تُعد بنية شبكة (5G UDN) العالمية ضرورية لتحقيق النشر المستقل والديناميكي للمحطات القاعدية الصغيرة، ومع ذلك لا يزال أمن شبكة (5G UDN) في أساسه ويواجه أمن اتصالات البيانات بين كيانات الشبكة تحديات جديدة.
ما هي الشبكات فائقة الكثافة UDN
الشبكات فائقة الكثافة (UDN): هي واحدة من أكثر التقنيات الواعدة في الجيل الخامس (5G) لمعالجة مشكلة سعة نظام الشبكة، كما يمكن أن يعزز إعادة الاستخدام المكاني من خلال النشر المرن والمكثف للمحطات القاعدية الصغيرة.
- “UDN” هي اختصار لـ “Ultra Dense Networks”.
أساسيات شبكة UDN
في الجيل الخامس ستشهد حركة البيانات نموًا هائلاً في السنوات القادمة، كما يمكن أن يؤدي استخدام تقنيات الطبقة المادية اللاسلكية، وعلى سبيل المثال تقنية التشفير وتكنولوجيا التعديل وتكنولوجيا الوصول المتعدد إلى زيادة كفاءة الطيف بحوالي (10 مرات) فقط، ويمكن لعرض النطاق الترددي الأوسع تحسين كفاءة الإرسال بعشرات المرات فقط وهذا بعيد كل البعد عن تلبية طلب (5G).
ومع ذلك من خلال نشر محطات قاعدة كثيفة يمكن زيادة كفاءة الطيف الناتجة عن تقليل نصف قطر تغطية الخلية بأكثر من (2700 مرة)، كما أنّ تطبيق المحطات القاعدية الصغيرة الكثيفة ذات التغطية الضيقة في الشبكة غير المتجانسة يمكن أن يحسن قدرة النظام بشكل ملحوظ، ومن أجل تعزيز قدرة نظام النقاط الساخنة الإقليمية مئات المرات، يجب أن يكون نشر شبكة القواعد الصغيرة أكثر مرونة ويجب أن تكون إعادة استخدام التردد أكثر كفاءة، لذلك تم اقتراح الشبكة فائقة الكثافة (UDN) واجتذبت اهتمامًا واسعًا.
يعتبر (UDN) أحد أكثر الحلول فعالية لتحسين قدرة النظام اللاسلكي، وإنّه يقلل المسافة بين معدات المستخدم (UE) وكيانات الشبكة ويحسن بشكل كبير من كفاءة الطيف، وفي الوقت نفسه تم تحديد (UDN) كعنصر مكون لتقنيات (5G) الأساسية المستقبلية، ومع وجود العديد من المحطات الأساسية الصغيرة التي تعمل كنقاط وصول (APs)، وتقل المسافة بين المواقع (ISD) مع زيادة كثافة كيانات الشبكة.
تختلف (AP) في (5G) عن محطة الماكرو التقليدية، ويتم نشر محطات الماكرو التقليدية بانتظام من قبل المشغلين، في حين أنّ نشر نقاط الوصول قد يكون غير منتظم أو حتى يتم نشره من قبل المستخدمين وستهدد نقطة الوصول الزائفة أو الخبيثة أمن نظام (5G)، وعلاوة على ذلك فإنّ نقاط الوصول ليست مجرد رابط شبكة جوية وسيتعاونون مع بعضهم البعض لخدمة المستخدم في (UDN).
في النقل اللاسلكي لـ (UDN)، من السهل اعتراض البيانات غير المحمية بين نقاط الوصول، لذلك فإنّ المصادقة المتبادلة واتصالات البيانات الآمنة بين نقاط الوصول الكثيفة، بما في ذلك مفاتيح الجلسات وستواجه تحديات جديدة.
باعتبارها شبكة الوصول اللاسلكي لـ (5G)، تتبنى (UDN) خطة نشر مختلفة تركز على المتطلبات الجديدة لـ “الشبكة تتبع المستخدم” وتدعم معدلات نقل أعلى للتاريخ وخدمات متعددة، كما يجب أن يدعم هذا بشكل كامل التنظيم والوصول إلى أمان نقاط الوصول الكثيفة في بيئة غير متجانسة، وأيضًا دعم الاتصال السلس لاتصالات المستخدم إلى (AP) والاتصالات من آلة إلى آلة.
لذلك تواجه (UDN) تهديدات أمنية أكثر شمولاً وتعقيدًا من الأنظمة اللاسلكية التقليدية، ومع ذلك لا يزال البحث الأمني لشبكة (5G UDN) في مرحلته الأولية ولا سيما أمن اتصال البيانات بين كيانات الشبكة، ويتم تقديم مخطط أمان خفيف الوزن جديد لاتصالات البيانات الآمنة، وفي الوقت نفسه يتم تحليل مخطط الأمان ويتم إجراء محاكاة تقييم النطاق الترددي للشبكة لإثبات كفاءة الحل.
- “ISD” هي اختصار لـ “Inter Site Distance”.
- “AP” هي اختصار لـ “Access Point”.
- “UE” هي اختصار لـ “User Equipment”.
هندسة UDN
- تتضمن سيناريوهات التطبيق النموذجية لشبكة (UDN) مناطق المكاتب والمناطق السكنية المكثفة والكتل عالية الكثافة والحرم الجامعي والتجمعات الكبيرة والملاعب ومترو الأنفاق والشقق.
- تتطلب السيناريوهات نشر الشبكة بما يكفي من المرونة والكفاءة والذكاء وقدرات التكامل.
- يتم تصميم هياكل (UDN) المختلفة باستخدام منظمات مختلفة لمحطات قاعدة مختلفة.
- يعتمد نوع واحد من (UDN) على الخلية الافتراضية الثابتة، والتي تتكون من نقاط وصول متعددة في المنطقة لتشكيل خلية ثابتة “كبيرة”، ويمكن أن توفر للمستخدمين تغطية مماثلة لتلك الخاصة بتجربة خدمة المحطة الأساسية الكلية بهوية موحدة والخدمات المشتركة.
- نوع آخر من (UDN) هو (UDN) المتمحور حول المستخدم (UUDN)، والذي يحتوي على مركز تحكم محلي منسق مع المستخدم ويتم تحديد الخلية المجاورة الافتراضية بناءً على وحدة مستخدم واحد.
- تظهر بنية (UUDN) وينظم النظام مجموعة (APs) الديناميكية (APG) التي تعتمد على حالة كل (UE).
- إنّه يوفر خدمة غير مدركة وسلسة للمستخدم من خلال التحديث الديناميكي لـ (APG) كتغطية شبكة غير مرئية تصاحب حركة المستخدم.
ملاحظة:“UUDN” هي اختصار لـ “User UDN”.
مبدأ شبكات UDN
يمكن أن يمثل مشهد هندسة الشبكة الحالي تحدياً بسبب العدد المتزايد لأجهزة المستخدم وتنوعها وعلاوة على ذلك يتزايد الطلب على معدلات بيانات أكبر ووقت استجابة أقل من قبل المستخدمين، وإنّ نشر الشبكات فائقة الكثافة (UDN) هو لدعم الشبكة اللاسلكية المستقبلية وتلبية متطلبات المستخدم في الشبكات اللاسلكية المستقبلية.
إلى جانب التقنيات الأخرى مثل الاتصال من جهاز إلى جهاز (D2D) فإنّه سيوفر فائدة للاتصال اللاسلكي، يتم تحليل التحديات في جهود البحث الحالية وعرض السبل المستقبلية، وبصرف النظر عن ذلك من خلال نشر الخلايا الصغيرة الكبيرة، يجب مراعاة عوامل مثل تفريغ حركة المرور وإمكانية وضع الخمول واستهلاك الطاقة وكفاءة الطاقة.
بشكل أساسي من التحديات المحتملة التي تم تحديدها إنّ التكامل بين (D2D) و(UDN) هو عامل تمكين رئيسي للحل المحتمل، كما يمكن تحديد الفجوات بين تكامل (UDN) و(D2D) مع التحديات والمشكلات المفتوحة التي تم تقديمها.
كما تعد شبكة (UDN) إحدى التقنيات البارزة في مضمار السباق نحو تلبية متطلبات شبكات الهاتف المحمول من الجيل التالي، وتتميز الشبكات الكثيفة بنشر وفرة من الخلايا الصغيرة في النقاط الساخنة، حيث يتم إنشاء حركة مرور هائلة.
كما تتجاوز كثافة الخلايا الصغيرة كثافة المستخدمين النشطين ممّا يوفر بيئة لاسلكية جديدة لم يسبق لها مثيل في شبكات الاتصالات المحمولة، وتعمل الكثافة العالية للخلايا الصغيرة على تقريب خلايا الخدمة من المستخدمين النهائيين ممّا يوفر مكسباً مزدوجاً، حيث يتم تحقيق جودة ارتباط أفضل ويتم تحقيق المزيد من إعادة الاستخدام المكاني.
في (5G)، تُعد (UDN) حلاً مهمًا للنمو الهائل في سعة الشبكة وحركة البيانات، وسيؤثر أمان (UDN) بشكل مباشر على أمان نظام (5G)، ومع ذلك هناك القليل من الأبحاث حول أمان (UDN) وعلى وجه الخصوص لا يزال أمن اتصالات البيانات بين كيانات شبكة (UDN) غير واضح.
- “D2D” هي اختصار لـ “Device to Device “.
