World of Science
May,Volume-6, Issue-5
5G RADIOALOQA TIZIMINING XUSUSIYATLARI
M.Sultonova
TATU Dotsent, maxbubasultonova1473@gmail.com
B.Boltayev
TATU Magistrant bekzodboltayev.tuit@gmail.com
Annotatsiya: Ushbu maqolada intellektual transport tizimlari uchun joriy qilingan 5G
aloqa texnologiyalari o‘rganib chiqildi. 5G tizimi kontseptsiyasining mohiyati taqdim etildi va
tarmoq funksiyalarini virtualizatsiya qilish (NFV) muammosi tahlil qilindi. ITS shaklida
amalga oshirilgan 5G aloqa tizimining arxitekturasi bo'yicha takliflarni uning ishlashining turli
holatlari bo'yicha tahlil qilish muhim qismidir. Ushbu maqolaning maqsadi radioaloqa
tizimining amalga oshirilishi sifatida taqdim etilgan ITS tizimi uchun 5G aloqa tarmog'ining
amaliy arxitekturasini o'rganishdir.
В данной статье изучаются технологии связи 5G, внедренные для
интеллектуальных транспортных систем. Сначала представлена суть концепции
системы 5G и проанализирована проблема виртуализации сетевых функций (NFV).
Важная часть анализа предложений по архитектуре системы связи 5G,
реализованной в виде ИТС, по различным сценариям ее работы. Целью данной
статьи является изучение практической архитектуры сети связи 5G для системы
ИТС, представленной как реализация системы радиосвязи.
In this article, 5G communication technologies introduced for intelligent transport
systems are studied. The essence of the 5G system concept is presented and the problem of
network function virtualization (NFV) is analyzed. An important part of the analysis of the
proposals for the architecture of the 5G communication system, implemented in the form of
ITS, in terms of its operation. The purpose of this paper is to study the practical architecture
of a 5G communication network for an ITS system presented as an implementation of a radio
communication system.
Kalit so'zlar: 5G, Virtualizatsiya, ITS, Tarmoqni bo‘lish, 5G arxitekturasi.
5G tizimini uning xususiyatlari va ishining umumiy mohiyati, shu jumladan tarmoq
qurishning inqilobiy kontseptsiyasi, tarmoq funktsiyalari va asosiy tamoyillari hisobga olingan
holda aniqlash kerak albatta.
5G radioaloqa tizimi global simsiz ulanish tizimi yoki mexanizmlar, texnikalar,
algoritmlar va ilovalarni (IT va radioaloqa) birlashtirgan tizimlar to'plamidir va shu bilan
radioaloqa texnikasida qurilgan. Bu odamlar, shaxslar va qurilmalar, shuningdek,
qurilmalarning o'zlari o'rtasida inson aralashuvisiz ma'lumotlarni uzatish imkonini beradi. U
global IoT doirasidagi aloqani va transport vositalari o'rtasidagi umumiy aloqani (V2V, V2I,
V2X), shuningdek, avtomobil ichidagi echimlarni (Car-to-X), ayniqsa yo'l harakati xavfsizligi,
boshqaruv va boshqa sohalardagi ilovalarni o'z ichiga oladi. Tizim juda yuqori uzatish tezligi,
ulanishlarning yuqori barqarorligi va ishonchliligi va erishilgan yutuqlar, shuningdek, juda past
kechikish va energiya iste'moli bilan ishlashi mumkin, shu bilan birga tizim birlik maydoni
482
World of Science
May,Volume-6, Issue-5
uchun qo'llab-quvvatlanadigan juda ko'p sonli terminallar bilan ishlash bo'yicha xizmatlarni
taqdim etadi.
5G tizimi shunday ishlaydiki, ma'lumotlarni uzatish jismoniy va virtual yadro tarmog'i,
jismoniy va virtual radio ulanish tarmog'i, virtual dasturiy-mantiqiy tarmoq qatlamlari (tarmoq
bo'laklari deb ataladi) yordamida hech qanday to'siqlarsiz kvazireal vaqtda amalga oshiriladi.
5G tizimlarining maqsadlari aloqa tizimining umumiy ta'rifini tuzatish zarurligini
anglatadi. Aloqa tizimi jismoniy qurilmalar va ularning dasturiy ekvivalentlari (dasturiy
ta'minot), shu jumladan virtual qurilmalar o'rtasida hamkorlik qilish va ma'lumot almashish
tamoyillari va qoidalari to'plami bo'lib, ular ushbu qurilmalar va dasturiy ta'minotning
funktsiyalarini, shuningdek ularning o'zaro munosabatlarini aniq belgilaydi. Radioaloqa tizimi
axborotni radio (simsiz) uzatish imkonini beruvchi aloqa tizimidir. Tarmoq - bu tizimning
jismoniy amalga oshirilishi. Jismoniy tarmoq ichida biz qurilmalarning virtual ekvivalentlaridan
foydalanishimiz mumkin, shuningdek, virtual-mantiqiy tarmoq bo'laklari ham amalga
oshirilishi mumkin. E'tibor bering, bu tarzda 5G radioaloqa tizimini radio-tizim sifatida ko'rish
kerak. Bu tushunchaning ommaviy foydalanishga kirishi nihoyatda muhim va to‘liq asoslidir.
Hozirgi vaqtda standartlashtirish natijalari shuni ko'rsatadiki, 5G tarmoq arxitekturasi
LTE arxitekturasidan unchalik farq qilmaydi [4, 5]. Bundan tashqari, tarmoqni amalga
oshirish va tarqatish jarayonida bu arxitekturalar de-fakto birlikka aylanadi, chunki ular birbirini to'ldiradi va birlashtiradi. 5G tarmog'ining asosiy qismlari quyidagilardan iborat:
•NG RAN (Yangi avlod radiosiga kirish tarmog'i) va UE (foydalanuvchi uskunasi).
•5GC (5 avlod yadrosi), bu zamonaviy asosiy tarmoq bo'lib, dastlabki bosqichda
LTEning Evolved Packet Core (EPC) bilan to'liq integratsiyalashgan.
5G
tarmog'ini
rivojlantirishning kaliti bu dasturiy ta'minotdir [6]. Umuman olganda, dasturiy ta'minot - bu
qurilma kabi ma'lum bir joyda emas, balki turli joylarda (tarqatilgan tizim) mavjud bo'lishi
mumkin bo'lgan jismoniy qurilmalar (apparat) yordamida ilgari amalga oshirilgan
mexanizmlarni dasturiy ta'minot bilan almashtirish. Shu ma'noda, qurilmalarning funktsiyalari
dasturiy ta'minot bilan ham almashtirilishi mumkin. Dasturiy ta'minotning birinchi bosqichi
odatda zamonaviy simsiz qurilmalarni amalga oshirish uchun ishlatiladigan Software Defined
Radio (SDR) ni ishlab chiqish edi. Bitta jismoniy qurilma yordamida dasturiy ta'minot sifatida
amalga oshirilgan SDR kengaytirilishi, o'zgartirilishi, qayta konfiguratsiya qilish mumkin va
uning haqiqiy cheklanishi dasturiy ta'minot platformasi bo'lgan jismoniy foydalaniladigan
elektron qurilmaning texnik imkoniyatlari doirasi hisoblanadi. Platforma aslida paketlar va
radioaloqa signallarini yuborish/qabul qilish vositasidir.
5G tarmog'ida dasturiy ta'minot nafaqat SDR, balki umumiy tarmoq tushunchalarini
ham qo'llaydi. Shunday qilib, biz Software Defined Network (SDN) haqida gapirishimiz
mumkin [6]. Asosan, oddiy o'xshashlik orqali aytishimiz mumkinki, SDN tarmog'i
arxitekturasi shunday qisqartirildiki, biz jismoniy tarmoq qurilmalaridan (tarmoq tugunlari) biz
ularning funktsiyalarini, ushbu qurilmalarni boshqarish va boshqarishni va resurslarni
belgilaydigan hamma narsani ajratamiz. Qurilmalarning texnik imkoniyatlarini ta'minlaydigan
imkon qadar ko'proq elementlarni ajratib oling va ularga faqat tarmoqdagi boshqa
qurilmalarga ma'lumotlar paketlarini qabul qilish/yuborish bilan bog'liq funktsiyalarni
qoldiriladi. Biroq, barcha ajratilgan funktsiyalar butunlay boshqa jismoniy joyda - tarmoq
bulutida amalga oshiriladigan dasturiy ta'minot bo'lishi mumkin [6, 7]. Shunday qilib, bunday
483
World of Science
May,Volume-6, Issue-5
mexanizmlar tarmoq uskunalarini dasturiy ta'minotni amalga oshirish, boshqarish, sozlash,
qayta konfiguratsiya qilish va texnik xizmat ko'rsatishni ta'minlash orqali tarmoqni
avtomatlashtirishga olib keladi.
Virtualizatsiya dasturiy ta'minotga qaraganda kengroq ma'noga ega [8]. Tarmoq
virtualizatsiyasi jismoniy telekommunikatsiya tarmog'ining mavjudligining ma'lum bir
illyuziyasini yaratish bilan bog'liq, chunki u bitta jismoniy tarmoq ichida bir nechta virtual
mantiqiy tarmoqlarni (aniqrog'i pastki tarmoqlarni) qurishga imkon beradi. Bunday xattiharakatlar ko'plab tarmoqlar mavjudligining o'ziga xos illyuziyasini yaratadi, garchi faqat bitta
jismoniy tarmoq mavjud bo'lsa va uning virtual komponentlari faqat uning jismoniy
resurslaridan birgalikda va parallel ravishda foydalanadi. Shuning uchun tarmoq
virtualizatsiyasi tushunchasi odatda bir vaqtning o'zida murakkab tarmoq funktsiyalarini
dasturiy ta'minot shaklida amalga oshirishni va shu bilan tarmoq funktsiyalarini dasturiy
ta'minot bilan almashtirishni, ushbu dasturiy ta'minot orqali qurilmalar va tarmoq
funktsiyalarini taqlid qilish mexanizmlarini qo'llashni anglatadi. Virtual tarmoq
arxitekturasining alohida elementlari turli xil virtualizatsiya usullariga asoslangan. Bu turli xil
tarmoq funktsiyalarini, shuningdek, an'anaviy ravishda tarmoq tugunlari tomonidan taqdim
etilgan ushbu funktsiyalarning butun guruhlarini virtualizatsiya qilish imkonini beradi. Ushbu
funktsiyalar dasturiy ta'minot shaklida amalga oshiriladigan ma'lum integral funktsional
guruhlarga birlashtirilishi mumkin, bu esa ushbu funktsional guruhlar o'rtasida ma'lumot
yuborish imkonini beradi. Odatda, bunday jarayon Network Function Virtualization (NFV)
deb ataladi. Dasturiy ta'minot virtualizatsiya bilan bir xil emas. Dasturiy ta'minot
virtualizatsiyaga muhtoj emas, lekin virtualizatsiya dasturiy ta'minotni talab qiladi.
5G tarmog'ini virtualizatsiya qilish dasturiy ta'minotga ham, tarmoqning ishlash usuliga
ham tegishli. Shunday qilib, "virtual" tushunchasi quyidagilarni anglatadi:
•Dasturiy ta'minot aniqlangan va amalga oshirilgan va dasturiy ta'minot qurilmalar va
tarmoq funktsiyalarini virtual bo'ladigan darajada almashtiradi va taqlid qiladi.
•Men parallel jarayonlar sifatida, shuning uchun ham parallel qayta ishlangan
dasturlarda (ilovalarda) amalga oshirdim, bu jismoniy tarmoqni tashkil etuvchi qurilmalarning
bir to'plami doirasida turli tarmoqlarning mantiqiy ekvivalentlarini yaratishga imkon beradi.
•Resurslardan foydalanish, lekin ular jismoniy foydalanilgan taqdirdagina, masalan:
tarmoq resurslari, radio resurslari, jismoniy resurslar, energiya resurslari.
Shunday qilib, 5G-da virtualizatsiya tarmoqning qismlari yoki ularning dasturiy ta'minot
sohasida (jismoniy qurilmalar emas) funktsiyalari mavjudligini va ular talab bo'yicha, faqat
zarurat tug'ilganda faollashishini anglatadi. Bunday aniqlangan radioaloqa tarmog'ining amalga
oshirilishi, shubhasiz, nafaqat radioaloqa, balki radio-infoning rivojlanishiga tengdir.
Xulosa qilib aytganda, 5G tizimining eng o'ziga xos xususiyatlari:
•Virtualizatsiya - NFV kabi tarmoqning ko'plab sohalari va funktsiyalariga tegishli.
•Softwarization - SDN tarmog'ining dasturiy ta'minotini aniqlash va amalga oshirish.
•Tarmoqni bo‘lish - bitta jismoniy tarmoq ichida mantiqiy kichik tarmoqlarni
(bo'limlarni) amalga oshirish.
•Cloud-RAN (Cloud-Radio Access Network) - RAN-dan bulutga ko'p funktsiyalarni
bosqichma-bosqich o'tkazish va markazlashtirilgan resurslarni boshqarish.
484
World of Science
May,Volume-6, Issue-5
•
Bulutdagi asosiy tarmoq - bulutdagi asosiy tarmoq funktsiyalarini taqsimlangan
tarzda amalga oshirish.
Ro'yxatda keltirilgan barcha yechimlar nafaqat tarmoqni boshqarish mexanizmlari, balki
orkestratsiya deb ataladigan vositalar yordamida ham nazorat qilinishi kerak. Bu jismoniy va
mantiqiy (dasturiylashtirilgan va virtuallashtirilgan) qismlarni sozlash, muvofiqlashtirish va
boshqarish uchun avtomatlashtirilgan qoidalar, usullar va algoritmlar to'plamidan foydalangan
holda, jarayonlarni, ilovalarni etkazib berishni va xizmatlarni optimallashtirishni ta'minlaydigan
aloqa tarmog'i va dasturiy ta'minotlangan tarmoq funktsiyalarini boshqarish mexanizmi
(kompyuter, radioinfo, radioaloqa) hisoblanadi. Orkestr boshqaruv ma'lumotlarini almashish,
foydalanuvchi ma'lumotlarini uzatish, aloqa xizmatlarini ko'rsatish va jismoniy va mantiqiy
ulanishlarni o'rnatish uchun tarmoq va dasturiy ta'minot qismlarining o'zaro ishlashini
ta'minlaydi.
Orkestratsiya - bu nafaqat doimiy o'zgaruvchan parametrlar va ish tarmog'ining shartlari
va ulanishlarni amalga oshirish, balki ilovalar, butun xizmat guruhlari va virtualizatsiya
xizmatlariga ta'sir qiluvchi parametrlar va shartlarni hisobga olgan holda tarmoq boshqaruvi
intellektining biroz yuqoriroq o'lchovidir. Bu resurslar va tarmoq qismlaridan foydalanishni
optimallashtirish imkonini beradi.
Boshqa tomondan, tarmoq virtualizatsiyasi uning turli sohalarida amalga oshiriladi va
tarmoq va xizmat ko'rsatish jihatlariga taalluqlidir [8-10]. 5Gda virtualizatsiya tarmoq
resurslarini mantiqiy quyi tarmoqlarga, yaʼni bir jismoniy tarmoq infratuzilmasida ishlaydigan
koʻplab virtual tarmoqlarni qoʻllab-quvvatlash imkonini beruvchi maʼlum dasturiy-tarmoq
tipidagi boʻlaklarga boʻlinish orqali amalga oshiriladi. Barcha bo'limlar bir xil infratuzilmadan
foydalanadi, lekin bir-biridan butunlay ajratilgan holda ishlashi mumkin (lekin shart emas).
Har bir yaratilgan bo'lak bilan o'xshash xususiyatlarga ega bo'lgan xizmatlarni amalga oshirish
(xizmatlar guruhlari - GOS) bog'lanadi, bu butun xizmatlar to'plami uchun tarmoqni
optimallashtirish imkonini beradi. Shunday qilib, virtual bo'limlarni yaratish virtualizatsiyaning
o'ziga xos usuli bo'lib, u bitta jismoniy infratuzilma doirasida bir nechta mantiqiy tarmoqlarni
ishga tushirishdan iborat. Asosiy afzallik - bu nafaqat tarmoq funktsiyalari, balki hisoblash va
ma'lumotlarni saqlash ham amalga oshiriladigan end-to-end (E2E) amaliy qatlam darajasida
virtual tarmoqlarni yaratish qobiliyatidir. Maqsad uyali aloqa tarmoqlari operatorlariga dastur
darajasida yagona tarmoq infratuzilmasini ko'paytirish uchun turli xil foydalanuvchilar ijarachilar yoki virtual operatorlar deb ataladigan tarmoq resurslarining ma'lum sohalarini
ajratish imkoniyatini berishdir.
FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR:
1.
GAJEWSKI S.: 5G ga toʻgʻri kelgan radioaloqa tizimlari evolyutsiyasi nuqtai
nazaridan transport tizimlarini rivojlantirish istiqbollari, Mikulski J. (ed) Bugungi transportda
aqlli yechimlar, Springer Verlag, Berlin Heidelberg, CCIS 715, 2017.
2.
RICHART M., va boshqalar: Virtual simsiz tarmoqlarda resurslarni kesish:
so'rov. IEEE Transactions on Network and Service Management, jild. 13, yo'q. 3, 462-476betlar, 2016 yil.
485
World of Science
May,Volume-6, Issue-5
3.
SALLENT O. va boshqalar: Radio resurslarini boshqarish nuqtai nazaridan
radioga kirish tarmog'ini kesish bo'yicha. IEEE Wireless Communications, jild. 24, 5-son,
166-174-betlar, 2017 yil.
4.
FIGURA J.: Polshadagi telematik bozor. Potentsial-trendlar - Innovatsiyalar,
Mikulski J. (ed) Transport telematikasi uchun boshqaruv istiqboli, Springer Verlag, Berlin
Heidelberg, CCIS 897 (2018).
5.
GAJEWSKA M.: Yo'l harakati xavfsizligini yaxshilash uchun V2X tizimlari va
WBAN hamkorlik bo'yicha yangi taklif. Proc.da. ITS Telecommunications (ITST) boʻyicha
15-xalqaro konferensiya, Varshava, Polsha, 2017-yil 29-31-may.
6.
3GPP TR 38.801 v. 14.0.0: Radiodan foydalanishning yangi texnologiyasi
bo'yicha o'rganish: Radiodan foydalanish arxitekturasi va interfeyslari (14-nashr). 03.2017 yil.
7.
3GPP TS 23.501 v. 15.3.0: 5G tizimi uchun tizim arxitekturasi, 2-bosqich. (15nashr), 08.2018
8.
KITINDI EJ, va boshqalar: 5G tarmoqlari uchun SDN va C -RAN bilan simsiz
tarmoq virtualizatsiyasi: imkoniyatlar va qiyinchiliklar. IEEE Access, jild. 5, 19099-19115betlar, 2017 y.
9.
KHATIBI S., va boshqalar: 5G Cloud RAN uchun virtual radio resurslarini
boshqarishni modellashtirish va amalga oshirish. Simsiz aloqa va tarmoqlar bo'yicha
EURASIP jurnali, 2017:128, 1-16-betlar, 2017 yil.
10.
ROST P., va boshq.: 5G Radio kirish tarmoqlarida virtualizatsiyaning afzalliklari
va muammolari, IEEE Comm. Jurnal, jild. 53, 12-son, 75-82-betlar, 2015 yil.
486