تقسيم الشبكات على الحافة

تقسيم الشبكات ليس مفهومًا جديدًا؛ فهو أسلوب لإنشاء عدة شبكات منطقية وافتراضية مميزة فوق بنية تحتية مشتركة باستخدام الشبكات المعرَّفة بالبرمجيات (SDN). كما أشرنا في مدونات سابقة، فقد أسهمت تقنيات الجيل الخامس في تسريع استخدام الشبكات المعرَّفة بالبرمجيات والمحاكات الافتراضية لوظائف الشبكات (NFV) - وكلاهما يسهِّل إنشاء شرائح الشبكة بسرعة. وبالتالي، من خلال تطبيق مبادئ المحاكاة الافتراضية نفسها على شبكات الوصول اللاسلكي (RAN)، يمكن لمشغِّل الشبكة فصل حركة المرور فعليًا عبر الشرائح.

يمكن لشرائح الشبكة دعم تطبيق معين أو خدمة محددة أو مجموعة من المستخدمين أو شبكة بعينها، كما يمكنها الامتداد عبر عدة نطاقات شبكة تشمل الوصول والنواة والنقل. ويمكن أيضًا نشرها عبر مشغِّلين متعددين. ويعني ذلك أن كل شبكة منطقية يتم تصميمها لخدمة هدف أعمال محدد، وتضم جميع موارد الشبكة المطلوبة - مكوَّنة ومتصلة من البداية إلى النهاية.

إحدى أهم ميزات تقنية الجيل الخامس هي إمكانية إنشاء شرائح الشبكة وبرمجتها ديناميكيًا لتقديم شبكة مخصصة وإدارة مشتركيها لكل عميل، مع إمكانية تحديثها باستمرار لتلبية احتياجاتهم المتغيّرة. من النطاق الترددي الفائق إلى زمن الانتقال القصير للغاية، تمتد حالات الاستخدام المحددة لتقنية الجيل الخامس وتقسيم الشبكة لتلبية احتياجات متنوعة، وتنقسم إلى ثلاث فئات رئيسية. قدَّم الإصدار 15 من مشروع الشراكة للجيل الثالث (3GPP) تفاصيل حول هذه الأنواع الثلاثة من الشرائح/الخدمات (SSTs).

• SST 1 – النطاق العريض المتنقل الفائق (أو المحسَّن) (eMBB): مخصص للتطبيقات المعتمدة على الفيديو والتي تتطلب نطاقًا تردديًا عاليًا وتولِّد أكبر قدر من حركة المرور على الشبكة المتنقلة.
• SST 2 – الاتصالات فائقة الموثوقية وذات زمن الانتقال القصير (urLLC): تمكِّن من تطبيقات مثل الجراحة عن بُعد أو اتصالات المركبة مع أي شيء (V2X)، وتتطلب من مشغِّلي الشبكات المتنقلة (MNOs) وجود قدرة على حوسبة الحافة المتنقلة.
• SST 3 – الاتصالات الجماعية للأجهزة الذكية (mMTC): والمعروفة عادةً باسم إنترنت الأشياء (IoT)، إلا إن هذه الشريحة الشبكية تخدم نطاقًا أوسع بكثير، حيث يتم توصيل مليارات الأجهزة بالشبكة. ستُنتج هذه الأجهزة حركة بيانات أقل بكثير مقارنةً بتطبيقات eMBB، لكن ستكون أعدادها أكبر بمراحل عديدة.

يُتيح تقسيم الشبكات تشغيل الخدمات بشكل متزامن. هناك تأثير جوهري لكل خدمة يتمثل في خصائصها الذاتية: تأثير صغير (Micro) حيث لا يؤثِّر تغيير شريحة واحدة في الشريحة المجاورة، وتأثير كبير (Macro) يتمثّل في نقل الموارد الفيزيائية إلى شريحة أخرى بناءً على الطلب. تعمل تقنية NFV على توفير قابلية التوسع والمرونة والعزل.

من المهم فهم أن العزل على مستوى الشبكة -حيث لا يشارك العملاء العموديون وظائف الشبكة أو الموارد مع العملاء الآخرين- في بعض الحالات لا يُعَد متطلبًا أساسيًا ولا يتناوله تقسيم الشبكة. نتيجة لذلك، يفترض تقسيم الشبكة أن عدد الشرائح المطلوبة في الشبكة الوطنية سيكون محدودًا، وأنها ستُستخدم من قِبل مؤسسات ذات احتياجات مشابهة.

قد يكون تقسيم الشبكة دون عزل الشبكة مقبولًا في بعض حالات الاستخدام التي تتطلب تغطية شبكة وطنية (مثل السيارات المتصلة)، لكن العديد من المؤسسات لا ترغب في مشاركة أيٍّ من البنية التحتية للأجهزة أو البرمجيات مع مؤسسات أخرى، ناهيك عن منافسيها. ومن هنا ظهر مفهوم الشبكات الخاصة من نوع LTE و5G.

لا ينبغي الخلط بين تقسيم الشبكة وشبكات LTE/5G الخاصة، إذ إن كل منهما يخدم تطبيقات مختلفة. تتطلب الشبكات الخاصة، التي نراها في المصانع والمطارات والموانئ ومحطات الإنتاج ومراكز التوزيع وغيرها، استخدام شبكات أساسية مخصصة. توفر هذه الشبكات الأساسية المخصصة للمؤسسة عزلًا كاملًا للشبكة، ما يمنحها سيطرة أكبر وموثوقية وجودة محددة، نظرًا لعدم مشاركتها مع عملاء آخرين.

يلبي تقسيم الشبكة احتياجات التطبيقات مثل إدارة أسطول على مستوى الدولة، حيث يوفر خدمة موثوقًا ومتحكمًا بها بغض النظر عن موقع الجهاز. بعض المحركات الأساسية لتقسيم الشبكة موضَّحة في الشكل 2.

ساعدت تقنية الجيل الخامس على تيسير وظائف الشبكة الافتراضية (VNF)، لا سيّما تقسيم الشبكة، لتحقيق المرونة التي تَعِد بها تقنية المحاكاة الافتراضية بالكامل. ومع ذلك، يجب تصميم التطبيقات البرمجية الأساسية لوظائف الشبكة بحيث تدعم أي بنية تحتية وتتمكن من أتمتة النشر وإدارة دورة الحياة بالكامل، بما في ذلك إنشاء الخدمات، والترقيات البرمجية الشفافة، وقابلية التوسع الديناميكية، وكذلك الاسترداد:

متى وكيف يجب إنشاء شريحة الشبكة؟ يجب على مشغِّلي الشبكة الإجابة عن هذه الأسئلة وأسئلة أخرى ذات صلة، بما في ذلك ما يلي:

• كيف تُنشئ الشريحة؟ (لكل خدمة، لكل قطاع، لكل تطبيق، لكل جودة خدمة).
• أين تنشئ الشريحة؟ (الخلية، مركز البيانات الإقليمي، مركز البيانات المحلي، الشبكة الأساسية).
• كم مقدار الموارد المادية التي ستحتاجها الشريحة؟ (موقع الشريحة/حجمها).
• ما أهداف زمن الانتقال؟
• كيف ستُتيح قابلية التوسع؟ (تخصيص الموارد المادية للشريحة الافتراضية).

تشمل خطوات دورة حياة شريحة الشبكة مراحل الإعداد والتفعيل والتشغيل وإيقاف الخدمة:

• الإعداد: تقييم متطلبات شريحة الشبكة. تصميم/تحديد طوبولوجيا الشريحة. إنشاء قالب شريحة شبكة وإدراجه.
• التفعيل: إنشاء مثيل شريحة الشبكة (NSI) ومثيل الشبكة الفرعية للشريحة (NSSI) اللذين يتوليان إدارة متطلبات الشريحة.
• التشغيل: تشمل هذه الخطوة تنشيط NSI/NSSI، وإجراء التعديلات اللازمة، ثم إيقاف التفعيل.
• إيقاف الخدمة: إنهاء المثيلات كلما كان ذلك ممكنًا.

يتم تفكيك طلبات الشرائح عبر كل طبقة من طبقات بنية سحابة الاتصالات، بما في ذلك طبقة التحكم في الشبكة، والطبقة الشبكية المنطقية، وطبقة اتصال الحافة. يوضِّح الرسم أدناه العمليات الحسابية التي تساعد على تحديد كيفية تقسيم الشبكة، مع تقييم سياسات ومعايير محددة في كل خطوة:

يُعَد تقسيم شبكات الجيل الخامس عملية قائمة على الطلب، وتوفِّر منتجات مثل IBM® Cloud Pak for Network Automation واجهة رسومية موحَّدة تُتيح لمشغِّلي الشبكات تنفيذ مهمة تقسيم الشبكة المعقدة وإدارة الشرائح. وتوفِّر تنسيقًا قائمًا على الهدف، مع ميزات الأتمتة القصوى وتحسين الأداء. تُتيح هذه الأدوات للمشغِّلين مراقبة حالة الشرائح ومقاييس اتفاقيات مستوى الخدمة (SLA)، كما تمنحهم القدرة على التعامل بسرعة مع أي تنبيهات أو تعديلات.

تُتيح تقنية الجيل الخامس ابتكار نماذج الأعمال الجديدة في جميع الصناعات. ويُتيح تقسيم الشبكات لمشغِّلي الشبكة تحقيق أقصى استفادة من موارد الشبكة ومرونة الخدمات. يمكن مشاركة بعض وظائف الشبكة بين الشرائح، بينما يتم نشر وظائف أخرى خصيصًا لخدمة معينة في الشريحة. تمكِّن ميزات مثل هذه مزوِّدي خدمات الاتصالات من تقديم خدمات مبتكرة لدخول أسواق جديدة وتوسيع أعمالهم.

يقدِّم مركز بنية IBM Cloud العديد من البنى المرجعية الهجينة ومتعددة السحابات، بما في ذلك أطر عمل الذكاء الاصطناعي. ابحث عن البنية المرجعية IBM® Network Automation والبنية المرجعية IBM® Edge Computing.

شكر خاص لـ Sanil Nambiar على مراجعة المقال.

• ™IBM Garage
• IBM Edge Application Manager
• IBM Cloud Pak for Network Automation
• IBM Cloud للاتصالات
• تقنية الجيل الخامس (5G) وحوسبة الحافة

• "ما المقصود بتقسيم الشبكة؟" - Blueplanet (الرابط موجود خارج موقع ibm.com).
• "تقسيم الشبكة" - Ericsson (الرابط موجود خارج موقع ibm.com).