ما هو نظام CDPD في الاتصالات

تم تطوير حزمة البيانات الرقمية الخلوية “CDPD” بواسطة “IBM” جنباً إلى جنب مع اتحاد شركات تشغيل الجرس الإقليمية، وغيرها من المنظمات للاستفادة من القاعدة المثبتة الحالية للمعدات الخلوية “AMPS” في الولايات المتحدة لتوفير خدمات بيانات منخفضة التكلفة ومبدلة للحزم.

ما هو نظام CDPD

حزمة البيانات الرقمية الخلوية “CDPD”: هي عبارة عن نظام حزمة راديو مصمم لتوفير خدمة بيانات موثوقة تبلغ “19.2 كيلوبت في الثانية” عبر نظام الهاتف الخلوي في أمريكا الشمالية، والعقبة الرئيسية التي تحول دون إرسال البيانات بسرعة عالية على “CDPD” هي الخبو متعدد المسارات، والسعة المتغيرة بمرور الوقت والطور يجبران “CDPD” على العمل عند معدل نقل أقل بكثير من القنوات المكافئة غير المتلاشية.

• “CDPD” هي اختصار لـ “Cellular digital packet data”.

• “IBM” هي اختصار لـ “International Business Machines”.

أساسيات نظام CDPD

يمكن لتقنية معدل البيانات التكيفية الجديدة أن تحسن الإنتاجية على “CDPD” بأكثر من عامل 5، وتكيف هذه التقنية معدل البيانات عن طريق تغيير عدد بتات المعلومات “k”، باستخدام “M-ary DPSK” أو تعديل “CPFSK”، كما يضمن رمز الشبكة التكيفي هذا أنّ يمكن رفع معدل البيانات دون توسيع النطاق الترددي.

يقوم مفكك تشفير بتصحيح الخطأ وتقدير الإشارة وتغيير المعدل في جهاز واحد، كما يقدر المقدر المدمج تلقائياً نسبة القناة الحاملة إلى التداخل بانحراف معياري قدره “25 ديسيبل”، ومن المزايا الإضافية لنظام المعدل التكيفي زيادة منطقة الخدمة بنسبة “17%” لخلية شاملة الاتجاهات و”9%” لخلية اتجاهية.

كما تم تطوير الشبكة الخلوية “AMPS” للاتصالات الصوتية في الثمانينيات، ونظراً لأوقات الإعداد المحددة منذ فترة طويلة ولم يتم دعم اتصال حزمة بيانات متطلبات مصافحة المودم بواسطة “AMPS”، ومن أجل دعم حزم البيانات تم تقديم “CDPD” في عام 1993م.

“CDPD” تعني بيانات الحزمة الرقمية الخلوية، وعلى الرغم من أنّ لديها بنيتها التحتية الخاصة إلّا أنّها تستخدم قنوات “AMPS” الشاغرة أو الفجوات بين القنوات لاتصالات الحزمة، كما تتعايش مع بنية شبكة “AMPS” ومن ثم فهو يدعم كلا من الاتصالات الصوتية والبيانات.

• “DPSK” هي اختصار لـ “Differential Phase Shift Keying”.

• “CPFSK” هي اختصار لـ “Continuous-phase frequency-shift keying”.

ميزات تقنية CDPD

• الاتصال بين المحطة الأساسية “BS” أي “MDBS” و”MS” أي “M-ES” هو ازدواج كامل.

• يستخدم أو يستولي على قناة “30 كيلوهرتز” من شبكات “AMPS / GSM” الحالية لإرسال البيانات بسرعة “19.2 كيلوبت في الثانية”، ومعدل البيانات الصافي “9.2 كيلوبت في الثانية” بسبب كمية كبيرة من النفقات العامة.

• يستخدم نفس نطاق التردد الذي تستخدمه “AMPS” أي “824 ميجاهرتز” و”894 ميجاهرتز” للوصلة الصاعدة والهابطة، ويتم فصل كل من الوصلة الصاعدة والهابطة باستخدام “FDMA“.

• هناك نوعان من الهواتف المتاحة هما الوضع الفردي والوضع المزدوج ويمكن للهاتف في الوضع الفردي بدء مكالمة بيانات أو مكالمة صوتية، وفي الوضع المزدوج يمكن للهاتف التبديل بين مكالمة البيانات والمكالمات الصوتية بسبب التسجيل المتزامن على كل من شبكات “AMPS” و”CDPD”.

• يستخدم تقنية الوصول المتعدد بالحساس الرقمي “DSMA”، وفي هذه التقنية يتحقق “CDPD” المتنقل من بت العلم في قناة الوصلة الهابطة، والتي توضح ما إذا كانت فتحة الوصلة الصاعدة خاملة أو مشغولة، وإذا كان خاملاً فإنّه يستخدم للإرسال وإذا كان مشغولاً فإنّه ينتظر لفترة عشوائية بدلاً من الإرسال في الفاصل الزمني التالي.

• يدعم أنواع مختلفة من الخدمات ولديه وصول إلى العمود الفقري للإنترنت.

• يستخدم القنوات الحالية لشبكة “AMPS” ومن ثم يسهل تثبيتها والبدء في استخدامها إذا لم تكن قيد الاستخدام.

• له بنية خلوية، وبالتالي يمكنه دعم سعة أكبر نظراً لسهولة ترقية الشبكة.

• لا يوجد تأخير في إنشاء مكالمة بيانات، حيث أنّ هاتف “CDPD” مسجل بالفعل في شبكة “CDPD”.

ملاحظة:“BS” هي اختصار لـ “Base Station” و”MS” هي اختصار لـ “mobile station”.

ملاحظة: “AMPS” هي اختصار لـ “Advanced Mobile Phone System” و”DSMA” هي اختصار لـ “Digital Sense Multiple Access”.

ملاحظة:“FDMA” هي اختصار لـ “frequency division multiple access” و”GSM” هي اختصار لـ “Global system for mobile”.

بنية شبكة CDPD

يتكون من ثلاثة عناصر نظام رئيسية “M-ES” و”MDBS” و”MD-IS” وعلاوةً على ذلك تتعايش “CDPD” مع شبكة “AMPS” وبالتالي ستعود إلى “AMPS” للمكالمات الصوتية، يوضح الشكل “AMPS-BS” و”AMPS-MSC” وهما جزء من شبكة “AMPS” المتصلة بشبكة “PSTN” للتوصيل الصوتي.

وهناك ثلاث واجهات “CDPD” والواجهة الإلكترونية هي واجهة I وواجهة A وتوجد الواجهة الإلكترونية بين “CDPD” والشبكة الثابتة الخارجية لـ “CDPD”، وتوجد واجهة I بين شبكتي “CDPD” ويوجد السطح البيني A بين “BS” و”MS” ويُعرف أيضاً باسم واجهة الهواء.

• “PSTN” هي اختصار لـ “Public Switched Telephone Network”.

عناصر الشبكة المستخدمة في بنية CDPD

1- جهاز M-ES

يعمل بشكل مشابه للمشترك أو الوحدة المتنقلة المستخدمة في أي نظام خلوي، ويتطلب بطاقة “SIM” للتشغيل والتي يمكن وضعها في الكمبيوتر المحمول، أو الهاتف المحمول أو المساعد الرقمي الشخصي ويتداخل مع معدات الراديو بسرعة “19.2 كيلوبت في الثانية”، ويحتوي كل “M-ES” على معرف معدات الشبكة “NEI” الفريد المرتبط بـ “MD-IS” الخاص به.

• “M-ES” هي اختصار لـ “Mobile-End System”.

• “NEI” هي اختصار لـ “Network Entity Identifier”.

• “SIM” هي اختصار لـ “Subscriber Identity Module”.

• “MD-IS” هي اختصار لـ “Mobile Data Intermediate System”.

2- جهاز MDBS

• تعمل بشكل مشابه للمحطة الأساسية.

• تبث القنوات المتاحة لـ “M-ES”، فهو يهتم بالأنشطة الراديوية مثل تخصيص القنوات واستخدامها وما إلى ذلك.

• تتعايش “MDBSs” هذه مع محطات “AMPS” الأساسية ومن ثم تشترك في نفس الهوائي والموقع معاً.

ملاحظة:“MDBS” هي اختصار لـ “Mobile Data Base Station”.

3- جهاز MD-IS

• يوفر اتصالاً بالإنترنت و”PSDN”.

• لديها وظائف كل من تبديل ترحيل الإطارات وجهاز توجيه الحزمة.

• يقوم بالتخزين المؤقت للحزم الموجهة لـ “M-ES”.

• كما يدعم إدارة التجوال لاحتوائه على دليل التسجيل.

ملاحظة:“PSDN” هي اختصار لـ “Public Switched Telephone Network”.

عيوب تقنية CDPD

• لا يوجد اتصال شبكي في “CDPD” ومن ثم لا يمكن لـ “M-ES” و”M-ES” التواصل مباشرة ويتم الاتصال بينهما عبر “MDBS”.

• حجم خلية “CDPD” يقتصر على أقل من “10 أميال”.

كيفية عمل تقنية CDPD

تستخدم البيانات الرقمية الخلوية أوقات الخمول بين المكالمات في قنوات شبكة الهاتف الخلوي لتشذير حزم البيانات الرقمية، وتستفيد “CDPD” من الطبيعة “المتدفقة” للإرسال الصوتي النموذجي على النظام الخلوي “AMPS”، والاتصالات الصوتية بها فجوات أو توقف مؤقت حيث يمكن إدخال حزم البيانات ونقلها دون التدخل في الاتصال الذي يحدث بين العملاء.

على الرغم من أنّ “CDPD” يدعم معدلات نقل البيانات التي تبلغ “19.2 كيلوبت في الثانية” وأعلى، فإنّ معدل نقل البيانات الفعلي عادة ما يكون حوالي “9.6 كيلوبت في الثانية”، وهذا بسبب الحمل الكبير الذي أضافه “CDPD” لكل كتلة بيانات مرسلة.

تم تصميم هذا الحمل لضمان موثوقية الاتصالات وللحفاظ على التزامن بين أجهزة المودم في كل طرف من طرفي الإرسال، وبالإضافة إلى ذلك يتم إضافة رمز لون إلى كل كتلة بيانات لاكتشاف التداخل الناتج عن عمليات الإرسال على نفس القناة من مواقع الخلايا المجاورة.

يستخدم “CDPD” كود “Reed-Solomon” لتصحيح الخطأ الأمامي لتشفير كل كتلة أو دفعة من البيانات المرسلة، ويتضمن تشفير “RC4” المدمج لضمان أمان وخصوصية البيانات المرسلة ويعتمد “CDPD” أيضاً على بروتوكول الإنترنت “IP” القياسي في الصناعة ممّا يسمح بنقل البيانات من وإلى الإنترنت.

عادةً ما يتم استخدام “CDPD” لتوفير الوصول اللاسلكي إلى شبكات تبديل الحزم العامة مثل الإنترنت بحيث يمكن لمستخدمي الهاتف المحمول الوصول إلى بريدهم الإلكتروني والخدمات الأخرى، كما يمكن لعدة مستخدمين مشاركة نفس القناة ويحدد مودم المستخدم الحزم المخصصة لجهاز المستخدم، كما يدعم “CDPD” البث المتعدد “IP” وهو معيار مفتوح يعتمد على النموذج المرجعي لربط الأنظمة المفتوحة “OSI” للشبكات.

• “OSI” هي اختصار لـ “Open Systems Interconnection”.

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