بنية الإصلاح الذاتي في شبكات الجيل الخامس 5G

تُعد شبكة الهاتف المحمول من الجيل الخامس معيارًا لاسلكيًا عالميًا جديدًا بعد شبكات (4G) التي توفر ما يصل إلى (20 جيجابت في الثانية) في ذروة معدلات البيانات، و(100 ميجابت في الثانية) متوسط ​​معدلات البيانات، وسيستخدم (5G) ترميز تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد (OFDM) المرتبط بقنوات تتراوح بين (100 ميجاهرتز) و(800 ميجاهرتز).

ما المقصود ببنية الإصلاح الذاتي في شبكات 5G

مع ظهور إنترنت الأشياء والظهور السلس للشبكة المنتشرة في كل مكان باستخدام تقنيات (5G)، أصبحت القدرة على تقديم خدمة مستمرة هي مطلب كل مزود خدمة إنترنت، وتقدم إنترنت الأشياء شبكة من حجم الشبكة الضخم، حيث يمثل استكشاف الأخطاء وإصلاحها والحفاظ على هذه الشبكة تحديًا وفي ضوء هذا النظام الآلي للقيام بتشخيصات الشبكة والإصلاح الذاتي التنبؤي هو حاجة العصر الحالي.

كما أنّ تقنية الإصلاح الذاتي لبيئة الجيل الخامس تتم باستخدام التحليل التنبؤي، حيث تُعتبر معلمات أداء الجهاز أو الشبكة لجمع البيانات وتحليل الحالات الشاذة محتملة، وعندما تنحرف معلمات الأداء عن النطاقات العادية يتم تشخيص المشكلات التي حدثت في الشبكة بطريقة مثمرة ويتم إجراء التحليل التنبؤي.

ملاحظة:“OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal frequency-division multiplexing”.

مبدأ عمل بنية الإصلاح الذاتي في شبكات 5G

في بنية الإصلاح الذاتي في شبكات الجيل الخامس يمكن تحقيق شبكة متداخلة أكثر كفاءة عن طريق تحسين قفزات الترحيل بين أجهزة العقد، ويمكن تحديد عدد من المسارات بين أجهزة العقد ذات الطلبات المختلفة.

وعلاوةً على ذلك يمكن تحديد عدد من المسارات الأكثر كفاءة بين أجهزة العقدة ذات الطلبات المختلفة، حيث استنادًا إلى المسارات الأكثر كفاءة، يمكن إما صيانة مسارات الترحيل بين أجهزة العقدة أو إنهاؤها ووفقًا لذلك يمكن تحديث مقاييس المسار ديناميكيًا؛ لإعادة تقييم المسارات الأكثر كفاءة من المسارات الأخرى وبالتالي تحسين أداء النظام.

كما أنّ بنية إعادة الربط الذاتية للشبكة اللاسلكية يمكن أن يكون لمعمارية التوصيل الذاتي للشبكة وصلة ربط (داخل النطاق أو خارج النطاق) ووصول متكامل ومتعدد الإرسال في برنامج الجدولة، حيث يمكن أن تسمح هذه البنية بالنشر الفائق الكثافة لبروتوكول الإرسال بموجات (mmWave (TP))، دون الحاجة إلى تكثيف النقل بشكل متناسب.

نظرًا لاستخدام الوصول إلى الصفيف المرحلي والوصلة الخلفية يمكن لمعمارية التوصيل الذاتي متعددة القفزات استخدام نفس الراديو وعلى عكس النطاقات الخلوية التي تتطلب أجهزة راديو منفصلة، وليست هناك حاجة أيضًا لإلغاء تداخل الإرسال المزدوج بالكامل.

ما هي بنية شبكة 5G الأساسية

تشير بنية شبكة (5G) إلى الأجهزة المستخدمة وكيفية تواصلها، حيث إنّها بنية موجهة نحو الخدمة وقابلة لإعادة الاستخدام وذاتية الاكتفاء يمكنها توفير شبكة عالية السرعة وزمن انتقال منخفض للغاية، حيث تستخدم هذه البنية أيضًا نطاقًا واسعًا من الترددات ممّا يتيح لها الحصول على شبكة بها العديد من الأجهزة.

وميزاتها الأخرى هي الحوسبة متعددة الوصول وواجهة الراديو العامة العامة المحسنة وتشكيل الحزمة وكما صمم المطورون بنية (5G) الأساسية من البداية مع فصل وظائف الشبكة حسب نوع الخدمة، لذلك فإنّ لها أيضًا اسم البنية المستندة إلى الخدمة الأساسية (5G (SBA))، وخصائص بنية شبكة (5G) الأساسية هي كما يلي:

• تتصل الهواتف الذكية أو الأجهزة الخلوية (5G) بأكثر من (NR)، ثم إلى شبكات البيانات أو (DN).

• هناك نقطة دخول واحدة فقط لتجهيزات المستخدم وهي وظيفة إدارة الوصول والتنقل (AMF).

• يطلب (UE AMF) لخدمة معينة، واعتمادًا على الخدمة يتم تحديد وظيفة إدارة الجلسة (SMF) لإدارة جلسة المستخدم.

• تتمثل مهمة وظيفة مستوى المستخدم (UPF) في نقل حركة بروتوكول الإنترنت من وإلى تجهيزات المستعمل والشبكة الخارجية.

• يقوم (AMF) بمصادقة (UE) باستخدام وظيفة خادم المصادقة (AUSF) للوصول إلى خدمات (5G) الأساسية.

• توفر بقية الخدمات إطار عمل للتحكم في السياسة يحكم سلوك الشبكة.

ملاحظة:“SBA” هي اختصار لـ “Service-Based Architecture” و”NR” هي اختصار لـ “New Radio”.

ملاحظة: “AUSF” هي اختصار لـ “Authentication Server Function” و”AMF” هي اختصار لـ “Auto Mains Failure”.

ما هي طبقات بنية 5G

• يتحكم بروتوكول تعديل بيانات الخدمة (SDAP) في تدفق جودة الخدمة.

• يقوم بروتوكول تقارب حزم البيانات (PDCP) بضغط عنوان (IP) لزيادة الكفاءة.

• يحتوي التحكم في الارتباط اللاسلكي (RLC) على العديد من الوظائف لضمان موثوقية البيانات ونقلها بكفاءة.

• يوفر التحكم في الوصول المتوسط ​​(MAC) آلية الوصول للعقد.

• تشير الطبقة المادية (PHY) إلى المعدات المستخدمة.

ملاحظة:“PDCP” هي اختصار لـ “Packet Data Convergence Protocol” و”RLC” هي اختصار لـ “Radio Link Control”.

أشكال علاقات بنية الإصلاح الذاتي في شبكات 5G

1- العلاقة بين بنية تقنية 5G وتقنية 3GPP

يغطي مشروع شراكة الجيل الثالث (3GPP) تقنيات الاتصالات بما في ذلك (RAN) وشبكات النقل الأساسية وقدرات الخدمة، حيث قدمت (3GPP) مواصفات نظام كاملة لهندسة شبكات (5G) والتي هي خدمة موجهة أكثر بكثير من الأجيال السابقة.

يتم توفير الخدمات عبر إطار عمل مشترك لوظائف الشبكة المسموح لها بالاستفادة منها، وتُعد نمطية وظائف الشبكة هذه وقابليتها لإعادة الاستخدام والاحتواء الذاتي، اعتبارات تصميم إضافية لهندسة شبكة الجيل الخامس الموصوفة في مواصفات (3GPP).

2- العلاقة بين بنية شبكة 5G والتردد

يتم تخصيص نطاقات تردد متعددة لراديو (5G) الجديد (NR)، ونظرًا لأن أطوال الموجات تتراوح من (1-10 مم) وتم تخصيص ترددات بين (24 جيجاهرتز) و(100 جيجاهرتز) إلى (5 جيجاهرتز) في مناطق متعددة حول العالم:

• يمكن تكييف تنوع الترددات المستخدمة مع التطبيق الفريد.

• تتميز الترددات الأعلى بعرض نطاق أعلى ومدى أقصر.

• تعد ترددات الموجات المليمترية مثالية للمناطق المكتظة بالسكان، ولكنها غير فعالة للاتصال لمسافات طويلة.

• ضمن نطاقات التردد المختلفة المخصصة لـ (5G)، بدأ كل ناقل في اقتطاع الأجزاء الفردية الخاصة به من طيف (5G).

3- العلاقة بين بنية شبكة 5G والحوسبة متعددة الوصول

تُعد الحوسبة متعددة الوصول (MEC) عنصرًا مهمًا في بنية الجيل الخامس و(MEC) هو فرع من الحوسبة السحابية التي تنقل التطبيقات من مراكز البيانات المركزية إلى حافة الشبكة، وأقرب إلى المستخدمين النهائيين وأجهزتهم.

• تتضمن خصائص (MEC) وقت الاستجابة المنخفض وعرض النطاق الترددي العالي والوصول في الوقت الفعلي إلى معلومات (RAN) التي تميز بنية (5G) عن سابقاتها.

• تحدد هذه المواصفات عوامل التمكين للحوسبة المتطورة مما يسمح لـ (MEC) و(5G) بتوجيه حركة المرور بشكل تعاوني.

• يتيح توزيع قوة الحوسبة زيادة حجم الأجهزة المتصلة المتأصلة في نشر (5G) وإنترنت الأشياء (IoT) بالإضافة إلى مزايا الكمون وعرض النطاق الترددي.

• سيتطلب تقارب (RAN) والشبكات الأساسية من المشغلين الاستفادة من الأساليب الجديدة لاختبار الشبكة والتحقق من صحتها.

في النهاية، يساعد تحليل السلاسل الزمنية على التنبؤ بأداء الشبكة في فترات زمنية مختلفة، وأثبت تحليل الأداء أنّ التحليل التنبئي وتشخيصات الشبكة يحسن أداء الشبكة من خلال الإصلاح الذاتي في شبكات (5G).