تداخل القناة المشتركة في الاتصالات CCI

لا يُعتبر التداخل في نفس القناة تداخلاً في الواقع ولكنّه نوع من الازدحام، بحيث يعيق الأداء عن طريق زيادة وقت الانتظار، حيث يتم استخدام نفس القناة بواسطة أجهزة مختلفة وكما يجبر (CCI) الأجهزة الأخرى على تأجيل الإرسال والانتظار في قائمة انتظار حتى ينتهي الجهاز الأول من استخدام خط النقل وتكون القناة مجانية.

أساسيات تداخل القناة المشتركة CCI

في ضوء زيادة الطلب على خدمات الاتصالات اللاسلكية، أدى إيجاد استراتيجية عملية لاستخدام الطيف الراديوي بكفاءة إلى ظهور ما يسمى تداخل القناة المشتركة (الخبو)، بسبب إعادة استخدام التردد في الشبكات اللاسلكية، حيث لتعزيز كفاءة الطيف يتم اعتماد المزيد من التحقيقات لفهم القيود المفروضة على أداء الشبكة.

يتم التحقيق في بعض الدراسات التي تبحث في تأثير (CCI) على أداء أنظمة ترحيل القفزات المزدوجة المضخمة والأمامية، وعلى سبيل المثال تأثير (CCI) على أداء شبكة الترحيل ثنائية القفزات بافتراض قنوات تلاشي (Rayleigh)، كما أنّه يتم وجود نظام ترحيل القفزات المزدوجة لتداخل القناة المشتركة بافتراض اعتماد مخطط ترحيل، كما يتم افتراض قناة الخبو (α − μ) والتحقيق في الأداء من حيث السعة (ergodic) واحتمال انقطاع التيار الكهربائي.

كما يتم التأكد من أداء الخطأ والانقطاع لشبكة ترحيل ثنائية القفزات عبر قنوات الخبو (α − μ) في وجود (CCI) التي تؤثر على كل من عقد الترحيل والوجهة، بحيث تؤخذ قناة الخبو (α − μ) في الاعتبار لأنّها نموذج الخبو العام للخبو على نطاق صغير وهي تمثل نموذج قناة الخبو متعدد المسارات، حيث تتكون الإشارة المستقبلة من مجموعات من موجات متعددة المسارات تنتشر في بيئة غير متجانسة.

تُستخدم المعلمة α لتمثيل السلوك غير الخطي لوسط الانتشار، بينما تمثل المعلمة μ عدد المجموعات متعددة المسارات، ومع استمرار انتشار شبكات المنطقة المحلية اللاسلكية التجارية والشخصية (WLAN) بلا توقف في السنوات الأخيرة، يشهد مستوى متزايدًا من التداخل المشترك بين القنوات (CCI) بين عمليات الإرسال في البيئات اللاسلكية العامة، مثل المطارات ومراكز التسوق وحرم المدرسة.

• “CCI” هي اختصار لـ “Common channel interference”.

• “WLAN” هي اختصار لـ “wireless local area network”.

مبدأ عمل تداخل القناة المشتركة CCI

تحدث (CCI) للشبكات المستندة إلى (IEEE 802.11) عندما تتداخل شبكات متعددة وتقوم بتشغيل آلية استشعار الناقل المعروفة باسم الوصول المتعدد لاستشعار الموجة الحاملة، مع تجنب الاصطدام (CSMA / CA) وهو بروتوكول الجدولة الموزع الأكثر تكيفًا في الممارسة العملية، وعندما تشترك عدة عقد لاسلكية في نفس منطقة الإشارة سيكون هناك عقدة واحدة فقط لكل قناة تتصل بنقطة الوصول (AP) في كل مرة.

لذلك في شبكات (WLAN) عالية الكثافة التي تجمع بين العديد من مناطق مجموعة المحطات الأساسية المتداخلة (BSS)، تولد نقاط الوصول المجاورة كميات كبيرة من (CCIs) من خلال نقاط الوصول ومحطات العميل في المناطق المتداخلة ممّا يؤدي إلى تدهور جودة خدمة الشبكة (QoS)، كما تقوم جميع أزواج العقد التي تقل مسافاتها عن أربعة قفزات بتشغيل (CCI) بشكل متبادل في نفس القنوات أو متداخلة.

وعندما يتصل زوج من العقد ويكون للوجهة عقد مجاورة في منطقة متداخلة، فإنّها ستصبح محطات مخفية للمصدر وإذا كانت بها مسافة لا يمكن الوصول إليها ممّا قد يؤدي إلى تصادم الإشارة، ومن ثم يتكيف (CSMA / CA) مع بروتوكول مصافحة (RTS) / (CTS) لتجنب تصادم الإشارات من المحطات المخفية، حيث (RTS) لطلب الإرسال و(CTS) للاستجابة إذا كانت القناة متاحة في الوقت الحالي.

وفي هذه الأثناء سيتم تقييد أي اتصالات من أو إلى جيران المصدر والوجهة نظراً لأنّهم قد يستشعرون (RTS) أو (CTS) بالإضافة إلى المحطات المخفية، ومع ذلك يمكن أن يظهر أنّ الاتصالات المقيدة لن تسبب تضارباً في الإشارات وأنّ الموارد الزمنية تضيع، ونظراً لأنّ التحكم في طوبولوجيا الشبكة وتقليل مناطق الإشارة المتداخلة هي طريقة مباشرة لتقليل (CCI) في شبكات (WLAN)، فقد تم العمل على وضع العديد من الأبحاث السابقة على تقديم مخططات تحليل بيئي فعالة.

في (IEEE 802.11 WLANs)، يمكن نقل البيانات بنجاح حتى إذا كانت هناك اتصالات متداخلة أخرى في نفس القناة بشرط أن تتجاوز قدرة الإرسال اللحظية قوى التداخل المشتركة بحد معين، حيث يُعرف عامل العتبة هذا باسم نسبة ضوضاء الإشارة إلى التداخل (SINR)، وهو عامل تحليل بيئي تمت دراسته على نطاق واسع لإدارة (CCI).

قُدم نموذج طبقة (PHY) و(MAC) متكامل لـ (IEEE 802.11 MAC)، حيث يحسب نموذج طبقة (PHY) قيم الاحتمال الشرطي لفشل محاولة إرسال الإطار بواسطة قياس (SINR)، والتنبؤ بنموذج طبقة (MAC) بمقاييس الأداء مع أنماط حركة المرور، ويتم تتبع إدارة (CCI) المستندة إلى (SINR) بشكل عام الخطوات الأولى لجمع ردود الفعل على معلومات الإشارة من الطبقة المادية.

• “QoS” هي اختصار لـ “”Quality of service و”MAC” هي اختصار لـ “Media Access Control”.

• “PHY” هي اختصار لـ “Physical Layer” و”SINR” هي اختصار لـ “Signal to Interference & Noise Ratio”.

• “(RTS) / (CTS)” هي اختصار لـ “Request to Send / Clear to Send” و”CSMA / CA” هي اختصار لـ “Carrier-sense multiple access with collision avoidance”.

تطور عمل تداخل القناة المشتركة CCI

يتم تقييم (SINR) لتحليل جودة القناة في طبقة التطبيق، بحيث يدير الهيكل اللاسلكي لتحسين عمليات الشبكة في طبقة (MAC)، لذلك يتطلب هذا عادةً بنى معقدة عبر الطبقات يصعب تصميمها للبيئات المعقدة عالية الكثافة، وأمّا في نهج تحليل (CCI) فإنّه يأخذ في الاعتبار أحداث انتظار حزم طبقة (MAC) التي تم إنشاؤها بواسطة (CSMA / CA) كعوامل (CCI).

في الشبكات المستندة إلى (IEEE 802.11) إذا كان نطاق انتشار الإشارة ونطاق استشعار الموجة الحاملة متطابقين قيجب ألّا يكون هناك ضوضاء مشتركة في القناة، حيث أنّ كل قناة (802.11) ستتكيف مع سياسة “الاستماع قبل التحدث” الخاصة بـ (CSMA / CA)، وفقط مزاعم القناة التي تسببها أحداث الطابور من شأنها أن تولد تأخير الإرسال وإسقاط الحزمة.

في شبكات (WLAN) عندما تبدأ المحطات في إرسال البيانات، فإنّها ترفق حقل مدة يُعرف باسم متجه تخصيص الشبكة (NAV) في كل رأس إطار (MAC) للإعلان عن وقت الإرسال، ولا يتم الإعلان عن (NAV) فقط من قبل المرسلين ولكن أيضاً من خلال المستلمين من خلال رسائل الرد، وبالتالي يتعين على جميع جيران المرسل والمستقبل الانتظار حتى وقت (NAV) لإثبات الاتصالات الأخرى.

وفقًا لهذه الآلية إذا لم يتم الانتهاء من وقت (NAV) الخاص بالمحطة للاتصال السابق ولكن كان على المحطة إرسال حزمة أخرى، فسوف تخزن الحزمة في المخزن المؤقت الذي سيعمل كقائمة انتظار ومع هذا الافتراض يتم تعيين عوامل (CCI) إلى نموذج طابور (M / M / c) لتحليل البيئة اللاسلكية المعقدة عالية الكثافة، حيث أنّ جميع الأحداث المتحركة وأحداث توليد الحزم تحدث بشكل عشوائي، وأنّ جميع العقد في الشبكات تتوافق مع بروتوكول (CSMA / CA) وبالتالي لا توجد ضوضاء فعلية للقناة المشتركة في البيئة.

قد تكون مرونة المخطط أضعف من تحليل (CCI) القائم على (SINR)، لأنّه لا يأخذ في الاعتبار عوامل التداخل الجغرافي مثل الضوضاء المادية أو خبو الإشارة، ومع ذلك يقدم المخطط تحليلًا احتماليًا سهلًا وقابلًا للتكيف لأحداث تنازع القناة المعقدة، ممّا يوفر نهجاً جديدًا لتحليل (CCI) للبيئات اللاسلكية عالية الكثافة، وعلاوة على ذلك فإنّه لا يتطلب أي عمليات طبقة مادية مثل قياسات (SINR)، ممّا يعني أنّه نهج أبسط لإدارة (CCI) عمليًا وهو أقوى في التكيف مع البيئات اللاسلكية المعقدة.

• “NAV” هي اختصار لـ “Network Allocation Vector”.