اقرأ في هذا المقال
- ما هي شبكات الجيل الخامس غير المتجانسة
- أساسيات شبكات الجيل الخامس غير المتجانسة
- مبدأ شبكات الجيل الخامس غير المتجانسة
- تحديات شبكات الجيل الخامس غير المتجانسة
يُطلق على العملية المتزامنة للخلايا الكلية والميكروية والبيكو والفيمتو اسم الشبكات غير المتجانسة (HetNets)، كما تًعد إدارة التداخل من أهم التحديات نظرًا للطبيعة غير المنسقة لعمليات نشر (HetNet) ومع ذلك حددت (3GPP) سيناريوهات ومتطلبات مختلفة لتحسين الخلايا الصغيرة.
ما هي شبكات الجيل الخامس غير المتجانسة
الشبكة غير المتجانسة (5G): هي شبكة تضم العديد من المتطلبات والخدمات المختلفة مثل تقنيات الوصول إلى الراديو الصوتي والبيانات (2G) و(3G) و(4G) و(5G)، وعلاوة على ذلك فإنّه يدعم أيضاً عقد وصول متعددة مثل الخلايا الكلية والجزئية والبيكو والفيمتوسيل، وتساهم هذه التقنيات المدمجة في دعم سلس للتغطية العالية والسعة وسرعة نقل البيانات، ممّا يضمن في نفس الوقت مستويات خدمة ممتازة للعملاء النهائيين.
- “3GPP” هي اختصار لـ “3rd Generation Partnership Project”.
- “HetNets” هي اختصار لـ “Heterogeneous Network”.
أساسيات شبكات الجيل الخامس غير المتجانسة
يرجع تعايش تقنيات الراديو المختلفة بشكل رئيسي إلى أسباب تكنولوجية ولكن اقتصادية أيضًا، حيث يؤدي استخدام هذه التقنيات في موازاة ذلك إلى انتقال سلس من الشبكات الحالية، إلى البنية التحتية الجديدة المستقلة 5G، وإلى أنّ تنتقل معظم شركات الاتصالات المتنقلة إلى شبكة (5G) مستقلة ويمكن دعم التوفير المتزامن لمستويات عالية من خدمات الصوت والبيانات وتعزيزه من خلال الجمع بين التقنيات الفردية معًا.
ستعمل شبكات الجيل الخامس اللاسلكية من الجيل التالي على تشغيل التطبيقات التي تتطلب ارتفاعًا في الطلب على معدلات البيانات، وأحد الحلول لحل متطلبات معدل البيانات هو السماح بتكثيف الشبكة عن طريق نشر خلايا صغيرة، وينتج عن هذا التكثيف كفاءة طيفية أعلى ويمكن أن يقلل أيضًا من استهلاك الطاقة للهاتف المحمول بسبب اتصاله بالخلية البيكوية القريبة.
يعمل هذا الحل على تحسين تغطية الشبكة بشكل كبير، ومع ذلك يتطلب هذا الحل ابتكارًا في تصغير الأجهزة وتقليل التكلفة في تصميم محطة قاعدة الخلايا الصغيرة، كما يمكن نشر محطات الخلايا الصغيرة مثل خلايا (femtocells) منخفضة الطاقة، تستخدم عادةً في عمليات النشر الخاصة بالمؤسسات أو السكنية أو خلايا بيكو ذات الطاقة الأعلى لتحسين التغطية الخارجية للخلايا الكبيرة.
يقترب العالم عندما تنتهي الاختناقات اللاسلكية بفضل أنظمة الجيل الخامس (5G) الخلوية، وبالإضافة إلى ذلك سيتم تحديد متطلبات زمن الانتقال بشكل أكثر صرامة، وهذا ليس وقت إرسال ضروريًا من خادم إلى محطة طرفية، ولكنّه وقت رحلة ذهاب وعودة من طرف إلى طرف بين وحدة تحكم وجهاز لاستخدامه في أنظمة الصناعة وإنترنت الأشياء الأنظمة.
على الرغم من أنّ زمن الوصول الذي يبلغ (1 مللي ثانية) ليس قصيراً بما يكفي لأنظمة التحكم إلّا أنّه سيكون بالتأكيد نقطة البداية لأنظمة الجيل الخامس الخلوية، وكما أنّه يتعين تطوير الخدمات من خدمات أفضل جهد إلى خدمات مضمونة الجودة من البداية إلى النهاية، وبمعنى آخر هناك حاجة إلى تطوير الوصول اللاسلكي وتقنيات الشبكات التي تتمتع بالمرونة، والتي يمكنها التعامل مع المواقف غير المتوقعة والمتطرفة التي تحدث محليًا.
مبدأ شبكات الجيل الخامس غير المتجانسة
ستكون الشبكة غير المتجانسة تقنية أساسية للتعامل معها في تقنية الشبكة الخلوية (5G) وكما يطلق عليها (HetNet) في (3GPP)، وعلى الرغم من إدخال (HetNet) بالفعل في (4G) إلّا أنّه يُستخدم فقط لتوسيع سعة النظام في المناطق المحلية ذات الكثافة المرورية العالية، ويتمثل المفهوم الأساسي لـ (HetNet) في إدخال خلايا ميكروية في منطقة خلية ماكرو؛ لتوفير ميزات لا يمكن لخلية الماكرو نفسها مواجهتها، مثل التغييرات الشديدة في حركة مرور المستخدم المطلوبة ووقت الاستجابة.
تختلف هذه البيئة باختلاف الأماكن والزمان، وبالإضافة إلى دعم السعة الأعلى في (HetNet) عندما يكون هناك حاجة إلى التعامل مع بعض متطلبات المستخدم الأخرى، يمكن إدخال تقنية جديدة للوصول إلى الراديو (RAT) في (microcell) من (HetNet)، وفي هذه الحالة سيكون انتقال الموجات المليمترية متاحاً في المستقبل القريب لأنّه يمكن استخدام عرض نطاق عريض للغاية في نطاقات الموجات المليمترية.
على الرغم من أنّ الشبكة السحابية مفيدة للجميع لأنّه يمكن إنشاء نظام خادم وعميل دون معرفة تكوينات الشبكة، ومع ذلك فإنّه سيمنع أيضًا المعرفة اللازمة لتوقع زمن الوصول لكل مستخدم وسيكون الدافع الأكثر أهمية هو سبب ضرورة وجود خادم أو وحدة تحكم الحافة؛ لتقليل زمن الانتقال من طرف إلى طرف في أنظمة الجيل الخامس الخلوية.
من أجل حل مشكلة نقص موارد الطيف والوصول عالي السرعة في شبكة (5G)، تم تضمين النظام متعدد العوامل في خوارزمية الوقواق القياسية ويتم اعتماد خوارزمية (cuckoo) متعددة العوامل، كما يتم الحصول على معلومات الطيف لمشاركة قناة الشبكة المتاحة للمستخدمين، ويتم استخدام خوارزمية البحث الوقواق للتحسين بشرط تلبية ضمان جودة الخدمة (QoS) للمستخدمين، ويتم الحصول على مخطط التخصيص الأمثل عن طريق التكرار لمرات عديدة.
إن تطور شبكات الاتصالات اللاسلكية التقليدية إلى الجيل الخامس (5G) مدفوع بالزيادة الهائلة في عدد الأجهزة المحمولة اللاسلكية والخدمات، فضلاً عن طلبها على الاتصال في جميع الأوقات وفي كل مكان ومعدلات البيانات العالية والكمون المنخفض كفاءة عالية في استخدام الطاقة وتحسين جودة الخدمة.
لمواجهة هذه التحديات تعتمد شبكة الجيل الخامس على التقنيات الرئيسية مثل الاتصالات المزدوجة الكاملة والاتصالات من جهاز إلى جهاز وتكثيف الشبكة، ويتم تصور بنية شبكات غير متجانسة، حيث تتعايش الخلايا ذات الأحجام المختلفة وتقنيات الوصول إلى الراديو، كما يؤدي الإطار التعاوني المقدم إلى تعزيز فهم القضايا التقنية الحرجة نحو الإدارة الديناميكية للطيف لشبكات الجيل الخامس غير المتجانسة.
- “RAT” هي اختصار لـ “Radio Access Technology”.
- “QoS” هي اختصار لـ “Quality of Service”.
تحديات شبكات الجيل الخامس غير المتجانسة
1- تخصيص الموارد
في كل من الشبكات القائمة على البنية التحتية وشبكات (D2D) التي لا تحتوي على بنية تحتية، من الضروري توفير موارد كافية لجميع المستخدمين، مثل قدرة الإرسال والطيف المتاح ووقت الإرسال لتخفيف التداخل وتقليل التأخير والحصول على ما يكفي الإنتاجية مع تعظيم جودة التجربة.
- “D2D” هي اختصار لـ “Device-to-Device”.
2- Backhaul
بالنسبة للشبكات القائمة على البنية التحتية تُظهر الدراسات الاستقصائية الأخيرة أنّ (96%) من المشغلين يعتبرون التوصيل أحد أهم التحديات التي تواجه نشر (5G) للخلايا الصغيرة، كما يمكن استخدام التوصيل اللاسلكي في المستقبل.
3- التكلفة
لتحسين الكفاءة من حيث التكلفة لنشر الشبكات في الجيل الخامس، من المهم أن يتم تطوير الخلايا الصغيرة بأعداد هائلة للاستفادة من وفورات الحجم، وعلاوة على ذلك يجب أن تظل النفقات الرأسمالية والنفقات التشغيلية عند الحد الأدنى.
4- كفاءة الطاقة
تعد إمكانية وضع الخمول مفتاحًا لتخفيف التداخل بين الخلايا وتوفير الطاقة في شبكة الجيل الخامس.
5- الازدواج الكامل
في نظام مزدوج كامل في (5G) يمكن للجهاز إرسال واستقبال الإشارات في نفس الوقت، ومع ذلك سيأتي التداخل أيضًا من الوصلة الهابطة والوصلة الصاعدة.
الغرض الرئيسي من (5G HetNet) هو توفير روابط وصول لاسلكية إلى أي أجهزة في ظل متطلبات حركة مرور عالية للغاية ومتطلبات زمن انتقال منخفض.
