كيفية نقل بيانات MTC في نظام الاتصالات المتنقلة

يتعلق نظام اتصالات متنقلة بطريقة إرسال إشارة تحكم صغيرة الحجم وتُعرف أيضًا باسم “البيانات الصغيرة” باستخدام مستوى تحكم في خدمة (MTC) في نظام الاتصالات المتنقلة، كما يتم تغليف بيانات (MTC) في إجراء تحكم موجود أو رسالة تحكم أو ما شابه على إشارة تحكم، ودون إجراء إعداد حامل بيانات الحزمة، ويتم إرسال إشارة التحكم التي تحتوي على بيانات (MTC) المغلفة بين شبكة وطرف وبالتالي تحسين كفاءة موارد الشبكة وتقليل حمل القناة اللاسلكية.

أساسيات نقل بيانات MTC في الاتصالات المتنقلة

من أجل تلبية مجموعة متنوعة من المنتديات والتقنيات الجديدة المتعلقة باتصالات الهاتف المحمول من الجيل الرابع، بدأ مشروع شراكة الجيل الثالث (3GPP) الذي يهدف إلى توفير المواصفات الفنية لنظام الاتصالات المتنقلة من الجيل الثالث في البحث عن التطور طويل الأمد، وتطور تقنيات الحزمة الأساسية (LTE / ETC) منذ نهاية عام (2004) كجزء من الجهود المبذولة لتحسين أداء تقنيات 3GPP وتحسينها.

يتعلق (LTE) الذي يقوده أساسًا (3GPP SA WG2) بالبحث في تقنيات الشبكة التي تهدف إلى تحديد هيكل الشبكة جنبًا إلى جنب مع عمل (LTE) الخاص بـ (3GPP TSG RAN)، ودعم التنقل بين الشبكات ذات الإصدارات المختلفة وتم اعتبار (LTE) إحدى قضايا التقييس الأساسية في (3GPP)، ويتمثل هذا العمل في تطوير (3GPP) ليكون نظامًا قائمًا على (IP)، ويدعم مجموعة متنوعة من تقنيات الاتصال اللاسلكي، وقد تقدم بهدف إنشاء نظام محسن قائم على الحزمة قادر على تقليل تأخير الإرسال إلى الحد الأدنى مع تحسين نقل البيانات الإمكانية.

كما يتم استخدام وسيط (3GPP) لتعريف بنية الشبكة. تم اقتراح طريقة تستخدم خدمة الرسائل القصيرة (SMS) لتبادل البيانات بين جهاز (MTC) وخادم (MTC) كأحد الحلول البديلة، كما يتم استخدام الرسائل القصيرة مع الأخذ في الاعتبار أن كمية صغيرة من البيانات الرقمية، بما في ذلك معلومات قراءة العداد ومعلومات المنتج ستكون موضوعًا لتطبيق (MTC) نظرًا لخصائص تطبيق (MTC)، والتي من خلالها طريقة (SMS) الحالية و(IMS) ويمكن دعم طريقة (SMS) القائمة.

كما يتم استخدام إجراء الإرفاق بشكل عام عند الدخول مبدئيًا لخلية (E-UTRAN) وعند محاولة الاتصال بـ (EPC)، ويمكن استخدام إجراء الإرفاق عند التسليم من وصول غير (3GPP) إلى (E-UTRAN) ويتم إرسال رسالة طلب إرفاق من (UE) إلى (MME) عبر (eNB)، ويتم تنفيذ إجراء المصادقة الخاص بتجهيزات (UE) من خلال (HSS)، كما يتم تسجيل معلومات موقع (UE) في (HSS).

• “MTC” هي اختصار لـ “Machine-Type Communications” و”EPC” هي اختصار لـ “Evolved Packet Core”.

• “HSS” هي اختصار لـ “Home Subscriber Server” و”3GPP” هي اختصار لـ “The 3rd Generation Partnership Project”.

• “E-UTRAN” هي اختصار لـ “Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network” و”SMS” هي اختصار لـ “Short Message Service”.

• “IMS” هي اختصار لـ “IP Multimedia Subsystem” و”RAN” هي اختصار لـ “Radio Access Network”.

• “LTE” هي اختصار لـ “Long-Term Evolution” و”TSG” هي اختصار لـ “Terminal Server Gateway”.

• “IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol” و”MME” هي اختصار لـ “Mobility Management Entity”.

مبدأ نقل بيانات MTC في الاتصالات المتنقلة

يرسل (MME) طلب إنشاء حامل افتراضي إلى (S-GW)، ويتم تبادل رسالة لإنشاء حامل افتراضي بين (S-GW) و(P-GW)، إذا لزم الأمر يتم إجراء تفاعل (PCRF) لسياسة المشغل بين (P-GW) و(PCRF) ويتم تشكيل حامل افتراضي بين (P-GW) و(S-GW)، حيث يتبادل (S-GW) و(P-GW TEID) لنقل البيانات وفي هذه المرحلة يبدأ نقل بيانات الوصلة الهابطة من (P-GW) إلى (S-GW) ما لم تكن مرفقًا للتسليم، أي مرفق أولي وإنّ معرف نقطة نهاية النفق (TEID) هو معلمة تعمل كعنوان لنقل البيانات، ويمكن نقل البيانات فقط عندما تكون معلومات (TEID) معروفة.

• يتم إرسال رسالة نفاذ (Attach)، والتي تحتوي على (TEID) من (S-GW)، ومن (MME) إلى (eNB)، بحيث تبدأ هذه الرسالة في إعداد مورد لاسلكي لمنطقة (RAN).

• يتم إعداد موارد المنطقة اللاسلكية من خلال إعادة تشكيل اتصال (RRC)، ويتم إرسال نتيجة الإعداد إلى (eNB).

• يتم إرسال رسالة “إرفاق كاملة” من (UE) إلى (MME) عبر (eNB)، وفي هذه المرحلة يرسل (eNB TEID) لاستقبال بيانات الوصلة الهابطة أيضًا، ومن هذه النقطة يمكن إرسال بيانات الوصلة الصاعدة إلى (S-GW) عبر (eNB).

• يرسل (MME eNB TEID) إلى (S-GW) من خلال رسالة طلب تعديل الحام، حيث إذا لزم الأمر يتم تحديث الحامل بين (S-GW) و(P-GW)، وبعد ذلك يمكن إرسال بيانات الوصلة الهابطة إلى (UE) عبر (eNB).

• في وقت لاحق، إذا كانت هناك حاجة لتخزين (APN) ومعرف (PDN GW)، وما إلى ذلك في (HSS) للتنقل إلى وصول غير (3GPP)، فإنّ (MME) يخضع لعملية تسجيل (HSS) من خلال رسالة طلب الإخطار.

عادةً ما يتم تنفيذ (TAU) عندما تحاول تجهيزات المستعمل في وضع الخمول تسجيل موقع جديد، بحيث يتم إرسال رسالة طلب (TAU) من (UE) إلى (MME) عبر (eNB)، كما يرسل (MME) رسالة طلب سياق من (UE) المقابل إلى (MME) القديم، ويتلقى معلومات السياق من (UE) المقابل مثل المعلومات المتعلقة بالحامل ومعلومات المشترك.

بعد ذلك يرسل (MME) إقراراً بالسياق لرسالة استجابة السياق إلى (MME) القديم، وفي الوقت نفسه ينفذ (MME) إجراء مصادقة وأمن لـ (UE) عبر (HHS)، كما يرسل (MME) طلب إنشاء حامل إلى (S-GW) أو (P-GW) من خلال رسالة “إنشاء طلب جلسة”، وإذا لم يكن هناك تغيير في (S-GW) يرسل (MME) رسالة طلب (Update Bearer) إلى (S-GW)، وإذا لزم الأمر يتم تبادل رسالة طلب أو استجابة تعديل الحامل بين (S-GW) و(P-GW) أيضًا.

• “S-GW” هي اختصار لـ “Serving Gateway” و”P-GW” هي اختصار لـ “Packet Data Network Gateway”.

• “TAU” هي اختصار لـ “Test Access Unit” و”PDN” هي اختصار لـ “Packet Data Network”.

• “APN” هي اختصار لـ “Access Point Name” و”TEID” هي اختصار لـ “Tunnel End Point Identifier”.

طريقة نقل بيانات MTC في الاتصالات المتنقلة

في حالة استخدام (PCC) ديناميكي يتم تنفيذ تفاعل (PCRF) لسياسة المشغل بين (P-GW) و(PCRF) ويرسل (MME) طلب تحديث الموقع إلى (HSS) لتسجيل موقع جديد من (UE) المقابل، ويرسل (HSS) طلبًا إلى (MME) القديم لحذف معلومات حامل (UE) المقابلة، من خلال إلغاء رسائل طلب الموقع أو الرد على الرسائل ويُكمل (HSS) عملية تسجيل موقع جديد عن طريق إرسال (ACK) الخاص بموقع التحديث إلى (MME)، كما يتم إرسال رسالة قبول (TAU) في شكل رسالة (NAS) من (MME) إلى (UE) عبر (eNB).

يبدأ (MME) إعداد مورد لاسلكي لمنطقة (RAN) عن طريق إرسال رسالة طلب إعداد السياق الأولي باستخدام بروتوكول (S1-AP) إلى (eNB)، وعند هذه النقطة يتم إرسال (TEID) الخاص بـ (S-GW) لإرسال بيانات الوصلة الصاعدة إلى (eNB)، وثم يتم إنشاء حامل راديو في منطقة لاسلكية بين (UE) و(eNB) ومن هذه النقطة يكون (UE) قادراً على إرسال بيانات الوصلة الصاعدة.

يرسل (eNB) رسالة اكتمال إعداد سياق أولية إلى (MME)، ويرسل (eNB TEID) وكذلك لتمكين نقل بيانات الوصلة الهابطة، كما يتم إرسال (ENB TEID) إلى (S-GW) من خلال طلب تعديل الحامل ويتم تحديث معلومات حامل بيانات الوصلة الهابطة، كما يتم تحديث الحامل بين (S-GW) و(P-GW) وفي حالة استخدام (PCC) ديناميكي، يتم تنفيذ تفاعل PCRF لسياسة المشغل بين (P-GW) و(PCRF).