الحزمة الأساسية المتطورة الظاهرية vEPC

من خلال محاكاة وظائف الحزمة الأساسية المتطورة (EPC) يمكن لمزودي خدمات الهاتف المحمول تخصيص الشبكات نظرياً لتلبية المتطلبات الفريدة للعملاء الفرديين، ودمج مكونات الشبكة الفردية ومطابقتها حسب الحاجة، ويمكن لـ (vEPC) أيضاً خفض النفقات الرأسمالية والتشغيلية عن طريق تقليل الاعتماد على الأجهزة المتخصصة، مع تسريع تقديم الخدمة والسماح بقابلية التوسع عند الطلب والاستجابة لظروف الشبكة واحتياجات المستخدم في الوقت الفعلي.

ما هي الحزمة الأساسية المتطورة الظاهرية vEPC

الحزمة الأساسية المتطورة الظاهرية (vEPC): هو إطار عمل لإضفاء الطابع الافتراضي على الوظائف المطلوبة لتقريب الصوت والبيانات على شبكات 4G (LTE)، بحيث ينقل المكونات الفردية للشبكة الأساسية التي تعمل تقليدياً على أجهزة مخصصة إلى برامج تعمل على خوادم تجارية منخفضة التكلفة جاهزة (COTS).

• “EPC” هي اختصار لـ “Evolved-Packet-Core”.

• “COTS” هي اختصار لـ “commercial-off-the-shelf”.

• “LTE” هي اختصار لـ “Long-Term-Evolution”.

• “vEPC” هي اختصار لـ “Virtual-Evolved-Packet-Core”.

سمات حزمة vEPC

• يتم تنفيذ خدمات الشبكة الأساسية المتنقلة القائمة على (vEPC) باستخدام مكونات مثل كيان إدارة التنقل (MME) وبوابة الحزم (P-GW) وبوابة الخدمة (S-GW).

• يتم تشغيل مكونات البرامج هذه في أجهزة افتراضية في خوادم (COTS).

• عدد مثل هذه الأجهزة الظاهرية التي يمكن نشرها في الخادم وعرض النطاق الترددي الذي يمكن تسليمه لهذه التطبيقات له تأثير مباشر على مستويات الخدمة، وعدد اتصالات مستخدم الهاتف المحمول المتزامنة التي يمكن أن تدعمها مجموعة معينة من الخوادم.

ملاحظة:“MME” هي اختصار لـ “Mobility-Management-Entity”.

ملاحظة:“S-GW” هي اختصار لـ “Serving-Gateway”.

ملاحظة:“P-GW” هي اختصار لـ “Packet-Gateway”.

بنية حزمة vEPC

• يتكون (vEPC) من كيان إدارة التنقل (MME) وبوابة الحزمة (P-GW) وبوابة الخدمة (S-GW)) التي يمكن تشغيلها في الجهاز الظاهري (VM).

• تسمى الوظائف الافتراضية المخصصة لأجهزة (VM) بوظائف الشبكة الافتراضية (VNFs).

• يتم عزل كل (VNF) في شبكة (vEPC) عن (VNFs) الأخرى، ولها متطلبات الأداء الخاصة بها.

• ومع ذلك يجب أن تتصل جميع (VNFs) المطبقة في خوادم فردية أو متعددة من أجل إعادة توجيه الحزم بينها بشكل صحيح.

• في البيئات الآمنة والمتعددة المستأجرين، تصبح التقنيات مثل (VXLAN) وسياسات الأمان لكل (VM) مهمة.

ملاحظة: “VNF” هي اختصار لـ “Virtual-Network-Functions”.

ملاحظة: “VM” هي اختصار لـ “virtual-machine”.

ملاحظة:“VXLAN” هي اختصار لـ “Virtual-eXtensible-Local-Area-Network”.

تطور حزمة vEPC

من المقرر أن تنمو الحزمة الأساسية الافتراضية المتطورة (vEPC) بنسبة (56%) تقريباً من عام 2020 إلى عام 2024 بقيادة بائعي (vEPC) البارزين، ومن المقرر أن يؤدي التقدم التكنولوجي إلى زيادة الطلب على (5G vEPC)، بحيث سيؤدي الطلب المتزايد على حركة المرور وسلوك المستهلك الدائم والخدمات المميزة لحالات الاستخدام المختلفة إلى دفع التحول التالي في البنية التحتية للاتصالات.

كما يتعين على مزودي الشبكة تحقيق المرونة والمرونة داخل الشبكة وخفض التكلفة الإجمالية للملكية في نفس الوقت، بحيث يمكن أن تساعد المحاكاة الافتراضية (EPC) مزودي الشبكات والمشغلين ومقدمي خدمات (LTE) من القطاع الخاص، وموفري البنية التحتية للشبكات على خفض التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) وإنهاء اعتمادهم على الأجهزة والبرامج ذات الملكية باهظة الثمن.

من المهم توفير محطات من آلة إلى آلة (M2M) في شبكات المحمول، لذلك فإنّ بنية الشبكة المستقبلية التي تدعم خدمات (M2M) تحظى باهتمام كبير لمشغلي شبكات الهاتف المحمول، كما يتم اعتماد بنية تنفيذية لمجموعة أساسية متطورة افتراضية (vEPC) لاستيعاب خدمات (M2M)، حيث تقوم البنية المقترحة بنشر (vEPCs) مخصصة بناءً على المتطلبات الوظيفية للخدمات.

يتم تحسين كل (vEPC) عن طريق التخلص من مكونات (EPC) أو استبدال بروتوكولات الواجهة المعيارية بالتطبيق الداخلي البيني، بحيث يتم التأكيد على صحة البنية من خلال التقييم التجريبي لاستهلاك موارد وحدة المعالجة المركزية، كما يتم التأكيد أيضاً على أنّ البنية المقترحة تقلل من استهلاك وقت وحدة المعالجة المركزية بنسبة تصل إلى (27%) عن طريق تقليل حجم رسالة الإشارة، ويتم ملاحظة الأداء المحسن بشكل مستقل مع خصائص التنقل أو الاتصال في (M2M).

يستلزم تطور (LTE) شبكة أساسية جديدة بالكامل بهندسة معمارية مسطحة قائمة على بروتوكول الإنترنت بالكامل، بحيث يحتوي (SAE) المحدد بواسطة (3GPP) على جوهر الحزمة المتطور (EPC) كمكون رئيسي وكيان إدارة التنقل (MME)، وكذلك بوابة الخدمة (SGW) وبوابة (PDN (PGW)) كمكونات فرعية.

يشير إدخال هذه البنية الجديدة إلى أنّ مصنعي معدات الاتصالات يحتاجون إمّا إلى إجراء ترحيل لمنصات الحزمة الأساسية الحالية أو تطوير حزمة أساسية جديدة متطورة، كما تم تقديم مجموعة شاملة من المنتجات والخدمات لـ (Evolved Packet Core)، بما في ذلك بوابات (EPC (SGW) و(PGW)) و(MME) و(HSS) و(PCRF).

عُقد الشبكة المصممة لمساعدة البائعين على بناء حلول عالية الجودة بمكونات تم اختبارها مسبقًا ومُحسّنة مسبقاً، وهي حلول جاهزة للعلامة البيضاء ومتوفرة في شكل كود المصدر أيضاً للسماح للعملاء بإضافة صيغةسرية إلى الحلول للمساعدة في تسريع تطوير البنية التحتية للاتصالات، وعلى مستوى الناقل أي تسريع وقت التسويق وتقليل المخاطر، وهذه هي أطر عمل برمجية محسّنة يمكن تشغيلها على أي سحابة وحاويات ومنصة افتراضية وعلى أجهزة (COTS).

• “PDN” هي اختصار لـ “Packet-Data-Network” و”TCO” هي اختصار لـ “Total-cost-of-ownership”.

• “HSS” هي اختصار لـ “Home-Subscriber-Server” و”PCRF” هي اختصار لـ “Policy-and-charging-rules-function”.

• “SAE” هي اختصار لـ “System-Architecture-Evolution” و”M2M” هي اختصار لـ “Machine-to-Machine”.

• “3GPP” هي اختصار لـ “3rd-Generation-Partnership-Project”.

أساسيات حزمة vEPC

الحزمة الأساسية المتطورة الظاهرية (vEPC) عبارة عن إطار عمل لمعالجة وتبديل الصوت والبيانات لشبكات الهاتف المحمول والذي يتم تنفيذه بواسطة المحاكاة الافتراضية لوظائف الشبكة (NFV)، والتي تقوم بتحويل وظائف حزمة نواة متطورة (EPC)، كما تم استخدام إطار عمل (vEPC) لشبكات المحمول (4G LTE) وسيشكل أيضاً جزءاً رئيسياً من بنية شبكة (5G) القادمة.

تستخدم شبكات الهاتف المحمول (1G) الوظائف الصوتية فقط، حيث تمت معالجة هياكل شبكات (2G) و(3G) وتبديل الصوت والبيانات من خلال مجالين فرعيين منفصلين، ممّا يعقد إدارة الشبكة ويقيد وظائف المستخدم النهائي، وقدمت (4G EPC) وتوحيد الصوت والبيانات على نفس بنية خدمة بروتوكول الإنترنت (IP) الأساسية، ممّا يسمح باتصال الإنترنت “دائمًا” لمستخدمي الهاتف المحمول وتبسيط الإدارة لمشغلي شبكات الهاتف المحمول.

ومع ذلك فإنّ تنفيذ (EPC) يتطلب بنية تحتية للأجهزة والبرمجيات باهظة الثمن، بحيث تعمل المحاكاة الافتراضية لوظائف الشبكة على نقل وظائف (EPC) إلى مجال البرنامج، وتسمح بتشغيلها على خوادم تجارية منخفضة التكلفة (COTS).

• “IP” هي اختصار لـ “Internet-Protocol”.

أسباب استخدام حزمة vEPC

• من خلال التمثيل الافتراضي لوظيفة (EPC)، يمكن لمزودي خدمات الجوال تخصيص الشبكات نظريًا لتلبية المتطلبات الفريدة للعملاء الفرديين، ودمج مكونات الشبكة الفردية ومطابقتها حسب الحاجة.

• يمكن لـ (vEPC) أيضاً خفض النفقات الرأسمالية والنفقات التشغيلية عن طريق تقليل الاعتماد على الأجهزة المتخصصة مع تسريع تقديم الخدمة، والسماح بقابلية التوسع عند الطلب والاستجابة لظروف الشبكة واحتياجات المستخدم في الوقت الفعلي.

• يجب أن يشكل إطار عمل (vEPC) مكوناً رئيسياً لبنى شبكات (5G) القادمة التي يتم التخطيط لها أو تنفيذها في جميع أنحاء العالم، ودعم الأنظمة الأساسية المرتبطة مثل حوسبة الحافة متعددة الوصول (MEC).

ملاحظة:“MEC” هي اختصار لـ “multi-access-edge-computing”.