كيفية إدارة تشغيل معدات المستخدم في نظام الاتصالات اللاسلكية

يتعلق كيفية إدارة تشغيل مستوى المستخدم بنظام اتصالات ما قبل الجيل الخامس (5G) الذي يتم توفيره لدعم معدلات البيانات الأعلى وراء نظام اتصالات الجيل الرابع (4G)، وتشتمل تجهيزات المستعمل على وحدة إدارة مستوى المستخدم مقترنة بذاكرة ومعالج، ويتم تكوين وحدة إدارة مستوى المستخدم لتلقي رسالة إشارات من (gNodeB).

أساسيات إدارة تشغيل مستوى المستخدم في الاتصالات

يتم تكوين وحدة إدارة مستوى المستخدم لتحديد ما إذا كانت رسالة الإشارات تتضمن معلومات تحكم تشتمل على إشارة إعادة تأسيس (PDCP) ومؤشر تغيير مفتاح الأمان، وعلاوة على ذلك يتم تكوين وحدة إدارة مستوى المستخدم لإجراء عملية واحدة على الأقل لحامل راديو بيانات واحد على الأقل بناءً على التحديد.

من المتوقع أن يعالج النظام اللاسلكي من الجيل التالي حالات استخدام مختلفة لها متطلبات مختلفة تماماً من حيث معدل البيانات والكمون والموثوقية والتنقل وما إلى ذلك، ومع ذلك من المتوقع أن يقوم تصميم الجيل التالي من النظام اللاسلكي بتصميم واجهة هوائية للجيل القادم سيكون مرناً، بدرجة كافية لخدمة مجموعة من معدات المستخدم (UEs)، والتي لها قدرات مختلفة تماماً اعتماداً على حالة الاستخدام وقطاع السوق الذي تقدم خدمات (UE) إلى العميل النهائي.

كما يمكن أن يعالج الجيل التالي من النظام اللاسلكي النطاق العريض المتنقل المحسن (eMBB) واتصالات نوع الماكينة الضخمة (m-MTC)، والاتصال بزمن انتقال منخفض فائق الموثوقية (URLL)، كما أنّ متطلبات (eMBB) مثل عشرات من يتعامل معدل بيانات الجيجابت في الثانية والكمون المنخفض والتنقل العالي.

أمّا متطلبات (m-MTC) مثل كثافة الاتصال العالية جداً ونقل البيانات غير المنتظم وعمر البطارية الطويل جداً وعنوان التنقل المنخفض، ومتطلبات (URLL) مثل زمن الانتقال المنخفض جداً والموثوقية العالية للغاية والتنقل المتغير، وفي الأنظمة التقليدية تتواصل تجهيزات المستعمل في حالة متصلة مع العقدة المحسّنة (eNB)، وتتكون مكدس بروتوكول الراديو للاتصال بين تجهيزات المستعمل و(eNB) من بروتوكول تقارب حزم البيانات (PDCP).

وكذلك التحكم في الوصلة الراديوية (RLC) وطبقة فرعية للتحكم في الوصول المتوسط ​​(MAC) والطبقة المادية (PHY)، ويتم إنشاء حامل راديوي للبيانات (DRB) واحد أو أكثر بين (UE) و(eNB) لتبادل حزم مستوي المستعمل، ويرتبط كل (DRB) بكيان (PDCP) واحد وكيان واحد أو أكثر من كيانات (RLC) ويرتبط كل (DRB) بقناة منطقية في الطبقة الفرعية (MAC)، ويوجد كيان (MAC) واحد في تجهيزات المستعمل لـ (eNB).

• “PDCP” هي اختصار لـ “Packet-Data-Convergence-Protocol” و”DRB” هي اختصار لـ “Data Radio Bearer”.

• “MAC” هي اختصار لـ “Media-Access-Control” و”RLC” هي اختصار لـ “Radio-link-control”.

• “URLL” هي اختصار لـ “Ultra-Reliable-Low-Latency-Communications” و”m-MTC” هي اختصار لـ “massive-Machine-Type-Communications”.

• “eMBB” هي اختصار لـ “enhanced-Mobile-Broadband” و”UE” هي اختصار لـ “User-equipment”.

مبدأ إدارة تشغيل مستوى المستخدم في الاتصالات

في الأنظمة التقليدية تشمل الخدمات والوظائف الرئيسية للطبقة الفرعية (MAC) كرسم الخرائط بين القنوات المنطقية وقنوات النقل، وتعدد الإرسال أو إلغاء الإرسال المتعدد لوحدات (MAC SDU) التي تنتمي إلى واحدة أو قنوات منطقية مختلفة إلى أو من كتل النقل (TB) المسلمة، وإلى أو من الطبقة المادية على قنوات النقل وجدولة تقارير المعلومات، وتصحيح الأخطاء من خلال (HARQ) وأولوية المعالجة بين القنوات المنطقية لتجهيزات واحدة، وأولوية المعالجة بين تجهيزات المستعمل عن طريق الجدولة الديناميكية واختيار نسق النقل والحشو.

تشمل الخدمات والوظائف الرئيسية للطبقة الفرعية (RLC) على نقل وحدات (PDU) للطبقة العليا وتصحيح الخطأ من خلال (ARQ)، والتسلسل والتجزئة وإعادة تجميع وحدات (RLC SDU) وإعادة تقسيم وحدات (PDU) لبيانات (RLC)، وإعادة ترتيب وحدات (PDU) لبيانات (RLC) واكتشاف التكرار واكتشاف أخطاء البروتوكول وتجاهل (RLC SDU) وإعادة إنشاء (RLC).

يتم تنفيذ وظائف الطبقة الفرعية (RLC) بواسطة كيانات (RLC) ويمكن تكوين كيان (RLC) لأداء نقل البيانات في الوضع الشفاف (TM) والوضع غير المعترف به (UM) ووضع الإقرار (AM)، وبالتالي يتم تصنيف كيان (RLC) على أنّه كيان (TM RLC) وكيان (UM RLC) وكيان (AM RLC) اعتماداً على أسلوب نقل البيانات الذي تم تكوين كيان (RLC) لتوفيره.

يتم تكوين كيان (TM RLC) إمّا ككيان (TM RLC) للإرسال أو كيان استقبال (TM RLC)، بحيث يستقبل كيان (TM RLC) المرسل وحدات (RLC SDU) من الطبقة العليا أي (PDCP)، ويرسل وحدات (RLC PDU) إلى نظيرها الذي يستقبل كيان (TM RLC) عبر الطبقات السفلية مثل (MAC)، ويسلم كيان (TM RLC) المتلقي وحدات (SDU) لـ (RLC) إلى الطبقة العليا، ويستقبل وحدات (RLC PDU) من نظيرها الذي يرسل كيان (TM RLC) عبر الطبقات السفلية.

علاوة على ذلك يتم تكوين كيان (UM RLC) إمّا ككيان (UM RLC) للإرسال أو كيان استقبال (UM RLC) ويستقبل كيان (UM RLC) المرسل وحدات (RLC SDU) من الطبقة العليا، ويرسل وحدات (RLC PDU) إلى نظيرها المتلقي (UM RLC) عبر الطبقات السفلية، ويسلم كيان (UM RLC) المتلقي وحدات (SDU RLC) إلى الطبقة العليا، ويستقبل وحدات (RLC PDU) من نظيرها الذي يرسل كيان (UM RLC) عبر الطبقات السفلية.

• “HARQ” هي اختصار لـ “Hybrid-automatic-repeat-request” و”UM” هي اختصار لـ “Un-Acknowledgment-mode”.

• “TM” هي اختصار لـ “transparent-mode” و”SDU” هي اختصار لـ “Service-data-unit”.

• “AM” هي اختصار لـ “Acknowledgment-mode” و”TB” هي اختصار لـ “transport-blocks”.

تطور عمل إدارة تشغيل مستوى المستخدم في الاتصالات

يتكون كيان (AM RLC) من جانب إرسال وجانب استقبال ويستقبل جانب الإرسال لكيان (AM RLC) وحدات (SDU RLC) من الطبقة العليا، ويرسل وحدات (RLC PDU) إلى كيان (AM RLC) النظير عبر الطبقات السفلية، ويسلم جانب الاستقبال لكيان (AM RLC) وحدات (SDU) لـ (RLC) إلى الطبقة العليا ويستقبل وحدات (RLC PDU) من كيان (AM RLC) النظير عبر الطبقات السفلية.

تشمل الخدمات والوظائف الرئيسية للطبقة الفرعية (PDCP) لمستوى المستخدم ضغط الرأس وإزالة الضغط (ROHC) فقط، ونقل بيانات المستخدم والتسليم المتسلسل لوحدات (PDU) للطبقة العليا عند إجراء إعادة إنشاء (PDCP) لـ (RLC AM) للحوامل المقسمة في (DC)، وتوجيه (PDCP PDU) للإرسال وإعادة ترتيب (PDCP PDU) للاستقبال، واكتشاف مكرر لوحدات (SDU) للطبقة السفلية في إجراء إعادة إنشاء (PDCP) لـ (RLC AM).

وكذلك إعادة إرسال وحدات (SDU PDCP) عند التسليم وبالنسبة للحوامل المنقسمة في (DC) لوحدات (PDCP PDU) في إجراء استعادة بيانات (PDCP)، من أجل (RLC AM) والتشفير وفك التشفير وتجاهل (SDU) القائم على المؤقت في وصلة صاعدة (UL)، ويتم تنفيذ وظائف الطبقة الفرعية (PDCP) بواسطة كيانات (PDCP).

كما يحمل كل كيان (PDCP) بيانات حامل راديو واحد ونظراً لقابلية تنقل تجهيزات المستعمل يمكن أن يسلم تجهيزات المستعمل من وحدة (eNB) إلى وحدة (eNB) أخرى، وفي (DC) بسبب تنقل (UE) قد يسلم (UE) من (MeNB) إلى (MeNB) آخر أو تغيير (SCG) من (SeNB) إلى (SeNB) آخر، وقد يدعم نظام (eNB) عدة خلايا، كما يمكن لتجهيزات المستعمل أن تنتقل من خلية إلى خلية أخرى من نفس الشبكة الإلكترونية.

• “SCG” هي اختصار لـ “Secondary-Cell-Group”.

• “DC” هي اختصار لـ “Direct-Current”.