التحكم في التدفق (البيانات)

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

في مجال اتصالات البيانات ، تُعرف عملية التحكم في التدفق بأنها إدارة معدل نقل البيانات بين عقدتين لمنع المرسل السريع من إغراق المستقبل البطيء. ويجب التمييز بين التحكم في التدفق والتحكم في الازدحام ، الذي يُستخدم للتحكم في تدفق البيانات عند حدوث ازدحام فعلي. [ 1 ] ويمكن تصنيف آليات التحكم في التدفق بناءً على ما إذا كانت العقدة المستقبلة تُرسل ردود فعل إلى العقدة المُرسِلة أم لا.

يُعدّ التحكم في تدفق البيانات أمرًا بالغ الأهمية، إذ قد يُرسل جهاز الكمبيوتر المُرسِل المعلومات بسرعة تفوق قدرة جهاز الكمبيوتر المُستقبِل على استقبالها ومعالجتها. ويحدث هذا في حال وجود ضغط كبير على أجهزة الكمبيوتر المُستقبِلة مقارنةً بجهاز الكمبيوتر المُرسِل، أو في حال انخفاض قدرة معالجة جهاز الكمبيوتر المُستقبِل عن قدرة جهاز الكمبيوتر المُرسِل.

توقف وانتظر

يُعدّ التحكم في تدفق البيانات بتقنية "التوقف والانتظار" أبسط أنواع التحكم في تدفق البيانات. في هذه الطريقة، تُقسّم الرسالة إلى عدة إطارات، ويُشير المُستقبِل إلى استعداده لاستقبال إطار بيانات. ينتظر المُرسِل إشعار استلام (ACK) بعد كل إطار لفترة زمنية محددة (تُسمى مهلة زمنية). يُرسل المُستقبِل إشعار الاستلام لإعلام المُرسِل باستلام إطار البيانات بنجاح. بعد ذلك، يُرسل المُرسِل الإطار التالي فقط بعد استلام إشعار الاستلام.

العمليات

  1. المرسل: يرسل إطارًا واحدًا في كل مرة.
  2. ينتظر المرسل استلام إشعار الاستلام (ACK) خلال المهلة الزمنية المحددة.
  3. المُستقبِل: يُرسل إشعارًا بالتأكيد (ACK) عند استلامه إطارًا.
  4. انتقل إلى الخطوة 1 عند استلام إشعار التأكيد (ACK)، أو عند انتهاء المهلة الزمنية.

إذا فُقد إطار أو إشعار تأكيد أثناء الإرسال، يُعاد إرسال الإطار. تُعرف عملية إعادة الإرسال هذه باسم طلب إعادة الإرسال التلقائي (ARQ ).

تكمن مشكلة بروتوكول الإيقاف والانتظار في أنه لا يمكن إرسال سوى إطار واحد في كل مرة، مما يؤدي غالبًا إلى عدم كفاءة الإرسال، لأنه لا يمكن للمرسل إرسال أي حزمة جديدة حتى يتلقى إشعار التأكيد (ACK). وخلال هذه الفترة، يكون كل من المرسل والقناة غير مستغلين.

إيجابيات وسلبيات التوقف والانتظار

الإيجابيات

الميزة الوحيدة لهذه الطريقة في التحكم في التدفق هي بساطتها.

السلبيات

يحتاج المرسل إلى انتظار إشعار التأكيد (ACK) بعد كل إطار يرسله. وهذا يُعدّ مصدرًا لعدم الكفاءة، ويزداد الأمر سوءًا عندما يكون زمن التأخير في الانتشار أطول بكثير من زمن التأخير في الإرسال . [ 2 ]

قد يؤدي التوقف والانتظار إلى عدم كفاءة في إرسال البيانات لفترات طويلة. [ 3 ] عند إرسال بيانات طويلة، يزداد احتمال حدوث خطأ في هذا البروتوكول. أما إذا كانت الرسائل قصيرة، فمن المرجح اكتشاف الأخطاء مبكرًا. ويزداد عدم الكفاءة عند تقسيم الرسائل الفردية إلى إطارات منفصلة، ​​لأن ذلك يُطيل مدة الإرسال. [ 4 ]

نافذة منزلقة

طريقة للتحكم في تدفق البيانات، حيث يمنح جهاز الاستقبال جهاز الإرسال الإذن بإرسال البيانات حتى تمتلئ نافذة البيانات. وعندما تمتلئ النافذة، يجب على جهاز الإرسال التوقف عن الإرسال حتى يعلن جهاز الاستقبال عن نافذة بيانات أكبر. [ 5 ]

يُفضّل استخدام آلية التحكم في تدفق البيانات ذات النافذة المنزلقة عندما يكون حجم المخزن المؤقت محدودًا ومحددًا مسبقًا. خلال عملية اتصال نموذجية بين مُرسِل ومُستقبِل، يُخصّص المُستقبِل مساحة في المخزن المؤقت لعدد n من الإطارات (حيث n هو حجم المخزن المؤقت بالإطارات). يستطيع المُرسِل إرسال n إطارًا ، ويستطيع المُستقبِل استقبالها، دون الحاجة إلى انتظار إشعار استلام. يُخصّص رقم تسلسلي لكل إطار لتسهيل تتبّع الإطارات التي تلقت إشعار استلام. يُقرّ المُستقبِل باستلام إطار بإرسال إشعار يتضمن الرقم التسلسلي للإطار التالي المُتوقّع. يُعلن هذا الإشعار أن المُستقبِل جاهز لاستقبال n إطارًا، بدءًا من الرقم المُحدّد. يحتفظ كل من المُرسِل والمُستقبِل بما يُسمى نافذة. حجم هذه النافذة أقل من أو يساوي حجم المخزن المؤقت.

يُحقق التحكم في تدفق البيانات باستخدام نافذة منزلقة أداءً أفضل بكثير من التحكم في تدفق البيانات باستخدام التوقف والانتظار. على سبيل المثال، في بيئة لاسلكية، إذا كانت معدلات نقل البيانات منخفضة ومستوى التشويش مرتفعًا جدًا، فإن انتظار تأكيد استلام كل حزمة بيانات يتم نقلها ليس عمليًا. لذلك، فإن نقل البيانات دفعة واحدة يُحقق أداءً أفضل من حيث زيادة الإنتاجية.

يُعدّ التحكم في تدفق البيانات باستخدام نافذة منزلقة بروتوكولًا من نقطة إلى نقطة، يفترض عدم محاولة أي جهة أخرى الاتصال حتى اكتمال نقل البيانات الحالي. تُشير النافذة التي يحتفظ بها المُرسِل إلى الإطارات التي يُمكنه إرسالها. يُرسل المُرسِل جميع الإطارات الموجودة في النافذة وينتظر تأكيدًا (بدلًا من تأكيد الاستلام بعد كل إطار). ثم يُغيّر المُرسِل النافذة إلى رقم التسلسل المُناسب، مُشيرًا بذلك إلى إمكانية إرسال الإطارات الموجودة في النافذة بدءًا من رقم التسلسل الحالي.

ارجع شمالاً

خوارزمية طلب إعادة الإرسال التلقائي (ARQ)، المستخدمة لتصحيح الأخطاء، حيث يؤدي الإقرار السلبي (NACK) إلى إعادة إرسال الكلمة الخاطئة بالإضافة إلى الكلمات N-1 التالية. عادةً ما يتم اختيار قيمة N بحيث يكون زمن إرسال الكلمات N أقل من زمن الرحلة ذهابًا وإيابًا من المرسل إلى المستقبل. لذلك، لا حاجة إلى مخزن مؤقت في جهاز الاستقبال.

زمن التأخير المُعَيَّر للانتشار (a) = زمن الانتشار (Tp) / زمن الإرسال (Tt) ، حيث Tp = الطول (L) مقسومًا على سرعة الانتشار (V)، وTt = معدل البت (r) مقسومًا على معدل الإطارات (F). وبالتالي، فإن a = LF / Vr .

لحساب معدل الاستخدام، يجب تحديد حجم النافذة (N). إذا كان N أكبر من أو يساوي 2a + 1، فإن معدل الاستخدام يساوي 1 (استخدام كامل) لقناة الإرسال. أما إذا كان أقل من 2a + 1، فيجب استخدام المعادلة N / 1 + 2a لحساب معدل الاستخدام. [ 6 ]

التكرار الانتقائي

التكرار الانتقائي هو بروتوكول اتصال موجه، حيث يمتلك كل من المرسل والمستقبل نطاقًا من أرقام التسلسل. يحتوي البروتوكول على حد أقصى لعدد الرسائل التي يمكن إرسالها دون تأكيد. إذا امتلأ هذا النطاق، يتوقف البروتوكول حتى يتم استلام تأكيد لأول رسالة معلقة. عندئذٍ، يصبح المرسل جاهزًا لإرسال المزيد من الرسائل. [ 7 ]

مقارنة

يهدف هذا القسم إلى فكرة مقارنة التوقف والانتظار ، والنافذة المنزلقة مع المجموعات الفرعية من العودة إلى N والتكرار الانتقائي .

توقف وانتظر

خالٍ من الأخطاء:12أ+1{\displaystyle {\frac {1}{2a+1}}}.

مع وجود أخطاء:1-P2أ+1{\displaystyle {\frac {1-P}{2a+1}}}.

التكرار الانتقائي

نُعرّف معدل النقل T بأنه متوسط ​​عدد الكتل المُرسلة لكل كتلة مُرسلة. من الأنسب حساب متوسط ​​عدد عمليات الإرسال اللازمة لإرسال كتلة، وهي كمية نرمز لها بـ 0، ثم تحديد T من المعادلة.تي=1ب{\displaystyle T={\frac {1}{b}}}.

التحكم في تدفق الإرسال

قد يحدث التحكم في تدفق الإرسال:

قد يتم التحكم في معدل الإرسال بسبب متطلبات الشبكة أو جهاز DTE. يمكن أن يحدث التحكم في تدفق الإرسال بشكل مستقل في اتجاهي نقل البيانات، مما يسمح بأن تكون معدلات النقل في أحد الاتجاهين مختلفة عن معدلات النقل في الاتجاه الآخر.

يمكن إجراء التحكم في التدفق

التحكم في تدفق الأجهزة

في نظام RS-232 الشائع، توجد أزواج من خطوط التحكم التي يشار إليها عادةً باسم التحكم في تدفق الأجهزة :

عادةً ما يتم التعامل مع التحكم في تدفق البيانات بواسطة جهاز DTE أو "الطرف الرئيسي"، حيث يقوم أولاً برفع أو تأكيد خطه لإصدار الأوامر للطرف الآخر:

  • في حالة التحكم في تدفق البيانات RTS ، يقوم جهاز DTE بتفعيل إشارة RTS الخاصة به، مما يُشير إلى الطرف المقابل (الطرف التابع مثل DCE) لبدء مراقبة خط إدخال البيانات. عندما يكون الطرف التابع جاهزًا لاستقبال البيانات، يقوم بتفعيل خطه المُكمِّل، CTS في هذا المثال، مما يُشير إلى الجهاز الرئيسي لبدء إرسال البيانات، وإلى بدء مراقبة خط إخراج البيانات الخاص بالطرف التابع. إذا احتاج أي من الطرفين إلى إيقاف البيانات، فإنه يُخفض خط "جاهزية البيانات" الخاص به.
  • بالنسبة للوصلات بين الكمبيوتر والمودم وما شابهها، في حالة التحكم في تدفق DTR، يتم رفع DTR/DSR لجلسة المودم بأكملها (على سبيل المثال، مكالمة إنترنت عبر الطلب الهاتفي حيث يتم رفع DTR للإشارة إلى المودم للاتصال، ويتم رفع DSR بواسطة المودم عند اكتمال الاتصال)، ويتم رفع RTS/CTS لكل كتلة من البيانات.

من الأمثلة على التحكم في تدفق البيانات عبر الأجهزة واجهة مودم لاسلكي ثنائي الاتجاه (نصف مزدوج) متصلة بجهاز كمبيوتر. في هذه الحالة، قد يُبرمج برنامج التحكم في كل من المودم والكمبيوتر لإعطاء الأولوية للإشارات اللاسلكية الواردة، بحيث يتم إيقاف البيانات الصادرة من الكمبيوتر مؤقتًا عن طريق خفض قيمة CTS إذا اكتشف المودم استقبال إشارة.

  • قطبية:
    • يتم عكس إشارات مستوى RS-232 بواسطة دوائر القيادة المتكاملة، لذا فإن قطبية الخط هي TxD-، RxD-، CTS+، RTS+ (جاهز للإرسال عندما يكون HI، البيانات 1 هي LO)
    • بالنسبة لدبابيس المعالج الدقيق ، تكون الإشارات هي TxD+ و RxD+ و CTS- و RTS- (جاهز للإرسال عندما يكون LO، البيانات 1 هي HI).

التحكم في تدفق البرمجيات

وعلى العكس من ذلك، يُشار عادةً إلى XON / XOFF باسم التحكم في تدفق البرامج، ويستخدم الأحرف 0x11 و 0x13 بالنظام الست عشري .

التحكم في التدفق ذو الحلقة المفتوحة

تتميز آلية التحكم في التدفق ذات الحلقة المفتوحة بعدم وجود تغذية راجعة بين جهاز الاستقبال وجهاز الإرسال. وتُستخدم هذه الوسيلة البسيطة للتحكم على نطاق واسع. ويجب أن يكون تخصيص الموارد من نوع "الحجز المسبق" أو "القفزة إلى القفزة".

يُعاني نظام التحكم في التدفق ذو الحلقة المفتوحة من مشاكل جوهرية في تحقيق الاستخدام الأمثل لموارد الشبكة. يتم تخصيص الموارد عند إنشاء الاتصال باستخدام آلية التحكم في قبول الاتصال (CAC )، ويعتمد هذا التخصيص على معلومات قديمة خلال فترة استمرار الاتصال. غالبًا ما يحدث إفراط في تخصيص الموارد، مما يؤدي إلى هدر السعات المحجوزة غير المستخدمة. يُستخدم نظام التحكم في التدفق ذو الحلقة المفتوحة في خدمات ATM الخاصة به، مثل CBR و VBR و UBR (انظر عقد حركة البيانات والتحكم في الازدحام ). [ 1 ]

يشتمل نظام التحكم في التدفق ذو الحلقة المفتوحة على عنصرين للتحكم: وحدة التحكم ووحدة التنظيم. تستطيع وحدة التنظيم تغيير متغير الإدخال استجابةً لإشارة من وحدة التحكم. يفتقر نظام الحلقة المفتوحة إلى آلية التغذية الراجعة أو التغذية الأمامية، لذا لا ترتبط إشارات الإدخال والإخراج ارتباطًا مباشرًا، مما يزيد من تقلبات حركة المرور. كما يتميز هذا النظام بانخفاض معدل وصول المركبات وارتفاع معدل الفقد. في نظام التحكم المفتوح، تستطيع وحدات التحكم تشغيل وحدات التنظيم على فترات منتظمة، ولكن لا يوجد ما يضمن ثبات متغير الإخراج عند المستوى المطلوب. ورغم أن استخدام هذا النموذج قد يكون أقل تكلفة، إلا أن نموذج الحلقة المفتوحة قد يكون غير مستقر.

التحكم في التدفق ذو الحلقة المغلقة

تتميز آلية التحكم في التدفق ذات الحلقة المغلقة بقدرة الشبكة على إبلاغ جهاز الإرسال عن أي ازدحام مُحتمل . ويستخدم جهاز الإرسال هذه المعلومات بطرقٍ مُتعددة لتكييف أنشطته مع ظروف الشبكة الحالية. ويُستخدم التحكم في التدفق ذو الحلقة المغلقة في نظام ABR (انظر عقد المرور والتحكم في الازدحام ). [ 1 ] ويُعد التحكم في تدفق الإرسال الموصوف أعلاه أحد أشكال التحكم في التدفق ذي الحلقة المغلقة.

يشتمل هذا النظام على جميع عناصر التحكم الأساسية، مثل المستشعر، وجهاز الإرسال، ووحدة التحكم، والمنظم. يُستخدم المستشعر لالتقاط متغير العملية . يُرسل متغير العملية إلى جهاز الإرسال الذي يترجمه إلى وحدة التحكم. تفحص وحدة التحكم المعلومات مقارنةً بالقيمة المطلوبة، وتبدأ إجراء تصحيحي إذا لزم الأمر. ثم تُبلغ وحدة التحكم المنظم بالإجراء اللازم لضمان تطابق قيمة متغير الخرج مع القيمة المطلوبة. وبالتالي، هناك درجة عالية من الثقة في إمكانية الحفاظ على متغير الخرج عند المستوى المطلوب. يمكن أن يكون نظام التحكم ذو الحلقة المغلقة نظام تغذية راجعة أو نظام تغذية أمامية.

يحتوي نظام الحلقة المغلقة ذو التغذية الراجعة على آلية تغذية راجعة تربط إشارات الإدخال والإخراج مباشرةً. تراقب هذه الآلية متغير الإخراج وتحدد ما إذا كان يلزم إجراء تصحيح إضافي. تُستخدم قيمة متغير الإخراج المُغذّاة عكسيًا لبدء إجراء التصحيح في منظم الجهد. معظم حلقات التحكم في الصناعة من نوع التغذية الراجعة.

في نظام الحلقة المغلقة ذي التغذية الأمامية، يُعتبر متغير العملية المقاس متغيرًا مُدخلًا. ثم تُستخدم الإشارة المقاسة بنفس طريقة استخدامها في نظام التغذية الراجعة.

يُنتج نموذج الحلقة المغلقة معدل فقدان أقل وتأخيرات انتظار أقل، كما أنه يُؤدي إلى حركة مرور تستجيب للازدحام. ويتميز نموذج الحلقة المغلقة بالاستقرار الدائم، نظرًا لأن عدد نقاط الضعف النشطة محدود.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 حلول اختبار الشبكة، إدارة حركة مرور أجهزة الصراف الآلي، ورقة بيضاء، تم الاطلاع عليها آخر مرة في 15 مارس 2005.
  2. ↑ "التحكم في الأخطاء" (ملف PDF) . 28 سبتمبر 2005. تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 نوفمبر 2018 .
  3. ↑ أرون (20 نوفمبر 2012). "تقنيات التحكم في التدفق" . أنجيلفاير . تم الاطلاع عليه في 10 نوفمبر 2018 .
  4. ↑ "آخر دخول 1 ديسمبر 2012" . people.bridgewater.edu . 1 ديسمبر 2012. تم الاسترجاع في 10 نوفمبر 2018 .
  5. ↑ تم الاطلاع على تعريف قاموس ويبستر آخر مرة في 3 ديسمبر 2012.
  6. ↑ قاموس فوكال للاتصالات، فوكال برس، آخر تحديث بتاريخ 3 ديسمبر 2012.
  7. ↑ نقل البيانات عبر أنظمة الاتصالات اللاسلكية عالية التردد التكيفية باستخدام بروتوكول التكرار الانتقائي، آخر وصول بتاريخ 3 ديسمبر 2012.

نافذة منزلقة:

  • آخر دخول بتاريخ 27 نوفمبر 2012.