نظام اتصالات من نوع الجهاز الشامل mMTC

تحتاج (mMTC) إلى انخفاض التكلفة واستهلاك الطاقة مع الاختراق المطلوب للعمل بفعالية في البيئات الحضرية أو الداخلية الكثيفة، كما تم افتراض شبكات المحمول من الجيل التالي (NGMN) كحل محتمل لدعم (mMTC) التي تقدم نظاماً بيئياً واحداً، حيث يمكن دعم اتصالات عشرات المليارات من الأجهزة القائمة على بروتوكول الإنترنت بشكل فعال وآمن.

ما هو الاتصالات من نوع الجهاز الشامل mMTC

الاتصالات من نوع الجهاز الشامل (mMTC): هو المعروف أيضاً باسم الاتصال الضخم للآلة (MMC) أو الاتصال الهائل من آلة إلى آلة هو نوع من الاتصال بين الأجهزة عبر الشبكات السلكية أو اللاسلكية، حيث يتم إنشاء البيانات وتبادل المعلومات والتشغيل بأقل قدر من التدخل أو بدون تدخل من البشر، إنّه تصنيف فرعي لاتصالات نوع الآلة (MTC)، وتتعامل بشكل خاص مع الاتصال اللاسلكي والشبكات بين أعداد هائلة من الأجهزة وتعتبر تقدماً رئيسيًا من إنترنت الأشياء (IoT) إلى إنترنت كل شيء.

• “MTC” هي اختصار لـ “Machine-Type Communications”.

• “mMTC” هي اختصار لـ “Massive Machine-Type Communications”.

• “IoT” هي اختصار لـ “Internet of Things”.

أساسيات الاتصالات من نوع الجهاز الشامل mMTC

إنّ تطوير (mMTC) مقيد بتوافر الاتصال الضروري لدعم عدد كبير من التفاعلات بين الآلة والآلة، وعادة ما يكون هذا النوع من الاتصال عبر حزم بيانات صغيرة لا تدعمها الشبكات الخلوية، والمصممة للاتصال البشري بالشكل الأمثل، ويجب أن تكون مثل هذه الشبكات آمنة وموثوقة وقابلة للتطوير باستمرار ذات سعة عالية وزمن انتقال منخفض؛ لدعم مجموعة من الاتصالات في نطاقات تردد مختلفة.

تم تطوير شبكات 5G مع الطموح لدعم مجموعة واسعة من الخدمات والتطبيقات شديدة المتطلبات ومن خلال دفع قدرات الشبكة لتوفير أداء فائق، بما في ذلك دعم الأجهزة المترابطة بشكل كبير في سياق اتصال نوع الآلة (MTC) وهو نموذج اتصال، حيث يتم توصيل عدد من الأجهزة أو “الأشياء” بالإنترنت أو متصلة مباشرة وتتواصل مع بعضها البعض بقليل من التدخل البشري أو بدونه.

في عصر الجيل الخامس تم تطوير تطبيقات جديدة لشركات الاتصالات المتنقلة لخدمة عدد كبير من “الأشياء” وتقديم ما يسمى بـ (MTC) الضخمة (mMTC) أو إنترنت الأشياء الهائل (mIoT)، وستعمل آلات الاتصال المستقلة هذه على إنشاء حركة مرور متنقلة أكثر تعقيداً وفي ثلاثة نطاقات من آلة إلى آلة (M2M).

أدى التحدي المتمثل في الضخامة إلى تطوير تقنيات لاسلكية جديدة لنموذج الاتصال هذا خاصةً في مجال جهاز (M2M)، والهدف الرئيسي هو تطوير أنظمة يمكنها دعم عدد كبير من الأجهزة منخفضة التكلفة وموزعة على مساحة واسعة، والتي ستستهلك طاقة منخفضة للغاية وستدعم أنواعاً مختلفة من الخدمات.

في هذا السياق تم تطوير شبكات المنطقة الواسعة منخفضة الطاقة (LPWAN) لتلبية المتطلبات الرئيسية للأجهزة منخفضة التكلفة والتغطية في كل مكان وعمر البطارية الطويل، حيث يمكّن الحل الشبكات الخلوية من دعم تطبيقات مثل المدن الذكية والقياس الذكي والزراعة الذكية والخدمات اللوجستية والنقل وما إلى ذلك، كما يمكن تنفيذ (LPWAN) على الطيف غير المرخص والمرخص.

التقنيات مثل (SigFoX) و(LoRa طويلة المدى) مناسبة، بحيث يضمن استخدام الطيف المرخص عبر البنية التحتية الخلوية الحالية تحقيقًا أكثر موثوقية وواسع النطاق لمفهوم (MTC)، وهناك نوعان من التقنيات المرشحة المحتملة للطيف (LPWAN) المرخص، كالاتصال المحسن بنوع الآلة (eMTC) وإنترنت الأشياء ضيق النطاق (NB-IoT).

• “LPWAN” هي اختصار لـ “Low-power wide-area network”.

• “NB-IoT” هي اختصار لـ “Narrowband internet of things”.

• “M2M” هي اختصار لـ “Machine-to-machine”.

مبدأ عمل الاتصالات من نوع الجهاز الشامل mMTC

تهدف eMTC إلى دعم أوسع مجموعة من تطبيقات إنترنت الأشياء التي تتطلب معدل بيانات مرتفعاً ويصل إلى (1 ميجابت في الثانية) وممتلئًا بالحركة المحدودة ومرفق الصوت (VoLTE)، بينما يخدم (NB-IoT) تطبيقات (IoT) التي تتسامح مع التأخير، وتتطلب معدل بيانات منخفضًا للغاية بترتيب كيلو بايت في الثانية وتستهلك طاقة منخفضة للغاية.

إنّ تمكين (mMTC) هو مسعى متعدد الأوجه يتطلب استثمارات في التكنولوجيا والابتكار التجاري والتعاون عبر الصناعة لضمان تحديد متطلبات كل حالة استخدام (MTC) بطريقة واقعية للسوق الشامل، كما يلعب توحيد معايير (mMTC) دوراً حيوياً في تمكين (mMTC) عبر شبكات (5G) وتقوم (3GPP) بدورها لتمكين تطور الشبكات والأجهزة الخلوية لدعم الطموحات المتزايدة لشركة (MTC).

ومن المتوقع أن تلعب (MTC) دوراً أساسيًا في أنظمة (5G) المستقبلية، بحيث يتم تصنيف (MTC) أيضًا إلى (mMTC) و(UMTC)، بينما تتعلق (mMTC) بالاتصال اللاسلكي بعشرات المليارات من المحطات الطرفية من نوع الماكينة، فإنّ (uMTC) تدور حول التوافر وزمن وصول منخفض وموثوقية عالية، ويتمثل التحدي الرئيسي في mMTC في الاتصال الفعال والقابل للتطوير لعدد هائل من الأجهزة التي ترسل حزمًا قصيرة جداً، وهو ما لا يتم بشكل كافٍ في الأنظمة الخلوية المصممة للاتصالات من النوع البشري، وعلاوة على ذلك تحتاج حلول (mMTC) إلى تمكين تغطية منطقة واسعة واختراق داخلي عميق مع انخفاض التكلفة وتوفير الطاقة.

كما تعمل الشبكات الخلوية اللاسلكية المستقبلية ليس فقط على تعزيز الوصول إلى النطاق العريض للتطبيقات التي تركز على الإنسان، ولكن أيضاً توفر اتصالاً هائلاً عبر عشرات المليارات من الأجهزة للتطبيقات التي تتمحور حول الجهاز، والتي تدعمها تقنيات إنترنت الأشياء ولمواكبة العصر القادم لإنترنت الأشياء، حدد معيار الاتصال الخلوي من الجيل الخامس (5G) بالفعل الاتصالات الضخمة من نوع الماكينة (mMTC) كحالة استخدام رئيسية في الشبكات المستقبلية.

على عكس الاتصالات عالية السرعة من النوع البشري ينصب تركيز اتصالات إنترنت الأشياء على توفير الاتصال لعشرات المليارات من الأجهزة ذات الكفاءة العالية في استخدام الطاقة، والكمون المنخفض والموثوقية العالية، وبالتالي فإنّ تقنيات (5G) وما وراءها تتطلب حلولًا مبتكرة جذريًا لدعم (mMTC) وبدافع من الدور الحاسم لـ (mMTC) في إنترنت الأشياء، والتحديات الجديدة بشكل كبير الناشئة عن (mMTC) مقارنة بالتواصل من النوع البشري.

في السنوات القليلة الماضية أدى تطوير رؤية الجيل الخامس (5G) إلى الإجماع على أنّ الجيل الأخير من أنظمة الاتصالات الخلوية سيكون مدفوعاً بعدد من حالات الاستخدام الناشئة حديثًا، في حين أنّ الأجيال السابقة من الأنظمة الخلوية لديها تم تصميمه بشكل أساسي؛ لزيادة الكفاءة الطيفية لتمكين التطبيقات المتعطشة لعرض النطاق الترددي للمستخدمين من البشر.

• “uMTC” هي اختصار لـ “Universal Machine-Type Communications”.

• “3GPP” هي اختصار لـ “Third Generation Partnership Project”.

• “VoLTE” هي اختصار لـ “voice over LTE”.

العلاقة بين اتصالات mMTC وإنترنت الأشياء

تقدم (mMTC) ارتفاعات لنماذج الاتصال الجديدة والتحديات المرتبطة بها التي يجب معالجتها ويتم إعطاء الأولوية للاتصال عالي السرعة للوصلة الهابطة في (HTC)، وفي حين أنّ الاتصال منخفض السرعة للوصلة الصاعدة كجمع قياسات الحمولة الصغيرة من عدد هائل من العدادات الذكية، له أهمية قصوى بالنسبة إلى (mMTC).

لذلك ينبغي التحقيق في تقنيات إرسال الحزم القصيرة في (mMTC)، حيث يلزم تقليل الحمل الناتج عن إشارات التحكم بشكل كبير نظراً؛ لأنّ حجمها يمكن أن يكون مماثلاً لحجم جزم البيانات وعلاوة على ذلك قد تؤدي أنظمة الوصول العشوائي القائمة على التنازع والمستخدمة على نطاق واسع وعلى سبيل المثال (ALOHA)، إلى عدد كبير من التصادمات في (mMTC) عندما يكون هناك الآلاف من أجهزة إنترنت الأشياء التي تتنافس للحصول على منحة الوصول.

• “ALOHA” هي اختصار لـ “Additive Links On-line Hawaii Area”.