طلبات التكرار التلقائية، والتي غالبًا ما يتم اختصارها بـ ARQ، هي بروتوكول للتحكم في الأخطاء في نقل البيانات. من خلال استخدام رموز الكشف عن الأخطاء والإقرارات، يمكن لبروتوكولات ARQ ضمان تسليم بيانات خالية من الأخطاء، مما يضمن حصول المتلقي على نسخة دقيقة من البيانات المرسلة من قبل المرسل.
الأصول والتاريخ المبكر لطلبات التكرار التلقائية
يمكن إرجاع جذور طلبات التكرار التلقائي إلى الأيام الأولى للإبراق في القرن التاسع عشر. سيطلب مشغلو التلغراف إعادة إرسال الرسائل التي كانت غير واضحة أو مشوهة يدويًا. ومع ذلك، تم العثور على أول ذكر لنظام آلي مشابه لنظام ARQ في براءة اختراع هاري نيكويست عام 1924 لـ "نظام تكرار التلغراف".
بدأ تطوير وتحسين بروتوكولات ARQ في التزايد بسرعة مع ظهور اتصالات البيانات الرقمية في القرن العشرين. ولعل القفزة الأكثر أهمية إلى الأمام في هذا العصر كانت إدخال فحص التكرار الدوري (CRC) في ستينيات القرن العشرين، وهو نظام ترميز لاكتشاف الأخطاء لا يزال يستخدم على نطاق واسع في تطبيقات ARQ الحديثة.
التفاصيل الجوهرية لطلبات التكرار التلقائية
تعد طلبات التكرار التلقائي أمرًا أساسيًا لأنظمة اتصالات البيانات، مما يضمن سلامة البيانات أثناء النقل. ولتحقيق ذلك، تتضمن بروتوكولات ARQ ثلاث آليات أساسية: اكتشاف الأخطاء، والإقرار، وإعادة الإرسال.
في نظام ARQ، يقوم المرسل بإرفاق رمز اكتشاف الخطأ (مثل CRC) بالبيانات الصادرة. عند الاستلام، يستخدم المتلقي نفس خوارزمية اكتشاف الأخطاء للتحقق من صحة البيانات. إذا كانت البيانات خالية من الأخطاء، يرسل المتلقي إقرارًا إلى المرسل. إذا تم اكتشاف خطأ، يرسل جهاز الاستقبال إقرارًا سلبيًا (NAK)، أو في بعض الحالات، يبقى صامتًا، مما يدفع المرسل إلى إعادة إرسال البيانات.
الآليات الكامنة وراء طلبات التكرار التلقائية
تعمل بروتوكولات ARQ عمومًا وفقًا للمبادئ الموضحة أعلاه ولكنها تختلف في كيفية تعاملها مع مواقف معينة. تتضمن بعض الاعتبارات في تصميم ARQ ما يلي:
- ما الذي يؤدي إلى إعادة الإرسال؟
- كيفية التعامل مع الحزم خارج الترتيب؟
- كيفية تحسين كفاءة النظام والإنتاجية؟
تحدد القواعد الدقيقة للتعامل مع هذه السيناريوهات سلوك بروتوكول ARQ وخصائص الأداء. على سبيل المثال، يمكن أن تؤثر كيفية استجابة البروتوكول لعمليات الإرسال المتعددة الفاشلة على موثوقيته في بيئات الاتصال الصاخبة أو غير الموثوقة.
الميزات الرئيسية لطلبات التكرار التلقائية
تشمل السمات البارزة لبروتوكولات ARQ ما يلي:
- تسليم بيانات خالي من الأخطاء: يمكن أن تضمن بروتوكولات ARQ حصول المتلقي على نسخة دقيقة من البيانات المرسلة من قبل المرسل.
- القدرة على التكيف: يمكن أن يتكيف طلب إعادة الإرسال والاستقبال (ARQ) مع مستويات مختلفة من الضوضاء ومعدلات الخطأ في قناة الاتصال.
- الكفاءة: من خلال إعادة إرسال البيانات الخاطئة فقط، يتجنب ARQ إضاعة عرض النطاق الترددي على عمليات الإرسال غير الضرورية.
أنواع طلبات التكرار التلقائية
يتم استخدام ثلاثة أنواع من بروتوكولات ARQ بشكل شائع في أنظمة اتصالات البيانات:
- توقف وانتظر طلب إعادة الإرسال (Stop-and-Wait ARQ): أبسط أشكال طلب إعادة الإرسال (ARQ)، حيث يتوقف المرسل وينتظر الإقرار بعد كل إرسال. إذا لم يتم تلقي أي إقرار خلال فترة مهلة معينة، يقوم المرسل بإعادة إرسال البيانات.
- Go-Back-N ARQ: في هذا الأسلوب، يمكن للمرسل إرسال سلسلة من الحزم دون انتظار الإقرارات، حتى حد معين (N). إذا تم اكتشاف خطأ، فإن المرسل "يعود" ويعيد إرسال جميع الحزم من تلك النقطة فصاعدًا.
- تكرار انتقائي ARQ: تحسين على Go-Back-N، تكرار انتقائي ARQ يسمح للمتلقي بقبول الحزم خارج الترتيب وطلب إعادة إرسال الحزم الخاطئة فقط.
التطبيقات العملية والتحديات
تجد بروتوكولات ARQ تطبيقًا في كل جوانب اتصالات البيانات الرقمية تقريبًا، بما في ذلك الشبكات الخلوية وشبكة Wi-Fi والاتصالات عبر الأقمار الصناعية ونقل الملفات عبر الإنترنت.
ومع ذلك، فإن استخدام ARQ لا يخلو من التحديات. على سبيل المثال، يمكن للبيانات الإضافية اللازمة لاكتشاف الأخطاء والإقرارات أن تقلل من عرض النطاق الترددي القابل للاستخدام. علاوة على ذلك، فإن التأخير الناتج عن عمليات إعادة الإرسال يمكن أن يؤثر على تطبيقات الاتصال في الوقت الفعلي مثل VoIP وتدفق الفيديو.
المقارنة مع بروتوكولات التحكم في الأخطاء الأخرى
بالإضافة إلى ARQ، يتم استخدام بروتوكولين أساسيين آخرين للتحكم في الأخطاء في اتصالات البيانات:
-
تصحيح الخطأ الأمامي (FEC): يقوم FEC بتشفير البيانات بطريقة تسمح للمتلقي بتصحيح عدد محدود من الأخطاء. على عكس ARQ، لا تتطلب FEC إعادة إرسال البيانات، ولكنها تتطلب المزيد من النطاق الترددي لرموز تصحيح الأخطاء الإضافية.
-
Hybrid ARQ (HARQ): يجمع HARQ بين عناصر كل من ARQ وFEC. إذا كانت الحزمة المستلمة تحتوي على أخطاء، فسيحاول HARQ أولاً تصحيح الأخطاء باستخدام FEC. إذا فشل ذلك، فسيتم الرجوع إلى آلية طلب إعادة الإرسال (ARQ) لطلب إعادة الإرسال.
وجهات النظر المستقبلية والتقنيات
ومع التطور المستمر لتقنيات اتصالات البيانات، يتم أيضًا تحسين بروتوكولات ARQ وتحسينها. على سبيل المثال، تستخدم البروتوكولات المصممة لشبكات الجيل الخامس الجديدة مخططات HARQ المتطورة التي يمكنها التكيف مع ظروف قناة الاتصال في الوقت الفعلي، مما يؤدي إلى زيادة إنتاجية البيانات إلى الحد الأقصى وتقليل زمن الوصول إلى الحد الأدنى.
علاوة على ذلك، يمكن أن تؤدي الأبحاث المستقبلية في مجال الاتصالات الكمومية والحوسبة إلى أنواع جديدة من بروتوكولات التحكم في الأخطاء، والتي من المحتمل أن تحل محل أو تكمل طلب البحث الكمي التقليدي.
الخوادم الوكيلة وطلبات التكرار التلقائية
يمكن للخوادم الوكيلة، مثل تلك التي يوفرها OneProxy، الاستفادة أيضًا من بروتوكولات ARQ. وباعتبارها وسطاء بين العميل والإنترنت، يمكن للخوادم الوكيلة استخدام ARQ لضمان سلامة البيانات المرسلة من خلالها. على سبيل المثال، قد يستخدم الخادم الوكيل ARQ لإعادة إرسال البيانات إذا واجه أخطاء بسبب ازدحام الشبكة أو فقدان الحزمة أو مشكلات أخرى.
ومن خلال القيام بذلك، يمكن للخوادم الوكيلة تحسين موثوقية اتصال العميل، خاصة في السيناريوهات ذات الشبكات غير المستقرة أو غير الموثوقة.
روابط ذات علاقة
لمزيد من القراءة حول طلبات التكرار التلقائي والمفاهيم ذات الصلة، خذ بعين الاعتبار الموارد التالية:
