ما هي تقنية طلب ARQ الانتقائي المتكرر في شبكات الحاسوب selective-repeat ARQ

يُنظر في نظام اتصالات تتوفر فيه قنوات متوازية متعددة لنقل حركة المرور من جهاز إرسال إلى جهاز استقبال وامتداد لبروتوكول طلب التكرار التلقائي الانتقائي “SR-ARQ”، والذي يخصص ديناميكياً الحزم للقنوات لكل إعادة ويتم تقديم الإرسال، وبسبب إعادة الإرسال الانتقائي تصل الحزم إلى جهاز الاستقبال خارج الترتيب ويجب تخزينها في مخزن مؤقت لإعادة التسلسل.

ما هي تقنية طلب ARQ الانتقائي المتكرر

طلب التكرار التلقائي الانتقائي “ARQ”: هو أحد الأساليب التي قد يتم فيها نشر طبقة ارتباط البيانات للتحكم في الأخطاء.

يتم إنشاء نموذج قائمة انتظار للمخزن المؤقت لإعادة التسلسل، حيث يتم اشتقاق وظيفة توليد شغل المخزن المؤقت وتوزيع تأخير الحزم وتعرض إجراءات تبسيط الحساب، كما تتم مقارنة مخطط التخصيص الديناميكي مع مخطط التخصيص الثابت وإثبات أنّه يتفوق على الأداء.

• “ARQ” هي اختصار لـ “Automatic Repeat Request”.

• “SR-ARQ” هي اختصار لـ “Selective Repeat Automatic Repeat Request”.

تقنيات التحكم في طلب ARQ الانتقائي المتكرر

• توقف وانتظر “ARQ”.

• “Go-Back-N ARQ”.

• تكرار انتقائي “ARQ”.

متطلبات التحكم في الخطأ تقنية طلب ARQ الانتقائي المتكرر

أولاً: اكتشاف الخطأ

يجب على المرسل والمتلقي أو أي منهما التأكد من وجود خطأ ما في النقل.

ثانياً: ACK إيجابي

عندما يتلقى جهاز استقبال إطاراً صحيحاً يجب أن يتعرف عليه.

• “ACK” هي اختصار لـ “Acknowledgement”.

ثالثاً: ACK سلبي

عندما يتلقى جهاز الاستقبال إطاراً تالفاً أو إطاراً مكرراً، فإنه يرسل “NACK” مرة أخرى إلى المرسل ويجب على المرسل إعادة إرسال الإطار الصحيح.

• “NACK” هي اختصار لـ “Negative Acknowledgement”.

رابعاً: إعادة الإرسال

يحتفظ المرسل دائماً بساعة ويضبط فترة المهلة، حيث إذا لم يصل “ACK” لإطار البيانات الذي تم إرساله مسبقًا قبل انتهاء المهلة، يعيد المرسل إرسال الإطار معتقداً أنّ الإطار أو “ACK” الخاص به قد فقد أثناء النقل.

كيفية عمل طلب ARQ الانتقائي المتكرر

أولاً: تكرار انتقائي ARQ

• يُعرف أيضاً باسم بروتوكول النافذة المنزلقة ويستخدم للكشف عن الأخطاء والتحكم فيها في طبقة ارتباط البيانات.

• في التكرار الانتقائي، يرسل المرسل عدة أرتال يحددها حجم النافذة حتى دون الحاجة إلى انتظار إقرار فردي من المستقبل كما هو الحال في “Go-Back-N ARQ”، وفي بروتوكول التكرار الانتقائي يتم استقبال الرتل المعاد إرساله خارج التسلسل.

• في طلب التكرار الانتقائي يتم إعادة إرسال الإطارات الضائعة أو الخطأ فقط، بينما يتم استقبال الإطارات الصحيحة وتخزينها مؤقتاً.

• يقوم جهاز الاستقبال مع تتبع أرقام التسلسل بتخزين الإطارات في الذاكرة مؤقتاً ويرسل “NACK” للإطارات المفقودة أو التالفة فقط.

• سيقوم المرسل بإرسال أو إعادة إرسال الحزمة التي تم استلام “NACK” من أجلها.

ثانياً: مبدأ عمل تقنية طلب ARQ الانتقائي المتكرر

• يرسل الإطار 0 من المرسل إلى المستقبل ويضبط المؤقت.

• بدون انتظار الإقرار من جهاز الاستقبال، يتم إرسال إطار آخر للإطار 1 من قبل المرسل عن طريق ضبط المؤقت الخاص به.

• بنفس الطريقة يتم إرسال الإطار 2 أيضاً إلى جهاز الاستقبالمن خلال ضبط المؤقت دون انتظار الإقرار السابق.

• عندما يتلقى المرسل “ACK0” من جهاز الاستقبال يتم إغلاق مؤقت الإطار 0 وإرساله إلى الإطار التالي الإطار 3.

• عندما يتلقى المرسل “ACK1” من جهاز الاستقبال يتم إغلاقه وإرساله إلى الإطار التالي والإطار 4 ضمن مؤقت الإطار 1.

• إذا لم يستلم المرسل “ACK2” من جهاز الاستقبال خلال الفترة الزمنية، فإنّه يعلن مهلة الإطار 2 ويعيد إرسال الإطار 2 مرة أخرى، لأنّه يعتقد أن الإطار 2 قد يكون ضائعاً أو تالفاً.

أساسيات تقنية طلب ARQ الانتقائي المتكرر

التأخير وطول قائمة الانتظار والإنتاجية هي خصائص الأداء الرئيسية لنظام إرسال البيانات مع التحكم في الخطأ في طلب التكرار التلقائي “ARQ”، حيث تستخدم البروتوكولات المختلفة التي تم اقتراحها كجزء أو كلياً وبروتوكول “ARQ” الأساسي الانتقائي المتكرر، ومع ذلك فقد اقتصر تحليل أدائهم على خصائص الإنتاجية، حيث لم تظهر طريقة قابلة للتطبيق بسهولة لتحليل هذا البروتوكول الأساسي، حيث إنّه هناك طريقتان مختلفتان لتحليل طول قائمة الانتظار والتأخير.

كما تم تصميم النظام على أنه قائمة انتظار زمنية منفصلة مع تخزين مؤقت غير محدود، حيث تعتبر أخطاء الإرسال مستقل وقد تتبع عمليات الوصول توزيعاً تعسفياً لوقت التداخل، كما تستخدم الطريقة الأولى نموذج حالة ماركوف الدقيق، حيث يتم تطبيق نظرية الامتصاص وسلاسل ماركوف ويؤدي إلى خوارزمية حسابية.

أمّا الطريقة الثانية التي تستند إلى افتراض محدد تستخدم نموذجاً عشوائياً أبسط إلى حد كبير وتؤدي إلى معادلات يمكن حلها بسهولة عن طريق الحساب التكراري، حيث في حالة فترات التداخل الموزعة هندسياً يتم استخراج الصيغ التحليلية البسيطة، كما تمت دراسة مخططات طلب التكرار التلقائي الانتقائي “ARQ” ذات المخزن المؤقت المحدد للمستقبل وتحليلها على نطاق واسع للاتصالات من نقطة إلى نقطة.

كما تم اقتراح مخطط “ARQ” المتكرر الانتقائي للاتصالات من نقطة إلى عدة نقاط، حيث يكون لكل مستقبل حجم مخزن مؤقت محدود، كما يتم الحصول على حد أدنى لكفاءة الإنتاجية للمخطط المقترح بحيث يكشف حساب الحد الأدنى ومحاكاة المخطط أنّ مخطط “ARQ” يعمل بشكل مرضٍ تماماً، ولا سيما بالنسبة للقنوات ذات التأخير الكبير ذهاباً وإياباً ومعدل البيانات المرتفع مثل القناة الساتلية.

وفي الارتباط الصاخب يكون للإطار احتمال أكبر للضرر ممّا يعني إعادة إرسال إطارات متعددة، حيث تستخدم عملية إعادة الإرسال هذه عرض النطاق الترددي وتبطئ الإرسال، أمّا بالنسبة للروابط المزعجة توجد آلية أخرى لا تعيد إرسال إطارات N عند تلف إطار واحد فقط وفقط الإطار التالف مستاء، كما تسمى هذه الآلية طلب التكرار الانتقائي، حيث إنّه أكثر كفاءة للروابط المزعجة لكنّ المعالجة في المستقبل أكثر تعقيداً.

كما يستخدم بروتوكول التكرار الانتقائي أيضاً نافذتين هما نافذة إرسال ونافذة استقبال، ومع ذلك هناك اختلافات بين النوافذ في هذا البروتوكول وتلك الموجودة في “Go-Back-N”، من حيث حجم نافذة الإرسال أصغر بكثير من “2 م -1″، وكما يمكن أن يكون الحد الأقصى لحجم نافذة الإرسال “2m- 1” وكما أنّ حجم النافذة الأصغر يعني كفاءة أقل في ملء الأنبوب، ولكن حقيقة وجود إطارات مكررة أقل يمكن أن تعوض عن ذلك.

يسمح بروتوكول التكرار الانتقائي لأكبر عدد من الإطارات مثل حجم نافذة الاستلام بالوصول خارج الترتيب والاحتفاظ بها حتى يتم تسليم مجموعة من الإطارات بالترتيب إلى طبقة الشبكة، ونظراً لأنّ أحجام نافذة الإرسال ونافذة الاستلام هي نفسها يمكن أن تصل جميع الإطارات في إطار الإرسال خارج الترتيب ويتم تخزينها حتى يمكن تسليمها، ومع ذلك تحتاج إلى الإشارة إلى أنّ جهاز الاستقبال لا يسلم أبداً الحزم خارج الترتيب إلى طبقة الشبكة.