وظائف الشبكة ذاتية التنظيم SON في شبكات الاتصالات

في الآونة الأخيرة أدت الزيادة الهائلة في مبيعات كل من الهواتف الذكية وبطاقات البيانات المحمولة إلى زيادة كبيرة في كمية اتصالات البيانات التي تمر عبر شبكات الاتصالات المتنقلة، ويمكن أيضًا أن تُعزى هذه الزيادة الحجمية إلى التحسينات التي تم إجراؤها على قدرات الشبكات.

عمليات النشر للخلايا الصغيرة في الشبكات ذاتية التنظيم

يمكن تشغيل الخلايا الصغيرة في شبكة لاسلكية لتوفير اتصال شبكة لاسلكية بالعديد من أجهزة المستخدم وكما يمكن للخلية الصغيرة أن تتعاون مع الأجهزة الأخرى في الشبكة اللاسلكية للتنظيم الذاتي؛ لتقديم خدمات الاتصال بكفاءة، ويشار إلى الشبكة التي تحتوي على مثل هذه العمليات على أنها شبكة ذاتية التنظيم (SON).

يمكن تشغيل أجهزة (SONs) ​​ونشر المحطات الأساسية في شبكة اتصالات لاسلكية، وتستخدم مبادئ الشبكات ذاتية التنظيم لتخصيص الموارد للسماح لمالكي الطيف بمشاركة الطيف، مع شركات الاتصالات اللاسلكية وفقًا لشروط الترخيص المحددة، ويطلب خادم شبكة التنظيم الذاتي الوصول إلى الطيف الثانوي.

(SON) هي وظيفة تمكّن الشبكات من تنظيم موارد الشبكة الخاصة بها بطريقة تلقائية وفعالة من أجل زيادة أداء الشبكة العام وكفاءة التشغيل والتغطية والسعة والموثوقية وما إلى ذلك، وتوفر طريقة تشغيل وحدة شبكة التنظيم الذاتي (SON) في شبكة اتصالات واجهة برمجة تطبيقات مفتوحة (API)؛ لإطار عمل (SON) وتنفذ وحدة (SON).

تصل وحدة (SON) إلى وظائف إطار عمل (SON) باستخدام واجهة برمجة التطبيقات، وقد يتم إنشاء وحدة (SON) بواسطة مطور بخلاف مزود نظام (SON)، ويمكن تحميلها في إطار عمل (SON) بواسطة مشغل آخر غير مزود نظام (SON)، وقد يتم فرض قيود مختلفة على واجهة برمجة التطبيقات لتوفير واجهة مفيدة أثناء حماية الشبكة.

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

ملاحظة:“API” هي اختصار لـ “Application Programming Interfaces”.

حالات استخدام الشبكة ذاتية التنظيم

عادةً ما تقوم أنظمة (SON) بتنفيذ مجموعة محددة من حالات استخدام (SON) وتتطلب تحديثات من مزود نظام (SON) لتنفيذ حالات استخدام إضافية لـ (SON)، وبالتالي فإنّ مشغل الشبكة يعتمد على مزود نظام (SON) لتنفيذ حالات استخدام (SON) الجديدة.

في بعض الحالات قد يكون للمشغل حالات استخدام (SON) الخاصة به والتي يرغبون في تنفيذها في الشبكة، وكما يتم تحميل وحدة (SON) في إطار عمل (SON) من خلال واجهة مستخدم وقد يتم إنشاء وحدة (SON) بواسطة مطور غير مزود نظام (SON)، ويتم تحميلها في إطار عمل (SON) بواسطة مشغل آخر غير مزود نظام (SON).

قد تتضمن البيانات التي يتم توصيلها بين نظام (SON) وأداة التخطيط معلومات تكوين النظام مثل: مواقع الخلايا ومواقع المحطات الأساسية واتجاهات توجيه الهوائيات وما إلى ذلك، وقد تتضمن البيانات التي يتم الاتصال بها بين نظام (SON) ونظام إدارة الإنذار والتي يتم إنشاؤها بواسطة عناصر الشبكة ويقرأها نظام (SON).

يتم استخدام مبادئ الشبكات ذاتية التنظيم لتخصيص الموارد للسماح لمالكي الطيف بمشاركة الطيف مع شركات الاتصالات اللاسلكية، والشبكة ذاتية التنظيم (SON) هي تقنية أتمتة مصممة لجعل التخطيط والتكوين والإدارة والتحسين لشبكات الوصول إلى الراديو المحمول أبسط وأسرع.

أهداف الشبكة ذاتية التنظيم

شبكة التنظيم الذاتي (SON) عبارة عن إطار عمل يقوم بأتمتة بعض وظائف التخطيط بالإضافة إلى وظائف الصيانة لشبكات المحمول، وكما أنّه يقلل من التداخل بين الخلايا المجاورة وبين الخلايا الكبيرة والصغيرة وهي تقنية أتمتة لعمليات التشغيل والصيانة (O&M) لشبكات (LTE)، المحددة في مشروع شراكة الجيل الثالث (3GPP).

شبكات التنظيم الذاتي (SON) عبارة عن مجموعات من الوظائف المدفوعة بالذكاء الاصطناعي أو التعلم الآلي من أجل التكوين التلقائي والتحسين والتشخيص وتحسين الشبكات الخلوية، وإنّه يقلل من تكلفة تشغيل شبكات المحمول عن طريق التخلص من التكوين اليدوي لعناصر الشبكة، واستكشاف المشكلات التشغيلية وإصلاحها.

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

ملاحظة:“3GPP” هي اختصار لـ “3rd Generation Partnership Project”.

أنواع بنية الشبكة ذاتية التنظيم SON

1- بنية الشبكة ذاتية التنظيم المركزية SON

في بنية (SON) المركزية يتم تنفيذ الأوامر والطلبات وبيانات إعدادات المعلمات على مستوى إدارة الشبكة وتتدفق إلى عناصر الشبكة بينما تتدفق بيانات القياس والتقارير من العناصر إلى إدارة الشبكة، وبالتالي فإنّ خوارزميات (SON) قادرة على أخذ المعلومات من جميع أجزاء الشبكة وتحسين المعلمات.

كما تتمتع أجهزة (SON) المركزية بحماية أفضل ضد عدم استقرار الشبكة، وحلول شبكة (SON) التابعة لجهات خارجية ممكنة أيضًا لأنه يمكن إضافة الوظائف على مستوى إدارة الشبكة، ومع ذلك فإنّ بعض المشكلات المرتبطة بـ (Centralized SON) هي أوقات استجابة أطول، وزيادة حركة العمود الفقري نتيجة لتدفق البيانات ثنائي الاتجاه من إدارة الشبكة إلى عناصر الشبكة، ويؤدي هذا بدوره إلى إطالة الوقت الذي تستغرقه الشبكة للتكيف مع التغييرات.

2- بنية الشبكة ذاتية التنظيم الموزعة SON

• يتم توزيع الأوامر عبر حافة الشبكة، حيث تتبادل كل عقدة الرسائل المرتبطة بـ (SON) مباشرةً مع العقد الأخرى.

• وهذه البنية أكثر مرونة من (Centralized SON) وتزيل مشكلة أوقات الاستجابة الأطول وكما أنّه يتوسع بشكل أفضل مع زيادة عدد الخلايا في الشبكة.

• ومع ذلك فإنّ تحسين العقدة الفردية لا يُترجم بالضرورة إلى التشغيل الأمثل للشبكة، وكما أنّ التطبيق خاص بالمورد ممّا يجعل حلول الجهات الخارجية صعبة.

3- بنية الشبكة ذاتية التنظيم الهجينة SON

إنّ بنية الشبكة ذاتية التنظيم الهجينة (SON) جزءًا من خوارزمية (SON) يتم تشغيلها على مستوى إدارة الشبكة، بينما يتم تشغيل جزء آخر على عناصر الشبكة في محاولة للجمع بين مزايا البنى المركزية والموزعة ومع ذلك في حين يتم الجمع بين المزايا، فإنّ العيوب لا تلغي بعضها البعض.

وهذا يعني أنّ حركة المرور المرتبطة بـ (SON) في العمود الفقري المرتبط بـ (SON) المركزية ستكون متناسبة مع عدد عناصر الشبكة، ممّا يجعل من الصعب توسيع نطاقها ومن الصعب أيضًا تنفيذ حلول الجهات الخارجية.

أهمية الشبكة ذاتية التنظيم SON

• زاد عدد عناصر ومعلمات الشبكة التي يجب تعيينها يدويًا بشكل كبير من جيل واحد من الشبكات اللاسلكية إلى الجيل التالي.

• من (4G) إلى (5G) وحتى (6G) النظري تستمر هذه العناصر في الزيادة وقد يصبح من المستحيل مواكبة التكوين اليدوي.

• يأتي تقدم الشبكات اللاسلكية من (2G) إلى (5G) الحالي أيضًا مع تشغيل عمليات متوازية من جانب مزودي الخدمة.

• لا يؤدي ظهور (5G) إلى القضاء على عمليات (2G) إلى (4G) لأنها لا تزال الدعامة الأساسية في العديد من الأماكن.

• وبالتالي يحتاج المشغلون إلى تنسيق عمليات شبكاتهم لزيادة الكفاءة.

في النهاية، تشير شبكات التنظيم الذاتي (SON) إلى التقنيات التي تعمل على أتمتة وظائف تكوين الشبكة الرئيسية وتحسينها، في شبكة الاتصالات ينفذ نظام (SON) حالات استخدام (SON) لتكوين أداء شبكة الاتصالات.