ما هي عُقد شبكة الراديو وكيفية التعامل مع الاتصالات في شبكة الاتصالات اللاسلكية

تتوفر العديد من الأنظمة التي يقوم بها جهاز لاسلكي بالتعامل مع التوصيلات في شبكة اتصالات لاسلكية، حيث يتم تكوين الجهاز اللاسلكي بحامل راديو منفصل للإشارة إلى عقدة شبكة لاسلكية أولى وكونه رئيسياً عقدة شبكة الراديو، وعقدة شبكة الراديو الثانية كونها عقدة شبكة راديو ثانوية.

أساسيات عُقد شبكة الراديو والتعامل مع الاتصالات في شبكة الاتصالات اللاسلكية

يكتشف الجهاز اللاسلكي مشكلة في الارتباط اللاسلكي إلى عقدة شبكة الراديو وينقل تقرير الفشل إلى العقدة الأولى لشبكة الراديو فوق حامل راديو الإشارة المنقسمة، عبر عقدة شبكة الراديو الثانية ويشير تقرير الفشل إلى مشكلة الارتباط اللاسلكي إلى عقدة شبكة الراديو.

في شبكة اتصالات لاسلكية نموذجية تتواصل الأجهزة اللاسلكية المعروفة أيضاً باسم أجهزة الاتصال اللاسلكي ومحطات الهاتف المحمول والمحطات (STA) أو معدات المستخدم (UE)، عبر شبكة وصول لاسلكي (RAN) إلى واحدة أو أكثر من الشبكات الأساسية (CN)، كما يغطي (RAN) منطقة جغرافية مقسمة إلى مناطق خدمة أو مناطق خلوية.

يتم تقديم كل منطقة خدمة أو منطقة خلية بواسطة عقدة شبكة لاسلكية مثل عقدة الوصول كنقطة وصول (Wi-Fi) أو محطة راديو أساسية (RBS)، والتي قد تسمى أيضًا في بعض الشبكات وعلى سبيل المثال “NodeB” أو “eNodeB”، ومنطقة الخدمة أو منطقة الخلية هي منطقة جغرافية توفر فيها عقدة الشبكة الراديوية التغطية الراديوية.

تعمل عقدة شبكة الراديو على ترددات الراديو للتواصل عبر واجهة هوائية مع الأجهزة اللاسلكية داخل نطاق عقدة شبكة الراديو، كما تتصل عقدة شبكة الراديو عبر ارتباط هابط (DL) بالجهاز اللاسلكي ويتصل الجهاز اللاسلكي عبر ارتباط صاعد (UL) إلى عقدة شبكة الراديو، والنظام العالمي للاتصالات المتنقلة (UMTS) هو شبكة اتصالات من الجيل الثالث، تطورت من الجيل الثاني (2G) النظام العالمي للاتصالات المتنقلة (GSM).

شبكة النفاذ الراديوي للأرض (UTRAN) هي أساساً شبكة (RAN) تستخدم الوصول المتعدد بتقسيم الشفرات عريض النطاق (WCDMA)، أو الوصول عالي السرعة للحزم (HSPA) للتواصل مع معدات المستخدم، وفي (3GPP) يقترح موردو الاتصالات ويوافقون عليها معايير لشبكات الجيل الحالي والمستقبلي ويتحققون من معدل البيانات المحسن والقدرة الراديوية.

في بعض شبكات (RAN) كما هو الحال في (UMTS)، قد يتم توصيل العديد من عقد شبكة الراديو عن طريق الخطوط الأرضية أو الميكروويف إلى عقدة تحكم، مثل وحدة تحكم شبكة الراديو (RNC) أو وحدة تحكم المحطة الأساسية (BSC)، والتي تشرف على الأنشطة المختلفة لعقد الوصول الجمع المتصلة بها. عادةً ما تكون (RNCs) متصلة بشبكة واحدة أو أكثر من الشبكات الأساسية.

• “BSC” هي اختصار لـ “Base-Station-Controller” و”RNC” هي اختصار لـ “Radio-Network-Controller”.

• “RAN” هي اختصار لـ “radio-access-network” و”UMTS” هي اختصار لـ “Universal-Mobile-Telecommunications-System”.

• “HSPA” هي اختصار لـ “High-Speed-Packet-Access” و”WCDMA” هي اختصار لـ “Wideband-Code-Division-Multiple-Access”.

• “3GPP” هي اختصار لـ “Third-Generation-Partnership-Project” و”UTRAN” هي اختصار لـ “UMTS-Terrestrial-Radio-Access-Network”.

• “GSM” هي اختصار لـ “Global-System-for-Mobile-communication” و”RBS” هي اختصار لـ “Radio-Base-Station”.

مبدأ عُقد شبكة الراديو والتعامل مع الاتصالات في شبكة الاتصالات اللاسلكية

مع تقنيات الجيل الخامس الناشئة مثل الراديو الجديد (NR)، فإنّ استخدام عدد كبير جداً من عناصر هوائي الإرسال والاستقبال له أهمية كبيرة؛ لأنّه يجعل من الممكن الاستفادة من تشكيل الحزمة مثل تشكيل حزم جانب الإرسال وجانب الاستقبال، ويعني تشكيل الحزمة على جانب الإرسال أنّ المرسل يمكنه تضخيم الإشارات المرسلة في اتجاه أو اتجاهات محددة، مع قمع الإشارات المرسلة في اتجاهات أخرى.

وبالمثل على جانب الاستقبال يمكن للمستقبل تضخيم الإشارات من اتجاه أو اتجاهات محددة ومع قمع الإشارات غير المرغوب فيها من اتجاهات أخرى، ولاكتشاف حالات فشل الارتباط الراديوي (RLF) يقوم الجهاز اللاسلكي بتنفيذ آلية مراقبة الارتباط الراديوي (RLM)، ويتم تكوين معلمات (RLM) بواسطة التحكم في الموارد الراديوية (RRC).

ولهذا الغرض يقوم الجهاز اللاسلكي بتقييم الارتباط اللاسلكي على مؤشرات عدم التزامن المتتالية المستلمة من الطبقات السفلية، كما يبدأ الجهاز اللاسلكي مؤقتاً وقد يتم إيقاف المؤقت عند رقم آخر ومؤشرات “التزامن” المتتالية، وبعد انتهاء صلاحية المؤقت قد يعلن الجهاز اللاسلكي أنّه تم اكتشاف (RLF) ويبدأ إجراء إعادة إنشاء (RRC) عن طريق إرسال طلب إعادة إنشاء اتصال (RRC) لمحاولة استعادة اتصال (RRC) بالشبكة.

بمجرد استعادة اتصال (RRC) قد يرسل الجهاز اللاسلكي تقرير (RLF) إلى عقدة شبكة الراديو لمنح عقدة شبكة الراديو معلومات أكثر تفصيلاً، وإن وقت الانقطاع الناتج عن إجراء إعادة إنشاء اتصال (RRC) طويل بعض الشيء، حيث يحتاج الجهاز اللاسلكي إلى الانتظار حتى انتهاء صلاحية المؤقت والذي قد يكون عادةً (1-2 ثانية) لتجنب اكتشافات (RLF) الخاطئة.

يقوم بإيقاف تشغيل جهاز الإرسال الخاص به لمدة 40 ثم يقوم بإعادة اختيار الخلية وبعد ذلك يرسل رسالة طلب إعادة إنشاء اتصال (RRC) إلى الشبكة (NW)، وقد تكون مدة الانقطاع في المتوسط ​​على سبيل المثال يكون (70 مللي ثانية) وفي (LTE) يتم تقديم اتصال مزدوج (DC)، حيث يمكن لجهاز لاسلكي الاتصال بنقطتين مختلفتين لشبكة الراديو مثل (eNBs) في وقت واحد.

كما ستكون إحدى عقد شبكة الراديو هي (eNB) الرئيسي (MeNB)، حيث ينتهي مستوى التحكم وستكون عقدة الشبكة اللاسلكية الأخرى هي (eNB) الثانوي (SeNB)، والذي يوفر سعة إضافية أي عرض النطاق الترددي للجهاز اللاسلكي، ويتم تكوين الجهاز اللاسلكي بمجموعتين مختلفتين من الخلايا ومجموعة الخلايا الرئيسية (MCG)، ومجموعة الخلايا الثانوية (SCG) المرتبطة بـ (MeNB) و(SeNB) على التوالي.

• “RLM” هي اختصار لـ “Radio-link-monitoring” و”MCG” هي اختصار لـ “main-cells-group “.

• “SeNB” هي اختصار لـ “secondary-eNB” و”SCG” هي اختصار لـ “Service-Control-Gateway”.

• “MeNB” هي اختصار لـ “eNB-major” و”LTE” هي اختصار لـ “Long-Term-Evolution”.

• “RRC” هي اختصار لـ “Radio-Resource-Control” و”DC” هي اختصار لـ “Dual-Communication”.

تطور عمل عُقد شبكة الراديو والتعامل مع الاتصالات في شبكة الاتصالات اللاسلكية

يرسل الجهاز اللاسلكي تقارير القياس على الخلايا عند استيفاء معايير محددة وعلى سبيل المثال خلية الجوار هي عتبة أفضل من خلية الخدمة أو خلية مجاورة أفضل من عتبة، وقد تعيد الشبكة تكوين الجهاز اللاسلكي ليتم تسليمه إلى خلية أخرى إذا كانت تلك الخلية أفضل بشكل كافٍ، كما يمكن القيام بذلك بشكل مستقل لكل من (MCG) و(SCG)، ومع ذلك نظراً لأنّ الأمن في (SeNB) مشتق من (MeNB) فإنّ أي تغيير في (MeNB) سيتطلب تحديثاً لـ (SeNB).

إذا فشل (SCG) بسبب التحميل الزائد أو ضعف جودة الإشارة أو انتهاء المهلة أو ما شابه ذلك، يُنشئ الجهاز اللاسلكي تقرير (RLF) يحتوي على معلومات تتعلق، كالخلايا المجاورة وقوة الإشارة التي ترسلها إلى (MeNB)، وقد يقوم (MeNB) إمّا بتحرير جميع تكوينات (SCG) أو إعادة تكوين الجهاز اللاسلكي باستخدام (SeNB) جديد، وفي حالة فشل (MCG) يتم تحرير كل من (MeNB) و(SeNB) ويحاول الجهاز اللاسلكي إجراء إعادة تأسيس إلى (MeNB).

يتم عرض كيانات بروتوكول تقارب حزم البيانات (PDCP) والتحكم في الارتباط اللاسلكي (RLC) والتحكم في الوصول المتوسط ​​(MAC)، وعند تكوين الجهاز اللاسلكي باتصال مزدوج (DC) يتم توصيله بـ (eNB) رئيسي (MeNB) و(eNB) ثانوي (SeNB)، وفي حالة تدهور الاتصال بـ (MeNB)يعلن الجهاز اللاسلكي عن إعادة تعيين اتصالات (RLF)، ممّا يؤدي إلى انقطاع طويل في الاتصال ممّا يؤدي إلى انخفاض أو تقييد أداء شبكة الاتصالات اللاسلكية.

• “MAC” هي اختصار لـ “Media-Access-Control” و”PDCP” هي اختصار لـ “Packet-Data-Convergence-Protocol”.