كيفية معالجة بروتوكول الراديو وإرسال الاتصالات المتنقلة

يؤتبط بروتوكول راديو لنظام اتصالات متنقلة بطبقة (PDCP) في نظام اتصالات متنقل عالمي متطور (E-UMTS) ومن النظام العالمي للاتصالات المتنقلة (UMTS)، كما يتم استخدام جهاز وطريقة لتنفيذ إجراء طبقة البروتوكول.

أساسيات معالجة بروتوكول الراديو وإرسال الاتصالات المتنقلة

يُعد نظام (LTE) هو نظام متطور من نظام (UMTS) الحالي ويتم تنفيذ أعمال التقييس الأساسية بواسطة (3GPP)، كما يتم تصنيف شبكة (LTE) تقريبًا إلى (E-UTRAN) والشبكة الأساسية (CN) ويتضمن (E-UTRAN) محطة معدات المستخدم (UE) ومحطة أساسية (eNB) وبوابة وصول (aGW)، الموجودة في نهاية الشبكة ومتصلة بشبكة خارجية.

ينقسم (aGW) إلى جزء مسؤول عن معالجة حركة مرور المستخدم وجزء مسؤول عن معالجة حركة مرور التحكم، ةفي هذه الحالة يمكن استخدام واجهة جديدة للاتصال بين (aGW) لمعالجة حركة مرور المستخدم الجديد و(aGW) لمعالجة حركة مرور التحكم، كما يحتوي واحد (eNB) على خلية واحدة أو أكثر ويمكن استخدام واجهة لنقل حركة المستخدم أو التحكم في حركة المرور بين (eNBs)، ويمكن أن يتكون (CN) أيضًا من (aGW) وعقد أخرى لتسجيل المستخدم لتجهيزات (UE) أخرى، وكما يمكن استخدام واجهة للتمييز بين (E-UTRAN) و(CN).

يتكون بروتوكول السطح البيني الراديوي أفقيًا من طبقة مادية وطبقة ارتباط بيانات وطبقة شبكة ويتألف رأسياً من مستوى مستخدم لإرسال معلومات البيانات ومستوى تحكم لإرسال إشارات التحكم، وطبقات البروتوكول تستند إلى الطبقات الثلاث السفلية للنموذج المرجعي لربط النظام المفتوح (OSI)، والمعروف جيدًا في أنظمة الاتصالات وهما (L1) و(L2) و(L3)، ةتوجد طبقة البروتوكول الراديوي هذه في أزواج بين (UE) و(E-UTRAN) وهي مسؤولة عن نقل البيانات في قسم الراديو.

• “LTE” هي اختصار لـ “Long-Term Evolution” و”E-UTRAN” هي اختصار لـ “Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network”.

• “PDCP” هي اختصار لـ “Packet Data Convergence Protocol” و”UMTS” هي اختصار لـ “Universal Mobile Telecommunications System”.

• “CN” هي اختصار لـ “core network” و”aGW” هي اختصار لـ “Access Gateway”.

مبدأ معالجة بروتوكول الراديو وإرسال الاتصالات المتنقلة

توفر الطبقة المادية (PHY) وهي الطبقة الأولى خدمة نقل المعلومات إلى طبقة عليا باستخدام قناة مادية، ويتم توصيل طبقة (PHY) بطبقة التحكم في الوصول إلى الوسط العلوي (MAC) عبر قناة نقل ويتم نقل البيانات بين طبقة (MAC) وطبقة (PHY) عبر قناة النقل هذه، بحيث يتم تصنيف قناة النقل تقريبًا إلى قناة نقل مخصصة وقناة نقل مشتركة اعتمادًا على ما إذا كانت القناة مشتركة أم لا.

علاوة على ذلك يتم تنفيذ حركة البيانات بين طبقات (PHY) مختلفة أي بين طبقة (PHY) في جانب الإرسال وطبقة (PHY) في جانب الاستقبال عبر قناة مادية باستخدام موارد الراديو، وهناك طبقات مختلفة في الطبقة الثانية، وتلعب طبقة (MAC) دورًا في تعيين قنوات منطقية مختلفة لقنوات نقل مختلفة وكما أنّها تلعب دورًا في تعدد إرسال القنوات المنطقي لتعيين قنوات منطقية مختلفة لقناة نقل واحدة.

تتصل طبقة (MAC) بطبقة (RLC)، وهي طبقة عليا عبر قناة منطقية وتنقل هذه القناة المنطقية بشكل أساسي معلومات مستوى التحكم، ومعلومات مستوى المستخدم وفقاً لنوع المعلومات المراد إرسالها وهي مقسمة إلى قناة المرور المراد إرسالها، كما تلعب طبقة (RLC) للطبقة الثانية دورًا في ضبط حجم البيانات، بحيث تكون مناسبة لنقل البيانات في قسم الراديو في الطبقة السفلية عن طريق قسمة وتسلسل البيانات المستلمة من الطبقة العليا.

كما تؤدي طبقة (RLC) التي تعمل في الوضع (AM) والمشار إليها فيما يلي باسم طبقة (AM RLC) وظيفة إعادة الإرسال باستخدام وظيفة طلب التكرار التلقائي (ARQ) لنقل البيانات بشكل موثوق، وطبقة (PDCP) للطبقة الثانية عبارة عن حجم رأس حزمة (IP) كبير نسبياً، ويتضمن معلومات تحكم غير ضرورية من أجل إرسال حزم (IP) بشكل فعال مثل (IPv4) و(IPv6) في قسم لاسلكي بنطاق ترددي صغير، كما تنفيذ وظيفة ضغط الرأس لتقليل هذا يلعب دوراً في تحسين كفاءة الإرسال في القسم اللاسلكي عن طريق إرسال المعلومات الضرورية فقط في جزء الرأس من البيانات.

تُعرَّف الطبقة (RRC) الواقعة في الجزء العلوي من الطبقة الثالثة فقط في مستوى التحكم وتتحكم في القنوات المنطقية وقنوات النقل والقنوات المادية، فيما يتعلق بإعداد الحامل الراديوي (RB) وإعادة التشكيل والتحرير، و(RB) تعني المسار المنطقي الذي توفره الطبقتان الأولى والثانية من البروتوكول الراديوي لنقل البيانات بين (UE) و(UTRAN)، كما يوفر تكوين (RB) خدمة معينة وهي تحدد طبقة البروتوكول الراديوي وخصائص القناة اللازمة للقيام بذلك، وتعني عملية تحديد كل معلمة محددة وطريقة تشغيل.

• “MAC” هي اختصار لـ “Medium access control” و”RB” هي اختصار لـ “Radar Beacon”.

• “RRC” هي اختصار لـ “Radio Resource Control” و”ARQ” هي اختصار لـ “Automatic Repeat Request”.

• “IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol” و”PHY” هي اختصار لـ “Physical Layer”.

تطور معالجة بروتوكول الراديو وإرسال الاتصالات المتنقلة

تستند كل طبقة بروتوكول راديو (LTE) إلى طبقة بروتوكول الراديو (UMTS) وتلعب طبقة بروتوكول الراديو (UMTS) نفس الدور الذي تلعبه طبقة بروتوكول (LTE)، وتشير (SDU) إلى البيانات المستلمة من الطبقة العليا وتشير (PDU) إلى البيانات التي تمت معالجتها من الطبقة العليا ونقلها إلى الطبقة السفلية.

كما تستقبل طبقة (PDCP) البيانات (PDCP SDU) ليتم إرسالها إلى الطبقة السفلى من الطبقة العليا (S1)، وتضغط طبقة (PDCP) رأس البيانات المستلمة (PDCP SDU) وتنقلها إلى طبقة (RLC) السفلية وكما يولد ضاغط الرأس لطبقة (PDCP) بشكل مستقل حزمة ملاحظات مضغوطة بالرأس، بغض النظر عن (PDCP SDU)، وتشكل وحدة (PDCP SDU) أو حزمة التغذية الراجعة المضغوطة رأسيًا (PDCP PDU) ويتم إرسالها إلى طبقة (RLC) السفلية (S2).

عند استقبال (RLC SDU) أي (PDCP PDU) من طبقة (PDCP) العليا تقسم طبقة (AM RLC) أو تسلسل وحدة (RLC SDU) إلى حجم محدد مسبقًا (S3)، كما تضيف طبقة (AM RLC) بالتسلسل (RLC SN) إلى كتل البيانات المقسمة أو المتسلسلة (S4)، وتُنشئ طبقة (AM RLC) بشكل مستقل وحدة (PDU) للتحكم (RLC) بغض النظر عن (RLC SDU).

لا تتم إضافة (RLC SN) إلى وحدة (PDU) للتحكم (RLC)، كما يتكون (RLC PDU) من كتلة بيانات مع إضافة (RLC SN) أو (RLC Control PDU) بدون (RLC SN)، ويتم تخزين (RLC PDU) المكوّن في المخزن المؤقت (RLC PDU (S5))، وهذا بسبب عمليات إعادة الإرسال التي قد تكون مطلوبة في المستقبل.

عند إرسال أو إعادة إرسال (RLC PDU) تقوم طبقة (AM RLC) بالتشفير باستخدام (RLC PDU SN) وفي هذه الحالة نظراً لأن التشفير يستخدم (RLC PDU SN)، فإنّ (RLC PDU) بدون (SN) أي (RLC Control PDU) غير مشفر، ويتم إرسال (RLC PDU) المشفر أو وحدة (PDU) للتحكم (RLC) غير المشفرة بشكل تسلسلي إلى طبقة (MAC) أقل.

عند إرسال أو إعادة إرسال وحدة (PDCP SDU) غير مؤكدة وقت التسليم يرسل جانب الإرسال أو يعيد إرسال وحدة (SDU) التي لم يستقبلها الجانب المستقبل فقط، ويُشار إلى هذا باسم إعادة التوجيه الانتقائي أو إعادة الإرسال الانتقائي، وفي كل مرة يتم فيها إرسال حجم (RLC PDU) يتم تكوينه بمرونة وفقًا لبيئة الراديو.

• “SDU” هي اختصار لـ “Service Data Unit” و”PDU” هي اختصار لـ “Packet Data Unit”.

• “RLC” هي اختصار لـ “Radio link control”.