كيفية إدارة موارد الراديو في الاتصالات RRM

تلعب إدارة الموارد الراديوية (RRM) دورًا مهمًا في التحكم في استهلاك الطاقة، ولقد وجد أنّه يمكن تحقيق وفورات في الطاقة خلال فترة حمل حركة المرور المنخفضة، حيث أنّ أحمال المرور اليومية في (BS) تتغير على نطاق واسع بمرور الوقت والمكان، وبالتالي عندما يكون الحمل المروري منخفضاً فقد يهدر الكثير من الطاقة.

ما هو إدارة موارد الراديو RRM

إدارة الموارد الراديوية (RRM): هي إدارة مستوى النظام للتداخل في نفس القناة والموارد الراديوية وخصائص الإرسال الراديوي الأخرى في أنظمة الاتصالات اللاسلكية، والهدف الرئيسي من (RRM) هو الاستفادة من موارد الطيف الراديوي المحدودة والبنية التحتية للشبكة الراديوية بأكبر قدر ممكن من الكفاءة كما تُستخدم العديد من الاستراتيجيات والخوارزميات للتحكم في المعلمات، مثل قدرة الإرسال وتخصيص المستخدم وتشكيل الحزمة ومعدلات البيانات، ومعايير التسليم ومخطط التشكيل ومخطط تشفير الأخطاء وما إلى ذلك.

• “RRM” هي اختصار لـ “Radio Resource Management”.

مبدأ إدارة موارد الراديو RRM

يعالج (RRM) قضايا سعة الشبكة متعددة المستخدمين ومتعددة الخلايا بدلاً من سعة القناة من نقطة إلى نقطة، وهذا يعني أنه يتضمن إدارة الموارد لشبكة كبيرة تتكون من عدة أبراج اتصالات وعدة مكررات وأجهزة توجيه وأجهزة متصلة ككل بدلاً من التوصيلات الفردية للأجهزة اللاسلكية بالأبراج.

تتضمن الأبحاث والتعليم في مجال الاتصالات التقليدية برمجة قنوات الاتصال ورموز المصدر مع وضع مستخدم واحد في الاعتبار، ولكن عندما يشترك العديد من المستخدمين والمحطات القاعدية المجاورة في نفس قناة التردد، فقد لا يكون من الممكن تحقيق السعة القصوى للقناة.

تكتسب (RRM) أهمية خاصة في الأنظمة المقيدة بالتداخل في نفس القناة بدلاً من الضوضاء الخارجية وعلى سبيل المثال الأنظمة الخلوية وشبكات البث، التي تغطي في نفس الوقت مساحات كبيرة والشبكات اللاسلكية، والتي تتكون من العديد من نقاط الوصول المجاورة تعيد استخدام نفس ترددات القناة وقد ينتج عنها تداخلات لبعضها البعض في نفس القناة.

تساعد (RRM) أيضاً في الحفاظ على الكفاءة الطيفية للشبكة ضمن الميزانية، حيث عادةً ما تتكون تكلفة نشر شبكة لاسلكية من تكاليف موقع المحطة الأساسية، أي تكاليف العقارات والتخطيط والصيانة وشبكة التوزيع والطاقة، وأحيانًا أيضًا من رسوم ترخيص التردد.

تعمل (RRM) أيضاً على زيادة كفاءة طيف النظام في ظل نوع من قيود إنصاف المستخدم أو درجة جودة الشبكة، بحيث لا تنخفض جودة الشبكة عن مستوى معين للمستخدمين في السعي لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة.

في حين أنّ إدارة الموارد الراديوية التقليدية نظرت في المقام الأول في تخصيص موارد الوقت والتردد مع أنماط إعادة الاستخدام المكاني الثابتة، فإنّ تقنيات (MIMO) الحديثة متعددة المستخدمين تتيح إدارة الموارد التكيفية في المجال المكاني أيضًا.

• “MIMO” هي اختصار لـ “Multiple-input-multiple-output”.

أساسيات إدارة موارد الراديو

هناك طريقة ممكنة لتوفير الطاقة في (RRM) وهي تعزيز تنوع متطلبات جودة الخدمة، حيث نظرًا لزيادة الإرسال في حركة مرور الوسائط المتعددة وشعبية الهواتف الذكية، فقد يتم اختبار تطبيقات متنوعة في الشبكات الخلوية، وقد تتطلب بعض التطبيقات خدمات في الوقت الفعلي وقد يكون بعضها متسامحًا مع التأخير.

وبالتالي من الضروري التفريق بين أنواع حركة المرور وتكييف استهلاك الطاقة وفقًا لنوع حركة المرور، كما تم استغلال وقت استجابة التطبيقات لتقليل استهلاك الطاقة في الشبكات الخلوية، ويتم تنفيذ الاستخدام الفعال للموارد الراديوية داخل شبكة نفاذ بواسطة كيان إدارة الموارد الراديوية، حيث تعتمد تقنية (WiMAX RRM) المتنقلة على بنية عامة، وتحدد (RRM) آليات وإجراءات لمشاركة المعلومات المتعلقة بالموارد الراديوية بين (BS) و(ASN-GW).

تسمح إجراءات (RRM) لمحطات BS مختلفة بالاتصال مع بعضها البعض أو مع كيان مركزي (RRM) مقيم في نفس (ASN) أو مختلف (ASN) لتبادل المعلومات المتعلقة بقياس وإدارة الموارد الراديوية، وتقوم كل محطة قاعدة بقياس الموارد الراديوية محليًا بناءً على آلية (RRM) الموزعة.

من الممكن أيضًا نشر (RRM) في (ASN) باستخدام محطات قاعدة مع وظيفة (RRM)، بالإضافة إلى كيان (RRM) المركزي الذي لا يقيم في (BS)، ويقوم بجمع وتحديث مؤشرات الموارد الراديوية مثل اختيار (BS) المستهدفة أو قبول الخدمة أو رفضها التدفقات، وما إلى ذلك من عدة (BSs) وتسهل إجراءات (RRM) وظائف شبكة (WiMAX) التالية:

• التحكم في قبول (MS) والتحكم في دخول التوصيل أي ما إذا كانت الموارد الراديوية المطلوبة متاحة في محطة BS مستهدفة مرشحة قبل التسليم.

• التحكم في قبول تدفق الخدمة أي إنشاء أو تعديل تدفقات الخدمة الحالية أو الإضافية لنظام (MS) موجود في الشبكة، واختيار القيم لمجموعات معلمات (QoS) المقبولة والنشطة لتدفقات الخدمة.

• موازنة الحمل من خلال إدارة ومراقبة حمل النظام واستخدام التدابير المضادة لتمكين النظام من العودة إلى حالة التحميل العادية.

• التحضير للتسليم والتحكم في تحسين أو صيانة مؤشرات الأداء الشاملة وعلى سبيل المثال قد تساعد آلية الاستجابة السريعة في موازنة أحمال النظام، من خلال تسهيل اختيار (BS) الأكثر ملاءمة أثناء التسليم.

ملاحظة:“ASN-GW” هي اختصار لـ “Access Service Network Gateway” و”QoS” هي اختصار لـ “Quality of service”.

أنواع RRM

1- إدارة موارد الراديو الثابتة

• تتضمن دورة (RRM) الثابتة تخطيط الخلية الثابتة اليدوي وكذلك بمساعدة الكمبيوتر أو تخطيط الشبكة الراديوية.

• تُستخدم مخططات (RRM) الثابتة في العديد من الأنظمة اللاسلكية التقليدية وعلى سبيل المثال الأنظمة الخلوية (1G) و(2G)، وأيضًا في شبكات المنطقة المحلية اللاسلكية والأنظمة غير الخلوية اليوم كأنظمة البث.

2- إدارة موارد الراديو الديناميكية

• تقوم مخططات (RRM) الديناميكية بضبط معلمات الشبكة الراديوية بشكل تكيفي لحمل المرور ومواقع المستخدم وتنقل المستخدم ومتطلبات جودة الخدمة وكثافة المحطة الأساسية وما إلى ذلك.

• يتم تصميم مخططات (RRM) الديناميكية بشكل أساسي لتقليل تكلفة التخطيط اليدوي للخلايا وتنفيذ أنماط إعادة استخدام تردد أكثر صرامة من أجل تحسين كفاءة طيف النظام.

• قد تؤدي مخططات (RRM) الديناميكية الفعالة إلى زيادة الكفاءة الطيفية للنظام بترتيب من حيث الحجم، والذي غالبًا ما يكون أكثر بكثير ممّا هو ممكن عن طريق إدخال مخططات تشفير القناة المتقدمة وتشفير المصدر.

3- إدارة موارد الراديو بين الخلايا

• يتم تصميم شبكات المستقبل مثل معايير (LTE) و(5G) بطريقة تجعلهم يعيدون استخدام الترددات وفي مثل هذه الشبكات تستخدم الخلايا المجاورة نفس طيف التردد.

• تستخدم هذه المعايير تعديل الوصول المتعدد بتقسيم الفضاء (SDMA) وبالتالي يمكن أن تكون عالية الكفاءة من حيث الطيف، ولكنّها تتطلب تنسيقًا وثيقًا بين الخلايا لتجنب التداخل المفرط بين الخلايا.

• في معظم عمليات نشر الأنظمة الخلوية، لا تقتصر الكفاءة الطيفية للنظام بشكل عام على النطاق أو الضوضاء ولكن بالتداخل.

• تنسق (RRM) بين الخلايا تخصيص الموارد بين المواقع الخلوية المختلفة باستخدام تقنيات (MIMO) متعددة المستخدمين.

• هناك تقنيات أخرى مختلفة لتنسيق التداخل بين الخلايا (ICIC) محددة أيضًا في معايير هذه الشبكات الديناميكية أحادية التردد، مثل الجدولة المنسقة أو (MIMO) متعدد المواقع أو التشفير المسبق متعدد الخلايا المشترك الذي يستخدم في (RRM) بين الخلايا.

ملاحظة: “ICIC” هي اختصار لـ “Inter-Cell Interference Coordination”.

ملاحظة:“LTE” هي اختصار لـ “Long Term Evolution” و”SDMA” هي اختصار لـ “Space-division multiple access”.