتكون وتتنافس على حجز واستخدام القناة وهذا يؤدي لسيناريوهات الاصطدام العالي إذا لم تتم إدارة المواقف بحكمة.
كما يتم اعتماد بروتوكول جديد خالٍ من الاصطدام يُشار إليه فيما بعد بـ “CF-MAC” لإدارة الوصول إلى القناة في الطبقة الفرعية للتحكم في الوصول المتوسط ”MAC” للإرسال، وسيضمن هذا البروتوكول إدارة خالية من التصادم لتعزيز القناة الأداء وزيادة موثوقية القناة. ستعتمد معايير التقييم على تحسين جودة الخدمة، مثل سرعة نقل القناة وتأخير الرسالة وفقدان الرسائل وأظهرت النتائج تحسن أداء القناة الكلي من حيث نسبة التصادم وفقدان الحزمة.
- “ISDN” هي اختصار لـ “Integrated Services Digital Network”.
- “CF-MAC” هي اختصار لـ “collision-free Media Access Control”.
- “CAN” هي اختصار لـ “Controller Area Network”.
- “VANET” هي اختصار لـ “vehicular ad hoc network”.
