ما هو وضع الاتصالات المزدوج للتشغيل في شبكة اتصالات لاسلكية

يوفر نظام وضع الاتصالات المزدوج للتشغيل في شبكة اتصالات لاسلكية جانباً أمنياً لتجهيزات المستعمل في وضع التوصيل المزدوج للتشغيل في شبكات الاتصالات اللاسلكية، كما يوفر النظام والطريقة إرسالًا واستقبالاً متزامناً آمنًا بطريقة آمنة بين جهاز مستخدم (UE) وواحد أو أكثر من وحدات (eNB) المكونة في سيناريو تجميع الناقل بين eNB.

أساسيات وضع الاتصالات المزدوج للتشغيل في اتصالات لاسلكية

ينشئ النظام سياقاً أمنياً بين (UE) و(SeNB) باستخدام إشارات (RRC) بين (UE) و(MeNB)، وعند إضافة مجموعة من (SCells) داخل (SeNB) في وقت واحد، ويكتشف النظام أيضاً الدخيل في حاملات راديو بيانات المستخدم بينما تعمل (UE) في وضع تشغيل اتصال مزدوج.

مع زيادة انتشار التطور طويل المدى (LTE) و(LTE-A)، تعتبر الخلايا الصغيرة التي تستخدم عقداً منخفضة الطاقة مثل خلية (Pico) وخلية (Femto) واعدة؛ للتعامل مع انفجار حركة المرور على الهاتف المحمول وكما تُفضل الخلية الصغيرة التي تستخدم عقدة منخفضة الطاقة، والتي تحتوي على قدرة إرسال (Tx) أقل من فئات العقدة الكلية والمحطة الأساسية (BS)، لعمليات نشر النقاط الفعالة في السيناريوهات الداخلية والخارجية مما يؤدي إلى تحسين الأداء.

يركز تحسين الخلية الصغيرة لشبكة الوصول إلى الراديو الأرضي (E-UTRAN) و(E-UTRA) على وظائف إضافية؛ لتحسين الأداء في مناطق النقاط الساخنة للأماكن الداخلية والخارجية باستخدام العقد منخفضة الطاقة، كما يعتمد (3GPP) استخدام تقنيات الطبقة العليا المحتملة لتعزيز الدعم لعمليات نشر الخلايا الصغيرة في شبكة النفاذ الراديوي الأرضي المتطور (UMTS)، وشبكة الوصول الراديوي الأرضي UMTS المتطور (UTRAN) لتلبية سيناريوهات النشر والمتطلبات المحددة.

وكذلك تعتمد (3GPP) تخصيص نطاقات تردد مختلفة بشكل منفصل للطبقة الكلية وطبقة الخلية الصغيرة على التوالي، ويدعم تحسين الخلية الصغيرة زيادة إنتاجية المستخدم بشكل كبير لكل من الوصلة الهابطة والوصلة الصاعدة مع التركيز الرئيسي على إنتاجية المستخدم النموذجية، ومع مراعاة تعقيد النظام المعقول.

• “eNB” هي اختصار لـ “Evolved Node B” و”3GPP” هي اختصار لـ “Third Generation Partnership Project”.

• “E-UTRAN” هي اختصار لـ “Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network” و”UMTS” هي اختصار لـ “Universal Mobile Telecommunications System”.

• “E-UTRA” هي اختصار لـ “Evolved Universal Terrestrial Radio Access” و”BS” هي اختصار لـ “Base Station”.

• “LTE” هي اختصار لـ “Long Term Evolution” و”RRC” هي اختصار لـ “Radio Resource Control”.

• “SeNB” هي اختصار لـ “secondary eNB” و”MeNB” هي اختصار لـ “Master eNB”.

تطور وضع الاتصالات المزدوج للتشغيل في اتصالات لاسلكية

من المتوقع أن يستهدف تحسين الخلايا الصغيرة السعة لكل وحدة مساحة زعلى سبيل المثال في (bps / km2) لتكون عالية قدر الإمكان، لمستخدم معين وتوزيع الخلايا الصغيرة وأنواع حركة المرور النموذجية والنظر في تعقيد نظام معقول، وكما تأخذ التحسينات الصغيرة للخلايا في الاعتبار تأثير تأخيرات التوصيل الفعلي وتوفر حلولًا بهدف تحسين أداء النظام، ويمكن أن تكون الجوانب الأخرى كجودة خدمة (VoLTE) مثل متوسط ​​نقاط الرأي (MOS) وتأثيرات التأخير أو الارتعاش على الخدمات، مثل دفق الفيديو ومكالمات الفيديو.

في تجميع الموجات الحاملة من (LTE)، يتم التعامل مع جميع الموجات الحاملة للمكونات المشاركة في تجميع الموجات الحاملة في نفس (eNB) في نفس الموقع، وتكون الموجات الحاملة المكونة من نفس نطاق التردد أي تجميع الموجات الحاملة داخل النطاق، كما تدعم تجميع الموجات الحاملة بين النطاقات حيث تكون الموجات الحاملة للمكونات من نطاقات تردد مختلفة.

يمكن أن توفر الموجة الحاملة المكونة من نطاق تردد أقل تغطية وتنقل بينما يمكن أن توفر الموجة الحاملة المكونة الأخرى من نطاق تردد أعلى إنتاجية عالية لمعدات المستخدم (UE)، ويمكن أن يكون تجميع الموجات الحاملة بين النطاقات غير موجود في نفس الموقع، حيث تكون تجهيزات المستعمل مجمعة بتردد خدمة أول واحد على الأقل بواسطة (MeNB) وتردد خدمة لمدة ثانية واحدة على الأقل يخدمها eNB ثانوي (SeNB).

عندما يتم تصور تجميع الموجة الحاملة بين خلية واحدة على الأقل يتم التحكم فيها بواسطة وحدتي (eNB) منفصلتين جغرافياً، عندئذٍ يطلق عليه تجميع الموجات الحاملة بين (eNB) ويقال إنّ تجهيزات المستعمل مكونة بأسلوب تشغيل مزدوج التوصيلية، ويُتصور التوصيلية المزدوجة بحيث تحافظ تجهيزات المستعمل على روابط مادية مع خلية واحدة على الأقل يتحكم فيها اثنان من وحدات (eNB) منفصلتين جغرافياً.

تحافظ تجهيزات المستعمل على توصيلية مزدوجة في كل من الوصلة الهابطة والوصلة الصاعدة أو الوصلة الهابطة فقط، بحيث في الوصلة الصاعدة يمكن أن يكون التوصيل المزدوج تجاه (MeNB) و(SeNB) متزامناً أو يمكن أن يكون مضاعفاً للوقت، وتستهلك تجهيزات المستعمل الموارد الراديوية التي توفرها عقدتان مختلفتان للشبكة، وهما (MeNB) المرتبط بتردد خدمة أول واحد على الأقل و(SeNB) المرتبط بتردد خدمة ثانية واحدة على الأقل، ومتصل عبر نقطة غير مثالية واجهة التوصيل مثل واجهة X2.

إنّ (MeNB) هو (eNB) الذي يستضيف طبقة التحكم في الموارد الراديوية (RRC) وتوجد نقطة إنهاء (S1-MME) واحدة لتجهيزات مستعمل مُكوَّنة بأسلوب تشغيل توصيل مزدوج بين كيان إدارة المحمول (MME) و(E-UTRAN)، وبالتالي يعمل (MeNB) كمرساة للتنقل نحو الشبكة الأساسية (CN)، وفي آليات الأمان الحالية للتوصيل الفردي أو (UE) يتم إجراء المصادقة والترخيص باستخدام إجراء المصادقة والاتفاق الرئيسي المحدد لشبكة الوصول الراديوي الأرضي العالمي المتطورة (E-UTRAN) في شبكات (LTE).

• “CN” هي اختصار لـ “core network” و”MOS” هي اختصار لـ “Mean Opinion Score”.

مبدأ وضع الاتصالات المزدوج للتشغيل في اتصالات لاسلكية

يتم اشتقاق مفتاح الأمان الأولي بواسطة كيان إدارة التنقل (MME) في الشبكة الأساسية وإرساله إلى الخدمة أو المصدر (eNB) الخاص بوحدة (UE)، وأثناء عملية تسليم (inter-eNB (S1 أو X2))، يشتق (eNB) الذي يخدم (eNB) مفتاح الأمان لـ (eNB) مستهدف، باستخدام مفتاح أمان أساسي والتي يتم تسليم تجهيزات المستعمل إليها بسبب التنقل، كما يتم استخدام مفتاح الأمان الذي يوفره (eNB) الذي يقدم الخدمة لاشتقاق مفاتيح أخرى في (eNB) الهدف، والتي تُستخدم لحماية بيانات مستوى المستخدم مثل خدمة (eNB)، وتستمد (UE) مفتاح الأمان ومفاتيح أخرى مثل (eNB) الهدف.

أثناء التسليم (HO) باستخدام اشتقاق المفتاح العمودي أي يمكن استخدام معلمات القفزة التالية غير المستخدمة (NH) لاشتقاق مفتاح الأمان الأساسي في مصدر (eNB)، وعندما يكون السطح البيني متضمناً في إجراء (HO)، وللتوصيل المزدوج يمكن اشتقاق الإجراء الحالي باستخدام اشتقاق المفتاح الرأسي، ومفتاح أمان جديد مرتبط بـ (eNB) الثانوي لوحدة UE في (MeNB) باستخدام معلمات (NH) غير المستخدمة.

ومع ذلك قد لا تكون معلمات (NH) غير المستخدمة متاحة دائماً في (MeNB) لاشتقاق مفتاح الأمان المرتبط بـ (SeNB) باستخدام اشتقاق المفتاح الرأسي، وفي آلية الأمان الحالية أثناء (HO) يمكن استخدام مفتاح أمان موجود مرتبط بمصدر (eNB) لاشتقاق مفتاح الأمان الأساسي، وللاتصال المزدوج يمكن توسيع هذا المبدأ بحيث يمكن استخدام مفتاح الأمان الحالي لـ (MeNB) لاشتقاق مفتاح الأمان لـ (SeNB).

قد لا يوفر استخدام مفتاح أمان (MeNB) لاشتقاق مفتاح أمان (SeNB) لتأمين الاتصال بين (SeNB) و(UE) فصلاً مناسباً للمفاتيح، وأيضاً مشكلة محتملة في تكرار تدفق المفاتيح ممّا يؤدي إلى اختراق أمني، كما أنّه إذا اشتق (MeNB) مفتاح الأمان لـ (SeNB) باستخدام مفتاح أمان موجود، فسيحدث تكرار المفتاح.

• “MME” هي اختصار لـ “Mobility Management Entity” و”NH” هي اختصار لـ “Next Hop”.