اقرأ في هذا المقال
مع انخفاض مستخدمي الشبكة اللاسلكية ومكاسب حركة المرور لا يمكن للمشغلين ببساطة تحسين تجربة الخدمة للمستخدمين الحاليين عند وضع خطط تطوير الشبكة، كما تتزايد الطلبات على استخدام الشبكات اللاسلكية في التطبيقات الصناعية لتحسين الإنتاجية وقدرة الخدمة، حيث يمكن لشبكة “5G” تلبية متطلبات خدمة الشبكة المختلفة في تقنيات “eMBB” و”mMTC” و”URLLC”.
ما هي خدمة URLLC
يمكن نشر خدمة “URLLC” في نطاقات موجات “FDD” و”TDD” وملليمتر، كما يمكن لشبكة “5G FDD” ترقية تقنيات “URLLC” الرئيسية بطريقة شاملة لتحقيق اختراقات في تطبيقات الصناعة، وتتمتع شبكات “5G FDD” بمزايا طبيعية في الشبكات وعلى سبيل المثال يتم استخدام نطاق “2.1 جيجاهرتز FDD” وهو نطاق أعيد تسويته لـ “5G” بشكل أساسي لتحسين تغطية شبكة “5G” بأكملها واستكمال سعة الشبكة.
ستكون المزايا الطبيعية لوضع “FDD” أكثر ملاءمة لنقل الخدمات التي تتطلب زمن انتقال منخفض للغاية وموثوقية عالية للغاية، لذلك يمكن لهذا النطاق أن يستوعب تطبيقات “URLLC” ذات مؤشرات الأداء القصوى وسيكون النطاق الرئيسي للترقية الشاملة لميزات “URLLC” في مناطق معينة، وبالنسبة لشبكة “5G TDD” يمكن ترقية الميزات التقنية لـ “URLLC” بشكل انتقائي لتعزيز موثوقية شبكة “5G” وتحسين زمن انتقال خدمة الشبكة.
تُستخدم نطاقات “TDD” عند “2.6 جيجاهرتز” و”3.5 جيجاهرتز” في المرحلة الأولية لنشر الجيل الخامس وإنّها النطاقات الرئيسية للتغطية المستمرة في المناطق الحضرية، وتستهدف المستهلكين العاديين وبعض المستخدمين الصناعيين، وإنّ شبكة “TDD” المقيدة بهيكل رتل ثابت تواجه صعوبة أكبر في تحسين زمن الوصول مقارنة بشبكة “FDD”، وتسمح بمزيد من سعة الوصلة الهابطة.
لذلك ستهدف ترقيات تقنية “URLLC” على الجانب اللاسلكي إلى تحسين القدرة التنافسية للعلامة التجارية وتجربة الخدمة لشبكة “5G” الخاصة بالمشغل، وستستند إلى متطلبات الخدمة في منطقة التغطية، ونطاقات الموجات المليمترية هي مورد نطاق جديد للتطوير المستقبلي وعلى الرغم من أنّ نطاقات “mmWave” تعتمد “TDD”، إلّا أنّها تدعم تباعداً أوسع للناقل الفرعي وتدعم شبكة “mmWave” مع انقطاع التغطية بنية إطار مرنة.
لذلك يمكن لشبكة “mmWave” تلبية متطلبات زمن الوصول المنخفض في “URLLC” بشكل أفضل من نظام “5G TDD” الحالي، وتخترق “5G” قيود صناعة الاتصالات المحمولة الحالية وتمكن من التكامل المتعمق للاتصالات اللاسلكية والصناعات الرأسية، كما يحتاج المشغلون إلى التعمق أكثر في متطلبات الصناعة والاستفادة من مزاياهم في إنشاء الشبكات وإدارة التشغيل والصيانة، وتقديم حلول شاملة تتوافق حقًا مع متطلبات مستخدمي الصناعة وخلق قيمة جديدة لشبكات الجيل الخامس.
- “URLLC” هي اختصار لـ “Ultra-Reliable-Low-Latency-Communications”.
- “TDD” هي اختصار لـ “Time-division-duplex”.
- “FDD” هي اختصار لـ “Frequency-division-duplex”.
- “eMBB” هي اختصار لـ “Enhanced-Mobile-Broadband”.
- “mMTC” هي اختصار لـ “Massive-Machine-Type-Communications”.
أساسيات خدمة URLLC
يُعد “URLLC” مثالياً للتطبيقات ذات متطلبات الكمون والموثوقية الصارمة، ويمكن العثور على الخدمات النموذجية في المجالات الرأسية مثل المصنع والطاقة الكهربائية والنقل، وحتى في صناعة رأسية واحدة فإنّ التطبيقات المختلفة لها متطلبات شبكة مختلفة.
لذلك عند ترقية شبكة لـ “URLLC”يحتاج المشغلون إلى استخدام التقنيات الرئيسية بشكل شامل وتقسيم الشبكة لتطوير حلول نشر شبكة متنوعة لمختلف الصناعات والتطبيقات، ومؤشرات الكمون والموثوقية لـ “URLLC” التي حددها الاتحاد هي كما يلي:
1- التأخير
الحد الأدنى لمتطلبات زمن انتقال مستوى المستخدم أحادي الاتجاه هو “1 مللي ثانية”.
2- الموثوقية
في سيناريو المحطة الكلية الحضرية يبلغ احتمال نجاح إرسال حزمة “PDU” للطبقة 2 من “32 بايت” ضمن “1 مللي ثانية” في جودة قناة حافة التغطية “99.999%”.
- “PDU” هي اختصار لـ “protocol-data-unit”.
تقنية الكمون المنخفض في URLLC
لتقليل زمن انتقال الواجهة الراديوية بين الهواتف المحمولة والمحطات القاعدية يمكن إدخال التقنيات الرئيسية مثل هيكل إطار مرن وفتحات صغيرة وتعدد إرسال القنوات.
1- هيكل إطار مرن
يدعم راديو “5G” الجديد “NR” تباعد ناقل فرعي “LTE” يبلغ “15 كيلوهرتز” وتباعد الموجة الحاملة الفرعية “30 كيلوهرتز” و”60 كيلوهرتز” و”120 كيلوهرتز” و”240 كيلوهرتز”، وكلما اتسعت تباعد الناقل الفرعي قل زمن الانتقال وفي الوقت نفسه يدعم “5G NR” تعديلات هيكل الإطار.
وبالمقارنة مع “LTE” حيث توجد فتحتان ثابتتان لكل إطار فرعي فإنّ “NR” تسمح بفتحات 1 أو 2 أو 4 لكل إطار فرعي وتكوينات مرنة لنسبة الوصلة الصاعدة والوصلة الهابطة، ممّا يقلل بشكل كبير من زمن الانتقال.
- “NR” هي اختصار لـ “new-radio”.
- “LTE” هي اختصار لـ “Long-Term-Evolution”.
2- فترة جدولة أصغر
فتحة صغيرة: هي الفترة الزمنية هي أقل وحدة جدولة، وتتكون الفتحة في “LTE” من “14 رمزاً” بينما يمكن أن تحتوي الفتحة الصغيرة في “5G NR” على 2 أو 4 أو 7 رموز، ويمكن أن تقلل الفتحة الأقصر من تأخير التغذية المرتدة.
3- تعدد إرسال URLLC وeMBB
تتميز البيانات في سيناريو زمن الانتقال المنخفض بانفجار قوي ولكن حجم بيانات صغير، لذلك تقدم “NR” آلية قائمة على الإجراءات الاستباقية، حيث تقوم “BTS” بتعيين الموارد المادية لـ “eMBB” إلى خدمة “URLLC” وإبلاغ “eMBB UE” بنتيجة الاستباق لضمان زمن انتقال منخفض لخدمة “URLLC”.
- “BTS” هي اختصار لـ “base-transceiver-station”.
- “UE” هي اختصار لـ “user-equipment”.
4- التشكيل الخالي من المنح
يقوم “gNodeB” بتكوين واجهة مستخدم بحيث يكون لها موارد دورية مخصصة مسبقاً، وتطلب تجهيزات المستعمل الموارد على “PUSCH” من “BS” مقدماً ويتم تشكيلها بواسطة المعلمات المقابلة، وعندما تكون هناك موارد للوصلة الصاعدة تستخدم تجهيزات المستعمل هذه الموارد مباشرة للإرسال دون إرسال طلب جدولة وانتظار ردود الفعل من “BS”، وبالتالي تلبية متطلبات زمن الوصول المنخفض لـ “URLLC”.
5- حوسبة الناقل
تتيح شبكة “5G” وضع “UPF” بالقرب من جانب المستخدم وأن يكون في موقع مشترك مع خادم الحوسبة الطرفية، وعندما يحدد “UPF” أنّ عنوان الوجهة لتدفق الخدمة محلي فإنّه يقوم بإلغاء تحميل الخدمات إلى خادم الحوسبة الطرفية المحلي للمعالجة، ممّا يقلل من مسارات الإرسال الزائدة للخدمات ووقت الاستجابة.
- “UPF” هي اختصار لـ “Unified-Power-Format”.
6- تكامل الشبكات الحساسة للوقت TSN مع 5G
يتم تنفيذ الإرسال الحساس للوقت لضمان مزامنة الساعة، ويتم إرسال الوقت المرجعي عالي الدقة عبر “PBCH” أو عبر طبقة “RRC”؛ لضمان التزامن الدقيق بين الساعة الرئيسية وساعة المحطة وتنفيذ الإرسال الحساس للوقت، ونظراً لأنّ “TSN” عبارة عن تقنية قائمة على “Ethernet” يجب تغليف إطارات “Ethernet” برؤوس ممّا يقلل من كفاءة الإرسال، لذلك يجب ضغط رؤوس إطارات “Ethernet” لتحسين كفاءة نقل البيانات وتقليل زمن الوصول.
- “TSN” هي اختصار لـ “Time-Sensitive-Networking”.
- “RRC” هي اختصار لـ “Radio-Resource-Control”.
- “PBCH” هي اختصار لـ “Physical-Broadcast-Channel”.
تقنية فائقة الموثوقية في URLLC
1- إعادة إرسال حزم البيانات
تحقق آلية إعادة إرسال “HARQ” في طبقات “MAC” و”RLC” في “LTE” الموثوقية على حساب التأخير وينسخ نظام “NR” البيانات في طبقة “PDCP”، وينقل نفس البيانات عبر قنوات “PDCP” مختلفة لتحسين الموثوقية.
- “HARQ” هي اختصار لـ “Hybrid-automatic-repeat-request”.
- “MAC” هي اختصار لـ “Media-Access-Control”.
- “RLC” هي اختصار لـ “Radio-link-control”.
- “PDCP” هي اختصار لـ “Packet-Data-Convergence-Protocol”.
2- مخطط الإرسال الاحتياطي
تُرسل جلسات “PDU” الزائدة القائمة على تجهيزات المستعمل عبر نفقين “N3” زائدين عن الحاجة وتقوم “NG-RAN” بتكرار حزم بيانات الوصلة الصاعدة، وترسلها إلى “UPF” من خلال رابطين مكررين ويتوافق كل نفق “N3” مع جلسة “PDU”، ويتم إنشاء نفقين “N3” مستقلين لنقل البيانات وسيوفر “BTS” و”SMF” و”UPF” مسارات مختلفة للوصلين.
- “SMF” هي اختصار لـ “Single-mode-optical-fiber”.
3- إعادة الإرسال في طبقة الفتحة الصغيرة
تستخدم “R15” آلية إعادة الإرسال بناءً على جدولة الفترة الزمنية، ويدعم “R16” إعادة الإرسال على مستوى الفتحة الصغيرة مع وصول الحد الأقصى لعدد إعادة الإرسال إلى 16.
