نظام التحكم في اتصالات Device-to-Device

تُعد تقنية جهاز إلى جهاز (D2D) جذابة وتحظى باهتمام كبير لأنها يمكن أن توفر خدمات جديدة، وتحسن إنتاجية النظام وتوفر تجربة مستخدم أفضل، كما يتم تحديد حالة الاستخدام المحتملة لـ (D2D) بواسطة (3GPPSAWG1) وهناك نوعان من تقنيات (D2D) الرئيسية الراسخة وهي الاكتشاف والتواصل.

أساسيات نظام التحكم في اتصالات Device-to-Device

تحاول معدات المستخدم (UE) اكتشاف تجهيزات المستعمل المجاورة في المنطقة المجاورة لها إمّا بمفردها أو بتوجيه من محطة قاعدة أو العقدة B المحسنة (eNB)، وأثناء الاتصال يتصل أحد تجهيزات المستعمل مباشرة مع تجهيزات مستخدم أخرى دون إرسال البيانات عبر (eNB)، كما تتضمن طريقة UE لإجراء اتصال من جهاز إلى جهاز (D2D) ما يلي:

• إنشاء تقرير حالة المخزن (D2D (BSR)) لوصلة اتصال (D2D) بين (UE) و(UE) الثاني، حيث توفر (D2DBSR) معلومات حول كمية بيانات D2D المتاحة للإرسال، حيث يشتمل (D2D BSR) على معرف القناة المنطقية (D2D BSR (LCID)).

• يحيل (D2D BSR) في عنصر التحكم.

• تلقي تخصيص الموارد لوصلة (D2D).

• نقل بيانات (D2D) عن الموارد المخصصة.

• تتضمن طريقة إدارة اتصالات (D2D) إرسال معلومات تكوين D2D إلى تجهيزات المستعمل.

• استقبال (BSR D2D) لوصلة اتصال (D2D)، حيث يتضمن (D2D BSR) مقداراً من بيانات (D2D) المتاحة للإرسال في (UE) ويتضمن (LCID) لـ (D2D BSR).

• تخصيص الموارد لوصلة (D2D).

• تحويل تخصيص الموارد إلى تجهيزات المستعمل.

يشتمل جهاز الشبكة لإجراء اتصال (D2D) في تجهيزات المستعمل على عدة وسائل لتنفيذ خطوات تجسيدات الطريقة المختلفة، وقد يكون جهاز الشبكة جهازاً قادراً على الاتصال بـ (UE) لإجراء عمليات إرسال بيانات (D2D) على الموارد المخصصة لوصلة (D2D)، وعلى النقيض من الاتصالات من جهاز إلى جهاز تتضمن الاتصالات من جهاز إلى شبكة سحابية عقد الحوسبة السحابية، كجزء من شبكة الاتصالات.

• “D2D” هي اختصار لـ “Device-to-Device” و”LCID” هي اختصار لـ ” Logical-Channel-Identifier-Technology”.

• “BSR” هي اختصار لـ “Business Systems Review” و”UE” هي اختصار لـ “User equipment”.

مبدأ عمل نظام التحكم في اتصالات Device-to-Device

في الاتصالات من الجهاز إلى السحابة يتصل الجهاز نفسه مباشرةً بخدمة سحابية عبر الإنترنت أو خادم مثل خادم التطبيق، ويسهل خادم السحابة هذا تبادل البيانات والتحكم في الاتصالات وكما يمكن أن تستخدم هذه الأنواع من النشر عادةً تقنيات اتصالات تقليدية مثل اتصالات (Wi-Fi) و(Ethernet).

إنّ الخدمات المحلية قد تستخدم الاتصالات المتنقلة من نظير إلى نظير بدلاً من الاتصال القائم على الخادم المركزي لخدمات الوسائط المتعددة، ويتمثل التحدي الرئيسي للراديو الأساسي في بيئة متعددة الخلايا في قصر التداخل على الشبكة الخلوية مع تحقيق ميزانية ارتباط معقولة لراديو (D2D)، كما تتوفر آلية جديدة للتحكم في الطاقة لاتصالات (D2D) التي تشترك في موارد الاتصال الخلوي الصاعد.

تحدد الآلية الحد الأقصى لقدرة الإرسال (D2D) باستخدام معلومات التحكم في الطاقة الخلوية للأجهزة في اتصال (D2D)، ومن ثم فإنّه يمكّن من دعم اتصالات (D2D) حتى في الشبكات محدودة التداخل مع تحميل كامل ودون إضعاف أداء الشبكة الخلوية، وتتوفر خلية واحدة يتكون من جهاز يتصل بالمحطة الأساسية وجهازين يتواصلان مع بعضهما البعض.

كما إنّ راديو (D2D) الذي يشترك في نفس الموارد مثل شبكة العمل الخلوية، يمكن أن يوفر سعة أعلى أي معدل المجموع مقارنة بالاتصال الخلوي الخالص، حيث يتم نقل جميع البيانات عبر المحطة الأساسية ويسهل الاتصال من جهاز إلى جهاز (D2D) اثنين من المستخدمين، على مقربة شديدة من التواصل مباشرة ومتجاوزاً (eNB).

كما يوفر العديد من المزايا مثل زيادة الكفاءة الطيفية وكفاءة الطاقة وتقليل تأخير الإرسال وتفريغ حركة المرور من (eNBs)، ويثير الدعم الأصلي لاتصالات (D2D) في أنظمة الجيل الخامس الخلوية الناشئة تحديات كبيرة، مثل التداخل واختيار الوضع وتخصيص الموارد والأمن.

• “eNB” هي اختصار لـ “Evolved Node B”.

تطور عمل نظام التحكم في اتصالات Device-to-Device

إنّ إدارة التداخل للاتصالات من جهاز إلى جهاز (D2D) قد تتعايش مع العديد من مستخدمي (D2D) مع مستخدم خلوي واحد، وتكمن المشكلة في تحسين مستويات طاقة الإرسال لمستخدمي (D2D) لتعظيم إنتاجية الخلية مع الحفاظ على أداء الإشارة إلى الضوضاء بالإضافة إلى التداخل (SINR) للمستخدم الخلوي، وهذا هو ما يسمى بمشكلة التحكم في الطاقة متعددة المعدلات.

كما يتم التحقيق في المشكلة على أساس افتراضين هما توافر المعلومات الفورية أو معلومات حالة القناة المتوسطة (CSI) في المحطة الأساسية، حيث تتكيف مستويات قدرة الإرسال (D2D) مع الخبو السريع، بينما في الحالة الثانية تتكيف فقط مع الخبو البطيء وكما يكون لدى المستخدم الخلوي الحد الأقصى لمتطلبات احتمالية الانقطاع.

تتوافق حالة “النقل غير D2D” مع العملية الخلوية العادية، وهناك عملية واحدة تتعلق بعملية (D2D)، كما يتحقق (eNB) مما إذا كان قد تلقى معلومات حول مجموعة (D2D) من خادم التقارب، حيث إذا تلقى (eNB) معلومات حول مجموعة (D2D) من خادم التقارب، فهذا يعني أنّ مجموعة (D2D) واحدة على الأقل تعمل ومصرح لها بالاتصال مباشرة، ثم يدخل (eNB) في حالة “وضع D2D”.

وبخلاف ذلك يظل eNB في حالة إرسال غير (D2D)، ويمكن أداء الوظائف استجابةً لمحفز أو يمكن أداؤها في وقت واحد أو يمكن أداؤها بأي ترتيب، وبالتالي تحدد (eNB) ما إذا كانت قد تلقت معلومات المجموعة وإذا لم يتم استلام معلومات المجموعة بواسطة (eNB) فقد تنتهي الطريقة، وإذا تم استلام معلومات المجموعة بواسطة (eNB) فإنّ الطريقة تستمر، حيث يقوم (eNB) بتحديث معلومات المجموعة وبعد ذلك تستمر الطريقة في الحظر، حيث يظل (eNB) في حالة وضع (D2D).

كما يعتمد النظام على الحصول على تقارير حالة المخزن المؤقت (BSRs) من جميع (UEs) في المجموعة، وإذا كانت جميع المخازن المؤقتة فارغة يتم إنهاء إرسال (D2D) وإذا لم تكن جميع المخازن المؤقتة فارغة وإذا كانت الموارد المخصصة غير كافية يتم تعديل تخصيص الموارد، كما أنّه تتم معالجة دفق واحد فقط وإذا كانت هناك تدفقات متعددة فسيتم تكييف المخطط قليلاً.

في (LTE) تبلغ فترة القياس (200 مللي ثانية) للحالات غير المرتبطة بـ (DRX) وداخل التردد، وفي حالة الاتصال (D2D) نظراً لأنّه لا تُستخدم جميع الأُطُر الفرعية في (D2D)، والأهم من ذلك أنّه لا تُستخدم جميع الأُطر الفرعية لتجهيزات تجهيزات (D2D) معينة، فقد تتطلب فترة القياس وقتاً أطول أو قد تتطلب المزيد من موارد التردد للحصول على تقدير جيد للقناة من أجل الارتباط (D2D).

قد ترسل كل وحدة (D2D UE) أسوأ جودة ارتباط (D2D) لديها إلى أعضاء المجموعة الآخرين أو إلى الشبكة، وبالنسبة للأخير ينبغي تخصيص رقم لأعضاء المجموعة داخل المجموعة ويجب إرسال هذا الرقم إلى جميع تجهيزات المستعمل، وقد يتم تشغيل التقارير بواسطة الشبكة أو قد يتم إرسالها إلى الشبكة بشكل دوري، وفي الحالة التي تتضمن فيها مجموعة (D2D) عدة (eNB) فإنّ كل وحدة (UE) تقدم تقارير إلى (eNB) الخاص بها وقد يرسل كل (eNB) وظائف المعلومات إلى (eNB) الرئيسي.

• “DRX” هي اختصار لـ “Discontinuous reception” و”LTE” هي اختصار لـ “Long Term Evolution”.

• “CSI” هي اختصار لـ “Channel state information” و”SINR” هي اختصار لـ ” Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio”.