دور الشبكة ذاتية التنظيم SON في الشبكات الخلوية

يؤدي عدم تجانس الشبكات الخلوية إلى زيادة تعقيد إدارتها، حيث يتعين على المشغلين التعامل مع العديد من بائعي المعدات ومكونات الشبكة والتقنيات والترددات، كما يجب عليهم إدارة أنواع مختلفة من الشبكات في وقت واحد (2G) و(3G) و(4G) و(Wi-Fi) وتجميع ما يصل إلى (5) نطاقات طيفية، ووظائفها الأوتوماتيكية الرئيسية الثلاثة هي التكوين الذاتي والتحسين الذاتي والتطوير الذاتي.

أساسيات الشبكة ذاتية التنظيم في أجيال شبكات الاتصالات

تجعل الشبكة ذاتية التنظيم إدارة الشبكة التشغيلية أكثر كفاءة إلى حد كبير ممّا يؤدي إلى مستوى أعلى من خدمة العملاء ورضاهم، حيث يستغل النظام الميزات الأصلية لمعدات الشبكة الحديثة أو البرامج الإضافية المستخدمة بالتوازي مع الشبكة، ومن الناحية العملية يعد التكوين الذاتي أمرًا مهمًا للغاية عند نشر مواقع أو ترددات جديدة ويسرع عمليات التكليف.

وبالمثل فإنّ علاج التجديد الذاتي يقلل بشكل كبير من الوقت اللازم للتعامل مع المواقع المعرضة للحوادث، وبل إنّه يساعد في تعويض “الثقوب” التي تظهر عند توقف هذه المواقع عن العمل، والتحسين الذاتي مفيد في العديد من المواقف.

تتمثل أهم المكاسب في جودة الخدمة (QoS) وإمكانية الوصول تقليل فصل الصوت وتكييف أفضل لمعدل البيانات وتغطية أفضل، حيث يتطلب تحقيق جودة خدمة ممتازة بدون تقنية (SON) الكثير من الجهد اليدوي في التبادلات ويمكن لتقنية (SON) أن تقلل من النفقات التشغيلية بنسبة الثلث تقريبًا.

تقلل تقنية شبكة التنظيم الذاتي (SON) من تكلفة دورة حياة تشغيل شبكة الهاتف المحمول عن طريق التخلص من التكوين اليدوي لعناصر الشبكة في وقت النشر، وصولاً إلى التحسين الديناميكي واستكشاف الأخطاء وإصلاحها أثناء التشغيل، وإلى جانب تحسين أداء الشبكة وتجربة العملاء يمكن أن تقلل (SON) بشكل كبير من تكلفة خدمات مشغلي الهاتف المحمول.

ملاحظة:“QoS” هي اختصار لـ “Quality-of-Service”.

ملاحظة:“SON” هي اختصار لـ “Self-Organizing-Networks”.

تطور الشبكة ذاتية التنظيم في أجيال شبكات الاتصالات

لدعم عمليات نشر (LTE) و(HetNet) شهد المستخدمون الأوائل لـ (SON) بالفعل مجموعة من الفوائد في شكل أوقات طرح متسارعة، وترقيات شبكة مبسطة وعدد أقل من المكالمات التي تم إسقاطها ومعدلات نجاح محسّنة لإعداد المكالمات وإنتاجية أعلى للمستخدم النهائي، وتخفيف الازدحام خلال الأحداث الخاصة وزيادة رضا المشتركين والكفاءات التشغيلية مثل توفير الطاقة والتكلفة.

على الرغم من أنّ (SON) تم تطويره في الأصل كنهج تشغيلي لتبسيط نشر شبكة (RAN) الخلوية وتحسينها فإنّ مشغلي شبكات الهاتف المحمول والموردين يركزون بشكل متزايد على دمج القدرات الجديدة، مثل الحماية الذاتية ضد تهديدات الأمن الرقمي والتعلم الذاتي من خلال الذكاء الاصطناعي.

بالإضافة إلى توسيع نطاق (SON) خارج نطاق (RAN) ليشمل كلاً من الأجزاء الأساسية للجوّال وشبكة النقل والتي ستكون ضرورية لتلبية متطلبات (5G) مثل: تقطيع الشبكة من طرف إلى طرف، وبالإضافة إلى ذلك ظهرت حلول (SON) المخصصة لشبكات (Wi-Fi) وتقنيات الوصول الأخرى لتبسيط الشبكات اللاسلكية في البيئات المنزلية والمؤسسات.

نتج مفهوم (SON) المطبق في مجال الشبكات والاتصالات السلكية واللاسلكية عن تاريخ طويل من البحث الأكاديمي الأصلي، مما أدى إلى تقنيات أتمتة الشبكة والمشغلين البارزين ومصنعي المعدات لتطبيقها كحل أساسي لأتمتة الشبكة وظائف وعمليات التحسين، لا سيما في مجال النفاذ الراديوي.

ملاحظة:“RAN” هي اختصار لـ “Radio-Access-Network”.

ملاحظة:“LTE” هي اختصار لـ “Long-Term-Evolution”.

استخدامات الشبكة ذاتية التنظيم في أجيال شبكات الاتصالات

يتم بالفعل استخدام (SON) بنجاح كبير ممّا أدى إلى تحسين أداء الشبكة ومؤشر الأداء الرئيسي (KPI) بالإضافة إلى مزايا (OPEX / CAPEX)، في شبكات الوصول اللاسلكي (2G / 3G / 4G) لشبكات مشغلي الهاتف المحمول، وازداد الاهتمام بشكل كبير في السنوات القليلة الماضية مع التوسع التدريجي لنشر شبكات (5G) وبدء المشغلين في إيقاف تشغيل شبكات (2G) و(3G) من أجل ترحيل استخدام التردد إلى هياكل شبكات (4G) و(5G).

ترتبط نقطة الانطلاق الأساسية لتطوير أنظمة (SON) ارتباطًا وثيقًا بفوائد التشغيل الآلي لتقنيات (ML) والذكاء الاصطناعي (AI) من أجل التغلب على المعالجة اليدوية للجوانب المعقدة جدًا والوقت الفعلي؛ لإدارة الشبكة والتخطيط وإجراءات التحسين وكذلك البنى التحتية المتنقلة الحقيقية، حيث ينوي المشغل توسيع أو تحديث شبكة متعددة التقنيات موجودة إما في مجموعات خلايا كثيفة في المناطق الحضرية أو الريفية.

قبل (SON) كانت الخطوة الأولى في هذه العملية هي تكوين معلمات الشبكة الأساسية والنقل والشبكة الأساسية يدويًا مع إعادة تصميم شبكة المنطقة المجاورة في نفس الوقت، وإذا تم تضمين حركة المستخدم غير المتوقعة ونشاطها كعامل، فإنّ المعالجة اليدوية لجميع هذه الإجراءات تتسم بدرجة عالية من التعقيد وتستغرق وقتًا طويلاً وعرضة للخطأ.

ملاحظة:“OPEX / CAPEX” هي اختصار لـ “operational-expenditure\capital-expenditure”.

ملاحظة:“AI” هي اختصار لـ “Artificial-Intelligence”.

ملاحظة:“KPI” هي اختصار لـ “Key-performance-indicators”.

كيفية معالجة الشبكة ذاتية التنظيم في أجيال شبكات الاتصالات

يمكن معالجة هذه التحديات من خلال أنظمة (SON) نظرًا لأنّ ضبط معلمات الشبكة وتحسينها يمكن إجراؤه تلقائيًا من خلال خوارزميات (SON) الذكية في الوقت الفعلي، حيث يتم تحقيق ذلك من خلال القرارات التي تتخذها خوارزمية منصة (SON)، والتي تأخذ بيانات الشبكة في الوقت الفعلي كمدخلات وعدادات الشبكة التي تم جمعها بواسطة كيانات الشبكة المختلفة، مثل وحدات التحكم في شبكة الوصول اللاسلكي.

وكذلك وحدة التحكم في المحطة الأساسية (BSC) وحدة التحكم في شبكة الراديو (RNC) وكيان إدارة التنقل (MME) ووظيفة إدارة الوصول والتنقل (AMF)، للجيل الثاني والثالث والرابع والجيل الخامس، كما أنّه مع تطور الشبكات بعد دورة حياة نشر الشبكة مع الإجراءات التي تبدأ بالتخطيط الأولي، وتصميم الشبكة والتركيب والتشغيل والتحسين وأخيرًا الصيانة، فقط بعض الإجراءات الفرعية مثل فحص الموقع والاختيار والترخيص وشحن المعدات ولا يمكن الاستعاضة عن التثبيت أو استبدال الأجهزة بمنصات (SON).

ملاحظة:“AMF” هي اختصار لـ “Access-and-Mobility-Management-Function”.

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

ملاحظة:“BSC” هي اختصار لـ “Base-Station-Controller”.

ملاحظة:“RNC” هي اختصار لـ “Radio-Network-Controller”.

الدوافع الرئيسية لنشر SON في شبكات الجيل الحالي والتالي

تزيد شبكات (5G) من تعقيد تخطيط الشبكة وعمليات التحسين نظرًا لأن الأولى يجب أن تتعايش وتتفاعل مع الشبكات الحالية (2G / 3G / 4G / 5G) بالتوازي، ويؤدي تصميم معلمات الشبكة وضبطها وإدارتها إلى درجة عالية من التعقيد من حيث التنسيق السلس بين جميع الشبكات الحالية، ومن الواضح أنّه مع تطور البنى المعقدة، لن تكون إدارة الشبكة ممكنة بدون استخدام وظائف (SON) الآلية تعمل في الوقت الفعلي وتتلقى ردود فعل مباشرة من الشبكة.

• يجب تضمين توحيد خصائص حركة مرور الشبكة ومعلماتها من أجل دعم حالات استخدام (5G) الأساسية (e-MBB) و(URLLC) و(MTC) في أنظمة وتطبيقات (SON)، بحيث تحدد بالفعل أهدافًا لـ (5G) مثل زمن الوصول المنخفض والعالي الموثوقية ويمكن تحقيقها.

• يجب تطبيق فوائد الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لتشغيل شبكات الجيل التالي باعتبارها اللبنات الأساسية لعملية (5G) الذكية.

• تعتمد عمليات تطوير منصة (SON) وأتمتة الشبكة بشكل واضح على خوارزميات (ML) المتقدمة وتطبيقاتها.

• لا تتيح حلول الأتمتة المبسطة اتباع نهج موزع وليست فعالة وكفؤة في البيئات المعقدة.

ملاحظة:“e-MBB” هي اختصار لـ “enhanced-Mobile-Broadband”.

ملاحظة:“URLLC” هي اختصار لـ “Ultra-Reliable-Low-Latency-Communications”.

في النهاية، توفر حل الشبكة ذاتية التنظيم (SON) عرضًا عالميًا وموحدًا لتكوين الشبكة والوصول في الوقت الفعلي إلى البيانات الكاملة والدقيقة، ووظائف التدخل عن بُعد والاستخدام الآلي للأدوات المتاحة.