با پیشرفت تکنولوژی و ورود شبکه‌های نسل پنجم (5G)، نیاز به راهکارهای نوینی برای بهینه‌سازی و مدیریت منابع شبکه بیشتر از همیشه احساس می‌شود. یکی از این راهکارها، برش‌زنی شبکه (Network Slicing) است که امکان ارائه سرویس‌های مختلف با کیفیت خدمات متفاوت را فراهم می‌کند. در این مقاله، به بررسی مفاهیم برش‌زنی شبکه، انواع سرویس‌های 5G و همچنین معماری Open RAN به عنوان یک راهکار نوین برای بهبود عملکرد شبکه‌های نسل پنجم می‌پردازیم.
برش‌زنی شبکه در 5G
برش‌زنی شبکه یک فناوری کلیدی در شبکه‌های نسل پنجم مخابرات سیار است که با این روش، منابع شبکه برای ارائه سرویس‌های مختلف به برش‌های مختلفی از هم تفکیک می‌شوند. این فناوری امکان تخصیص منابع بهینه و افزایش کارایی شبکه را فراهم می‌کند. سه دسته اصلی سرویس در شبکه‌های نسل پنجم عبارتند از:
Enhanced Mobile Broadband (eMBB)
این سرویس‌ها نیاز به پهنای باند بالا دارند و برای کاربردهایی مانند پخش ویدئو 8K و بازی‌های واقعیت مجازی استفاده می‌شوند.
Ultra-Reliable Low Latency Communications (URLLC)
این سرویس‌ها به تأخیر بسیار کم و قابلیت اعتماد بالا نیاز دارند و برای کاربردهایی مانند وسایل نقلیه خودران، اینترنت لمسی و جراحی‌های از راه دور مورد استفاده قرار می‌گیرند.
Massive Machine Type Communications (mMTC)
این سرویس‌ها نیاز به اتصال به تعداد زیادی از دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT) دارند که باید حجم زیادی از داده‌ها را انتقال دهند.
چالش‌های تخصیص منابع در 5G
تخصیص بهینه منابع در شبکه‌های نسل پنجم به منظور کاهش هزینه‌ها و افزایش رضایت کاربران امری بسیار مهم است. این کار با چالش‌های بسیاری از قبیل تداخل، محدودیت در ظرفیت لینک‌های fronthaul، محدودیت توان در ماشین‌های مجازی و غیره مواجه است. مطالعات بسیاری بر روی تخصیص بهینه منابع در Cloud RAN (C-RAN) با در نظر گرفتن محدودیت‌های توان، نرخ داده و تأخیر برای سرویس‌های مختلف انجام شده است.
معماری Open RAN
شبکه‌های دسترسی رادیویی موجود (RAN) فاقد انعطاف‌پذیری و باز بودن کافی برای رسیدگی به نیازهای سرویس‌های کنونی هستند. برای حل این مشکل، معماری RAN باز (O-RAN) به عنوان یک پارادایم جدید پدید آمده است. O-RAN می‌تواند به صورت هم‌زمان از چندین سرویس با هزینه کمتر و انعطاف‌پذیری بالاتر پشتیبانی کند. این معماری با استفاده از مزیت‌های RAN مجازی (V-RAN) و C-RAN، قابلیت‌های جدیدی را به شبکه‌های نسل پنجم اضافه می‌کند.
تفاوت‌های C-RAN و O-RAN
در معماری C-RAN، بخش رادیویی شبکه به دو بخش اصلی Radio Remote Head (RRH) و Baseband Unit (BBU) تقسیم می‌شود. چندین RRH توزیع‌شده می‌توانند به یک BBU مرکزی متصل شوند که به آن BBU-pool گفته می‌شود.
در مقابل، O-RAN بخش رادیویی را به سه بخش اصلی تقسیم می‌کند:
Radio Unit (O-RU)
این بخش شامل تجهیزات رادیویی است که امواج رادیویی را ارسال و دریافت می‌کند.
Distributed Unit (O-DU)
این بخش مسئول پردازش‌های پایه زمان واقعی (real-time) است.
Central Unit (O-CU)
این بخش مسئول پردازش‌های پایه زمان غیرواقعی (non-real-time) است.
مزایای Open RAN
- انعطاف‌پذیری و پیکربندی مجدد: جداسازی و مجازی‌سازی، استقرار انعطاف‌پذیر بر اساس اصول ابری را امکان‌پذیر می‌سازد.
- تنوع تامین‌کنندگان: رابط‌های باز با قابلیت تعامل با یکدیگر به اپراتورها این امکان را می‌دهد تا تجهیزات را از تامین‌کنندگان مختلف تهیه کنند.
- کنترل هوشمند مبتنی بر داده: رابط‌های باز و پشته‌های پروتکل تعریف‌شده توسط نرم‌افزار، قابلیت کنترل هوشمند حلقه‌بسته مبتنی بر داده را برای RAN ممکن می‌سازند.
با توجه به تمامی مطالب ذکر شده، برش‌زنی شبکه و Open RAN به عنوان راهکارهای نوین، نقش بسیار مهمی در بهینه‌سازی و مدیریت منابع شبکه‌های نسل پنجم ایفا می‌کنند. این فناوری‌ها با افزایش انعطاف‌پذیری، کاهش هزینه‌ها و بهبود کارایی شبکه، می‌توانند پاسخگوی نیازهای متنوع و پیچیده سرویس‌های مختلف باشند. برای محققان و متخصصان حوزه مخابرات بیسیم، آشنایی و تسلط بر مفاهیم و کاربردهای این فناوری‌ها ضروری و حائز اهمیت است
Network Sliced ORAN System
در مقاله Resource Allocation in an Open RAN System using Network Slicing، علاوه بر ارائه اطلاعات بیشتر در خصوص تخصیص منابع در ORAN از طریق برش‌زنی، سیستمی در ORAN طراحی کرده است که از سه دسته سرویس نسل پنجم مخابرات سیار از جمله eMBB، URLLC و mMTC از طریق برش شبکه و تخصیص منابع پشتیبانی می‌کند.