ما هو نظام تفريغ البيانات في نظام اتصالات

تتوفر طريقة تتضمن تلقي حزمة بيانات منقولة على وصلة توصيل عند عنصر الشبكة وفك كبسولة حزم البيانات وتحديد ما إذا كانت حزمة البيانات عبارة عن حزمة بيانات أولية، كما تحديد ما إذا كانت حزمة البيانات تتطابق مع قائمة التحكم في الوصول إلى بروتوكول الإنترنت (IP) أو معرف نقطة نهاية النفق وتفريغ حزمة البيانات من رابط التوصيل.

أساسيات نظام تفريغ البيانات في نظام اتصالات

للتعامل مع الطلب المتزايد بشكل كبير على حركة البيانات المتنقلة في الشبكة الخلوية يمكن استغلال اتصالات المركبات الانتهازية، والقائمة على القرب كوسيلة تكميلية لتفريغ وتقليل حمل الشبكة الخلوية كما يتم تحديد نهج من مرحلتين لتفريغ حركة البيانات المتنقلة، والذي يستغل الاتصال الانتهازي والمنفعة المستقبلية مع تنقل المستخدم.

يتضمن النهج مرحلة واحدة من اختيار المصدر الأولي والمرحلة اللاحقة لإعادة توجيه البيانات بحيث يتم بناء رسم بياني مرجح للوصول، وهو تجريد عالي المستوى مفيد للغاية لدراسة اتصالات المركبات بمرور الوقت، وبعد ذلك يتم استخدام خوارزمية أولية لاختيار المصدر تسمى (V-Rank)، وتطبيقها في الرسم البياني لإمكانية الوصول إلى الوزن لتحديد بعض المركبات المؤثرة لتكون بمثابة مصادر أولية وفقاً لترتيب (V-Rank).

كما يتم صياغة مشكلة جدول إعادة التوجيه كمشكلة عالمية لتعظيم المنفعة والتي تأخذ مصالح المستخدم غير المتجانسة ومساهمة المنفعة المستقبلية، وبعد ذلك اعتماد مخطط فعال (MGUP) لحل المشكلة من خلال توفير حل يقرر أي كائن يجب بثه، ويتم التحقق من فعالية الخوارزمية من خلال محاكاة مكثفة باستخدام تتبع حقيقي للمركبات.

• “IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol”.

مبدأ نظام تفريغ البيانات في نظام اتصالات

في الآونة الأخيرة هناك بديل فعال يُعرف عموماً باسم إلغاء تحميل البيانات المتنقلة والذي يسلم حركة البيانات المتنقلة المخطط لها في الأصل لإرسالها عبر الشبكات الخلوية إلى شبكات أخرى، ويمكن تنفيذ تفريغ حركة المرور عن طريق (Wi-Fi) أو (femtocells) أو الشبكات الانتهازية، ولقد تطورت شبكات (Wi-Fi) و(femtocells) كتقنيات ناضجة، لكنّها تعتمد على البنى التحتية.

من ناحية أخرى تسمح الشبكات الانتهازية للمستخدمين الذين ليس لديهم اتصال دائم بالاتصال باستخدام اتصال منخفض التكلفة قائم على التقارب عندما يواجهون بشكل انتهازي، لذلك توفر الشبكات الانتهازية بديلاً قوياً لتخفيف جزء من حركة مرور الهاتف المحمول من البنية التحتية الخلوية، وشبكات المركبات هي فئة مهمة من الشبكات الانتهازية لأنّ الاتصالات أو فرص النقل بين المركبات تحدث بطريقة ديناميكية وغير متوقعة.

بالإضافة إلى ذلك تتميز المركبات بأنّها عالية الحركة ويمكنها التواصل مع بعضها البعض باستخدام الراديو المخصص للاتصالات قصيرة المدى (DSRC) و(802.11p) و(LTE-V) وتجعل هذه الميزات شبكات المركبات مرشحاً مناسباً لتفريغ حركة البيانات الخلوية، ويمكن اعتناد عملية التفريغ لنشر كائنات المحتوى إلى بعض المشتركين المهتمين على النحو التالي:

• يمكن لمحطة القاعدة الخلوية أولاً تسليم كائنات المحتوى إلى مجموعة صغيرة فقط من المستخدمين تسمى المصادر الأولية.

• بعد ذلك يمكن للمصادر الأولية نشر الكائنات لجميع المشتركين من خلال إعادة التوجيه الانتهازية، وأي مستخدم يتلقى البيانات بشكل أكبر يعيد توجيه البيانات إلى الآخرين ممّا يؤدي إلى انتشار كافة المعلومات.

• يتم تحديد كفاءة هذا التفريغ الانتهازي لحركة المرور بشكل كبير من خلال عاملين رئيسيين هما اختيار المصدر الأولي واستراتيجية إعادة التوجيه الانتهازية.

• يمكن لمجموعة مناسبة من المصادر الأولية توزيع كائنات المحتوى بسرعة عبر شبكات المركبات.

• بالإضافة إلى ذلك يمكن أن تؤدي تسلسلات إعادة التوجيه المختلفة لمستخدم لديه كائنات متعددة لإرسالها إلى نتائج مختلفة.

• ومن ثم من الضروري معالجة هاتين المسألتين الرئيسيتين في نظام انتهازي لتفريغ حركة المرور.

كانت هناك بعض الدراسات الموجودة حول تفريغ حركة المرور من خلال الاتصال الانتهازي، وبالنسبة لمسألة اختيار المصدر الأولي، تختار معظم الأعمال المصادر الأولية باستخدام مقاييس مركزية مختلفة أو وفقاً لميزات وخصائص اتصال المستخدمين في التتبع التاريخي، وعلى الرغم من أنّ هذه الأعمال مفيدة لفهم كيفية اختيار البذور المفضلة إلّا أنّ القيد الرئيسي هو أنّها مناسبة للشبكة الاجتماعية الثابتة، حيث تكون طوبولوجيا الشبكة مستقرة نسبياً.

بالإضافة إلى ذلك من الصعب الاستنتاج الدقيق للمركزية المستقبلية للاستخدامات نظراً لطوبولوجيا الشبكة الديناميكية للغاية لشبكة المركبات، وبالنسبة لمسألة إعادة توجيه البيانات تركز معظم الأعمال الحالية بشكل أساسي على أداء إعادة التوجيه، من حيث نسبة التسليم والتأخير ونفقات الشبكة.

نادراً ما يتم أخذ اهتمامات المستخدمين وجدولة إعادة التوجيه لكائنات محتوى متعددة في الاعتبار، ومع ذلك يجب أيضاً معالجة كيفية جدولة العناصر؛ لإرضاء اهتمام المستخدمين إلى أقصى حد بمدة الاتصال المحدودة.

ملاحظة:“DSRC” هي اختصار لـ “Dedicated Short-Range Communications” و”LTE-V” هي اختصار لـ “Long Term Evolution”.

طرق تفريغ البيانات في نظام اتصالات

1- التفريغ المروري من خلال الخلايا الصغيرة

يُعد تفريغ حركة المرور من خلال الخلايا الصغيرة طريقة فعالة لتقليل حمل حركة المرور واستهلاك طاقة الشبكة، والخلايا الصغيرة عبارة عن محطات قاعدة خلوية صغيرة مصممة عادةً للاستخدام الداخلي والتي تقدم خدمات لاسلكية إلى منطقة تغطية صغيرة، وكما يتم تثبيتها بواسطة المستخدم وأظهرت الأعمال الحالية أنّ معظم حركة مرور الهاتف المحمول يتم إنشاؤها في الداخل.

وبالتالي فإنّ مشغلي الشبكات الخلوية لديهم فرص لتفريغ البيانات الثقيلة إلى خلايا صغيرة وتزويد المستخدمين بخبرة عالية الجودة، كما يتم استخدام خوارزمية قائمة على المزاد مطابقة (femto) لتحقيق كل من موازنة الحمل بين المحطة الأساسية والعدالة بين المستخدمين، وتم التحقيق في إمكانات الاستباقية الاجتماعية والمكانية في الشبكات الصغيرة من حيث حركة البيانات المتنقلة.

2- تفريغ حركة المرور من خلال شبكات Wi-Fi

أظهرت الأبحاث الحديثة أنّ شبكات (Wi-Fi) قامت بالفعل بنقل وتفريغ قدر كبير من حركة بيانات الجوال ولقد ثبت أنّه يمكن إلغاء تحميل ما يقرب من حركة البيانات الخلوية، بمجرد التبديل من الشبكات الخلوية إلى شبكة (Wi-Fi) عندما يكون اتصال (Wi-Fi) متاحاً.

ومن أجل تقليل ازدحام الشبكة الخلوية وتحسين أداء الشبكة الذي يدركه المستخدم، تم اعتماد مخطط تفريغ بيانات الهاتف المحمول عن طريق تأجير النطاق الترددي اللاسلكي، ومساحة التخزين المؤقت للمباني السكنية (Wi-Fi APs)، بالإضافة إلى ذلك قُدم نموذج تحليلي لتفريغ (Wi-Fi) متعدد المسارات في اشتقاق وقت التفريغ الكلي عبر مسار بديل لاستخدام التفريغ متعدد المسارات.

3- التفريغ المروري من خلال الشبكات المنتفعة Opportunistic

تم اعتبار الاتصالات المنتفعة (Opportunistic) مؤخراً وسيلة مهمة لتفريغ حركة البيانات المتنقلة، ويعد استخدام الاتصالات (Opportunistic) لتفريغ حركة البيانات الخلوية، لتطبيقات نشر محتوى الهاتف المحمول فكرة جديدة ومثيرة للاهتمام، والبنية هي في الواقع شبكة المركبات المعرفة بالبرمجيات (SDVN) المختلطة.

تم تطوير عدد من الدراسات لاستكشاف شبكة الهاتف المحمول (Opportunistic) لتفريغ حركة البيانات المتنقلة، حيث تم استغلال الاتصالات (Opportunistic) لتسهيل نشر المعلومات وتقليل كمية حركة البيانات المتنقلة، ولقد تم دراسة كيفية تحديد المجموعة المستهدفة مع المستخدمين بحيث يتم تقليل حركة بيانات الهاتف المحمول عبر الشبكات الخلوية.

ومن أجل تجنب نشر المعلومات في نفس المجتمع تم اقتراح خوارزمية لنشر المعلومات على الشبكة بأكملها في أقرب وقت ممكن، كما يتم أخذها في الاعتبار كل من احتمال الاتصال والعلاقة الاجتماعية لاختيار المصتدر الأولية التي تنتمي إلى مجتمعات مختلفة.

• “SDVN” هي اختصار لـ “Software Defined Video Network”.