الهندسةهندسة الاتصالات

نظام تعزيز تغطية أجهزة الاتصالات من نوع الجهاز Enhancing Coverage of MTC

في نظام اتصالات يمكن تنفيذمخطط نظام لوحدة الإرسال أو الاستقبال اللاسلكية (WTRU) التي يمكن استخدامها داخل نظام الاتصالات، كما يتم تجميع (TTI) الذي تتكون حزمة فاصل زمني للإرسال (TTI) من أربعة (TTI) متصلة، وإنّه يمتلك قناة مؤشر تنسيق التحكم المادي (PCFICH) وتخصيص مجموعة عنصر مورد (HARQ) لقناة مؤشر طلب التكرار التلقائي الهجين المادي (HARQ)، وفقًا لمعرف الخلية المادية (PCI).

 

أساسيات نظام تعزيز تغطية أجهزة الاتصالات من نوع الجهاز

 

توفر أجهزة الاتصال من نوع الماكينة (MTC) نطاقاً واسعاً من جمع البيانات خاصةً في البيئات الضخمة المولدة للبيانات مثل المناطق الحضرية والصناعية والمناطق التي تمكّن الأحداث، وفي عمليات النشر الكثيفة تكون البيانات التي تم جمعها في أقرب المواقع بين أجهزة (MTC) مرتبطة مكانياً، ومع ذلك فإنّ نمو حركة البيانات التي تجمعها أجهزة (MTC) يزيد الضغط على مشغلي الهاتف المحمول، وعلى وجه التحديد للتطبيقات الحساسة للتأخير والأمر الذي يتطلب وقتًا قصيرًا جدًا لمعالجته.

 

يتم اعتماد العديد من الأساليب للتعامل مع هذا التحدي مثل الحوسبة المتطورة وتفريغ البيانات وتخزين البيانات مؤقتاً، حيث تتحرك طلبات حساب البيانات والطرف بالقرب جداً من مصدر البيانات وإلى جانب ذلك يحاول تقليل الضغط على مشغلي الهاتف المحمول فيما يتعلق بحدود البيانات، والتي يتم إنشاؤها من الأجهزة الطرفية مثل أجهزة (MTC)، ولكنّه لا يزال يواجه مشكلة التحميل الزائد للبيانات عندما يزداد مقدار البيانات التي يتم إنشاؤها.

 

وهذا المقدار من البيانات المطلوب تحليلها وفي الآونة الأخيرة تم تنفيذ تحليل البيانات الضخمة في السحابة أو مراكز البيانات المركزية للشركات لتحليل البيانات الناتجة من الأجهزة الطرفية، وعلاوة على ذلك تم تقليل تقنية تجميع البيانات المقترحة في حيث نشأ ازدحام الشبكة من البيانات الهائلة، والتي تم إنشاؤها بواسطة أجهزة (MTC)، بالإضافة إلى ذلك يعمل مجمع البيانات كعقد وسيطة على الشبكات الخلوية يمكن أن يساعد بشكل أكبر في تقليل استهلاك الطاقة، وتأخير الإرسال بواسطة أجهزة (MTC) أثناء نقل البيانات إلى الشبكات.

 

يتم نشر أجهزة (MTC) لأداء مهام محددة بشكل جماعي والبيانات التي يتم جمعها من كل جهاز ليست مستقلة تماماً ولكنّها مرتبطة ببعضها البعض، وبالتالي في مثل هذه الحالة لتجنب إهدار المورد لمعالجة الجهاز الفردي في المجمع يجمع المرجع المصدق (CA) الأجهزة المرتبطة معاً لتشكيل مجموعة، ويتم استخدام المجمّع المركزي (CA) كأجهزة قريبة تحسب البيانات التي تم جمعها من أجهزة (MTC) في المنطقة القائمة على الحدث.

 

  • “TTI” هي اختصار لـ “Transmission Time Interval”.

 

  • “CA” هي اختصار لـ “Administrative Complex”.

 

  • “PCFICH” هي اختصار لـ “Physical Control Gormat Indicator Channel”.

 

  • “WTRU” هي اختصار لـ “Wireless Transmit/Receive Unit”.

 

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

 

  • “HARQ” هي اختصار لـ “Hybrid automatic repeat request”.

 

  • “PCI” هي اختصار لـ “Physical Cell ID”.

 

مبدأ نظام تعزيز تغطية أجهزة الاتصالات من نوع الجهاز

 

من خلال فحص وجود الارتباط بين جهاز (MTC) يتم اعتماد تقنية التجميع (k-mean) لدمج جميع الأجهزة المترابطة المكانية معاً، ومع الموارد الحسابية المحدودة في (CA) سيتم إلغاء تحميل بعض البيانات إلى الخادم القريب المخصص للمحطة الأساسية المسماة خادم الحوسبة المتنقلة، ويتم تحري استهلاك الطاقة عن طريق حساب الحل الأمثل باستخدام طريقة القوة المسيطرة.

 

توجد العديد من الأعمال الناشئة في اتصالات (MTC) والشبكات اللاسلكية، كما تم اعتماد بروتوكول التحكم في الوصول المتوسط ​​(MAC) بزمن انتقال منخفض، وطاقة لهيكل هرمي لشبكات (M2M) ويسمح بالبيانات الفعالة التي تنشأ من العقد الطرفية المنقولة إلى عقدة الحوض عبر رأس الكتلة، كما تم التحقيق في الوزن الخفيف المستند إلى السحابة للشبكات الأساسية المتنقلة بواسطة، والذي أدى إلى تحسين التحديات التي حدثت في (MTC) من التحميل الزائد للنظام وازدحام الشبكة.

 

وبالمثل تم تمديد حظر الوصول (EAB) في (LTE-A) تم التعامل مع مشكلة التحميل الزائد التي نشأت من عدد هائل من أجهزة (MTC) التي تتنافس للوصول إلى الشبكات في دفعة محدودة، كما يتم تجميع البيانات لشبكة (M2M) بهدف تقليل إجمالي نفقات الطاقة جنبًا إلى جنب مع احتمال التغطية، وتم إدخال الحوسبة السحابية المتنقلة (MCC) على نطاق واسع.

 

ومع ذلك لا يمكن أن توفر السحابة المخصصة بعيدًا عن الأجهزة الطرفية حلاً شاملاً لخدمات زمن الوصول المنخفض كتطبيقات الطوارئ والتطبيقات في الوقت الفعلي ونقل البيانات المنتظم، مثل تحديثات الموقع لذلك لن يكون السماح للأجهزة الطرفية بالاتصال المباشر بالسحابة مجدياً وفعالًا من حيث التكلفة؛ لأنّه يحتاج إلى المزيد من تخصيص الموارد وتصميم بروتوكول التوجيه المعقد.

 

للتعامل مع هذه التحديات تم اعتماد تقنية الحوسبة المتنقلة وفي (MEC) الموارد الحسابية المخصصة بالقرب من الأجهزة الطرفية في الشبكات الخلوية اللاسلكية، وتساعد على تقليل التأخير واستهلاك الطاقة خاصة للتطبيقات الحساسة للتأخير، وبعد ذلك تم تعريف استهلاك الطاقة والحساب على أنّه مشكلة تحسين مشتركة، كما تستخدم أجهزة (MTC) الشبكات الافتراضية للتعامل مع مهام الحوسبة ويتم إلغاء تحميل المهام الأخرى إلى خادم (MEC) من خلال الشبكات الخلوية اللاسلكية.

 

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

 

  • “MEC” هي اختصار لـ “Multi-access edge computing “.

 

  • “EAB” هي اختصار لـ “Enhanced Access Barring”.

 

  • “LTE-A” هي اختصار لـ “LTE-Advanced”.

 

  • “MCC” هي اختصار لـ “Mobile Country Codes”.

 

تطور عمل نظام تعزيز تغطية أجهزة الاتصالات من نوع الجهاز

 

خوارزمية تجميع بيانات تعاونية تم تطويرها لتفريغ بيانات (MTC) بمساعدة مرحلات متنقلة متعددة موثوقة وتظهر النتيجة أنّ الخوارزمية المقترحة تطيل عمر بطارية أجهزة (MTC)، وإلى جانب أجهزة (MTC) لديها القدرة على الاستشعار، وضمنياً الارتباط بين المعتمد كما هو الحال في شبكات الاستشعار اللاسلكية.

 

كما يتم تقنية التجميع العنقودي لتقليل عدد الإرسال من المستشعر من خلال الاستفادة من الارتباط المكاني الموجود، وبالمثل فإنّ خاصية الارتباط الخاصة بالمعلومات المكانية تؤخذ على أنّها مزايا للقضاء على التكرار في الشبكة، وعلاوة على ذلك تم اعتماد الضغط بين مصادر الارتباط (MTC) بناءً على تشفير المصدر الموزع، واعتمدت خوارزميات التجميع الثلاثة مثل خوارزمية تقسيم الشبكة وطريقة مجموعة الزوج الموزونة مع المتوسط ​​الحسابي و(K-medoids) لتحقيق التوازن بين نسبة الضغط وتأخير فك التشفير.

 

كما يتم تجميع (CA) بالقرب من أجهزة (MTC) التي تتلقى جميع البيانات التي تم جمعها منها، ونظراً لأنّه نفترض أنّ أجهزة (MTC) موزعة عشوائياً، فإن المرجع المصدق يستخدم إطار عمل الارتباط للتحقق ممّا إذا كان الارتباط بين الأجهزة موجوداً، وبعد ذلك حدث تجميع الأجهزة ثم يتم تحديد مصفوفة الارتباط المقابلة لعضو كل مجموعة.

 

وكذلك مع البيانات التي تم جمعها بواسطة كل جهاز (MTC) يتبع توزيعاً غاوسياً متعدد المتغيرات، ثم يمكن استخدام فكرة إنتروبيا المعلومات للعثور على حجم البيانات في كل مجموعة، لذلك فإنّه يتم اعتماد الانتروبيا التفاضلية، كما أنّ البيانات التي تم جمعها بواسطة أجهزة (MTC) يتم تحديد كميتها بحجم تكميم مماثل مثل (Δ = {1، Δ2، ⋯، M})

المصدر
Introduction to Analog and Digital Communications/ Simon HaykinData Communication and Computer NetworkWIRELESS COMMUNICATIONS/ Andreas F. MolischTheory and Problems of Signals and Systems/ Hwei P. Hsu, Ph.D./ JOHN M. SENIOR Optical Fiber Communications Principles and Practice Third Edition

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى