تخيل عالمك بوجود سرعة الإنترنت أسرع من البرق، إذ يمكنك تحميل فيلم كامل خلال ثوانٍ، وتتواصل مع أصدقائك وعائلتك من أي مكان في العالم بدقة ووضوح مذهلين، وتتحكم في منزلك الذكي بلمسة إصبع!
كل هذا أصبح ممكنًا بفضل 5G core.
في هذه المقالة، سنغوص في أعماق الجيل الخامس ونواته لفهم كيفية عملها، وكيف ستُغير طريقة استخدامنا للإنترنت وكيف ستفتح آفاقًا جديدة لا حصر لها في مختلف مجالات الحياة.
فهل أنت مستعدّ لهذه الرحلة!
لقد أضاف لنا كلّ جيل من أجيال الموبايل تطوّرًا في عالم الاتصالات والسرعات، فالـ 1G قدّم لنا الهاتف الذكي، ثمّ أضاف الـ 2G خدمة الرسائل النصية، وبعدها كان الـ 3G الذي فتح لنا بوابة الدخول إلى الأنترنت، ثم انتقلنا إلى عصر أكثر حداثة في ظلّ الـ 4G الذي أعطانا سرعات عالية في التحميل والوصول إلى عدد كبير من أجهزة الاتصال والفيديو وغيرها من الميزات التي نستمتع بها اليوم.
ولكن ومع حصول التطور الهائل في عالم الاتصالات وظهور تقنيات الواقع الافتراضي VR والواقع المعزّز AR وأيضًا تطبيقات إنترنت الأشياء IOT من المدن الذكية إلى السيارات ذاتية القيادة وغيرها. ازدادت الأجهزة المتصلة على الشبكة، وهذا يعني زيادة في عدد المستخدمين مما أدى إلى استهلاك أكبر قدر ممكن من البيانات. لذا فإن تقنية الـ 4G لم تعد تلبي تلك المتطلبات والإمكانيات العالية وأصبحنا أمام جيل جديد هو الجيل الخامس 5G، فما هي أهداف هذه التقنية؟
بُنيت شبكات الـ 5G لتحقق ثلاث محاور أساسية مهمة:
وهنا لا بدّ لنا من الإشارة إلى المعايير العالمية. التي وُضعت من قبل الـ ITU بخصوص شبكات الجيل الخامس.
تشكّل معايير IMT International Mobile Telecommunications التي يضعها الاتحاد الدولي للاتصالات ITU حجر الأساس لتحديد الإمكانيات لكل جيل اتصالات جديد من حيث الأداء والقدرات، فالمعيار IMT-Advanced هو المعيار الذي تم تطويره لشبكات الجيل الرابع والذي وفّر سرعات اتصال تبلغ 1Gbps بالإضافة إلى تحسين كبير في الكفاءة والقدرة الاستيعابية.
في حين IMT-2020 هو ما تمّ تطويره لشبكات الـ 5G والذي حدد سرعات اتصال عالية جدّا تصل إلى 20 Gbps وزمن تأخير منخفض للغاية كما وكفاءة ممتازة مع استيعاب أعداد هائلة من الأجهزة. في الجدول التالي نستعرض مقارنة لأهم الجوانب بين الجيل الرابع والخامس:
| Simplified technical difference between 4G & 5G | 4G IMT-Advanced | 5G IMT-2020 |
| Peak data rate | 1Gbps | 20Gbps |
| User Exp. Data rate | 10Mbps | 100Mbps |
| Latency | 10 msec | 1 msec |
| Spectrum efficiency | ×1 | ×3 |
| Mobility | 400 km/h | 500 km/h |
يُعتبر الـ 5G core أو 5GC بمثابة القلب النابض كما ومركز التحكم لشبكات الجيل الخامس، فهو المسؤول عن مجموعة واسعة من الوظائف الأساسية بدءًا من إدارة الوصول والتنقّل، إلى إجراءات المصادقة والترخيص وإدارة بيانات المشتركين وصولًا إلى القواعد التي تحدد كيفية عمل الشبكة واستخدامها.
بالإضافة إلى ذلك فإن وظائف الـ 5G core تعتمد كليًّا على البرامج وهي مصممة لتكون قائمة على السحابة، مما يسمح بتنفيذ أكثر مرونة كما وقابلية للتكيّف على بنى تحتية سحابية متعددة.
تتميز نواة شبكة الجيل الخامس 5G core بتعقيدها مقارنة بشبكات الجيل الرابع 4G السابقة. وذلك بسبب الوظائف المتقدمة والإمكانيات المتعددة التي توفرها. من ناحية أخرى تتألف هذه البنية من مكونات أساسية تعمل معًا بشكل متكامل لضمان سير العمل بسلاسة وكفاءة عالية، وهذه المكونات هي:
تتحكم في الوصول إلى الشبكة وإدارة حركة الأجهزة بين أبراج الإرسال والاستقبال RANs. كما وتتضمن وظيفة NSSF التي تحدد شريحة الشبكة المناسبة للجهاز.
تُنشئ وتدير جلسات البيانات بين الأجهزة والشبكة، كما وتطبق سياسات الشبكة على الجلسات.
توجه حركة البيانات بين الشبكة والأجهزة، بالإضافة إلى توفير ميزات مثل التخزين المؤقت للبيانات والتشفير من ناحية أخرى.
تحدد سياسات الشبكة التي تَحكُم كيفية استخدام الأجهزة للشبكة وتشمل سياسات مثل جودة الخدمة QOS والأمان.
تخزّن بيانات المشتركين وملفاتهم الشخصية، وهي مشابهة ل HSS في 4G ولكن سيتم استخدامها لكل من الوصول الثابت والمتحرك.
توفّر إمكانات التسجيل والاكتشاف حتى تتمكن وظائف الشبكة NFs من اكتشاف بعضها البعض والتواصل عبر واجهات برمجة التطبيقات.
على سبيل المثال:
قد تستخدم شركة ألعاب الـ NEF للسماح للآباء بمراقبة أنشطة أطفالهم على اللعبة وتحديد مدة معينة، وحظر محتوى ما.
بوابة واجهة برمجة التطبيقات والتي توفر للمستخدمين الخارجيين القدرة على مراقبة وتزويد وإنفاذ سياسة التطبيق للمستخدمين داخل شبكة المشغِّل.
كما يوحي اسمه فهو مخدّم المصادقة والمسؤول عن التحقق من صحة هوية المستخدمين، فعندما يحاول المستخدم الوصول إلى خدمة تتطلب مصادقة فإنه يتصل ب AUSF الذي يتحقق من هويته ويصدر رمزًا مميزًا يمكن بعد ذلك استخدامه من قِبل المستخدم للوصول إلى الخدمة.
💡 ولكن كيف تعمل هذه المكونات مع بعضها حتى تقدّم لنا تلك الخدمات الرهيبة من دون أن نشعر؟
أفضل طريقة لتوضيح آلية العمل هي من خلال المخطط التالي الذي يوضح تكامل المكونات مع بعضها البعض:
دعنا نشرح ماذا يحصل:
في التمثيل السابق تتصل وظائف مستوى التحكم، الموضحة داخل الخط المنقط، ببعضها البعض عبر واجهات قائمة على الخدمة (Interfaces).
تتصل وظيفة إدارة الوصول (AMF) ووظيفة إدارة الجلسة (SMF) بعقد مستوى المستخدم عبر N1 و N2 و N4 لإدارة ارتباط المُشترك والجلسات والتنقل.
تُحدد الواجهات N2 و N3 كيفية تفاعل شبكة راديو 5G مع النواة (Core)، إذ يعتمد هذا التفاعل على بنية RAN 5G، والتي تحدد كيفية اتصال مكونات شبكة راديو 5G ببعضها البعض.
ببساطة راديو الجيل الخامس الجديد هو بمثابة لغة جديدة تُستخدم من قِبل أجهزة الـ 5G كالهواتف الذكية للتواصل مع أبراج الهاتف المحمول (محطات القاعدة) في شبكات الـ 5G.
كما وأن وهذه اللغة الجديدة تحلّ محلّ لغة الجيل الرابع 4G LTE التي كانت تستخدمها أجهزة الـ 4G للتواصل مع أبراج الموبايل.
قد يبدو 5G NR معقدًا للوهلة الأولى، من ناحية أخرى دعنا نفكّك آلية عمله بطريقة مبسّطة ونناقش ثلاثة عناوين هامة:
يعمل 5G NR باستخدام تقنية وصول راديوي مشابهة لتلك المستخدمة في شبكات 4G LTE تُعرف باسم تقنية التعدد المتعامد بتقسيم التردد OFDM.
ولكن 5G New Radio لا يكتفي بذلك فهو يستفيد من تقنيات حديثة مثل تعديل الـ QAM علاوة على تشكيل الحزمة (beamforming) كما ومزايا أخرى تعمل على زيادة كفاءة الشبكة وتقليل التأخير.
تستخدم شبكات 5G NR موجات كهرومغناطيسية بترددات مختلفة ضمن نطاق الطيف اللاسلكي وتحديدًا في نطاقات فرعية محددة تحت 6 جيجاهرتز. ونطاق الموجات المليمترية mmWave.
يعتمد 5G New Radio على تقنيات هندسية جديدة تعمل على نقل المزيد من البيانات عبر الشبكة الأساسية بشكل أسرع كذلك وتحديث العمليات التي تمثل تفاعل جهاز العميل مع أجهزة الراديو الخاصة بمزود الشبكة. وإليك بعض التحسينات التي يقدمها 5G NR:
يوفر راديو الجيل الخامس الجديد نطاقًا تردديًا واسعًا يمتد من مئات الكيلو هرتز إلى موجات المليمترية. مما يتيح تلبية حالات استخدام متنوعة وأحجام خلايا مختلفة ومعدلات بيانات عالية.
يستخدم 5G NR طرقًا جديدة لتعدد الترددات المتعامدة. وأساليب ترميز القنوات.
تتيح خوارزميات إعادة استخدام التردد إمكانية تشغيل شبكات متعددة بنفس التردد حتى في البيئات المزدحمة.
يُعد تشكيل حزمة تقنية معالجة إشارة في 5G NR عامل أساسي لتحسين جودة الإشارة والتغطية.
توفر هذه التقنية سعة أكبر للشبكة.
تم تطوير عمليات زمنية قصيرة لتوفير اتصال فائق السرعة مع زمن تأخير منخفض للغاية.
كل هذه المزايا والتحسينات هي أساس المكاسب الكبيرة التي يوفرها 5G New Radio من سعة الشبكة وكمية البيانات المنقولة والتغطية، كما وهو من أهم المواضيع التي تتعلق بالـ 5G core.
يجب استيفاء عدة شروط خاصة بالأداء والاتصال حتى يتم اعتبار الاتصال اتصالًا بشبكة الجيل الخامس الجديدة (5G NR)، من ناحية أخرى إليك بعض هذه المتطلبات:
يدعم الاتصال شبكات الهاتف المحمول اللاسلكية.
يجب أن يدعم الاتصال إنترنت الأشياء (IoT). كما وهو مفهوم يشمل جميع الأجهزة والاتصالات السلكية كذلك اللاسلكية التي تشكل تجربة المستخدم الرقمية. بالإضافة إلى أجهزة العميل من دون واجهة والمجهزة بأجهزة استشعار.
وهذا يعني تشغيل الإشارات فقط عند الحاجة. مما يقلل من إجمالي قدرة المعالجة المطلوبة من أجهزة العميل.
يجب أن يستخدم الاتصال عرض نطاق ترددي تكيفي، والذي يتيح للأجهزة التبديل إلى عرض نطاق ترددي منخفض واستهلاك طاقة أقل كلما أمكن ذلك. من ناحية أخرى هذا يوفر الطاقة لاستخدامها عند الحاجة إلى نطاقات ترددية أعلى.
💡 بشكل عام، إن 5G NR يمثل تقدمًا كبيرًا في تقنية 5G كما وله تأثير كبير على كل من 5G core وشبكات الراديو.
تُقدم تقنية الجيل الخامس (5G) وعودًا بتحسينات هائلة في سرعة البيانات كما وسعة الشبكة وزمن الاستجابة من ناحية أخرى مما يفتح الباب أمام مجموعة واسعة من التطبيقات والخدمات الجديدة. ومع ذلك، هناك طريقتان رئيسيتان لنشر شبكات الجيل الخامس هما
مستقلة (Stand Alone SA) وغير مستقلة (Non-Stand Alone NSA). لكل منهما مزاياها كما وعيوبها. ومن المهم فهم الاختلافات لاعتماد الخيار المناسب لاحتياجاتك. لذا دعنا نوضحهما من خلال الجدول التالي:
| Non-Stand Alone NSA | Stand Alone SA | |
| البنية التحتية | تعتمد على بنية تحتية هجينة، إذ يتم إضافة طبقة من راديو 5G إلى بنية تحتية 4G موجودة. | بنية تحتية جديدة تمامًا. |
| النواة | 4G EPC لإدارة حركة المرور والخدمات. | نواة متخصصة لإدارة حركة مرور كما وخدمات 5G. |
| المميزات | نشر سريع، نطاق تغطية واسع، كما وتوافق مع أجهزة 4G. | أداء فائق، كما وشبكات قابلة للتطوير، ميزات 5G كاملة. |
| العيوب | أداء محدود، ميزات محدودة، كما ازدحام محتمل على شبكة 4G. | تكلفة عالية، كما ونطاق تغطية محدود في البداية. |
والآن بعد أن وصلت إلى هنا لا بدّ أنك تلاحظ مدى كبر وعُمق تقنية الـ 5G. من ناحية أخرى نجاحك كمهندس فيها يعتمد على فهمك العميق للـ 5G core وبنيته. لذا ندعوك إلى الانضمام إلينا في الكورس الشامل المقدم من أكاديمية My Communication لنبدأ معًا هذه الرحلة الممتعة. اكتشف محاوره من هنا!
في النهاية .. نكون قد تحدّثنا عن أهم المحاور التي تخصّ الـ 5G core بشكل واسع، لذا نتمنى أن تكون هذه المقالة دليلك المرشد والشامل لدخول عالم الـ 5G من أوسع أبوابها. ولأي استفسارات اضافية، تواصل معنا!
Optimized by Seraphinite Accelerator