ر شبكه ارسال مي يابند كاهش خواهند يافت و بنابراين انرژي كمتري مصرف خواهد شد.
1-2- کيفيت سرويس در شبکه هاي حسگر بي سيم
هر چند که در زمينه جنبه هاي مهم شبکه هاي حسگر مثل طراحي پروتکل و معماري، بهينه سازي مصرف انرژي و مکانيابي تحقيقات زيادي صورت گرفته است، در مورد کيفيت سرويس در اين شبکه ها هنوز به اندازه کافي کار نشده است[4]. اين موضوع مهمي است زيرا کيفيت سرويس در شبکه هاي حسگر بي سيم نسبت به شبکه هاي سنتي بسيار متفاوت است، تا آنجا که به طور کامل نمي توان کيفيت سرويس در اين شبکه ها را تشريح نمود. کيفيت سرويس يک اصطلاح با معاني و ديدگاههاي مختلف مي باشد[5]. انجمن هاي فني مختلف ممکن است تفاسير و نظرات متفاوتي در مورد کيفيت سرويس داشته باشند. در انجمن هاي کاربردي، کيفيت سرويس عموما به کيفيت مشاهده شده توسط کاربر ارجاع مي گردد در حالي که در انجمن هاي شبکه اي کيفيت سرويس به عنوان کيفيتي که شبکه به کاربران و برنامه هاي کاربردي مي دهد مورد ارزيابي قرار مي گيرد. به عنوان مثال [6]RFC 2386 کيفيت سرويس را به عنوان يک مجموعه از نيازمنديهاي سرويس که بايد در زمان انتقال يک بسته از مبدأ به مقصدش به آنها رسيد در نظر مي گيرد. در اين سناريو، کيفيت سرويس به ضمانت اينترنت جهت برآوردن مجموعه اي از خواص سرويسي مناسب براي کاربران يا برنامه هاي کاربردي انتها به انتها بر حسب تأخير، لرزش، پهناي باند و فقدان بسته ها اتلاق مي گردد. اين دو نگاه به کيفيت سرويس مي توانند به وسيله يک مدل ساده که درشکل 1-2, به تصوير کشيده شده است، نشان داده شوند[5]. در اين مدل کاربران يا برنامه هاي کاربردي نگران چگونگي مديريت منابع شان توسط شبکه جهت دستيابي به کيفيت سرويس نيستند. آنها صرفاً به سرويسهايي که به برنامه هاي کاربردي ارائه مي شود توجه دارند. از ديد شبکه، هدف شبکه تأمين کيفيت سرويس با ماکزيمم به کارگيري منابع شبکه است. جهت رسيدن به اين هدف، شبکه بايد نيازمنديهاي برنامه هاي کاربردي را تحليل نموده و مکانيزمهاي مختلف کيفيت سرويس در شبکه را به کار گيرد.
شکل 1-2: يك مدل ساده از QoS
نيازمنديهاي کيفيت سرويس در شبکه هاي داده اي سنتي اساساً از افزايش محبوبيت برنامه هاي کاربردي چند رسانه اي که احتياج به پهناي باند بالا دارند، نتيجه مي گردد. برنامه هاي کاربردي چندرسانه اي مختلف بر حسب پارامترهاي کيفيت سرويس انتها به انتها نيازمنديهاي کيفيت سرويس مختلفي دارند. بعضي ازشبکه ها به سرويسهايي بهتر از سرويسهاي بهترين تلاش11 نياز دارند. مثل سرويسهاي تضمين شده(کيفيت سرويس سخت12) و بعضي از شبکه ها احتياج به کيفيت سرويس نرم13 دارند. محققان, مکانيزمها و الگوريتمهاي زيادي در لايه هاي مختلف پروتکلها با استفاده از مقدار حداکثر پهناي باند جهت رسيدن به کيفيت سرويس ارائه دادند. به خاطر ويژگيهاي خاص شبکه ها، انواع مختلف شبکه ها ممکن است جهت برآوردن پارامترهاي مختلف کيفيت سرويس به صورت همزمان با محدوديتهايي مواجهه گردند. به عنوان مثال، محدوديت پهناي باند و توپولوژي پوياي شبکه هاي موردي موبايل ممکن است کيفيت سرويس در اين شبکه ها را با مشکلاتي روبرو سازد. به هر حال نيازمنديهاي کيفيت سرويس در برنامه هاي کاربردي شبکه هاي حسگر بي سيم ممکن است بسيار متفاوت از شبکه هاي سنتي باشد و پارامترهاي کيفيت سرويس در شبکه هاي سنتي به هيچ عنوان جهت تشريح کيفيت سرويس در شبکه هاي حسگر کافي نيستند.
1-2-1- کيفيت سرويس در شبکه هاي داده اي سنتي
دستيابي به کيفيت سرويس در شبکه هاي سيمي عموماً با استفاده از تأمين منابع فراوان و مهندسي ترافيک به دست مي آيد] 7 ،8 [. در روش تأمين منابع فراوان، ما منابع زيادي را به شبکه اضافه مي کنيم به طوري که بتواند سرويسهاي مناسبي را به برنامه هاي کاربردي چندرسانه اي ارائه دهد. اين روش به سادگي قابل اعمال است. اما تمام کاربران را در يک کلاس سرويس يکسان قرار مي دهد. بنابراين ممکن است در زمان اوج ترافيک، سرويس مناسب ارائه داده نشود. در روش مبتني بر مهندسي ترافيک، کاربران يا برنامه هاي کاربردي را درکلاسهاي سرويسي مختلف گروه بندي کرده و به هر کلاس يک اولويت نسبت مي دهيم. در روش مهندسي ترافيک، دو شيوه جهت رسيدن به کيفيت سرويس استفاده شده اند: مبتني بر رزرو و بدون رزرو. در روش مبتني بر رزرو، منابع شبکه برطبق درخواست کيفيت سرويس برنامه کاربردي و سياست مديريتي و پهناي باند تخصيص مي يابند. اين روش درITM و مدل Interserv اينترنت استفاده شده است. در روش بدون رزرو، هيچ رزروي لازم نيست و کيفيت سرويس از طريق استراتژي هايي مثل کنترل پذيرش، کلاسهاي ترافيک، مديريت سياست و مکانيزمهاي صف بندي بدست مي آيد. در استراتژي کنترل پذيرش اگر يک نود بتواند به شبکه دسترسي يابد، تضمين مي گردد که نود اجازه دسترسي پيدا کند. در تکنيک مديريت سياست، نظارت مي گردد که هيچ نودي از نوع سرويسهايي که که قبلاً به او تخصيص داده شده است عدول ننمايد. کلاسهاي ترافيکي، بسته هاي داده اي را در اولويتهاي مختلف قرار مي دهند و در نودهاي مياني براساس اين اولويتها رفتار متفاوتي بر روي بسته ها انجام مي گيرد. مکانيزمهاي صف بندي در هنگام ازدحام بسته هاي با اولويت پايين را حذف مي کنند.
شبکه هاي بي سيم مبتني بر زيرساخت، مثل شبکه هاي محلي بي سيم(WLAN) و شبکه هاي بي سيم پخشي، گسترش يافته شبکه هاي سيمي هستند. به گونه اي که ارتباطات را براي کاربران سيار نيز ممکن مي سازند. همه ميزبانهاي سيار در يک سلول ارتباطي مي توانند با يک گام به ايستگاه پايه دسترسي داشته باشند. در اين شبکه ها نيازمنديهاي کيفيت سرويس مربوط به کمبود پهناي باند و پيچيدگي سياربودن کاربر در آخرين گام بي سيم مي باشد. بنابراين مي توان معماري کيفيت سرويس بکاررفته در شبکه هاي سيمي را با پروتکل MAC بي سيم مجتمع نمود. پروتکلهاي MAC بي سيم ممکن است ترافيک داده اي کلاسهاي مختلف را با در نظرگرفتن اولويتهاي دسترسي تأمين نمايند. به گونه اي که کيفيت سرويس کلي شبکه پشتيباني گردد.
شبکه هاي بي سيم موردي، مي توانند سيستم هاي خودکار يا توسعه يک سيستم بي سيم موردي به اينترنت باشند. به عنوان يک سيستم خودکار، آنها پروتکلهاي مسيريابي مختص به خود را دارند. و به عنوان توسعه بي سيم موردي به اينترنت لازم است که يک دستيابي متصل به اينترنت داشته باشند. متأسفانه به دليل محدوديت پهناي باند و توپولوژي پوياي شبکه، مکانيزمهاي کيفيت سرويس در شبکه هاي سيمي نمي تواند مستقيماٌ در يک شبکه موردي استفاده شود[9]. در اين زمينه لازم است که ما عملکرد کيفيت سرويس را به طور پيچيده، با منابع موجود محدود، در محيطهاي پويا پياده سازي نماييم. پشتيباني از کيفيت سرويس در شبکه هاي موردي شامل مدل کيفيت سرويس، رزرو منابع کيفيت سرويس و کنترل دستيابي به کيفيت سرويس مي باشد. يک مدل کيفيت سرويس، معماري و نحوه برخورد عملکردي اجزاء کيفيت سرويس را مشخص مي نمايد. براي مثال در شبکه اي که لازم است فقط سرويسهاي مختلف تأمين گردد، سيگنالدهي براي هر حالت جريان لازم نيست. سيگنال دهي کيفيت سرويس عملکردي است که به وسيله مدل کيفيت سرويس مشخص مي شود. و به عنوان يک مرکز کنترل در سيستم پشتيباني از کيفيت سرويس عمل مي کند. و رفتار مسيريابي کيفيت سرويس، MAC کيفيت سرويس و بقيه مؤلفه ها را هماهنگ مي نمايند. فرايند مسيريابي کيفيت سرويس، مسيري با منابع کافي را جستجو مي نمايد. اما منابع را رزرو نمي کند.
بدون لحاظ نمودن کيفيت سرويس در مسيريابي، سيگنال دهي کيفيت سرويس هنوز مي تواند انجام شود. اما فرآيند رزرو منابع صورت نمي گيرد . همه مؤلفه هاي کيفيت سرويس لايه بالا به هم وابسته اند وبا پروتکل MAC کيفيت سرويس لايه پاييني همکاري دارند. جزييات اين تکنيکها در[7, 9, 10] موجود است. طبق بحث بالا ما مي توانيم پشتيباني از کيفيت سرويس در شبکه هاي داده اي سنتي را به اين صورت خلاصه نماييم: آنها نيازمنديهاي کيفيت سرويس مشترکي دارند که از کاربردهاي چند رسانه اي محتاج به پهناي باند نشات گرفته مي شوند و جهت ارزيابي مکانيزم هاي کيفيت سرويس پارامترهاي کيفيت سرويس انتها به انتها در اين شبکه استخراج گرديدند.
1-2-1-1- سرويسهاي يكپارچه و RSVP
مدل سرويسهاي يكپارچه دو نوع سرويس ديگر را علاوه بر سرويس Best Effort ارائه مي‌كند:
– سرويسهاي تضمين شده براي كاربردهايي كه نياز به تأخير ثابت در مبادلة اطلاعات دارند.
– سرويسهاي كنترل شده كه گونة مطمئن‌تري از سرويس Best Effort مي‌باشند.
فلسفة اين سرويس اين است كه مسيرياب‌ها بايد قادر باشند قبل از ارائة سرويس منابع مورد نياز را براي جريان بسته‌ها رزرو كنند. يك‌سري پروتكل مانند RSVP از مبادلة سيگنال‌ها براي رزرو كردن منابع استفاده مي‌كنند. اين فرايند در شكل 1-3 بيان شده است. فرستنده يك پيغام PATH براي گيرنده مي‌فرستد كه در آن خصوصيات ترافيك مشخص شده است. هر مسيرياب سر راه اين پيغام را به مسيرياب بعدي مي‌فرستد. به‌محض اينكه بسته به گيرنده رسيد گيرنده يك پيغام RESV در پاسخ ارسال مي‌كند و از طريق آن از مسيرياب‌ها منابع مورد نياز براي جريان بسته‌ها را تقاضا مي‌كند. هركدام از مسيرياب‌ها مي‌توانند اين درخواست را قبول يا رد كنند. اگر اين درخواست در هر نقطه از مسير از طرف يك مسيرياب رد شود يك پيغام خطا براي گيرنده فرستاده مي‌شود و فرايند فرستادن سيگنال متوقف مي‌شود. اگر اين درخواست توسط تمام مسيرياب‌ها قبول شود پهناي‌باند و فضاي بافر مورد نياز براي جريان بسته‌ها رزرو شده و اطلاعات مربوط به وضعيت جريان در تمام مسيرياب‌ها ذخيره مي‌شود.
شکل1-3: نحوة عملكرد پروتكل RSVP
سرويسهاي يكپارچه از چهار جزء تشكيل شده اند: پروتكل فرستادن سيگنال (مانند RSVP)، روتين كنترل پذيرش، دسته‌بندي بسته‌ها و زمان‌بندي آنها. كاربردهايي كه از سرويسهاي يكپارچه استفاده مي‌كنند در ابتدا بايد مسير و منابع مورد نياز براي بسته‌ها را رزرو كنند و سپس شروع به فرستادن بسته‌ها نمايند. هنگامي كه يك مسيرياب بسته‌اي دريافت مي‌كند كلاس بندي MF روي آن انجام مي‌دهد و بسته را در يك صف خاص قرار مي‌دهد. زمان‌بند نيز بر حسب نيازمنديهاي آن كلاس خاص سر زمان مناسب بسته را مي‌فرستد.
سرويسهاي يكپارچه داراي معايب زير مي‌باشند:
– با زياد شدن ترافيك حجم فضايي كه اطلاعات وضعيت جريان‌هاي بسته‌ها در مسيرياب ذخيره مي‌شود و نيز بار پردازشي مسيرياب افزايش مي‌يابد. به همين دليل اين ساختار مناسب شبكه‌هاي با ترافيك بالا مانند شبكه‌هاي core نمي‌باشد.
– هر چهار جزء سرويسهاي يكپارچه (پروتكل فرستادن سيگنال، كنترل پذيرش، كلاس بندي MF و زمان‌بندي) بايد در مسيرياب‌ها پياده‌سازي شده باشد.
– اين سرويس بايد يك‌باره و روي تمامي مسيرياب‌ها پياده‌سازي شود چون عدم پشتيباني حتي يك مسيرياب در ميان مسير منجر به شكست فرايند فرستادن سيگنال‌ها و رزرو كردن منابع مي‌شود.
1-2-1-2- سرويسهاي تفكيك شده
سرآيند بسته‌هاي IPv4 داراي يك بايت بنام TOS مي‌باشد. كاربردها مي‌توانند سه بيت از آن را براي مشخص كردن يك‌سري پارامتر مانند نياز بسته به تاخير كوتاه، گذردهي بالا يا نرخ پايين گم شدن بسته‌ها مقداردهي كنند. با مقداردهي متفاوت اين بيت‌ها مي‌توان كلاس‌هاي متفاوتي از بسته‌ها را ايجاد كرد. بنابراين سرويسهاي تفكيك شده فقط اولويت‌گذاري نسبي بين بسته‌ها برقرار مي‌كند. براي اينكه يك مشتري بتواند از سرويسهاي تفكيك شده استفاده كند بايد با ISP يك قرارداد SLA داشته باشد كه در آن كلاس‌هاي مختلف سرويس و ماكزيمم ترافيك مجاز براي هر كلاس مشخص شده است. SLA مي‌تواند ايستا يا پويا باشد. در مدل ايستا مشتري در هر لحظه قادر به استفاده از سرويس مي‌باشد ولي در مدل پويا مشتري بايد در ابتدا از پروتكل‌هايي مانند RSVP براي فرستادن يك‌سري سيگنال استفاده كرده تقاضاي استفاده از سرويس بكند و در صورت موافقت مي‌تواند از سرويس استفاده كند.
با استفاده از تكنيك‌هاي كلاس‌بندي بسته‌ها، Policing، Shaping، و
