لتحقيق تطبيق 5G ، نحتاج أولاً إلى بناء ونشر شبكة 5G. في هذه المقالة ، سنحلل كيفية بناء شبكة 5G مخصصة.يمكن تنفيذ شبكة 5G مخصصة بالطريقتين التاليتين.
الأول هو نشر شبكة 5G خاصة معزولة ماديًا (صومعة 5G) مستقلة عن شبكة 5G العامة لمشغل الهاتف المحمول (مثل إعداد شبكة LAN سلكية أو Wi-Fi WLAN في مؤسسة). في هذه الحالة ، يمكن لأي شركة أو مشغل للهاتف المحمول بناء شبكة 5G مخصصة. والثاني هو بناء شبكة 5G خاصة من خلال مشاركة موارد شبكة 5G العامة لمشغل الهاتف المحمول. في هذه الحالة ، سيقوم المشغل ببناء شبكة 5G مخصصة للمؤسسة.
1) شبكة 5G LAN ذاتية البناء للمؤسسات (تردد 5G محلي ، خاص تمامًا ، غير مشترك)
2) شبكة LAN معزولة 5G تم إنشاؤها بواسطة مشغلي شبكات الهاتف المحمول (ترددات مرخصة ، خاصة بالكامل ، غير مشتركة)
3) تقاسم RAN بين الشبكات العامة والخاصة
4) تقاسم مستوى RAN والتحكم بين الشبكات العامة والخاصة
5) RAN والمشاركة الأساسية بين الشبكات العامة والخاصة (تشريح الشبكة من طرف إلى طرف)
6) N3 LBO (الاختراق المحلي)
7) F1 LBO (الاختراق المحلي)
01
شبكة 5G LAN ذاتية البناء للمؤسسات (تردد 5G محلي ، خاص تمامًا ، غير مشترك)
تنشر الشركات مجموعة كاملة من شبكات 5G (gNB ، UPF ، 5GC CP ، UDM ، MEC) داخل مبانيها (الموقع / المبنى). ترددات 5G في المؤسسة هي ترددات 5G محلية ، وليست ترددات مرخصة من مشغل الهاتف المحمول. بالنسبة للبلدان التي يتم فيها تخصيص الترددات الخاصة من قبل الحكومة ، يعد هذا هيكلًا قابلًا للبناء (يتم تنفيذه حاليًا في البلدان المتقدمة مثل اليابان وألمانيا والولايات المتحدة).
من يقوم ببنائها: في هذه الحالة ، تقوم الشركات عادةً ببناء شبكات 5G الخاصة بها ، ولكن اعتمادًا على السياسات الحكومية ، قد تساعد الأطراف الثالثة ، بما في ذلك مشغلي شبكات الهاتف المحمول ، الشركات في بناء شبكات 5G خاصة.
يمكن للشركات استخدام تردد 5G المحلي لبناء شبكة محلية 5G خاصة بها ، وبالتالي التخلص من مشاكل شبكة LAN السلكية التقليدية والشبكة المحلية اللاسلكية (عمل أسلاك كبل LAN للشبكات المحلية السلكية والمسافة القصيرة والأمن واستقرار شبكة LAN اللاسلكية). بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للكمون المنخفض للغاية والتوصيلات الكبيرة جدًا لتقنية 5G إنشاء تطبيقات مؤسسية جديدة أو تحسين التطبيقات الحالية.
المزايا: هناك مجموعة كاملة من معدات شبكات 5G المستقلة داخل المؤسسة.
الخصوصية والأمان: يتم عزل الشبكة الخاصة ماديًا عن الشبكة العامة ، مما يوفر أمانًا كاملاً للبيانات (يتم تخزين وإدارة البيانات الداخلية من أجهزة الشبكة الخاصة ، ومعلومات الاشتراك والمعلومات التشغيلية لأجهزة الشبكة الخاصة ، فقط داخل المؤسسة. بيانات المؤسسة الداخلية غير مسرب)
زمن انتقال منخفض للغاية: نظرًا لأن زمن انتقال الشبكة بين الجهاز وخادم التطبيق في غضون بضعة أجزاء من الثانية ، يمكن تنفيذ خدمات تطبيقات URLLC.
الاستقلالية: تعمل شبكة 5G الخاصة التابعة للشركة حتى في حالة تعطل مرافق مشغل الهاتف المحمول.
عيب:
تكلفة النشر: ليس من السهل على المؤسسات العادية ، وخاصة المؤسسات الصغيرة ، شراء ونشر مجموعة كاملة من شبكات 5G على نفقتها الخاصة.
المشغلون: لا يتمتع فريق تشغيل LAN (شبكة إيثرنت LAN السلكية ، وشبكة Wi-Fi اللاسلكية) المخصص الحالي بالخبرة اللازمة لبناء وتشغيل شبكات 5G ، وتحتاج الشركات إلى مهندسين مناسبين.
02
شبكة LAN معزولة 5G تم إنشاؤها بواسطة مشغلي شبكات الهاتف المحمول (ترددات 5G مرخصة ، خاصة بالكامل ، غير مشتركة)
بنية شبكة 5G المخصصة هي نفسها الموجودة في الخيار 1. والفرق الوحيد بينهما هو أن مشغلي الهاتف المحمول يستخدمون ترددات 5G المرخصة لبناء وتشغيل شبكات محلية 5G في المؤسسة.
03
تقاسم RAN بين الشبكات العامة والخاصة
يتم نشر UPF و 5GC CP و UDM و MEC في المؤسسة وهي معزولة فعليًا عن الشبكة العامة.
تتم مشاركة محطة 5G الأساسية (gNB) داخل المؤسسة فقط بين الشبكة الخاصة والشبكة العامة (مشاركة RAN).
يتم تسليم حركة مرور البيانات التي تنتمي إلى أجهزة شريحة خاصة (شبكة خاصة) إلى UPF الخاص في المؤسسة ، ويتم تسليم حركة البيانات للأجهزة التي تنتمي إلى الشريحة العامة (الشبكة العامة) إلى UPF الخاص بسحابة حافة مشغل الهاتف المحمول. بمعنى آخر ، تظل حركة مرور الشبكة الخاصة مثل بيانات التحكم الداخلي في الجهاز وبيانات الفيديو الداخلية وما إلى ذلك داخل المؤسسة فقط ، بينما يتم نقل حركة مرور خدمة الشبكة العامة مثل الصوت والإنترنت إلى شبكة مشغل الهاتف المحمول. على الرغم من أن المحطات الأساسية ليست منفصلة ماديًا ولكن منطقيًا ، إلا أنه يكاد يكون من المستحيل جمع معلومات البيانات في الشبكة الخاصة على مستوى RAN ، لذلك يتم ضمان أمان حركة بيانات الشبكة الخاصة في المؤسسة.
تم دمج وحدات 5GC CPs و UDMs الخاصة في المؤسسة ، لذلك يمكن تخزين معلومات الاشتراك ومعلومات التشغيل الخاصة بأجهزة الشبكة الخاصة في المؤسسة وإدارتها داخليًا حتى لا تتسرب إلى خارج المؤسسة.
يقع كل من UPF و MEC في المؤسسة ، ويوفران اتصالاً بزمن انتقال منخفض للغاية بين الجهاز- gNB-UPF-MEC ، وهذا النهج مثالي للشركات التي تستخدم تطبيقات URLLC مثل القيادة الذاتية والروبوتات في الوقت الحقيقي والتحكم في الطائرات بدون طيار.
04
RAN ومشاركة مستوى التحكم بين الشبكات العامة والخاصة
UPF مخصص ، MEC مدمج في المؤسسة. تتم مشاركة محطة 5G الأساسية (GNB) في المؤسسة و 5GC CP و UDM في سحابة الحافة لمشغل الهاتف المحمول بين الشبكة الخاصة والشبكة العامة (RAN ومشاركة مستوى التحكم). يتم فصل gNB و 5 gcp و udm منطقيًا بين الشبكات الخاصة والعامة ، ويتم فصل UPF و MEC ماديًا.
يتم تسليم حركة مرور البيانات التي تنتمي إلى الأجهزة الموجودة في الشريحة الخاصة (شبكة خاصة) إلى UPF الخاص في المؤسسة ، ويتم تسليم حركة مرور البيانات التي تنتمي إلى الأجهزة التي تنتمي إلى الشريحة العامة (الشبكة العامة) إلى UPF عند حافة مشغل الهاتف المحمول. تظل حركة مرور الشبكة الخاصة مثل بيانات التحكم في الجهاز الداخلي وبيانات الفيديو الداخلية وما إلى ذلك داخل المؤسسة فقط ، كما هو الحال في مشاركة RAN في 3 ، بينما يتم نقل حركة مرور خدمة الشبكة العامة مثل الصوت والإنترنت إلى شبكة مشغل الهاتف المحمول ، وأمن البيانات حركة المرور داخل المؤسسة واضحة جدًا أيضًا.
يتم تنفيذ وظائف مستوى التحكم (المصادقة ، والتنقل ، وما إلى ذلك) لمعدات الشبكة الخاصة ومعدات الشبكة العامة بواسطة 5GC CP و UDM في شبكة مشغل الهاتف المحمول.
أي أن معدات الشبكة الخاصة و gNBs و UPFs في المؤسسة قابلة للتشغيل البيني وإدارتها بواسطة شبكة مشغل الهاتف المحمول (عبر واجهات N2 و N4). هناك مشكلة محتملة تتمثل في أن معلومات التشغيل ومعلومات الاشتراك الخاصة بأجهزة الشبكة الخاصة مخزنة في خادم مشغل الهاتف المحمول ، وليس داخليًا.
كما في حالة 3 ، نظرًا لوجود UPF و MEC في المؤسسة ، فإنه يوفر اتصالًا بزمن انتقال منخفض للغاية بين الجهاز- gNB-UPF-MEC وهو مناسب للشركات التي تستخدم تطبيقات URLLC.
05
RAN والمشاركة الأساسية بين الشبكات العامة والخاصة (تشريح الشبكة من طرف إلى طرف)
عندما يتم نشر gNB داخل المؤسسة ولا توجد UPF و MEC إلا في سحابة الحافة لمشغل الهاتف المحمول ، فإن الشبكة الخاصة والشبكة العامة تشتركان في “شبكة 5G RAN منفصلة منطقيًا” (GNB ، UPF ، 5GC ، MEC ، UDM) (تقطيع الشبكة من طرف إلى طرف).
على عكس 3 ، 4 حيث توجد UPF و MEC في المؤسسة ، في هذه الحالة لا يوجد سوى gNB في المؤسسة. لا يوجد مسار مرور محلي بين جهاز 5G خاص وجهاز إنترانت (LAN) (كمبيوتر شخصي أو خادم إنترانت محلي) ، لذلك يجب أن تصل حركة المرور إلى UPF في سحابة حافة المشغل ثم تعود إلى المؤسسة من خلال خط مخصص إلى التواصل مع جهاز الشبكة المحلية.
بالإضافة إلى ذلك ، يقع MEC الذي يوفر خدمات تطبيقات 5G لأجهزة 5G في المؤسسة في سحابة حافة مشغل الهاتف المحمول.
في هذه البنية ، يمكن أن يكون زمن انتقال الشبكة (RTT) مشكلة رئيسية ، ويعتمد مقدار زمن الوصول على المسافة بين المؤسسة (جهاز 5G) وسحابة حافة المشغل (UPF ، MEC).
نظرًا لأنه يتم تحويل حركة معدات الشبكة الخاصة من المؤسسة إلى شبكة مشغل الهاتف المحمول ، فهناك مشكلة تتعلق بأمان حركة البيانات. في حين أن مشغلي شبكات الهاتف المحمول سيقومون بتقسيم UPF و MEC على سحاباتهم الطرفية للحفاظ على حركة مرور شبكتنا الخاصة منفصلة عن حركة مرور الشبكة العامة والخاصة الأخرى ، فإن تسرب حركة المرور الخاصة داخل المؤسسة يمثل مصدر قلق.
كما في الحالة 4 ، من المثير للقلق للشركات تخزين المعلومات التشغيلية ومعلومات الاشتراك على شبكة مشغل الهاتف المحمول بدلاً من الشبكة الخاصة للشركة.
تتميز هذه البنية بأقل تكلفة مقارنة بالحالات 2 و 3 و 4 التي تتطلب UPF أو 5GC CP ليتم نشرها في أماكن العمل.
ومع ذلك ، فإن المؤسسات مهتمة بالجوانب الأمنية (حركة البيانات المتولدة من نقاط نهاية الشبكة الخاصة ، ومعلومات الاشتراك والمعلومات التشغيلية لأجهزة الشبكة الخاصة) وزمن انتقال الشبكة (بين أجهزة 5G الخاصة وخوادم تطبيقات MEC ، وبين أجهزة 5G الخاصة والإنترانت / LAN الأجهزة).
06
N3 LBO (الاختراق المحلي): حالة شركة SK Telecom في كوريا الجنوبية
كما هو موضح في الشكل (أ) أعلاه ، مثل الحالة 5 ، يتم نشر gNB في المؤسسة. يتم إنشاء نفق N3 GTP عندما يتم توصيل الأجهزة بين gNB و UPF ، سواء كانت كاميرات الدوائر التلفزيونية المغلقة أو الهواتف الذكية ، وهي أجهزة شبكة عامة.
كما هو مبين في الشكل (ب) أعلاه ، تقدم المؤسسة مستوى بيانات MEC (معدات غير 3GPP ، ETSI MEC) وتطبيق MEC (تطبيق MEC). يرسل Mobile Edge Platform (MEP) في منسق مشغل الهاتف المحمول قواعد المرور إلى MEC DP عبر واجهة Mp2 (إذا كان عنوان IP الوجهة هو شبكة محلية – جهاز 5G خاص ، جهاز LAN سلكي محلي ، خادم تطبيق MEC محلي – ثم الاختراق المحلي!).
تبحث MEC DP في عنوان IP الوجهة (GTP Decap) للحزم من جميع أنفاق GTP في gNB وتوجه حزمة IP للمستخدم إلى الشبكة الخاصة الداخلية (إذا كان تدفق حركة مرور محلي).
على الرغم من أن هذه الطريقة ليست طريقة 3GPP قياسية ، فمن الممكن فصل حركة مرور الشبكة الخاصة عن حركة المرور العامة.
على عكس الحالة 5 ، لا يتم نقل حركة مرور الشبكة الخاصة إلى شبكة مشغل الهاتف المحمول ، وبالتالي فإن أمان حركة بيانات الشبكة الخاصة واضح أيضًا مثل الحالتين 3 و 4.
على عكس الحالة 3 والحالة 4 ، يمكن تقليل تكلفة بناء شبكة 5G خاصة إلى حد كبير عن طريق إضافة MEC DP منخفض التكلفة (في الواقع مفتاح SDN / P4) دون الحاجة إلى شراء معدات UPF باهظة الثمن (UPF هو معيار 5G الأكثر تكلفة الأجهزة).
بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن MEC موجود أيضًا في المؤسسة ويتعامل مع حركة مرور MEC DP ، فإنه سيكون قادرًا على خدمة التطبيقات مع زمن انتقال منخفض للغاية.
ومع ذلك ، نظرًا لأن MEC DP ليس 3GPP UPF ، لا يمكن لـ MEC DP أداء وظائف إدارة التنقل والشحن لمعدات الشبكة الخاصة.
(بالطبع ، يمكن لـ MEC DP تنفيذ بعض هذه الوظائف حيث يمكن للمشغلين وضع مواصفات خاصة تقوم بتنفيذ هذه الوظائف)
كما هو الحال مع الحالتين 4 و 5 ، من المقلق للشركات تخزين المعلومات التشغيلية ومعلومات الاشتراك على شبكة مشغل الهاتف المحمول بدلاً من الشبكة الخاصة للشركة.
07
F1 LBO (الاختراق المحلي): قضية كوريا الجنوبية KT
مثل الحالة 6 ، ولكن الاختلاف هو أنه يتم نشر RU / DU فقط في المؤسسة ، ويتم وضع CU في سحابة الحافة لشبكة الهاتف المحمول ، ويتم فصل حركة مرور الشبكة الخاصة محليًا عن واجهة F1 بدلاً من واجهة N3.
في النهاية ، كل من معماريات شبكات 5G المخصصة المذكورة أعلاه لها مزاياها وعيوبها ، ولا توجد بنية واحدة مناسبة لجميع المواقف. يمكن لكل شركة اختيار البنية التي تناسبها بشكل أفضل بناءً على متطلباتها وتنفيذها / ميزانيتها التشغيلية. (المصدر: SDNLAB)