IEEE 802.22

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

معيار IEEE 802.22 هو معيار لشبكات المناطق اللاسلكية الإقليمية (WRAN) التي تستخدم نطاقات التردد غير المستخدمة في طيف ترددات التلفزيون . [ 1 ] يهدف تطوير معيار IEEE 802.22 WRAN إلى استخدام تقنيات الراديو المعرفي (CR) للسماح بمشاركة الطيف غير المستخدم جغرافيًا والمخصص لخدمة البث التلفزيوني، على أساس عدم التداخل، لتوفير الوصول إلى النطاق العريض للمناطق النائية ذات الكثافة السكانية المنخفضة، والتي تُعدّ سمةً مميزةً للبيئات الريفية، ولذلك فهو يأتي في وقته المناسب ويتمتع بإمكانية تطبيق واسعة النطاق في جميع أنحاء العالم. [ 2 ] وهو أول جهد عالمي لتحديد واجهة هوائية موحدة تعتمد على تقنيات الراديو المعرفي للاستخدام الأمثل لنطاقات التلفزيون على أساس عدم التداخل.

صُممت شبكات الوصول اللاسلكي اللاسلكية (WRAN) بمعيار IEEE 802.22 للعمل ضمن نطاقات بث التلفزيون مع ضمان عدم حدوث أي تداخل ضار مع العمليات القائمة: البث التلفزيوني الرقمي والتناظري، والأجهزة المرخصة منخفضة الطاقة مثل الميكروفونات اللاسلكية. [ 3 ] كان من المتوقع الانتهاء من وضع المعيار في الربع الأول من عام 2010، ولكنه نُشر أخيرًا في يوليو 2011.

يُعدّ معيار IEEE P802.22.1 معيارًا ذا صلة يجري تطويره لتعزيز الحماية من التداخل الضار للأجهزة المرخصة منخفضة الطاقة العاملة في نطاقات البث التلفزيوني. أما معيار IEEE P802.22.2 فهو ممارسة موصى بها لتثبيت ونشر أنظمة IEEE 802.22. [ 1 ] وتُعدّ مجموعة عمل IEEE 802.22 (WG) فريق عمل تابعًا للجنة معايير IEEE 802 LAN/MAN، وقد كُلّفت بصياغة معيار 802.22. وتعمل مجموعتا عمل 802.22 (TG1 وTG2) على صياغة معياري 802.22.1 و802.22.2 على التوالي.

تكنولوجيا

استجابةً لإشعار مقترح لإصدار قواعد تنظيمية (NPRM) صادر عن لجنة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية (FCC) في مايو 2004، شُكِّل فريق عمل IEEE 802.22 المعني بشبكات المناطق الإقليمية اللاسلكية في أكتوبر 2004. [ 4 ] ويركز مشروعه، المسمى رسميًا " معيار شبكات المناطق الإقليمية اللاسلكية (WRAN) - المتطلبات المحددة - الجزء 22: مواصفات التحكم في الوصول إلى الوسائط ( MAC ) والطبقة الفيزيائية ( PHY ) لشبكات المناطق الإقليمية اللاسلكية المعرفية: السياسات والإجراءات الخاصة بالتشغيل في نطاقات التلفزيون" ، على إنشاء شبكة WRAN وطنية ثابتة ومتسقة من نقطة إلى عدة نقاط، تستخدم نطاقات UHF/VHF التلفزيونية بين 54 و862  ميجاهرتز. ومن المخطط استخدام قنوات تلفزيونية محددة، بالإضافة إلى نطاقات الحماية لهذه القنوات، للاتصال في معيار IEEE 802.22.

سعى معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE)، بالتعاون مع لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC)، إلى اتباع نهج مركزي لاكتشاف الطيف المتاح. فعلى وجه التحديد، تُزود كل محطة أساسية (BS) بجهاز استقبال GPS يسمح بتحديد موقعها. تُرسل هذه المعلومات إلى خوادم مركزية (تتولى لجنة الاتصالات الفيدرالية إدارتها في الولايات المتحدة)، والتي بدورها تُرسل معلومات حول قنوات التلفزيون المجانية المتاحة ونطاقات الحماية في منطقة المحطة الأساسية. وتقترح مقترحات أخرى الاكتفاء باستشعار الطيف المحلي، حيث تُحدد المحطة الأساسية بنفسها القنوات المتاحة للاتصال. كما يُتوقع الجمع بين هذين النهجين. وستكون الأجهزة التي ستعمل في نطاق الفضاء الأبيض للتلفزيون (TVWS) من نوعين رئيسيين: ثابتة وشخصية/محمولة. تتمتع الأجهزة الثابتة بإمكانية تحديد الموقع الجغرافي من خلال جهاز GPS مدمج. كما تتواصل هذه الأجهزة مع قاعدة البيانات المركزية لتحديد أجهزة الإرسال الأخرى العاملة في نطاق الفضاء الأبيض للتلفزيون في المنطقة. وتشمل التدابير الأخرى التي اقترحتها لجنة الاتصالات الفيدرالية ومعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات لتجنب التداخل، الاستشعار الديناميكي للطيف والتحكم الديناميكي في الطاقة.

نظرة عامة على بنية شبكة الوصول اللاسلكي اللاسلكية (WRAN)

تنص المسودات الأولية لمعيار 802.22 على أن الشبكة يجب أن تعمل بنظام نقطة إلى نقاط متعددة ( P2MP ). يتكون النظام من محطات أساسية (BS) ومعدات في أماكن العملاء (CPE). تتصل معدات العملاء بالمحطات الأساسية عبر وصلة لاسلكية. تتحكم المحطات الأساسية في الوصول إلى الوسائط لجميع معدات العملاء المتصلة بها.

إحدى الميزات الرئيسية لمحطات قاعدة WRAN هي قدرتها على إجراء استشعار معرفي . حيث تقوم أجهزة CPE باستشعار الطيف وإرسال تقارير دورية إلى محطة القاعدة لإبلاغها بما تستشعره. وبناءً على المعلومات المُجمّعة، تُقيّم محطة القاعدة ما إذا كان من الضروري تغيير القناة المستخدمة، أو على العكس، ما إذا كان ينبغي الاستمرار في الإرسال والاستقبال على نفس القناة.

نهج للطبقة الفيزيائية

يجب أن تكون طبقة PHY قادرة على التكيف مع مختلف الظروف، وأن تتمتع بالمرونة اللازمة للانتقال بين القنوات بسلاسة ودون أخطاء في الإرسال أو فقدان أجهزة العملاء (CPEs). هذه المرونة ضرورية أيضًا لضبط عرض النطاق الترددي وأنظمة التضمين والترميز ديناميكيًا. ستكون تقنية OFDMA هي نظام التضمين المستخدم للإرسال في الوصلات الصاعدة والهابطة. بفضل OFDMA، سيُمكن تحقيق هذا التكيف السريع المطلوب لمحطات البث وأجهزة العملاء. باستخدام قناة تلفزيونية واحدة فقط (يبلغ عرض النطاق الترددي للقناة التلفزيونية 6 ميجاهرتز ، وقد يصل في بعض الدول إلى 7 أو 8  ميجاهرتز)، يبلغ الحد الأقصى التقريبي لمعدل البتات 19  ميجابت/ثانية على مسافة 30  كيلومترًا. هذه السرعة والمسافة غير كافيتين لتلبية متطلبات المعيار. تعالج ميزة دمج القنوات هذه المشكلة، حيث تعتمد على استخدام أكثر من قناة للإرسال والاستقبال. يتيح ذلك للنظام عرض نطاق ترددي أعلى، مما ينعكس إيجابًا على أداء النظام.

نهج لطبقة MAC

ستعتمد هذه الطبقة على تقنية الراديو المعرفي . كما يجب أن تكون قادرة على التكيف ديناميكيًا مع تغيرات البيئة من خلال استشعار الطيف. ستتألف طبقة التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) من بنيتين: الإطار والإطار الفائق. يتكون الإطار الفائق من عدة إطارات، ويحتوي على رأس تحكم (SCH) ومقدمة. تُرسل هذه البيانات من المحطة الأساسية (BS) عبر جميع القنوات المتاحة للإرسال دون التسبب في تداخل. عند تشغيل جهاز العميل (CPE)، سيستشعر الطيف، ويحدد القنوات المتاحة، ويتلقى جميع المعلومات اللازمة للاتصال بالمحطة الأساسية.

سيقوم جهاز CPE بإجراء نوعين مختلفين من قياس الطيف: داخل النطاق وخارجه . يتضمن القياس داخل النطاق استشعار القناة الفعلية المستخدمة من قبل محطة القاعدة وجهاز CPE. أما القياس خارج النطاق فيتضمن استشعار بقية القنوات. ستقوم طبقة MAC بإجراء نوعين مختلفين من الاستشعار، سواء داخل النطاق أو خارجه: الاستشعار السريع والاستشعار الدقيق . يتم الاستشعار السريع بسرعة تقل عن 1 مللي ثانية لكل قناة. يتم هذا الاستشعار بواسطة جهاز CPE ومحطة القاعدة، حيث تقوم محطة القاعدة بجمع جميع المعلومات وتحديد ما إذا كان هناك أي شيء جديد يجب القيام به. يستغرق الاستشعار الدقيق وقتًا أطول (حوالي 25 مللي ثانية لكل قناة أو أكثر)، ويتم استخدامه بناءً على نتيجة آلية الاستشعار السريع السابقة.

تُستخدم آليات الاستشعار هذه في المقام الأول لتحديد ما إذا كان هناك جهاز إرسال قائم، وما إذا كانت هناك حاجة لتجنب التداخل معه.

لإجراء استشعار موثوق، في وضع التشغيل الأساسي على نطاق تردد واحد كما هو موضح أعلاه (وضع "الاستماع قبل الإرسال")، يجب تخصيص فترات هدوء لا يُسمح خلالها بنقل البيانات. قد يؤدي هذا الانقطاع الدوري لنقل البيانات إلى الإضرار بجودة الخدمة لأنظمة الراديو المعرفي. تُعالج هذه المشكلة من خلال وضع تشغيل بديل مُقترح في معيار IEEE 802.22 يُسمى القفز الترددي الديناميكي (DFH) [ 5 ]، حيث يتم نقل بيانات أنظمة WRAN بالتوازي مع استشعار الطيف دون أي انقطاع.

التشفير والمصادقة والتفويض

لا يتم دعم سوى خوارزمية التشفير المعتمدة AES - GCM . [ 6 ]

يجب استخدام بروتوكول EAP-TLS أو EAP-TTLS للمصادقة واشتقاق مفتاح التشفير. [ 7 ] [ 8 ] يحدد معيار IEEE 802.22 ملف تعريف شهادة X.509v3 الذي يستخدم امتدادات لمصادقة الأجهزة وتفويضها بناءً على معلومات مثل الشركة المصنعة للجهاز، وعنوان MAC ، ومعرف FCC (شهادة الشركة المصنعة/مقدم الخدمة، وشهادة CPE، وشهادة BS، على التوالي). [ 9 ]

قد يسمح هذا بنوع من احتكار العملاء حيث يرفض مزودو الشبكة الوصول إلى الشبكة للأجهزة التي لم يتم فحصها من قبل الشركات المصنعة التي يختارها مزودو الشبكة (أي يجب أن يمتلك الجهاز مفتاحًا خاصًا لشهادة X.509 مع سلسلة ثقة إلى سلطة إصدار الشهادات (CA) التي يقبلها مزود الشبكة)، على غرار قفل شريحة SIM في شبكات الهاتف المحمول الحديثة و "أجهزة اختبار الشهادات" DOCSIS في شبكات الكابلات .

مقارنة مع 802.11af

بالإضافة إلى معيار 802.22، اعتمد معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) معيارًا آخر للراديو المعرفي في نطاق الترددات غير المستخدمة، وهو 802.11af . [ 10 ] بينما يُعدّ معيار 802.22 معيارًا لشبكات المناطق اللاسلكية الإقليمية (WRAN) بمدى يصل إلى 100  كيلومتر، [ 10 ] [ 11 ] فإن معيار 802.11af هو معيار لشبكات LAN اللاسلكية مصمم لمدى يصل إلى  كيلومتر واحد. ويمكن تطبيق التعايش بين معياري 802.22 و802.11af إما مركزيًا أو موزعًا [ 12 ] ، وذلك بالاعتماد على تقنيات تعايش متنوعة. [ 13 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 "لجنة معايير IEEE 802 LAN/MAN، مجموعة العمل 802.22 المعنية بشبكات WRAN (شبكات المناطق الإقليمية اللاسلكية)" . IEEE . تم الاطلاع عليه في 18 يناير 2009 .
  2. ↑ أولانريواجو، باباتوندي سيي؛ أوسونادي، أولواسييتان؛ أديلكي، أولوديلي؛ أولانريواجو، تايوو (مارس 2020). "توسيع نطاق معيار IEEE 802.22 من التطبيقات الريفية إلى التطبيقات الحضرية" . المؤتمر الدولي لعام 2020 في الرياضيات وهندسة الحاسوب وعلوم الحاسوب (ICMCECS) . الصفحات 1-6 . doi : 10.1109/ICMCECS47690.2020.240854 . ISBN  978-1-7281-3126-9. S2CID 216588272 . 
  3. ↑ كارل، ستيفنسون؛ جي. شوينارد؛ تشونغدينغ لي؛ ويندونغ هو؛ إس. شيلهامر؛ دبليو. كالدويل (يناير 2009). "معيار IEEE 802.22: أول معيار لشبكات الراديو المعرفية اللاسلكية الإقليمية (WRANs)". مجلة IEEE للاتصالات . المجلد 47، العدد 1. الولايات المتحدة: IEEE . الصفحات 130-138 . doi : 10.1109/MCOM.2009.4752688 .   
  4. ↑ «معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) يبدأ معيارًا للاستفادة من المناطق المفتوحة في طيف التلفزيون لخدمات النطاق العريض اللاسلكي» . بيان صحفي . جمعية معايير IEEE. ١٢ أكتوبر ٢٠٠٤. مؤرشف من الأصل في ٧ فبراير ٢٠٠٩. تم الاطلاع عليه في ١٩ أغسطس ٢٠١١ .
  5. ↑ ويندونغ هو وآخرون (مايو 2007). "مجتمعات القفز الترددي الديناميكي لتشغيل معيار IEEE 802.22 بكفاءة" . مجلة IEEE للاتصالات . 45 (5): 80-87 . Bibcode : 2007IComM..45e..80H . doi : 10.1109/MCOM.2007.358853 . S2CID 40049 .  
  6. ↑ IEEE 802.22-2011 § 8.4.1، ص 281
  7. ↑ IEEE 802.22-2011 § 8.1.2، ص 252
  8. ↑ IEEE 802.22-2011 § 8.5، ص 286
  9. ↑ IEEE 802.22-2011 § 8.5، الصفحات 286-292
  10. 1 2 ليكومتسيف، ديمان؛ مارشاليك، رومان (يونيو 2012). "مقارنة بين معياري 802.11af و802.22 - الطبقة الفيزيائية والوظائف المعرفية" . مجلة إليكتروريفيو . تاريخ الاسترجاع: 29 ديسمبر 2013 .
  11. ↑ ثيل، جاستن (2006-2007). "شبكات الاتصالات اللاسلكية في المدن والمناطق: 802.16 و802.20 و802.22" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 31 ديسمبر 2013 .
  12. ↑ فيلاردي، غابرييل؛ ألمسيغيد، يوهانس؛ صن، تشين؛ سوم، تشين-شون؛ نغوين، تران؛ بايكاس، تونجر؛ هارادا، هيروشي (2011). "تمكين التعايش بين شبكات معرفية متعددة في نطاق الترددات غير المستخدمة للتلفزيون". مجلة IEEE للاتصالات اللاسلكية . 18 (4): 32-40 . Bibcode : 2011IWC....18d..32V . doi : 10.1109/MWC.2011.5999762 . S2CID 28929874 . 
  13. ↑ فيلاردي، غابرييل؛ سوم، تشين-شون؛ صن، تشين؛ ألمسيغيد، يوهانس؛ لان، تشو؛ هارادا، هيروشي (2012). "كفاءة آليات التعايش القائمة على اختيار التردد الديناميكي لنقاط الوصول اللاسلكية المعرفية المُمكّنة بتقنية المساحات البيضاء للتلفزيون". مجلة IEEE للاتصالات اللاسلكية . 19 (6): 69-75 . doi : 10.1109/MWC.2012.6393520 . S2CID 3134504 .