بروتوكول تقارب حزم البيانات في شبكات الحاسوب PDCP

حالياً، البروتوكولات الأكثر شيوعاً لخدمات البيانات هي (IPv4) و(IPv6) في طبقة الشبكة و(TCP) وبروتوكول مخطط بيانات المستخدم (UDP) في طبقة النقل، ونظراً لأنّه يتم تقديم خدمات وتطبيقات جديدة باستمرار فمن المتصور أنّه في المستقبل، سيتم تطوير بروتوكولات طبقة الشبكة الجديدة لدعم هذه الخدمات كبروتوكول (PDCP).

ما هو بروتوكول تقارب حزم البيانات PDCP

بروتوكول تقارب حزم البيانات (PDCP): هو طبقة فرعية رقيقة تُستخدم لكل من مستوى التحكم والبيانات، وتتمثل وظيفتها الرئيسية في توفير حماية السلامة والأمن لوحدات بيانات بروتوكول التحكم ومستوى البيانات (PDU).

• “IPv” هي اختصار لـ “Internet-Protocol-version”.

• “PDU” هي اختصار لـ “Protocol-Data-Unit”.

• “TCP” هي اختصار لـ “Transmission-Control-Protocol”.

• “UDP” هي اختصار لـ “User-datagram-protocol”.

• “PDCP” هي اختصار لـ “Packet-Data-Convergence-Protocol”.

أهداف استخدام بروتوكول PDCP

كل حامل راديو يمر عبر (PDCP) له كيان (PDCP) الخاص به والذي يتم تعيينه إمّا إلى وضع الاعتراف بالتحكم في ارتباط الراديو (RLC) (AM) أو الوضع غير المعترف به (UM)، حيث يعني كل كيان (PDCP) أنّ لكل كيان حالته الخاصة ومتغيرات الحالة والعملية المستقلة عن الكيانات الأخرى.، كما يحافظ على نافذة إعادة ترتيب والتي تكون دائماً نصف مساحة الرقم التسلسلي (SN).

الغرض من نافذة إعادة الترتيب هذه هو تلقي (PDCP PDUs) التي تقع داخل النافذة ثم إعادة ترتيبها وفقاً لقيمة (COUNT) وتسليمها بالترتيب إلى الطبقة العليا، بحيث تستقبل الطبقة الفرعية (PDCP) الحزم من الطبقة العليا وتقوم بتعيين (SN) لها، وحماية وتشفير هذه الحزم وإعادة توجيهها إلى الطبقة الفرعية (RLC).

من المستحسن أن يكون (UTRAN) قادراً على العمل البيني مع هذه البروتوكولات الناشئة دون الحاجة إلى أي تغييرات على طبقات (RLC) أو (MAC) الخاصة به، بحيث يساعد بروتوكول تقارب حزم البيانات في تحقيق هذا الهدف من خلال تكييف بروتوكولات طبقة الشبكة المختلفة مع طبقة (RLC)، بحيث يمكن نقل بيانات المستخدم عبر (UTRAN) بشفافية.

وظيفة أخرى لـ (PDCP) هي تحسين كفاءة الإرسال للمعلومات الحساسة للتأخير مثل الصوت أو الفيديو بحيث يقوم بذلك عن طريق تقليل حجم حقول الرأس لحزم الطبقة العليا، باستخدام خوارزميات ضغط وفك ضغط رأسية مختلفة تم توحيدها بواسطة (IETF)، وفي الإصدار الأولي من هذا البروتوكول يتم استخدام كيان (PDCP) منفصل لكل حامل راديو.

ومع ذلك، في الإصدار الأحدث سيكون من الممكن تعدد إرسال اثنين أو أكثر من حاملي الراديو على نفس (RLC PDU) باستخدام كيان (PDCP) واحد، كما يتلقى PDCP بيانات المستخدم من الطبقات العليا ويقوم بضغط الرأس إذا طلب ذلك ويرسل (PDCP PDUs) الناتج إلى طبقة (RLC)، كما أنّ وحدات (PDU) هذه عبارة عن طبقة لا يمكن الوصول إليها لأنّه يتم تبادلها بين (UE) والشبكة الأساسية.

• “IETF” هي اختصار لـ “The-Internet-Engineering-Task-Force” و”UE” هي اختصار لـ “User-equipment”.

• “AM” هي اختصار لـ “amplitude-modulation” و”RLC” هي اختصار لـ “Radio-Link-Control”.

• “SN” هي اختصار لـ “Serial-Number” و”UM” هي اختصار لـ “Unrecognized-manner”.

• “MAC” هي اختصار لـ “Media-Access-Control” و”UTRAN” هي اختصار لـ “UMTS-Terrestrial-Radio-Access-Network”.

كيفية عمل بروتوكول PDCP

يتم توفير الأنظمة والأساليب والأجهزة ومنتجات برامج الكمبيوتر لدعم الإشارة لوحدة بيانات البروتوكول (PDU) للتعامل مع الراديو الجديد (NR) لتسليم (LTE)، حيث تتضمن إحدى الطرق عندما يتم تشغيل التسليم من شبكة راديو جديدة (NR) إلى شبكة تطور طويلة المدى (LTE)، إذا كانت مساحة رقم التسلسل المطلوب (SN) للتسليم غير كافية في (LTE).

وبعد ذلك يتم تخزين البروتوكول أو وضعه في قائمة الانتظار وحدات البيانات (PDUs) من المخزن المؤقت لإرسال وحدة بيانات حزمة حزم البيانات (PDCP)، لبروتوكول تقارب حزم البيانات (PDU) للراديو الجديد (NR) في المخزن المؤقت لإرسال وحدة بيانات خدمة (PDCP (SDU)) الخاص بـ (LTE).

يتم توفير طريقة للاتصالات اللاسلكية بحيث تتضمن الطريقة تلقي معلومات مساعدة الازدواجية من إحدى الشبكات عن طريق جهاز اتصال، حيث يتم تكوين جهاز الاتصال بكيان التحكم في الارتباط الراديوي (RLC) الأول وكيان (RLC) الثاني، وكذلك تكرار بواسطة جهاز الاتصال أول وحدة بيانات بروتوكول (PDCP (PDU)) لإنشاء (PDCP PDU) ثاني وهو نسخة من (PDCP PDCP) الأول.

وكذلك يتم تقديم بواسطة جهاز الاتصال أول (PDCP PDU) و(PDCP PDU) الثاني إلى كيان (RLC) الأول وكيان (RLC) الثاني على التوالي، وتجاهل بواسطة جهاز الاتصال (PDCP PDU) الثاني في المخزن المؤقت لكيان (RLC) الثاني بناءً على معلومات مساعدة النسخ.

• “LTE” هي اختصار لـ “Long-Term-Evolution”.

وظائف بروتوكول PDCP

• نقل البيانات أي مستوى المستخدم أو مستوى التحكم.

• صيانة (PDCP SNs).

• ضغط الرأس وإلغاء الضغط باستخدام بروتوكول (ROHC).

• التشفير وفك التشفير.

• حماية النزاهة والتحقق من النزاهة.

• تجاهل (SDU) القائم على الموقت.

• التوجيه لحامل الانقسام.

• الازدواجية.

• إعادة ترتيب والتسليم بالطلب.

• التسليم خارج الطلب.

• تجاهل المكرر.

ملاحظة:“ROHC” هي اختصار لـ “RObust-Header-Compression” و”SDU” هي اختصار لـ “Service-Data-Unit”.

العرض الإنشائي لبروتوكول PDCP

تُعد (PDCP SDU) القادمة إلى الطبقة الفرعية لـ (PDCP) المخزنة أولاً في المخزن المؤقت للإرسال ثم تمر عبر وظيفة “الترقيم المتسلسل” هي بداية عمل بروتوكول (PDCP)، وهذا يعني أنّ (PDCP) يضيف رقماً تسلسلياً لكل من (PDCP SDU) الواردة ثم يذهب لمزيد من وظائف (PDCP)، وبمجرد أن يضيف رقم تسلسلي يجب أن يحتفظ برقم التسلسل في نهاية جهاز الاستقبال.

بمساعدة الرقم التسلسلي يمكن اكتشاف العديد من الأشياء مثل “هل يتم ترتيب البيانات أم لا؟” و”هل هناك أي بيانات مكررة”، و”كيف يمكنني دمج الأجزاء المتعددة من كتلة البيانات في جزء كبير أصلي البيانات”، وبعد إجراء إجراء ترقيم التسلسل يمر عبر إجراء ضغط الرأس ولكنّه قابل للتطبيق فقط على بيانات مستوى المستخدم.

وهذا يعني بيانات مستوى التحكم أي رسالة إرسال لا تمر عبر إجراء ضغط الرأس، ويمكن تعطيل إجراء ضغط أو إلغاء ضغط الرأس إذا لم يتم تنفيذه في (UE)، وبعد ضغط الرأس هناك مساران هُما المرور عبر التكامل أو التشفير والانتقال مباشرة إلى إضافة رأس (PDCP)، كما تنطبق حماية السلامة فقط على إرسال الإشارات أي بيانات مستوى التحكم، وهي تعني رسالة (RRC / NAS) أي بيانات (DCCH) وليس بيانات (DTCH)، بحيث يتم تعطيل حماية النزاهة من خلال تطبيق رسالة إرسال الإشارات.

بعد ذلك يمر عبر التشفير والذي يتم تطبيقه على بيانات مستوى المستخدم وبيانات مستوى التحكم بحيث يمكن تعطيل التشفير عن طريق تطبيق رسالة تأشير، وبعد ذلك ينتقل إلى (Add PDCP Header) ويضيف رأس (PDCP) إلى البيانات، وإذا تم تمكين حامل الانقسام فإنّ وظيفة التوجيه (PDCP) تقوم بتوجيه (PDCP PDU) إلى الحامل المقصود ويظهر إجراء تكرار التوجيه في الصورة.

يمكن تنفيذ الأنظمة والأجهزة والطرق لمعالجة وحدات بيانات بروتوكول بروتوكول تقارب البيانات (PDCP) (PDUs)، وتتضمن التقنية استلام وحدة بيانات بروتوكول تقارب البيانات (PDCP) (PDU)، ويمكن تحديد ما إذا كانت (PDCP PDU) المستلمة هي (PDCP PDU) مكرر أو أنّ (PDCP PDU) المستلمة خارج نافذة إعادة الترتيب، كما يمكن التخلص من (PDCP PDU) المستلم دون إجراء فك التشفير أو فك ضغط الرأس لوحدة (PDCP) المستلمة.

• “DTCH” هي اختصار لـ “Dedicated Traffic Channel” و”DCCH” هي اختصار لـ “Dedicated Control Channel”.

• “NAS” هي اختصار لـ “non-access-stratum” و”RRC” هي اختصار لـ “Radio-Resource-Control “.