طريقة ذكية لتحسين معدل نقل البيانات في شبكات الجيل الخامس

تتوجّه التطلعات كافة إلى شبكات الجيل الخامس* بوصفها التقنية الأحدث التي تتسم بعديدٍ من الميزات التقنية الرائدة.

وفي حين تتسارع جهود الشركات في أنحاء العالم لوضع هذه الشبكات حيّز الاستخدام، أعلن باحثون عن تقنية مُقترَحة تهدف إلى تحسين معدّل النقل فيها عن طريق تطويرها والوصول بها إلى حالة مثالية قبل انتشارها على نطاقٍ واسع.

طوّر Shih-Chun Lin -أحد باحثي جامعة كالورينا الشمالية- تقنيةً لإجراء الاتصالات الخليوية في أنظمة الجيل الخامس؛ إذ تستند هذه التقنية على تقسيم النطاق الترددي بكفاءة أكبر، وذلك بهدف تحسين معدلات نقل البيانات بين عُقدتين طرفيتين (End to End).

تُظهر عمليات المحاكاة قدرة هذه التقنية على تحقيق الهدف العالمي المتمثل في الوصول إلى 10 غيغابت في الثانية في مناطق الذروة، وهي أماكن التغطية التي يتوفر فيها أكبر عدد من المستخدمين، وضمن الأوقات التي يكثر فيها استهلاك البيانات.

يقول Shih-Chun Lin: "يعتمد نقل البيانات بين جهازين على تقنية تطبّق على الروابط جميعها بين مصدر البيانات والمستخدم النهائي، وتتضمّن هذه التقنية أجهزة وبرمجيات تأخذ بعين النظر معدل نقل البيانات، وتوافر النطاق الترددي السلكي واللاسلكي، وقوة المحطات الأساسية** (eNodeBs) في شبكات الجيل الخامس 5G، ليُستخدَم بعد ذلك نمذجةُ تحسين عشوائية*** (stochastic optimization modeling) لتحديد أكثر الوسائل فعالية في نقل البيانات واستعادتها بسرعة كبيرة ودون استهلاك الكثير من الطاقة للحوسبة".

تعتمد هذه التقنية في تنفيذ الاتصال بين عقدتين على المنظور نفسه الذي يُستخدَم في بنية الشبكات المعرّفة بالبرمجيات، وهي شبكات الجيل القادم التي تهدف إلى تحقيق قدرة أكبر على إدارة الشبكة ومراقبتها اعتمادًا على البرمجة بغية استخدامها في التطبيقات الحديثة، ولا سيما الحوسبة السحابية؛ مما يتيح للعلماء تحسين وظائف الاتصال المُتاحة جميعها في كلٍّ من الشبكات الأساسية**** (Core Network) وطبقة الوصول الراديوي***** (Radio Access Layer)، ومن ثم يساعد هذا على ضمان الحصول على نظام خالٍ من الازدحام مع زيادة سرعة نقل البيانات.

ولتحقيق ذلك، اتّجه العلماء إلى المحاكاة الافتراضية في كل من طبقات الوصول الراديوي والشبكة الأساسية -التي تُعرف عادةً بالاتصال بين عقدتين طرفيتين (end to end)- وتقديمها إلى وحدات التحكم المخصصة؛ إذ تتضمن هذه الوحدات كلًّا من مخدّمات الحزمة الأساسية****** (baseband servers) المحلية والمُتحكّمات العالية المستوى (high-level controllers).

انطلاقًا من ذلك، أُنشِئَت مشكلة المحاكاة الافتراضية التي تضمن بدايةً أنها أداة مُثلى؛ مما يساعد على تحسين التحكم بالازدحام وتقسيم الطاقة وتوجيه التدفق في خطوة واحدة سَلِسَة.

وفي الوقت ذاته، إنه يساعد على معالجة العوائق التي تكون على مستوى النظام والمحافظة على استقرار قوائم الانتظار لتمرير البيانات.

بمجرد تحويل مشكلة المحاكاة الافتراضية إلى شكل أكثر قابلية للإدارة، تُضاف خوارزمية تقسيم شبكة تكرارية مخصصة إلى هذا المزيج؛ مما يساعد على ضمان التمثيل الافتراضي الفعال للموارد بفضل تنسيق وحدة التحكم.

يقول لين (Lin) إن اختبار عملية المحاكاة في هذه التقنية يُنبّئ بمستقبل واعد؛ إذ يسعى مع فريقه البحثي لبناء أنموذج أولي يعمل بكامل طاقته.

ويضيف Lin: "يسمح لنا هذا الأنموذج الأولي بإجراء التجارب على منصة اختبار 5G، ذلك أن شبكات الجيل الخامس وفق النطاق الكامل (full scale) غير مفعّلة حاليًّا، لكنّ نتائج المحاكاة تشير إلى قدرتنا على تحقيق هدف 3GPP******* بالوصول إلى معدل نقل بيانات مقداره 10 غيغابت في الثانية في مناطق الذروة للتغطية".

كذلك قال: "نبحث حاليًّا عن شركاء في مجال الصناعة للعمل معًا على تطوير التقنية المقترحة واختبارها ونشرها بهدف تحسين أدائها، وذلك قبل اعتماد شبكات الجيل الخامس على نحو واسع". 

هوامش:

*رابط مقال "الجيل الخامس يرسم مستقبل ملامح شبكات الاتصال الخلوي": هنا

**المحطات الأساسية (eNodeBs): هي التجهيزات التي تؤمّن اتصال الهاتف المحمول مع شبكة الاتصال، وتُدعى eNodeB تعبيرًا عن تطوير تجهيزات nodeB التي استُخدِمت سابقًا في شبكات الجيل الثالث.

***نمذجة تحسين عشوائية (stochastic optimization modeling): هي مجموعة من الطرائق التي تهدف إلى زيادة أو تخفيض تابع معيّن باستخدام متغيرات عشوائية. تؤدي هذه التجهيزات وظائف عديدة ومهمة؛ مثل التشفير، والتسليم الموثوق للحزم، والتحكم بالحامل الراديوي (radio bearer).

****الشبكة الأساسية Core Network: هي نواة شبكة الاتصالات التي توفر عديدًا من الخدمات للعملاء المتصلين بالشبكة؛ إذ تتمثل مَهمتها الرئيسة في توجيه البيانات والاتصالات وفقًا لأنواع الخدمات في الشبكات المختلفة.

*****طبقة الوصول الراديوي (radio access network): هي الطبقة التي تؤمّن ربط الهواتف المحمولة وغيرها من أجهزة الاتصال اللاسلكية بالشبكة الأساسية بهدف تأسيس عمليات الاتصال.

******الحزمة الأساسية (baseband): تشير إلى مجال التردد الأصلي لإشارة الإرسال قبل تحويلها أو تعديلها إلى مجال تردد مختلف.

******* 3GPP) 3rd Generation Partnership Project): مشروع مشترك كان يهدف إلى تطوير مواصفات مقبولة عالميًّا لأنظمة الهاتف المحمول من الجيل الثالث، وذلك لتحقيق التوافق بين أغلب شبكات الاتصالات في العالم.

المصادر:

1- هنا

2- هنا

3- هنا