اتصالات الوصلة الهابطة Downlink Communication

في الاتصالات الساتلية يشير الوصلة الهابطة ببساطة إلى العملية التي يرسل فيها القمر الصناعي المعلومات نحو المحطات الأرضية أو الأجهزة، حيث يستخدم المصطلح بنفس الطريقة في شبكات الكمبيوتر، كما تستقبل المحطات الطرفية أو العقد البيانات من الشبكة الأساسية أو من عقد الشبكة ذات المستوى الأعلى مثل أجهزة التوجيه والخوادم، وتُعرف عادةً بالتنزيل لذلك يتم تنزيل الصور ومقاطع الفيديو من خلال عملية التنزيل.

ما هي اتصالات الوصلة الهابطة Downlink communication

اتصالات الوصلة الهابطة: هو مصطلح يستخدم في الاتصالات الراديوية واتصالات الأقمار الصناعية للدلالة على الارتباط من الشبكة إلى المستخدم النهائي أو من القمر الصناعي إلى الأرض، كما إنّه رابط اتصالات للإشارات القادمة إلى الأرض من قمر صناعي أو مركبة فضائية أو طائرة.

أساسيات اتصالات الوصلة الهابطة

تُعد الوصلة الهابطة هي مصطلح اتصالات يتعلق بالبيانات التي يتم إرسالها إلى الخارج أو إلى أسفل من مستوى أعلى أو جزء من الشبكة، وتقليدياً يشير إلى عملية اتصالات عبر الأقمار الصناعية، حيث يتم إرسال البيانات من قمر صناعي إلى محطة أو جهاز أرضي ومن هنا جاءت كلمة “أسفل”، كما يتم استخدامه أيضاً في مجالات أخرى من الشبكات مثل الشبكات الخلوية وشبكات الكمبيوتر، حيث يتم استخدامه بطريقة مماثلة ولكن قد يتضمن أو لا يتضمن المعنى الاتجاهي لأعلى أو لأسفل.

يكون تردد الوصلة الهابطة هو التردد المستخدم لنقل الإشارات من القمر الصناعي إلى مستقبل المحطة الأرضية، حيث يولد مرسل القمر الصناعي إشارة من شأنها تشويش جهاز الاستقبال الخاص به وإذا كان كل من الوصلة الصاعدة والهابطة يشتركان في نفس التردد، وفي الاتصالات الساتلية يشير الوصلة الهابطة ببساطة إلى العملية التي يرسل فيها القمر الصناعي المعلومات نحو المحطات الأرضية “ground stations” أو الأجهزة.

وعلى النقيض من ذلك هو الوصلة الصاعدة، حيث يستلم القمر الصناعي البيانات من محطة أرضية “ground stations”، وفي الشبكات الخلوية يمكن اعتبار الوصلة الهابطة من منظور المستخدم على أنّها تلقي نوعاً من الرسائل أو البيانات، كما يتلقى الجهاز الخلوي أو الهاتف اتصالاً مباشراً من محطة قاعدة خلوية، ومثال على ذلك هو استلام رسالة نصية “Text message” أو صورة من شخص ما ويتم استلام هذه الرسالة من خلال عملية اتصال للوصلة الهابطة.

يستخدم المصطلح بنفس الطريقة في شبكات الحاسوب، حيث تستقبل المحطات الطرفية أو العقد البيانات من الشبكة الأساسية أو من عقد الشبكة ذات المستوى الأعلى، مثل أجهزة التوجيه والخوادم وتُعرف عادةً بالتنزيل لذلك يتم تنزيل الصور ومقاطع الفيديو من خلال عملية التنزيل، ونظام اتصال للوصلة الهابطة حيث يتم تقديم معدات المستخدم الأرضي “UEs” بواسطة طائرات بدون طيار تعمل كمحطات قاعدة جوية وتوفر توصيلية لاسلكية.

كما أنّ محطات قاعدة الطائرات بدون طيار موزعة وفقاً لـ “PPP” بكثافة ثابتة “λ” وتوضع على نفس الارتفاع “h”، كما أنّ الطائرات بدون طيار تستخدم هوائيات اتجاهية بنفس عرض الحزمة “ϕ A” موجهة نحو الأرض في حين أنّ تجهيزات “UE” الأرضية مزودة بهوائيات متعددة الاتجاهات، ومن هندسة الشبكة ستتمكن الطائرات بدون طيار التي تم وضعها فقط داخل سطح دائري “A” متمركز في O فوق “UE” من الوصول إلى هذا الجهاز داخل فصوصها الرئيسية.

كما تُرى هذه المنطقة من خلال “UE” بزاوية “ϕ A”، كما يُشار إلى المسافة من O إلى طائرة بدون طيار وطول الارتباط بين “UE” والطائرة بدون طيار على التوالي كـ r وd، بينما هي تكملة لزاوية الارتفاع التي تصنعها الطائرة بدون طيار.

• “UE” هي اختصار لـ “User equipment”.

• “PPP” هي اختصار لـ “Point-to-Point Protocol”.

تطور اتصالات الوصلة الهابطة

على الرغم من اقتراح مخططات مختلفة للتحكم في قبول الاتصال في أنظمة الشبكة المحلية اللاسلكية “WLAN” والخلوية المتكاملة، إلّا أنّها لا تستغل الميزات الفريدة في اتصالات الوصلة الصاعدة والهابطة، كما تم اقتراح مخطط مشترك للتحكم في قبول الوصلة الصاعدة أو الوصلة الهابطة في أنظمة “WLAN” والخلوية المتكاملة، حيث يتم تحديد عتبات التحكم في القبول بشكل تكيفي لتعظيم سعة الشبكة اعتمادًا على خصائص الوصلة الصاعدة والهابطة.

كما يتم تطوير نموذج تحليلي لتكلفة حظر الاتصال عن طريق سلاسل ماركوف متعددة الأبعاد ونقدم مشكلة تحسين للعتبات لتقليل تكلفة الحجب، حيث تظهر النتائج التحليلية والمحاكاة أنّ مخطط التحكم في قبول الاتصال يمكن أن يقلل من عدد الاتصالات المحظورة مقارنةً بنظام “WLAN”، حيث يُطلق على الاتصال الذي ينتقل من قمر صناعي إلى أرضي ارتباط الهابطة.

وعندما ينتقل من الأرض إلى القمر الصناعي يُطلق عليه اسم الإرسال، وعندما تستقبل المركبة الفضائية وصلة صاعدة في نفس الوقت الذي تستقبل فيه الأرض وصلة هابطة، فإنّ الاتصال يسمى ثنائي الاتجاه كما يُقترح الاتصال المتعدد “MC” في أنظمة الاتصالات المتنقلة من الجيل الخامس “5G” للتخفيف من تدهور جودة الخدمة بسبب انسداد خط البصر ونقص موارد الاتصال.

كما تتمثل الفكرة الرئيسية لـ “MC” في ربط معدات المستخدم الفردي بطبقات شبكة متعددة وتقنيات وصول لاسلكية متعددة في وقت واحد، وكما أنّه ثبت أنّ “MC” يزيد السعة ويوفر موثوقية عالية ويقلل من احتمالية الانقطاع، ومع ذلك تم دمج “MC” في تحسين إجمالي استهلاك الطاقة في شبكات الوصول إلى الراديو السحابي غير المتجانسة “(HCRAN) 5G”.

وعند صياغة المشكلة باعتبارها مشكلة البرمجة الخطية ذات العدد الصحيح الثنائي وإثبات صلابة “NP” تم اقتراح خوارزمية إرشادية تتكون من استرخاء البرمجة الخطية، والتقريب ومشكلة التخصيص المعممة والتي تأخذ مخرجات الاسترخاء البرمجة الخطية والتقريب كمدخلات ويتحقق ممّا إذا كان يقلل من استهلاك الطاقة، كما تم تحليل استهلاك الطاقة وتعقيد الوقت والمعدل القابل للتحقيق للخوارزمية المقترحة والتحقق من تفوقها على الطرق الحالية عن طريق المحاكاة.

من أجل مواكبة حركة مرور الشبكة المتزايدة تتطور الشبكات الخلوية من شبكة متجانسة أحادية المستوى إلى شبكات خلوية صغيرة وغير متجانسة متعددة المستويات “HetSNets”، حيث تقوم العقد منخفضة الطاقة بإلغاء تحميل الخلايا الكبيرة وزيادة سعة النظام بتردد قوي إعادة استخدام المسافة، ومع ذلك لا يمكن لنموذج التخطيط الراديوي هذا تجنب المشاكل، حيث يعتبر عدم توازن الحمل وأداء الوصلة الصاعدة دون المستوى الأمثل “UL” من أهم هذه المشكلات.

كما يعتمد تحديد الخلية التقليدي على الطاقة المستقبلة للإشارة المرجعية للوصلة الهابطة “DL”، وفي السيناريوهات التي يتم فيها نشر الخلايا الصغيرة بطريقة قناة مشتركة، يتم تقليل منطقة الخدمة بشكل بارز من خلال وجود الخلايا الكبيرة نظراً لأنّ قوتها أعلى من قوة الخلايا الصغيرة.

• “WLAN” هي اختصار لـ “Wireless Local Area Network”.

• “DL” هي اختصار لـ “Down link”.

• “UL” هي اختصار لـ “Up link”.

• “HCRAN” هي اختصار لـ “Heterogeneous Cloud Radio Access Networks”.

• “MC” هي اختصار لـ “Multi communication”.