مبدأ عمل تخصيص القناة الديناميكي لنقل البيانات Dynamic channel allocation

عندما يكون هناك أكثر من مستخدم واحد يرغب في الوصول إلى قناة شبكة مشتركة يتم نشر خوارزمية لتخصيص القناة بين المستخدمين المتنافسين، كما يشمل تخصيص القنوات الديناميكي مخططات تخصيص القنوات، حيث يتم تخصيص القنوات للمستخدمين ديناميكياً وفقاً لمتطلباتهم من تجمع مركزي.

مبدأ العمل تخصيص القناة الديناميكي لنقل البيانات

في مخططات تخصيص القنوات الديناميكي لا يتم تخصيص قنوات التردد بشكل دائم لأي مستخدم، لكن يتم تخصيص القنوات للمستخدم حسب الحاجة اعتماداً على بيئة الشبكة، كما يتم الاحتفاظ بالقنوات المتاحة في قائمة انتظار أو بكرة وتخصيص القنوات مؤقت، حيث يعتمد توزيع القنوات على المستخدمين المتنافسين على توزيع المستخدمين في الشبكة وحمل المرور المقدم، كما يتم التخصيص بحيث يتم تقليل تداخل الإرسال إلى الحد الأدنى.

مخططات تخصيص القنوات الديناميكية

• تخصيص القناة الديناميكية التكيفية للتداخل “IA-DCA”.

• تخصيص القنوات الديناميكية التكيفية للموقع “LA-DCA”.

• تخصيص القنوات الديناميكية التكيفية لحركة المرور “TA-DCA”

ملاحظة:تقوم كل هذه المخططات بتقييم تكلفة استخدام كل قناة متاحة وتخصيص القناة بالتكلفة المثلى.

ملاحظة:“TA-DCA” هي اختصار لـ “Traffic Adaptive Dynamic Channel Allocation”.

ملاحظة:“IA-DCA” هي اختصار لـ “Interference Adaptive Dynamic Channel Allocation”.

ملاحظة: “LA-DCA” هي اختصار لـ “Location Adaptive Dynamic Channel Allocation”.

مزايا مخططات تخصيص القنوات الديناميكية

• مخططات تخصيص القنوات الديناميكية تخصص القنوات حسب الحاجة.

• ينتج عن هذا الاستخدام الأمثل لموارد الشبكة.

• هناك فرص أقل لرفض الخدمات وحظر المكالمات في حالة الإرسال الصوتي.

• تقوم هذه المخططات بضبط تخصيص عرض النطاق الترددي وفقاً لحجم الحركة، وبالتالي فهي مناسبة بشكل خاص للحركة المتدفقة.

عيوب مخططات تخصيص القنوات الديناميكية

تزيد مخططات تخصيص القنوات الديناميكية من الحمل الحسابي وكذلك التخزين على النظام.

افتراضات تخصيص القناة الديناميكية

1- نموذج المحطة

يتكون النموذج من عدد المستخدمين أو المحطات المستقلة، وتسمى المحطات أحياناً المحطات الطرفية واحتمالية إنشاء الإطار في فاصل من الطول “Ar” هو “λ”، حيث “λ” ثابت ويحدد معدل وصول الإطارات الجديدة، وبمجرد إنشاء الإطار يتم حظر المحطة ولا تفعل شيئاً حتى يتم إرسال الإطار بنجاح.

2- افتراض قناة واحدة

أي قناة واحدة متاحة لجميع الاتصالات، ويمكن لجميع المحطات الإرسال باستخدام هذه القناة الفردية كما يمكن لجميع المحطات أن تستقبل من هذه القناة، وبالنسبة لفرس الصعب كل المحطات متكافئة ومن الممكن أنّ البرنامج أو البروتوكولات المستخدمة قد تحدد الأولويات لهم.

3- الاصطدامات

إذا تم إرسال إطارين في وقت واحد فإنّهما يتداخلان في الوقت المناسب وتكون الإشارة الناتجة مشوهة وهذا الحدث أو الموقف يسمى تصادم، فمثلاً إنّ جميع المحطات يمكنها اكتشاف التصادمات ويجب إعادة إرسال الإطار المتصادم مرة أخرى لاحقاً، كما لا تُعتبر أي أخطاء أخرى لإعادة الإرسال بخلاف تلك الناتجة عن الاصطدام.

4- الوقت المستمر

من أجل الافتراض المستمر للوقت يجب أن يتم إرسال الرتل على القناة ويمكن أن يبدأ في أي لحظة من الزمن ولا توجد ساعة رئيسية تقسم الوقت إلى فترات منفصلة.

5- الوقت المحدد

في حالة افتراض الوقت المحدد يتم تقسيم الوقت إلى فترات زمنية منفصلة، حيث يبدأ إرسال الرتل على القناة فقط في بداية الفاصل الزمني، كما قد تحتوي الفتحة على “0.1 إطار” أو أكثر ويتوافق إرسال رتل “0” مع فتحة خاملة ويتوافق إرسال رتل واحد مع إرسال ناجح ويتوافق إرسال رتل أكبر مع تصادم.

6- تحسس الناقل

باستخدام هذا المرفق يمكن للمستخدمين الشعور بالقناة، أي تخبر المحطات ما إذا كانت القناة قيد الاستخدام قبل محاولة استخدامها، وإذا شعرت أنّ القناة مشغولة فلن تحاول أي محطة الإرسال على القناة ما لم وإلى أن تصبح خاملة.

7- عدم وجود ناقل

يعني هذا الافتراض أنّ هذا المرفق غير متاح للمحطات “Le” ولا يمكن للمحطات معرفة ما إذا كانت القناة قيد الاستخدام قبل محاولة استخدامها، وهم فقط يمضون قدما وينقلون وهم فقط بعد إرسال الإطار هم من يقررون ما إذا كان الإرسال ناجحاً أم لا.

أساسيات مخططات تخصيص القنوات الديناميكية

ينص الافتراض الأول على أنّ المحطة مستقلة وأنّ العمل يتم إنشاؤه بمعدل ثابت، كما يتم افتراض أنّ كل محطة بها برنامج واحد فقط أو مستخدم واحد، وبالتالي عندما يتم حظر المحطة لا يتم إنشاء عمل جديد وإصدار القناة الواحدة هو قلب طراز هذه المحطة وهذه الوحدة، وافتراض الاصطدام أساسي جداً أيضاً كما أنّه تم زضع افتراضين بديلين حول الوقت.

وبالنسبة لنظام معين يبقى افتراض واحد فقط حول الوقت جيداً أي إمّا أنّ القناة تعتبر قائمة على الوقت المستمر أو تعتمد على الوقت المحدد، والقناة يمكن أن تستشعرها أو لا تستشعرها المحطات وبشكل عام يمكن للشبكات المحلية الشعور بالقناة، ولكن لا تستطيع الشبكات اللاسلكية استشعار القناة بشكل فعال، كما يمكن للمحطات الموجودة على شبكات استشعار الناقل السلكية إنهاء الإرسال قبل الأوان إذا اكتشفت تصادماً ولكن في حالة اكتشاف تصادم الشبكات اللاسلكية نادراً ما يتم ذلك.

تطور مخططات تخصيص القنوات الديناميكية

مع الاتجاه نحو أداء أعلى للشبكة في الشبكات الخلوية واللاسلكية فإنّ الأساليب الحساسة لحركة المرور التي تعين القنوات المتاحة للخلايا أي الكلية والجزئية بشكل أكثر ديناميكية، وبدلاً من التخصيص الثابت قد تكون مفيدة، كما بشكل عام يمكن أن تولد طرق تخصيص القنوات الديناميكي سعة أفضل وأداء تسليم أفضل أي عمليات إنهاء قسرية أقل.

والدراسات السابقة للطرق الديناميكية تعتمد إلى حد كبير على المحاكاة والدراسات النظرية التي تهدف إلى فهم أفضل للفوائد قليلة نسبياً، كما تتوفر العديد من طرق تخصيص القنوات الديناميكية بما في ذلك تقنيات استعارة القنوات والتقنيات الهجينة ويتم تحليلها في إطار عشوائي، كما يتم مقارنة طرق التخصيص باستخدام مفهوم الهيمنة العشوائية وهذا يسهل مقارنة أدق من الأساليب التقليدية.

والحدود التي تشير إلى الظروف التي في ظلها الأساليب الديناميكية التي تعتبر تهيمن على طرق التخصيص الثابت يتم تطويرها أيضاً، كما يوفر تخصيص القنوات الديناميكي “DCA” إمكانية التقاط سعة القناة غير المستخدمة من خلال تخصيص الموارد غير المستخدمة بين عقد الشبكة المتنافسة، وهذا يمكن أن يقلل أو ربما يلغي القنوات الموجودة في وضع الخمول بينما تنتظر المعلومات الإرسال.

ويحمل هذا إمكانية زيادة الإنتاجية على الشبكات المقيدة بعرض النطاق الترددي وتبدأ هذه الأطروحة بفحص تقنيات تخصيص القنوات المستخدمة حالياً، وبعد ذلك تم وضع حل يستخدم نوعين من الخوارزميات للتخصيص الديناميكي للقنوات التي يتم من خلالها استنباط محاكاة الكمبيوتر، وعند جمع النتائج يتم إجراء تحليل وتقديم اقتراحات للعمل المستقبلي في تخصيص القنوات.

كما يتم وضع التقنيات المستخدمة، مثل تعدد الإرسال العكسي وتعدد الإرسال بتقسيم الوقت عند الطلب وتخصيص القنوات الهجينة في الشبكات اللاسلكية وربط قنوات بيوولف إيثرنت، وتعطي المعلومات الأساسية أن تخصيص القنوات لا يزال قيد الدراسة وأنّ العديد من عمليات التنفيذ مقترحة.

كما يُقترح حلاً باستخدام خوارزميتين للجدولة إحدى الخوارزمية هي خدمة “First Come First Serve” والتي تمنح جميع القنوات الديناميكية المجانية لأول قناة ثابتة تطلب، والخوارزمية الأخرى هي التوزيع العادل والتي تعطي جزءاً من القنوات الديناميكية المجانية للقنوات الثابتة الطالبة.

• “DCA” هي اختصار لـ “Dynamic channel allocation”.