طريقة استخدام الموارد لتشغيل D2D في الاتصالات اللاسلكية

يتعلق الاتصال اللاسلكي بطريقة وجهاز لاستخدام الموارد للتشغيل من جهاز إلى جهاز (D2D) في نظام اتصال لاسلكي، كما يعتمد على (UMTS) و(GSM) و(GPRS) وهو عبارة عن نظام اتصالات متنقل غير متزامن من الجيل الثالث، كما تطور (UMTS) طويل المدى (LTE) و(3GPP LTE) هي تقنية لتمكين اتصال حزم عالي السرعة.

أساسيات استخدام الموارد لتشغيل D2D في الاتصالات اللاسلكية

يتم اعتماد عدد من المخططات لخفض التكاليف للمستخدمين والمشغلين وتحسين جودة الخدمة وتوسيع التغطية وزيادة سعة النظام وهي أهداف (LTE)، بحيث تتطلب (3GPP LTE) وفورات في التكلفة لكل بت وتحسين توافر الخدمة والاستخدام المرن لنطاق التردد والهيكل البسيط والواجهة المفتوحة واستهلاك الطاقة المناسب للمطاريف كمتطلبات أعلى مستوى.

في السنوات الأخيرة كان هناك اهتمام كبير بدعم الاتصال المباشر من جهاز إلى جهاز (D2D)، كما يتم تشغيل هذا الاهتمام الجديد بشكل أساسي من خلال تطبيقات الشبكات الاجتماعية، والطلب الهائل على البيانات على الطيف الخلوي وفي الغالب حركة المرور المحلية، فضلاً عن الاستخدام المنخفض لنطاق تردد الارتباط المنبع بدافع من عدة عوامل، بما في ذلك شعبية الخدمات القائمة على التقارب.

تستهدف (3GPP) توافر اتصالات (D2D) في (LTE rel-12)، بحيث تصبح (LTE) التي يستخدمها المستجيبون الأوائل تقنية اتصالات عريضة النطاق تنافسية لشبكات السلامة العامة، كما لا تزال شبكات الأمان تعتمد على تقنية (2G) المتقادمة، بينما تنتقل الشبكات التجارية بسرعة إلى (LTE) بسبب المشكلات القديمة وقيود الميزانية، وأدت هذه الاختلافات التطورية والرغبة في تحسين الخدمات إلى محاولات عالمية لتحديث شبكات الأمان العامة التقليدية.

يمكن أن يوفر استغلال القرب الطبيعي لمعدات الاتصال مزايا أداء متعددة، بحيث يمكن لمعدات المستخدم ((D2D) UE) أن تتمتع بتأخير منخفض من طرف إلى طرف، ومعدل بيانات مرتفع بسبب الاتصال المباشر قصير المسافة، كما يُعد الاتصال المباشر مع بعضنا البعض أكثر كفاءة في استخدام الموارد استعداداً لوحدات (UE) المجاورة التي يتم توجيهها من خلال (eNB) وربما الشبكة الأساسية.

ومقارنةً بالاتصال الخلوي للوصلة الهابطة أو الوصلة الصاعدة النموذجية، يوفر الاتصال المباشر الطاقة ويحسن استخدام الموارد الراديوية، كما يؤدي التحول من مسار البنية التحتية إلى المسار المباشر إلى إلغاء تحميل الحركة الخلوية، ممّا يقلل الازدحام وبالتالي يفيد تجهيزات (UE) أخرى غير (D2D) ويمكن توقع فوائد أخرى مثل تمديد المنطقة عبر مرحل (UE-to-UE).

• “UMTS” هي اختصار لـ “Universal-Mobile-Telecommunications-System” و”D2D” هي اختصار لـ “Device-to-Device”.

• “3GPP” هي اختصار لـ “Third-Generation-Partnership-Project” و”LTE” هي اختصار لـ “Long Term Evolution”.

• “GSM” هي اختصار لـ “Global-System-for-Mobile-communications” و”GPRS” هي اختصار لـ “General-Packet-Radio-Services”.

مبدأ استخدام الموارد لتشغيل D2D في الاتصالات اللاسلكية

يمكن تحديد مورد راديوي جديد للإرسال (D2D) ويمكن استخدام الموارد الراديوية للإرسال (D2D) وفقاً لحالة التحكم في الموارد الراديوية (RRC) لتجهيزات المستعمل، أي أسلوب الخمول (RRC) وأسلوب التوصيل (RRC) ومطلوب طريقة لاستخدام الموارد بكفاءة لعمليات (D2D).

يتم توفير طريقة لاستخدام الموارد للتشغيل من جهاز إلى جهاز (D2D) بواسطة جهاز مستخدم (UE) في نظام اتصال لاسلكي، بحيث تتضمن الطريقة استقبال مورد (D2D) المستخدم لإرسال إشارة (D2D) في أسلوب الخمول (RRC) وإرسال إشارة (D2D) باستخدام مورد (D2D) في أسلوب الراحة (RRC)، كما  يتم توفير جهاز مستخدم (UE) في نظام اتصال لاسلكي.

يشتمل الجهاز على وحدة تردد لاسلكي (RF) ترسل أو تستقبل إشارة راديو ومعالج متصل بوحدة التردد اللاسلكي، كما يستقبل المعالج مورد (D2D) المستخدم لإرسال إشارة من جهاز إلى جهاز (D2D) في وضع الخمول للتحكم في موارد الراديو (RRC)، ويستخدم مورد (D2D) في وضع الخمول (RRC) ويتم إرسال إشارة (D2D).

يتم توفير طريقة لاستخدام الموارد للتشغيل من جهاز إلى جهاز (D2D) بواسطة جهاز مستخدم (UE) في نظام اتصال لاسلكي، وتتضمن الطريقة استقبال مورد (D2D) المستخدم لإرسال إشارة (D2D) في أسلوب اتصال التحكم في الموارد الراديوية (RRC)، وإرسال إشارة (D2D) باستخدام مورد (D2D) في وضع الخمول (RRC).

يشتمل هيكل نظام (LTE) على مطراف واحد أو أكثر (UEs) وشبكة (E-UTRAN) و(EPC) والمحطة عبارة عن جهاز اتصال يتم نقله بواسطة المستخدم، كما قد يكون الجهاز ثابتاً أو متحركاً وقد يكون عبارة عن مصطلحات أخرى مثل محطة متنقلة (MS)، ومحطة مستخدم (UT) ومحطة مشترك (SS) وجهاز لاسلكي وكما يمكن أن يشتمل (E-UTRAN) على واحد أو أكثر من وحدات (eNB)، ويمكن أن توجد مجموعة من المحطات في خلية واحدة.

• “RRC” هي اختصار لـ “Radio-Resource-Control” و”EPC” هي اختصار لـ “Evolved-Packet-Core”.

تطور عمل استخدام الموارد لتشغيل D2D في الاتصالات اللاسلكية

يوفر (eNB) للمطراف نقاط نهاية مستوي التحكم ومستوى المستخدم، ويعني (eNB) محطة ثابتة تتصل بالمحطة، و(DL) تعني الاتصال من (eNB) إلى المحطة وتعني (UL) الاتصال من المحطة إلى (eNB) وفي (DL) يكون المرسل جزءاً من (eNB) وجهاز الاستقبال جزء من المحطة، وفي (UL) المرسل هو جزء من المطراف والمستقبل هو جزء من (eNB).

عندما يقوم المستخدم بتشغيل الجهاز لأول مرة يبحث الجهاز أولاً عن خلية مناسبة ثم يبقى في (RRC_IDLE) في الخلية المقابلة، وعندما يلزم إنشاء توصيل (RRC) يمكن للمحطة الموجودة في (RRC_IDLE) إنشاء اتصال (RRC) و(RRC) لـ (E-UTRAN) عبر إجراء توصيل (RRC)، والانتقال إلى (RRC_CONNECTED).

كما قد يستقبل المطراف الذي يظل في (RRC_IDLE E-UTRAN) عندما يكون إرسال بيانات الوصلة الصاعدة ضرورياً بسبب محاولة نداء من المستخدم، أو عند استلام رسالة مناداة من (E-UTRAN) ويلزم إرسال رسالة استجابة ويجب إنشاء اتصال (RRC)، وأنّ قيم السبب المختلفة يتم ربطها بتسلسلات التوقيع المستخدمة لإرسال الرسائل بين المطراف و(eNB)، بالإضافة إلى ذلك من المعروف أنّ (CQI) مؤشر جودة القناة أو خسارة المسار وسببه أو حجم الرسالة مرشحة للإدراج في التمهيد الأولي.

إذا كانت المحطة الطرفية ترغب في الوصول إلى الشبكة وقررت إرسال الرسالة، فيمكن ربط الرسالة بالغرض ويمكن تحديد قيمة السبب، كما يمكن تحديد حجم الرسالة المثالي من خلال تحديد جميع المعلومات الإضافية والأحجام البديلة المختلفة، يمكن استخدام رسالة طلب الجدولة التي تلغي المعلومات الإضافية أو يمكن استبدالها.

يحصل المطراف على المعلومات اللازمة لإرسال التمهيد أو تداخل (UL) أو قدرة إرسال الدليل أو (SNR) المطلوبة لاكتشاف التمهيد عند المستقبل أو توليفة منها، كما يجب أن تسمح هذه المعلومات بحساب قدرة الإرسال الأولية، ومن أجل ضمان استخدام نفس القناة لإرسال الرسائل من المفيد إرسال رسائل (UL) بالقرب من التمهيد من حيث التردد.

من أجل التأكد من أن الشبكة تستقبل التمهيد مع الحد الأدنى من نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) يجب أن يأخذ المطراف في الاعتبار تداخل (UL) وخسارة مسار (UL)، ونظراً لأنّه لا يمكن تحديد تداخل (UL) إلّا في (eNB) يجب بثه بواسطة (eNB) واستقباله بواسطة الجهاز قبل إرسال التمهيد، كما يمكن اعتبار خسارة مسير الوصلة الصاعدة شبيهة بخسارة مسير الوصلة الهابطة، ويمكن تقديرها بواسطة المطراف من شدة إشارة (RX) المستقبلة، بمجرد معرفة قدرة إرسال بعض الإشارات التجريبية للخلية للمطراف.

• “SNR” هي اختصار لـ “Signal-to-noise ratio” و”CQI” هي اختصار لـ “Channel-Quality-Indicator”.