شبكة المنطقة الإقليمية اللاسلكية WRAN

تم تصميم شبكة (WRAN) التي تعني شبكة المنطقة الإقليمية اللاسلكية وإيجادها، وخاصة للمناطق الريفية والبلدان النامية والأماكن ذات الكثافة السكانية المنخفضة، و(IEEE 802.22) هو المعيار المطوّر لشبكة المنطقة الإقليمية اللاسلكية التي تستخدم المساحات البيضاء من طيف الترددات الراديوية (RF)؛ لتوفير اتصال البث في المناطق التي يصعب الوصول إليها.

ما هي شبكة المنطقة الإقليمية اللاسلكية WRAN

شبكة المنطقة الإقليمية اللاسلكية(WRAN): هو المرجع الأساسي للاتصالات اللاسلكية المعرفية التي تسعى جاهدة لمعالجة طيف استغلال فارغ، أو أقل من استغلال الطيف المخصص خصيصًا لخطوط التلفاز.

ملاحظة:“WRAN” هي اختصار لـ “Wireless Regional Area Network”.

ملاحظة: “RF” هي اختصار لـ “Radio frequency”.

أهمية استخدام شبكة WRAN

المتطلبات الأساسية اللازمة لاستخدام الطيف الترددي عالية للغاية واستخدام الطيف بأكمله غير فعال، كما أنّ (5.2%) فقط من الطيف بأكمله قيد الاستخدام، ممّا دعا إلى الحاجة إلى تصميم شبكة يمكنها استخدام النطاقات المتبقية غير المستخدمة من الطيف بكفاءة.

لم تكن الأنظمة السابقة كافية لتغطية المناطق الجغرافية بأكملها بما في ذلك المناطق الريفية، ولكن من الضروري تقديم الخدمة للناس في هذا المجال؛ لأنّ العديد من البلدان لا تزال في الدول النامية ولديها العديد من المناطق الريفية، كما يتم تحديد طيف التلفاز خصيصًا لشبكة (WRAN) نظرًا لقنواتها الكبيرة الشاغرة ولا يلزم ترخيص أجهزة (WRAN)، لذا فإنّ التكلفة معقولة.

الطبولوجيا المستخدمة في شبكة WRAN

يستخدم (IEEE 802.22) طوبولوجيا الشبكة من نقطة إلى نقطة متعددة ممّا يعني أنّه يمكن لمحطة قاعدة واحدة أن توفر خدمة لأعداد متعددة من محطات المشتركين، ومتطلب هذا الإعداد هو أنّه يجب تثبيت محطة أساسية واحدة (BS) وأي عدد من معدات مقر العميل (CPE)، كما تتحكم المحطة الأساسية في جميع أنشطة التردد اللاسلكي (RF).

العلاقة بين (BS) و(CPE) هي علاقة الرئيس والفرع، والوظائف المعنية هي استشعار التردد اللاسلكي (RF) واستقبال الإشارات أو إرسالها، كما يتم إجراء الاستشعار عن طريق التردد الراديوي بواسطة المحطة الأساسية على فترات منتظمة.

ويتم إرسال التقارير بواسطة (CPE) إلى المحطة القاعدة، وتقرر (BS) أي قناة خالية من الطيف يجب استخدامها لنقل الاتصالات مع (CPEs)، وكما يتم تصميم (CPEs) مع اثنين من الهوائيات، حيث يتم استخدام هوائي واحد للتواصل مع المحطة الأساسية ويتم استخدام هوائي آخر متعدد الاتجاهات لجمع التقارير والقياسات.

ملاحظة:“CPE” هي اختصار لـ “Customer premises equipment”.

نموذج واجهة قاعدة البيانات في شبكة WRAN

مع اللوائح المقدمة يجب توصيل واجهة (WRAN) بقاعدة بيانات (CPE) مباشرة بين المحطة الأساسية وخدمة قاعدة البيانات بدلاً من (CPE) الفردي نفسه، ويرجع ذلك إلى أنّ المحطة القاعدة يجب أن تجد قناة شاغرة مشتركة بين جميع أجهزة (CPE) بخلاف أجهزة (CPE) الفردية، وهناك طبقتان يلزم النظر فيها بعناية أثناء تصميم اعتبارات (WRAN) و(PHY) واعتبارات (MAC)، والاعتبارات في (WRAN) هي:

أولاً: مقابل الطبقة المادية PHY

• يجب أن تتمتع (WRAN) بمعدل أداء مرتفع، وكما يجب أن تكون فعالة اقتصاديًا وتقنيًا.

• يجب أن تتمتع (CPEs) بالقدرة على تحمل الظروف المختلفة ويجب أن تتمتع أيضًا بمرونة القفز من قناة إلى أخرى دون أي أخطاء في الإرسال.

• يجب أن تكون مرنة للغاية من حيث تعديل النطاق الترددي وتقنيات الترميز وما إلى ذلك.

• يعد التحكم في قدرة النقل (TPC) وخفة الحركة عاملين مهمين أثناء تصميم (WRAN).

ملاحظة:“TPC” هي اختصار لـ “Transmit Power Control”.

ثانياً: التحكم في الوصول إلى الوسائط MAC

• المحطة القاعدة هي المحطة الرئيسية مما يعني أن أي معدات (CPE) أخرى لا ينبغي أن تبدأ أو تنقل أي إرسال دون موافقة المحطة القاعدة.

• ينبغي أن يكون (CPE) مسؤولاً عن تحديد القناة الشاغرة الصحيحة ويجب عليه إبلاغ المحطة القاعدة بالإشارة إلى وجودها.

• يجب أن يستمر استشعار الطيف الدوري بواسطة المحطة الأساسية ونقل التغذية المرتدة من (CPEs) أثناء الإرسال لأنّه إذا كانت هناك حاجة لتغيير القناة فيمكن تنفيذها في أي وقت.

• ترسل المحطة الأساسية إشارة تمهيدية إلى وحدة المعالجة المركزية في بداية كل إطار لتمييز رسالتها عن رسائل البث التلفزيوني.

ثالثاً: استشعار الطيف

يتم تنفيذ استشعار الطيف بواسطة معدات العملاء (CSP)، حيث يراقب (CSP) ويسجل سجلات التردد اللاسلكي (RF) للعثور على القنوات غير المستخدمة في الطيف التليفزيوني، وفي استشعار الطيف داخل النطاق هناك نوعان الاستشعار الدقيق والاستشعار السريع، حيث يجد القنوات غير المستخدمة من الطيف التي يمكن الوصول إليها لإرسالها لمستخدمي الراديو المعرفي.

1- الاستشعار الدقيق

• يحدث الاستشعار الدقيق عندما تحدد المحطة الأساسية الحاجة إلى قياس أكثر دقة.

• يستغرق الاستشعار وقتًا يصل إلى (25 مللي ثانية) – (30 مللي ثانية).

• في الاستشعار الدقيق، يركز (CSP) على إحساس الإشارات التي قد تكون مستخدمًا رئيسيًا للطيف (التلفزيون).

2- الاستشعار السريع

• يتم تنفيذ مهمة الاستشعار بسرعة.

• الخوارزمية المستخدمة هي خوارزمية الكشف عن الطاقة.

• الوقت المستغرق للاستشعار هو (1 مللي ثانية).

تطبيقات شبكة WRAN

• التطبيق الأساسي لـ (IEEE 802.22) هو توفر النطاق العريض اللاسلكي في المناطق البعيدة أو المناطق الريفية أو ببساطة المناطق التي يصعب الوصول إليها.

• تتيح (WRAN) الوصول إلى نقل الصوت والفيديو والصوت والبيانات ودعم جودة الخدمة (QoS).

• في المناطق الريفية، يكون استخدام التردد المنخفض فعالاً بسبب الظروف المطلوبة للراديو المعرفي الذي يتعرض للإرسال منخفض التردد والمقبول قانونًا للبث التلفزيوني والميكروفونات اللاسلكية.

• من الطيف، يتم تحديد القنوات غير المستخدمة ومن ثم يتم تسليم الإشارة التلفزيونية باستخدام القمر الصناعي.

• يستخدم (WRAN) على نطاق واسع في الشركات الناشئة والشركات الصغيرة.

مزايا شبكة WRAN

• مستخدمو شبكة (WRAN) غير مرخصين ممّا يعني أنّ (IEEE 802.22) فعال من حيث التكلفة.

• النطاق الجغرافي المغطى أعلى من معايير (IEEE 802) الأخرى.

• يتم استخدام الطيف بكفاءة باستخدام القنوات غير المستخدمة.

• الخدمة التي تقدمها (WRAN) واسعة مثل البيانات والصوت والفيديو وما إلى ذلك.

• توفر شبكة (WRAN) للمناطق الريفية مزايا خدمات البث.

عيوب شبكة WRAN

• يعتبر تأخير الانتشار في (IEEE 802.22) أكثر مقارنة بالمعايير الأخرى لـ (IEEE 802).

• التعايش الذاتي، وذلك في شبكات (802.22) المتداخلة.

• شاغل الوظيفة المخفي، حيث يسمى الطيف الذي يمكن أن تستشعره أجهزة (CPE) ولكن ليس بواسطة المحطة الأساسية “شاغل الوظيفة المخفي”، وحل الإصدار المحسن من معيار (IEEE 802.22) التعايش الذاتي والمشكلة الحالية المخفية باستخدام نموذج تلوين الرسم البياني والبث المتعدد على التوالي.

في النهاية، إنّ (WRAN) هو النظام الأول الذي كان ينظم الاستخدام الفعال للنطاقات العريضة غير المستخدمة من الطيف التليفزيوني مع تداخل أقل في جميع أنحاء العالم، كما يتم تنفيذ (WRAN) في القنوات غير المستخدمة في طيف التلفاز للحصول على انتشار أدق للإشارة عند الترددات المنخفضة.