الخيارات العملية للوصول إلى شبكة الجيل الخامس (5G) وتطبيقاتها

المعلوماتية >>>> اتصالات وشبكات

تم حفظ حجم الخط المختار

Image: https://www.freepik.com/free-photo/5g-network-smart-city-background-technology_16016557.htm#query=4G%20vs%205G&position=1&from_view=search&track=ais

يُعدّ الجيل الخامس 5G ثورة في عالم الاتصالات والتّواصل، فهو من التقنيات المتطوّرة على نحوٍ مُتسارع لتلبية احتياجات عصرنا الحالي، من حيث توفير السرعة العالية وإدخال تحسينات كبيرة من ناحية الأداء واستقرار الشبكة والتغطية، ممّا يجعلها مُلائمة للتطبيقات الحديثة من ألعاب جماعية وعمليات تحميل كبيرة يتّجه لها العالم، والتي تحقق التّفاعل بين المستخدمين وبين الأوساط المحيطة بهم (1).

يمكننا القول أن الفوائد التي سنحصل عليها عند تطبيق الجيل الخامس ستتركّز ضمن ثلاثة محاور رئيسة هي:

الشبكة المحسّنة ذات النطاق العريض (Enhanced Mobile Broadband(eMBB: إذ تُتيح هذه الميزة سرعات إنترنت عالية، وفترات استجابة أقلّ ممّا توفره شبكات الجيل الرابع 4G، وتدعم تحميل الملفات الكبيرة بسرعات عالية (1).
الاتصالات الكثيفة بين الأجهزة المتعدّدة (Massive Machine Type Communications(mMTC: تتيح هذه الميزة دعم الاتصالات المتعدّدة بين الأجهزة والتي تتطلّب تحميل وإرسال كميات كبيرة من البيانات، والتي سنجدها على نحوٍ كبير ضمن إنترنت الأشياء (IOT (1.
الاتصالات قليلة التأخير ذات الموثوقية العالية (Ultra-Reliable Low Latency Communications (uRLLC: ستوفر لنا هذه الميزة اتصالات لاسلكية موثوقة، وذات تأخير صغير جدًّا، أي يمكن الاعتماد عليها في تلبية متطلبات التطبيقات الحساسة للوقت (1).

تتبنّى عملية الانتقال إلى الجيل الخامس نموذجين رئيسين:
1. نظام الجيل الخامس غير المستقل ذاتيًّا (Non-Standalone (NSA: يمكننا تقسيمه إلى حالتين:

الحالة الأولى : تُبنى المحطّات القاعدية الخاصة بالجيل الخامس (gNB) Next Generation Node B وتُربط مع محطّات الجيل الرابع (eNB) Evolved Node B، فتتم جميع العمليات من تحكم ومعالجة وغيرها بالاعتماد على نواة الشبكة الخاصة بالجيل الرابع EPC) Evolved Packet Core)، وقد صُنّفت من قبل منظمة 3GPP ضمن: (Release-15 December 2017 with June 2018 corrections ) باسم (NSA Option 3)(1).
الحالة الثانية: تُبنى gNB وتُربط مع eNB، فيوصلان مع نواة الشبكة الخاصة بالجيل الخامس 5G-Core Network التي ستقوم بجميع العمليات من تحكم ومعالجة وغيرها، وقد صُنّفت من قبل منظمة 3GPP ضمن: (Release-15 December 2018) باسم (NSA Option 7)(1).

2. نظام الجيل الخامس المستقل ذاتيًّا (Standalone (SA: هو النموذج المتقدّم والذي تُجهز فيه بنية تحتية كاملة خاصة بالجيل الخامس 5G، أي يكون هناك وصل مباشر بين محطات gNB ونواة الشبكة الخاصة بالجيل الخامس 5G-CN، و لم يُعتَمَد على أي شيء يخص الجيل الرابع 4G، وقد صُنّفت من قبل منظمة 3GPP ضمن : (Release-15 June 2018) باسم (SA Option 2)(1).
اعتمدت أغلب الدول التي طبقت 5G ضمنها على الحالة الأولى NSA Option 3، فقد تُعدّ هذه الحالة ذات فعالية كبيرة بالنسبة لمشغلي الاتصالات الخلوية، لأنها تحقّق متطلبات المستخدمين وتُعدّ أقلّ تكلفة من الحالات الأخرى سواء بتطبيق NSA Option 7 بالاعتماد على 5G-CN أو بتطبيق SA Option 2 اعتمادًا كاملًا (1,2).

ولتوضيحها أكثر سنقوم بشرح النموذج Option-3 Variants، والذي يمتاز بانتشاره الواسع حاليًّا ضمن الدول التي طبقت الجيل الخامس 5G عمليًّا، ومن المتوقع تطبيقه لدينا في سورية قريبًا من قبل المشغلات الخلوية، إذ يشتمل على ثلاثة خيارات:

Image: Source 3GPP TR 38.801
الشكل (1): الخيارات الثلاثة في حالة (متغيرات Option 3) في نظام الجيل الخامس غير المستقل ذاتيًّا (Source 3GPP TR 38.801) (2).

الخيار الأول Option 3: في هذه الحالة نجد أنّه لدينا EPC و eNB و gNB وسيكون هنالك ترابط بين eNB وgNB ممّا يتيح لنا تطبيق خاصية الاتّصال المزدوج Dual Connectivity لتحسين أداء الخدمات اللاسلكية. إضافةً إلى ذلك، يوجد ترابط بين EPC و eNB فقط فتُؤخذ البيانات التي يحتاجها المستخدم UE عن طريق gNB وبيانات التحكم كلّها عن طريق eNB، إذ تُعالج وتُطبّق عليها كل عمليات التحكم ضمن (EPC (2.
الخيار الثاني option 3a: نلاحظ في هذه الحالة أن gNB تكون مترابطة على نحوٍ مباشر مع EPC، فتُؤخذ البيانات Data التي يحتاجها المستخدم UE مباشرةً من EPC، وتُرسَل له عن طريق gNB، أما بيانات التحكم تُمرّر عن طريق eNB بعد أن تُعالَج وتُطبّق عليها كافة عمليات التحكم ضمن (EPC (2.
الخيار الثالث Option 3x: في هذه الحالة يكون جهاز المستخدم UE على اتّصال بكل من gNB و eNB، ويكون هنالك ترابط بين هذه المحطات ممّا يتيح لنا تطبيق خاصية الاتصال المزدوج Dual Connectivity، إذ تؤخذ بيانات الجيل الخامس 5G من gNB وبيانات التحكم التي تُؤخذ عن طريق eNB بعد معالجتها كاملًا ضمن EPC، أي تُحوَّل بيانات التحكم من gNB إلى eNB وتُعالَج ضمن EPC ثمَّ تُرسل إلى UE عن طريق (eNB (2.

وإن هذه النماذج تُعتَمَد تبعًا لكلّ مشغل خلوي وقدرته على تطبيق أي نموذج منها.

ونلاحظ اختلاف هذه المتغيرات الثلاثة عن بعضها من ناحية هيكلية ترابط أجزاء الشبكة مع بعضها، لكن نجد أن جميعها تعتمد على وجود شبكة 4G على نحوٍ رئيس، إذ تُنشر أبراج التغطية gNBs ضمن نطاق منطقة تغطية أبراج الجيل الرابع eNBs، فإذا حدث أي انقطاع في شبكة الجيل الرابع 4G فإنّ شبكة الجيل الخامس 5G ستصبح خارج الخدمة لأنها تعتمد اعتمادًا رئيسًا على نواة شبكة الجيل الرابع EPC بوصفها نواةً رئيسةً تقوم بجميع عمليات التحكم والمعالجة (2,3).

تعد هذه الطريقة مُحببة من قبل شركات المشغلات الخلوية نظرًا لكفائتها، ولقلّة تكلفتها مقارنةً بالنماذج الأخرى التي تعتمد على 5G-CN، لكنّها مازالت تواجه عقبات رئيسة لايمكن حلّها حاليًّا على نحوٍ جذريّ مثل إن خرج المستخدم خارج نطاق تغطية أبراج eNB فإن خدمة الجيل الخامس سوف تتوقّف عنده بسبب اعتمادها على EPC بكل العمليات الأساسية من نقل وتحكم ومعالجة وغيرها (2,3).

بعد دراسة خصائص NSA Option 3 في الجيل الخامس، يمكننا القول بأن هذا النموذج يُمثّل خيارًا مؤقتًا للاستفادة من بعض مزايا 5G وخاصةً فيما يتعلق بالسرعات العالية eMBB، ومع ذلك مازال يعاني بعضَ العقباتِ التي تُقيّد هذا النموذج، وخاصةً فيما يتعلق بالتأخير الزمني uRLLC وعدم القدرة على استيعاب أعداد ضخمة من المستخدمين mMTC ممّا يمنع هذا النموذج من تحقيق ميزات الجيل الخامس على نحوٍ كامل، لكنّه يبقى خيارًا ممتازًا يلبّي حاجة المستخدمين ريثما تُجهّز البنية التحتيّة الخاصة بالجيل الخامس تجهيزًا مستقلًّا، والتي تساعدنا على الانتقال إلى SA Option 2 الذي سيمكننا من الاستفادة من جميع مزايا الجيل الخامس، وهذا يجعل المستخدمين يشعرون بفرق واضح عند تطبيقه تطبيقًا عمليًّا وخاصةً في تطبيقات الاتصالات الحساسة للوقت والاتصالات الحيوية (3).

المصادر:

1. Fehmi H, Amr MF, Bahnasse A, Talea M. 5G network: Analysis and Compare 5G NSA /5G SA. Procedia Computer Science. 2022 [cited 2023 Oct 8];203:594–8. Available from: هنا
2. Mohamed R, Zemouri S, Verikoukis C. 2021 IEEE International Mediterranean Conference on Communications and Networking (MeditCom). In: Performance Evaluation and Comparison between SA and NSA 5G Networks in Indoor Environment. Athens: IEEE; 2021 [cited 2023 Oct 8]. (pp. 112-116). Available from: هنا
3. EL RHAYOUR A, MAZRI T. 2019 International Symposium on Advanced Electrical and Communication Technologies (ISAECT). In: 5G Architecture: Deployment scenarios and options. Rome: IEEE; 2020 [cited 2023 Oct 8]. p. 1 -6. Available from: هنا