مشكلة العقدة المخفية

الموسوعة الحرة

في أحد السيناريوهات، يمكن للمحطة أ التواصل مع المحطة ب. ويمكن للمحطة ج أيضًا التواصل مع المحطة ب. ومع ذلك، لا يمكن للمحطتين أ وج التواصل مع بعضهما البعض لأنهما خارج نطاق بعضهما البعض، وبالتالي قد تبدآن في الإرسال في وقت واحد مما يمنع المحطة ب من تلقي الرسائل الموجهة إليها.

في الشبكات اللاسلكية ، تحدث مشكلة العقدة المخفية أو مشكلة المحطة الطرفية المخفية عندما تستطيع عقدة ما التواصل مع نقطة وصول لاسلكية ، لكنها لا تستطيع التواصل مباشرةً مع العقد الأخرى التي تتواصل مع نفس نقطة الوصول. [ 1 ] يؤدي هذا إلى صعوبات في طبقة التحكم في الوصول إلى الوسائط، حيث يمكن لعدة عقد إرسال حزم بيانات إلى نقطة الوصول في وقت واحد، مما يُحدث تداخلاً عند نقطة الوصول، وبالتالي لا تصل أي حزمة بيانات.

على الرغم من أن فقدان بعض الحزم أمر طبيعي في الشبكات اللاسلكية، وأن الطبقات العليا ستعيد إرسالها، إلا أنه إذا كانت إحدى العقد تنقل الكثير من الحزم الكبيرة على مدى فترة طويلة، فقد تحصل العقدة الأخرى على إنتاجية جيدة قليلة جدًا .

توجد حلول بروتوكولية عملية لمشكلة العقدة المخفية. على سبيل المثال، آليات طلب الإرسال/الموافقة على الإرسال (RTS/CTS) حيث ترسل العقد حزم بيانات قصيرة لطلب إذن من نقطة الوصول لإرسال حزم بيانات أطول. وبما أن جميع العقد ترى ردود نقطة الوصول، فإنها تستطيع مزامنة عمليات الإرسال لتجنب التداخل. مع ذلك، تُسبب هذه الآلية تأخيرًا ، وقد يكون العبء الإضافي أكبر من التكلفة في كثير من الأحيان، خاصةً بالنسبة لحزم البيانات القصيرة.

خلفية

العقد المخفية في الشبكة اللاسلكية هي عقد تقع خارج نطاق اتصال العقد الأخرى أو مجموعة من العقد. لنفترض وجود بنية نجمية مادية مع نقطة وصول محاطة بالعديد من العقد بشكل دائري: كل عقدة تقع ضمن نطاق اتصال نقطة الوصول، لكن العقد لا تستطيع التواصل فيما بينها.

على سبيل المثال، في شبكة لاسلكية، من المحتمل أن تتمكن العقدة الموجودة على الحافة البعيدة لنطاق نقطة الوصول، والتي تُعرف باسم A، من رؤية نقطة الوصول، ولكن من غير المحتمل أن تتمكن نفس العقدة من التواصل مع عقدة على الطرف المقابل لنطاق نقطة الوصول، C. تُعرف هذه العقد باسم العقد المخفية .

مثال آخر هو عندما يكون A و C على جانبي عائق يعكس أو يمتص موجات الراديو بقوة، ولكن مع ذلك لا يزال بإمكانهما رؤية نفس نقطة الوصول.

تكمن المشكلة عندما تبدأ العقدتان A و C في إرسال حزم البيانات في وقت واحد إلى نقطة الوصول B. ولأن العقدتين A و C لا تستطيعان استقبال إشارات بعضهما البعض، فإنهما لا تستطيعان اكتشاف التصادم قبل الإرسال أو أثناءه، وبالتالي فإن تقنية الوصول المتعدد مع استشعار الناقل واكتشاف التصادم (CSMA/CD) لا تعمل، وتحدث التصادمات، مما يؤدي إلى تلف البيانات التي تستقبلها نقطة الوصول.

للتغلب على مشكلة العقدة المخفية، يتم تطبيق بروتوكول المصافحة RTS/CTS ( IEEE 802.11 RTS/CTS ) في نقطة الوصول بالتزامن مع بروتوكول الوصول المتعدد مع استشعار الناقل وتجنب التصادم ( CSMA/CA ). وتوجد المشكلة نفسها في شبكة الجوال المخصصة ( MANET ).

يستخدم معيار IEEE 802.11 حزم تأكيد RTS/CTS وحزم المصافحة للتغلب جزئيًا على مشكلة العقدة المخفية. لا يُعدّ RTS/CTS حلاً كاملاً، وقد يُقلّل من معدل نقل البيانات، ولكن يمكن أن تُساعد التأكيدات التكيفية من المحطة الأساسية أيضًا.

تُظهر المقارنة مع المحطات المخفية أن حزم RTS/CTS في كل فئة من فئات حركة المرور مربحة (حتى مع إطارات الصوت القصيرة، والتي تتسبب في زيادة الحمل الزائد على إطارات RTS/CTS). [ 2 ]

في البيئة التجريبية، تُدرج فئات حركة البيانات التالية: بيانات (غير حساسة للوقت)، بيانات (حساسة للوقت)، فيديو، صوت. أمثلة على الرموز: (0|0|0|2) تعني محطتي صوت؛ (1|1|2|0) تعني محطة بيانات واحدة (غير حساسة للوقت)، محطة بيانات واحدة (حساسة للوقت)، محطتي فيديو.

المعايير: الإنتاجية الصافية مع/بدون RTS/CTS (بومر، ص 179)

أما الطرق الأخرى التي يمكن استخدامها لحل مشكلة العقدة المخفية فهي  :

الحلول

زيادة قدرة الإرسال

يمكن حل مشكلة العقدة المخفية عن طريق زيادة قوة إرسال العقد، وذلك بتوسيع نطاق تغطية الخلية المحيطة بكل عقدة لتشمل جميع العقد الأخرى. يُمكّن هذا التكوين العقد غير المخفية من اكتشاف العقدة المخفية أو سماعها. إذا تمكنت العقد غير المخفية من سماع العقدة المخفية، فإنها لم تعد مخفية. وبما أن الشبكات المحلية اللاسلكية تستخدم بروتوكول CSMA/CA ، فإن العقد تنتظر دورها قبل التواصل مع نقطة الوصول.

لا يُجدي هذا الحل إلا بزيادة طاقة الإرسال على العُقد المخفية. في حالة شبكة واي فاي ، لن تُحل المشكلة بزيادة طاقة الإرسال على نقطة الوصول فقط، لأن العُقد المخفية عادةً ما تكون الأجهزة المتصلة (مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة المحمولة)، وليست نقطة الوصول نفسها، وبالتالي لن تتمكن هذه الأجهزة من التواصل فيما بينها. بل من المرجح أن تُفاقم زيادة طاقة الإرسال على نقطة الوصول المشكلة، لأنها ستُدخل أجهزة جديدة ضمن نطاقها، ما يُضيف عُقدًا جديدة إلى الشبكة مخفية عن الأجهزة الأخرى.

هوائيات متعددة الاتجاهات

بما أن العقد التي تستخدم هوائيات موجهة تكاد تكون غير مرئية للعقد التي لا تقع في اتجاه توجيه الهوائي، فينبغي استخدام الهوائيات الموجهة فقط في الشبكات الصغيرة جدًا (مثل الاتصالات المخصصة من نقطة إلى نقطة ). استخدم هوائيات متعددة الاتجاهات للشبكات واسعة النطاق التي تتكون من أكثر من عقدتين.

إزالة العقبات

قد لا يُجدي رفع مستوى الطاقة في العُقد المتنقلة نفعًا إذا كان سبب اختفاء إحدى العُقد، على سبيل المثال، وجود جدار خرساني أو فولاذي يمنع التواصل مع العُقد الأخرى. من المشكوك فيه إمكانية إزالة مثل هذا العائق، لكن إزالته تُعدّ طريقة أخرى لحل مشكلة العُقد المخفية.

نقل العقدة

من الطرق الأخرى لحل مشكلة العقدة المخفية نقل العقد بحيث تتمكن جميعها من التواصل فيما بينها. إذا تبين أن مشكلة العقدة المخفية ناتجة عن نقل المستخدم لجهازه إلى منطقة مخفية عن باقي العقد اللاسلكية، فقد يكون من الضروري إجباره على الانتقال مرة أخرى. أما البديل لإجبار المستخدمين على الانتقال فهو توسيع نطاق الشبكة اللاسلكية المحلية لتوفير تغطية مناسبة للمنطقة المخفية، ربما باستخدام نقاط وصول إضافية.

تحسين البروتوكول

توجد العديد من التطبيقات البرمجية لبروتوكولات إضافية تُنفذ أساسًا استراتيجية الاستقصاء أو تمرير الرموز . يقوم جهاز رئيسي (عادةً نقطة الوصول) باستقصاء العملاء ديناميكيًا للحصول على البيانات. لا يُسمح للعملاء بإرسال البيانات دون دعوة من الجهاز الرئيسي. هذا يُزيل مشكلة العقدة المخفية، ولكنه يُؤدي إلى زيادة زمن الاستجابة وانخفاض معدل نقل البيانات الأقصى.

يُعدّ بروتوكول المصافحة IEEE 802.11 RTS/CTS أحد بروتوكولات المصافحة المستخدمة في شبكات Wi-Fi . تُرسل الأجهزة الراغبة في إرسال البيانات إطار RTS، ثم تُرسل نقطة الوصول إطار CTS عندما تكون جاهزة لاستقبال البيانات من تلك العقدة. ونظرًا لأنّ حجم البيانات الإضافية كبير نسبيًا بالنسبة للحزم القصيرة، فلا يُستخدم هذا البروتوكول عادةً، ويمكن ضبط الحد الأدنى لحجم البيانات بشكل عام.

شبكة الخلايا

في الشبكات الخلوية، توجد حلول عملية لمشكلة العقدة المخفية من خلال تعدد الإرسال في المجال الزمني لكل عميل معين للصاري، واستخدام أجهزة إرسال متنوعة مكانيًا، بحيث يمكن خدمة كل عقدة من قبل أي من الصواري الثلاثة لتقليل مشاكل العوائق التي تتداخل مع انتشار الراديو بشكل كبير.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بوهر، ر. مايكل (2006). الوصول المتعدد بتقسيم الشفرة (CDMA) (  الطبعة الأولى). [سان رافائيل، كاليفورنيا]: دار مورغان وكلايبول للنشر. الصفحات 16-19 . ISBN  1598290401.
  2. ^ بومر، هيرمان: تجوال الشبكات المحلية اللاسلكية . VDM Verlag ، ساربروكن 2008، ISBN 978-3-8364-8708-5.