تفريغ بيانات الهاتف المحمول

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

تُعرف عملية تفريغ بيانات الهاتف المحمول باستخدام تقنيات شبكية تكميلية لتوصيل البيانات التي كانت مُخصصة في الأصل لشبكات الهاتف المحمول. يُقلل هذا التفريغ من كمية البيانات المنقولة عبر نطاقات الهاتف المحمول، مما يُتيح استخدام نطاق ترددي أوسع لمستخدمين آخرين. كما يُستخدم في الحالات التي يكون فيها استقبال شبكة الهاتف المحمول ضعيفًا، مما يسمح للمستخدم بالاتصال عبر خدمات سلكية بجودة اتصال أفضل.

يمكن للمستخدم النهائي (مشترك الهاتف المحمول) أو مشغل الشبكة تحديد القواعد التي تُفعّل عملية نقل البيانات من الهاتف المحمول. [ 1 ] يوجد الكود البرمجي الذي يُشغّل هذه القواعد في جهاز المستخدم النهائي، أو في خادم، أو مُوزّع بينهما. يلجأ المستخدمون النهائيون إلى نقل البيانات للتحكم في تكلفة خدمة البيانات وتوفير نطاق ترددي أعلى. تشمل تقنيات الشبكة التكميلية الرئيسية المُستخدمة لنقل بيانات الهاتف المحمول: الواي فاي ، والخلايا الصغيرة ، والبث المتكامل عبر الهاتف المحمول . من المتوقع أن يُصبح نقل بيانات الهاتف المحمول قطاعًا صناعيًا جديدًا نظرًا للزيادة الكبيرة في حركة بيانات الهاتف المحمول. [ 2 ]

زيادة في استخدام بيانات الهاتف المحمول

يتزايد الطلب على حلول تخفيف الضغط على الإنترنت نتيجةً للزيادة الهائلة في حجم بيانات الإنترنت، ولا سيما تزايد نسبة البيانات التي تمر عبر شبكات الهاتف المحمول. وقد ساهم في ذلك توفر الهواتف الذكية المزودة بتقنية الواي فاي، بالإضافة إلى شاشاتها الكبيرة وتطبيقات الإنترنت المتنوعة، بدءًا من متصفحات الإنترنت وصولًا إلى تطبيقات بث الفيديو والصوت. وإلى جانب الهواتف الذكية، تُعد أجهزة الكمبيوتر المحمولة المزودة بتقنية الجيل الثالث (3G) مصدرًا رئيسيًا لبيانات الهاتف المحمول. علاوة على ذلك، عادةً ما تكون تكلفة إنشاء شبكات الواي فاي أقل بكثير من تكلفة إنشاء شبكات الهاتف المحمول. [ 3 ] وتشير التقديرات إلى أن إجمالي حجم بيانات الإنترنت سيتجاوز 235.7 إكسابايت شهريًا في عام 2021، مقارنةً بـ 73.1 إكسابايت شهريًا في عام 2016. [ 4 ] ومن المتوقع أن يستمر معدل النمو السنوي بنسبة 50%، مما سيُعزز نمو الإيرادات. [ 5 ] [ 6 ]

البدائل

تُعدّ تقنيات الواي فاي والخلايا الصغيرة (femtocell) من أهم تقنيات نقل البيانات المستخدمة في هذا القطاع. [ 7 ] بالإضافة إلى ذلك، تُعتبر تقنية واي ماكس [ 8 ] والشبكات الأرضية (LAN) [ 9 ] من التقنيات المرشحة لنقل بيانات الجيل الثالث (3G). تستخدم الخلايا الصغيرة تقنيات الراديو الخلوية القياسية، وبالتالي يُمكن لأي جهاز محمول المشاركة في عملية نقل البيانات، مع الحاجة إلى بعض التعديلات لاستيعاب اتصال الشبكة الخلفية المختلف. [ 7 ] من ناحية أخرى، تعتمد تقنيات الراديو الخلوية على القدرة على تخطيط الشبكة ضمن نطاق التردد المرخص. لذا، قد يكون من الصعب، من الناحيتين التقنية والتجارية، نشر نقاط وصول الخلايا الصغيرة على نطاق واسع. تُعدّ الشبكة ذاتية التنظيم (SON) [ 10 ] تقنية ناشئة لمعالجة مشكلة نشر الخلايا الصغيرة غير المخطط لها (إلى جانب تطبيقات أخرى). تختلف تقنية الواي فاي عن تقنية الراديو الخلوية، ولكن معظم الأجهزة المحمولة المتصلة بالإنترنت مزودة الآن بتقنية الواي فاي. توجد بالفعل ملايين شبكات الواي فاي المثبتة، لا سيما في المناطق المزدحمة كالمطارات والفنادق ومراكز المدن، ويتزايد عددها بسرعة. [ 11 ] تتسم شبكات الواي فاي بالتشتت، ولكن بُذلت مؤخرًا جهود لتوحيدها. ويتم توحيد شبكات الواي فاي من خلال نهج مجتمعي، كما هو الحال مع شركة فون ، ومن خلال توحيد شركات تشغيل شبكات الواي فاي. [ 12 ]

واي فاي

يُعدّ تفريغ بيانات شبكة الواي فاي مجالًا تجاريًا ناشئًا، حيث تدخل العديد من الشركات إلى السوق بحلولها الخاصة. ونظرًا لتركيز معايير التوحيد القياسي على درجة الترابط بين شبكات الهاتف المحمول وشبكات الواي فاي، يُمكن تصنيف الحلول المتنافسة بناءً على الحد الأدنى المطلوب من التكامل بين الشبكات. وإلى جانب التوحيد القياسي، تستكشف الأوساط البحثية تصميمات أكثر انفتاحًا وقابلية للبرمجة لحلّ معضلة النشر. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] ويُعدّ مُنشئ عملية تفريغ البيانات معيارًا تصنيفيًا إضافيًا.

التكامل بين شبكات الهاتف المحمول وشبكات الواي فاي

قد تتطلب بعض الخدمات، بحسب الخدمات المراد نقلها ونموذج العمل، توحيد معايير الربط البيني. وقد ركزت جهود التوحيد على تحديد الربط المحكم أو غير المحكم بين شبكات الهاتف المحمول وشبكات الواي فاي، لا سيما بطريقة تتحكم بها الشبكة. [ 16 ] يطبق تصميم شبكة الوصول العامة المحسّنة (ENS) القائم على معايير 3GPP [ 17 ] الربط المحكم ، إذ يحدد إعادة توجيه إشارات شبكة الهاتف المحمول عبر شبكات الوصول إلى الواي فاي. وتُعتبر الواي فاي شبكة وصول لاسلكي (RAN) من نوع WLAN غير تابعة لمعايير 3GPP. [ 18 ] كما حددت 3GPP حلاً بديلاً للربط غير المحكم للواي فاي، يُعرف باسم تصميم شبكة LAN اللاسلكية المترابطة (IWLAN) [ 19 ] ، وهو حل لنقل بيانات بروتوكول الإنترنت (IP) بين جهاز محمول وشبكة المشغل الأساسية عبر الوصول إلى الواي فاي. في بنية شبكة IWLAN، يقوم الجهاز المحمول بفتح نفق VPN/IPsec من الجهاز إلى خادم IWLAN المخصص في الشبكة الأساسية للمشغل، وذلك لتزويد المستخدم إما بإمكانية الوصول إلى خدمات المشغل المغلقة أو إلى بوابة الإنترنت العامة. ومع وجود ترابط ضعيف بين الشبكات، فإن نقطة التكامل والتشغيل البيني الوحيدة هي بنية المصادقة المشتركة.

أبسط طريقة لنقل البيانات إلى شبكات الواي فاي هي الاتصال المباشر بالإنترنت العام. هذا البديل، الذي لا يتطلب ربطًا مباشرًا، يُغني عن الحاجة إلى توحيد معايير التشغيل البيني. بالنسبة لمعظم حركة مرور الإنترنت، لا توجد قيمة مضافة لتوجيه البيانات عبر الشبكة الأساسية للمشغل. في هذه الحالة، يمكن ببساطة نقل البيانات عن طريق تحويل حركة مرور بروتوكول الإنترنت (IP) لاستخدام اتصال الواي فاي في تطبيق الهاتف المحمول بدلًا من اتصال بيانات الهاتف. في هذا النهج، تكون الشبكتان منفصلتين تمامًا عمليًا، ويتم اختيار الشبكة بواسطة تطبيق المستخدم. تُشير الدراسات إلى إمكانية نقل كمية كبيرة من البيانات بهذه الطريقة إلى شبكات الواي فاي حتى عندما يكون المستخدمون متنقلين. [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]

مع ذلك، لا يعني تفريغ البيانات بالضرورة تقليل استهلاك الموارد (سعة النظام المطلوبة) في شبكة المشغل. ففي ظل ظروف معينة، ونظرًا لزيادة تقلبات حركة البيانات غير المُفرَّغة (أي حركة البيانات التي تصل في نهاية المطاف إلى شبكة المشغل بشكل منتظم)، تزداد كمية موارد الشبكة اللازمة لتوفير مستوى معين من جودة الخدمة. [ 23 ] في هذا السياق، يُعد توزيع فترات تفريغ البيانات المعيار التصميمي الرئيسي لتطبيق استراتيجيات تفريغ البيانات الفعالة في شبكة مشغلي شبكات الهاتف المحمول، مما يقلل من تقلبات حركة البيانات غير المُفرَّغة، وبالتالي يقلل من الموارد المطلوبة في شبكة المشغل. كما يُعد استهلاك الطاقة في عملية تفريغ البيانات مصدر قلق آخر. [ 24 ]

بدء إجراءات التفريغ

توجد ثلاث آليات رئيسية لبدء تشغيل الشبكة: بدء التشغيل عبر مسح الشبكة اللاسلكية المحلية (WLAN)، وبدء التشغيل من قِبل المستخدم، وبدء التشغيل المُدار عن بُعد. في بدء التشغيل عبر مسح الشبكة اللاسلكية المحلية، يقوم جهاز المستخدم دوريًا بإجراء مسح للشبكة اللاسلكية المحلية. عند العثور على شبكة Wi-Fi معروفة أو مفتوحة، تبدأ عملية تفريغ الحمل. في وضع بدء التشغيل من قِبل المستخدم، يُطلب من المستخدم تحديد تقنية الشبكة المستخدمة. يحدث هذا عادةً مرة واحدة لكل جلسة وصول إلى الشبكة. في أسلوب الإدارة عن بُعد، يبدأ خادم الشبكة كل عملية تفريغ حمل عن طريق مطالبة مدير الاتصال بجهاز مستخدم محدد. يُعد أسلوب الإدارة من قِبل المشغل نوعًا فرعيًا من أسلوب الإدارة عن بُعد. في هذا الأسلوب، يراقب المشغل حمل الشبكة وسلوك المستخدم. في حالة توقع ازدحام الشبكة ، يبدأ المشغل عملية تفريغ الحمل.

قوات الأمن الوطني الفرنسية

تُعدّ وظيفة اكتشاف واختيار شبكة الوصول (ANDSF) النهج الأكثر شمولاً في معايير 3GPP حتى الآن [ 25 ] للتحكم في نقل البيانات بين شبكات الوصول التابعة لـ 3GPP وغير التابعة لها (مثل شبكات Wi-Fi). تهدف وظيفة ANDSF إلى مساعدة أجهزة المستخدمين على اكتشاف شبكات الوصول القريبة منها، وتوفير قواعد (سياسات) لتحديد أولويات الاتصالات بجميع الشبكات وإدارتها.

ATSSS

بدأت منظمة 3GPP في توحيد وظيفة توجيه حركة مرور الوصول وتحويلها وتقسيمها (ATSSS) لتمكين أجهزة الجيل الخامس من استخدام أنواع مختلفة من شبكات الوصول، بما في ذلك شبكة Wi-Fi. تستفيد خدمة ATSSS من بروتوكول TCP متعدد المسارات لتمكين أجهزة الجيل الخامس من استخدام شبكات وصول مختلفة في آنٍ واحد. وقد أظهرت تجربة استخدام بروتوكول TCP متعدد المسارات على أجهزة iPhone أن القدرة على استخدام شبكتي Wi-Fi والشبكات الخلوية في وقت واحد كانت أساسية لتوفير دعم سلس لعمليات التسليم. يعتمد الإصدار الأول من مواصفات ATSSS على بروتوكول التحويل 0-rtt الذي طُوّر ضمن فريق عمل هندسة الإنترنت (IETF) . وقد عُرض نموذج أولي لهذه الخدمة في أغسطس 2019.

مدير اتصال أنظمة التشغيل

تُوفّر العديد من أنظمة التشغيل مدير اتصال يُمكنه التبديل تلقائيًا إلى شبكة Wi-Fi إذا اكتشف شبكة Wi-Fi معروفة. تتوفر هذه الخاصية في معظم أنظمة التشغيل الحديثة (على سبيل المثال، جميع إصدارات Windows بدءًا من XP SP3، وUbuntu، وNokia N900، وAndroid، وApple iPhone). يستخدم مديرو الاتصال خوارزميات متنوعة لاكتشاف أفضل اتصالات الشبكة أداءً. تشمل هذه الخوارزميات إجراء طلبات DNS لأسماء معروفة عبر واجهات الشبكة المُفعّلة حديثًا، وإرسال استعلامات إلى خوادم مُحددة، ... عند تفعيل كلٍ من واجهة Wi-Fi وواجهة البيانات الخلوية، تُفضّل هواتف Android الذكية عادةً استخدام Wi-Fi نظرًا لكونها غير محدودة البيانات في الغالب. عند رغبة الهاتف الذكي في التبديل من واجهة إلى أخرى، يجب إعادة إنشاء جميع اتصالات TCP النشطة.

يحل بروتوكول TCP متعدد المسارات مشكلة الانتقال هذه بسلاسة. فباستخدام هذا البروتوكول ، يمكن لاتصالات TCP استخدام كلٍ من واجهة Wi-Fi وشبكة الجوال أثناء عملية الانتقال. [ 26 ] وهذا يعني أن اتصالات TCP الجارية لا تتوقف عندما يقرر الهاتف الذكي التبديل من شبكة إلى أخرى. اعتبارًا من يناير 2020، أصبح بروتوكول TCP متعدد المسارات مدعومًا بشكل أصلي على أجهزة iPhone، ولكنه أقل استخدامًا على هواتف Android الذكية باستثناء كوريا الجنوبية. في أجهزة iPhone منذ نظام iOS 9، يراقب نظام Wi-Fi Assist الفرعي جودة اتصال الشبكة الأساسية. إذا انخفضت الجودة عن حد معين، فقد يقرر Wi-Fi Assist نقل اتصالات TCP متعددة المسارات القائمة إلى واجهة أخرى. في البداية، استُخدمت هذه الميزة لتطبيق Siri . منذ نظام iOS 12، يمكن لأي تطبيق يدعم بروتوكول TCP متعدد المسارات الاستفادة من هذه الميزة. منذ نظام iOS 13، يمكن أيضًا نقل خرائط Apple وApple Music من Wi-Fi إلى شبكة الجوال والعكس دون أي انقطاع.

التخلص الانتهازي

مع تزايد توفر الشبكات بين الأجهزة (مثل البلوتوث أو واي فاي دايركت)، أصبح من الممكن أيضًا نقل البيانات التي تتحمل التأخير إلى طبقة الشبكة المخصصة . في هذه الحالة، تُرسل البيانات التي تتحمل التأخير إلى مجموعة فرعية فقط من مستقبلات البيانات عبر شبكة الجيل الثالث، بينما يُعاد توجيه الباقي بين الأجهزة في طبقة الشبكة المخصصة عبر عدة قفزات. ونتيجة لذلك، يقلّ الضغط على شبكة الهاتف المحمول، أو يُحوّل إلى الشبكات بين الأجهزة. [ 27 ] [ 28 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ يو، هاوران؛ تشيونغ، مان هون؛ يوسيفيديس، جورج؛ غاو، لين؛ تاسيولاس، لياندروس؛ هوانغ، جيانوي (2017). "تفريغ بيانات الهاتف المحمول للشبكات اللاسلكية الخضراء". اتصالات IEEE اللاسلكية . 24 (4): 31-37 . Bibcode : 2017IWC....24d..31Y . doi : 10.1109/MWC.2017.1600323 . S2CID 4440054 . 
  2. ↑ بيريز، سارة (11 فبراير 2010). "ارتفاع كبير في حركة بيانات الهاتف المحمول: 40 إكسابايت بحلول عام 2014" . مدونة ريد رايت . مؤرشفة من الأصل في 29 أغسطس 2011. تم الاطلاع عليها في 25 أغسطس 2011 .
  3. ↑ "تفريغ بيانات الواي فاي بسلاسة: فرصة عمل متاحة اليوم"، ورقة بيضاء من شركة هيتينغ للاستشارات ( إصدار شركة أبتيلو نتووركس )
  4. ↑ أبرز توقعات سيسكو لعام 2021
  5. ↑ Warrior Padmasree، CTO Cisco "الخطاب الرئيسي في CTIA 2010"
  6. ↑ مؤشر سيسكو للشبكات المرئية: تحديث توقعات حركة بيانات الهاتف المحمول العالمية، 2009-2014؛ سيسكو 2010
  7. 1 2 شيرزر شيمون "الخلايا الصغيرة مقابل الواي فاي لتفريغ البيانات والتغطية الداخلية"أُرشف بتاريخ 23 مايو 2010 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .
  8. ↑ روب هنشو "دور تقنية WiMAX في تمكين شبكات نقل بيانات Wi-Fi"
  9. ↑ نيتسنابر
  10. ↑ نوكيا سيمنز نتووركس "الشبكة ذاتية التنظيم (SON): تقديم مجموعة نوكيا سيمنز نتووركس SON - منصة فعالة ومستقبلية للشبكات ذاتية التنظيم"
  11. ↑ شركة ABI للأبحاث: "تتوقع شركة ABI للأبحاث أن تتجاوز شحنات نقاط الوصول اللاسلكية 70 مليون وحدة بحلول عام 2010"أُرشف بتاريخ 11 يوليو 2011 في موقع Wayback Machine
  12. ↑ «أكثر من 12 مليون عميل من عملاء AT&T وستاربكس سيحصلون على خدمة واي فاي مجانية لتجربة تسوق مميزة داخل المتجر» . Att.com (بيان صحفي). AT&T للملكية الفكرية. 11 فبراير 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 يوليو 2014. أعلنت اليوم كل من AT&T Inc. (المدرجة في بورصة نيويورك تحت الرمز: T) وستاربكس (المدرجة في بورصة ناسداك تحت الرمز: SBUX) عن خطط لتوفير خدمة AT&T Wi-FiSM في أكثر من 7000 فرع من فروع ستاربكس التي تديرها الشركة في جميع أنحاء الولايات المتحدة.
  13. ↑ X. Kang et al. `` Mobile Data Offloading Through A Third-Party WiFi Access Point: An Operator's Perspective , in IEEE Transactions on Wireless Communications , vol. 13, no. 10, pp. 5340-5351, Oct. 2014.
  14. ↑ ج. تشو وآخرون، SMORE: بنية تفريغ البيانات المتنقلة للشبكات المعرفة بالبرمجيات ، وقائع مؤتمر ACM SIGCOMM AllThingsCellular 2014
  15. ↑ أي دينغ وآخرون، الرؤية: تعزيز تفريغ بيانات الواي فاي باستخدام منصة تعاونية مفتوحة المصدر ، وقائع مؤتمر ACM MobiCom MCS 2015
  16. ↑ جوني كورهونين وآخرون. نحو تفريغ حركة مرور بروتوكول الإنترنت المتحكم بها عبر الشبكة ، مجلة IEEE للاتصالات، المجلد 51، العدد 3، ص 96 - 102 (2013)
  17. ↑ 3GPP TR 43.902
  18. ↑ 3GPP TS 23.402
  19. ↑ 3GPP TS 23.234
  20. ^ أرونا بالاسوبرامانيان، راتول ماهاجان، آرون فينكاتاراماني. تعزيز شبكة الجيل الثالث للهواتف المحمولة باستخدام WiFi Proc. موبيسيس 2010
  21. ↑ كيونغهان لي، جوهيون لي، يونغ يي، إنجونغ ري، وسونغ تشونغ. تفريغ بيانات الهاتف المحمول: ما مقدار البيانات التي يمكن أن توفرها شبكة الواي فاي؟ وقائع مؤتمر CoNEXT 2010
  22. ↑ ديماتيو، سافيو؛ هوي، بان؛ هان، بو؛ لي، فيكتور أو كيه (2011). "تفريغ حركة مرور البيانات الخلوية عبر شبكات الواي فاي". المؤتمر الدولي الثامن لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) لعام 2011 حول أنظمة الاستشعار والشبكات اللاسلكية المخصصة . ص 192. CiteSeerX 10.1.1.378.5023 . doi : 10.1109/MASS.2011.26 . ISBN   978-1-4577-1345-3. S2CID 16290804 . 
  23. ↑ أ. كريندزل، م. بورتوليس، ج. مانغيس، نمذجة حركة مرور الشبكة في الشبكات المتنقلة مع تطبيق تقنية التفريغ ، ضمن وقائع المؤتمر الرابع عشر لجمعية ACM MSWIM-2011، نوفمبر 2011، الولايات المتحدة الأمريكية
  24. ↑ آرون يي دينغ، بو هان، وآخرون. تمكين تفريغ بيانات الهاتف المحمول التعاوني الموفر للطاقة للهواتف الذكية . وقائع مؤتمر IEEE SECON 2013
  25. ↑ 3GPP TS 23.402
  26. ↑ باش، كريستوف؛ ديتال، غريغوري؛ دوشين، فابيان؛ رايشيو، كوستين؛ بونافنتور، أوليفييه (2012). استكشاف عملية تسليم البيانات بين شبكات الجوال والواي فاي باستخدام بروتوكول TCP متعدد المسارات . ورشة عمل ACM SIGCOMM حول الشبكات الخلوية (Cellnet'12). ص 31. doi : 10.1145/2342468.2342476 . ISBN  9781450314756.
  27. ↑ باتريك باير، فرانك دور، وكورت روثرميل. TOMP: تخفيف الازدحام المروري الانتهازي باستخدام توقعات الحركة . وقائع مؤتمر LCN 2012
  28. ↑ هان، بو؛ هوي، بان؛ كومار، في إس أنيل؛ ماراثي، مادهاف في؛ شاو، جيان هوا؛ سرينيفاسان، أرافيند (مايو 2012). "تفريغ بيانات الهاتف المحمول من خلال الاتصالات الانتهازية والمشاركة الاجتماعية". معاملات IEEE في الحوسبة المتنقلة . 11 (5): 821. Bibcode : 2012ITMC...11..821H . CiteSeerX 10.1.1.224.8056 . doi : 10.1109/TMC.2011.101 . S2CID 9082268 .  
  • قمة عالمية لتفريغ بيانات شبكة الواي فاي