ما الميزات التي يدعمها وحدة المعالجة الأساسية (BBU) لقابلية التوسع الشبكي؟

تصميم عتادي وحدوي لوحدة القاعدة (BBU) يدعم التوسع الرأسي والأفقي

تعتمد معدات الاتصالات الحديثة على هياكل وحدة القاعدة (BBU) التي تدعم استراتيجيتين تكميليتين للتوسع: التوسع الرأسي — أي تعزيز الوحدات الفردية بقدرات معالجة إضافية — والتوسع الأفقي — أي نشر عدد أكبر من عُقد وحدة القاعدة (BBU) عبر الشبكة لتوزيع الحمل وزيادة السعة.

وحدات قابلة للاستبدال الساخن ومرونة الهيكل العلوي (Chassis) لنمو السعة التدريجي

يمكن للمُشغلين الآن استبدال أو تركيب مكونات الأجهزة مثل بطاقات المعالج ووحدات واجهة الراديو دون الحاجة إلى إيقاف الخدمات، وذلك بفضل وحدات قابلة للاستبدال في الموقع تدعم الميزة المعروفة بالتبديل أثناء التشغيل (Hot Swapping). وما الفائدة من ذلك؟ إنها القدرة على التوسع السريع في السعة عند الحاجة. فما عليك سوى توصيل بطاقة معالج جديدة، لترى أداء الإنتاجية يزداد بنسبة تقارب ٤٠٪ تقريبًا بشكل شبه فوري. كما تأتي تصاميم الهيكل الحديثة مزوَّدة بفتحات قياسية وأنظمة ظهرية (Backplane) قابلة للتكيُّف تعمل مع مختلف أنواع الوحدات، بما في ذلك وحدات تسريع التشفير وواجهات الربط الأمامي (Fronthaul Interfaces). وهذه المرونة تعني أن الشركات يمكنها بناء الحلول التي تحتاجها بالضبط دون أن تُلزم نفسها بمعدات مورِّد واحد فقط، بل وتوفِّر أيضًا مساحة قيمة داخل خزائن التجهيزات (Rack Space). وقد أظهرت الاختبارات الصناعية أن ميزات التبديل أثناء التشغيل هذه تقلِّل وقت التوقف الناتج عن الصيانة بنسبة تقارب ٩٠٪ مقارنةً بالأنظمة القديمة التي كانت جميع مكوّناتها ثابتة ومُركَّبة منذ اليوم الأول.

توسيع وحدات المعالجة المركزية/المصفوفات المنطقية الميدانية القابلة للبرمجة (FPGA)/وحدات معالجة الرسومات (GPU) وتحسين عرض النطاق الترددي للذاكرة للأحمال الحاسوبية المكثَّفة

تحتاج وحدات القاعدة الزمنية الحديثة (BBUs) إلى التعامل مع متطلبات تقنية الجيل الخامس المتقدمة (5G-Advanced) ومع مواصفات الشبكة الراديوية المفتوحة (Open RAN)، وبالتالي فهي تجمع بين أنواع مختلفة من قدرات المعالجة الحاسوبية. فعلى سبيل المثال، تُعنى وحدات المصفوفات البوابية القابلة للبرمجة الميدانية (FPGAs) بتلك المهام الفائقة السرعة في معالجة الإشارات، حيث يُقاس الأداء بالمايكروثانية الواحدة. أما وحدات معالجة الرسومات (GPUs) فتتدخل عند توظيف الذكاء الاصطناعي في مهام مثل تشكيل الحزم (beamforming) والتعامل مع مشكلات التداخل. ومن ناحية أخرى، تدير وحدات المعالجة المركزية متعددة المقابس (CPUs) جميع عمليات مستوى التحكم (control plane) وتُنسِّق كل العمليات خلف الكواليس. وفيما يتعلق بالذاكرة، يتجه المصنعون نحو تقنيات DDR5 وHBM3 التي تتيح نقل البيانات بسرعات تتجاوز تيرابايتًا واحدًا في الثانية. وهذه السعة الترددية ضرورية جدًّا لدعم أنظمة الإدخال/الإخراج المتعددة على نطاق واسع (MIMO)، وللوفاء بمطالب معالجة الواجهة الأمامية (fronthaul) في الوقت الفعلي. كما تُسهم بعض التحسينات الذكية في إمكانية تحقيق هذه الأداء أيضًا — كتقسيم مساحة الذاكرة المؤقتة (cache) بحيث لا تعرقل الوظائف الحرجة للقاعدة الزمنية (baseband)، وتوزيع الذاكرة بكفاءة عبر المقابس المختلفة وفق مبدأ الوصول غير المتجانس للذاكرة (NUMA)، والضغط المدمج في العتاد الذي يقلل حركة المرور على الواجهة الأمامية بنسبة تصل إلى ٣٥٪. وكل هذه المكونات، عند عملها معًا، تحافظ على زمن التأخير (latency) عند أقل من ٥ ملي ثانية، بينما تضمن أداءً ثابتًا وموثوقًا بشبكة الجيل الخامس الجديدة (5G New Radio)، حتى في المواقع الخلوية التي تتعامل باستمرار مع تدفقات بيانات تبلغ سرعتها ٢٠٠ غيغابت في الثانية.

تكامل وحدة التحكم الأساسية (BBU) مع الشبكات السحابية الأصلية والقابلة للبرمجة (SDN/NFV)

فصل مستوى التحكم والتنظيم الديناميكي عبر إدارة وحدة التحكم الأساسية (BBU) المُمكَّنة بواسطة شبكات تعريف البرمجيات (SDN)

الشبكات المُعرَّفة بواسطة البرمجيات أو ما تُعرف اختصارًا بـ SDN تُغيِّر طريقة إدارتنا لوحدات القاعدة (BBUs) من خلال فصل وظائف التحكم عن معالجة البيانات الفعلية. ويؤدي ذلك إلى إنشاء نظامٍ تتكفَّل فيه وحدات التحكُّم الذكية بالتفكير المركزي في معظم الأحيان، بينما تظل وحدات القاعدة (BBUs) قادرةً على اتِّخاذ قرارات محلية بشأن توجيه البيانات وإدارة موارد الراديو. وبفضل توافر واجهات برمجة التطبيقات المفتوحة (APIs)، يمكن لمُشغِّلي الشبكات الآن تعديل تخصيص الطيف الترددي فورًا، والتبديل بين أساليب التعديل المختلفة حسب الحاجة، وتوزيع عبء العمل بين أقسام الخلايا بناءً على حركة المرور الفعلية في الوقت الحقيقي. وعندما تزداد كثافة الاستخدام خلال فترات الذروة، تبدأ أنظمة SDN هذه في العمل فورًا تقريبًا، مع إعادة توجيه سعة الشبكة بعيدًا عن المناطق المُحمَّلة بشكل زائد دون الحاجة إلى أي تدخل يدوي لإعادة تهيئة الإعدادات. وما النتيجة؟ انخفاضٌ في أوقات التوقف، وقلّةٌ في الصعوبات التي يواجهها الفنيون. وقد أظهر تقرير صناعي حديث صادر عام 2024 أن الشركات التي تتبنَّى هذه الطريقة تحقِّق عادةً انخفاضًا نسبته نحو الثلث في إجمالي نفقات إدارة شبكتها مقارنةً بالأساليب القديمة التي كانت تعتمد اعتمادًا كبيرًا على الأجهزة الفردية.

وظائف القاعدة النطاقية الافتراضية والإدارة الآلية لدورة الحياة مع NFV

تُغيِّر وظائف الشبكة الافتراضية (NFV) الطريقة التي تُدار بها البنية التحتية لشركات الاتصالات. فبدلًا من الاعتماد على أجهزة وحدة قاعدة النطاق (BBU) المُخصَّصة والمرتفعة التكلفة، أصبح المشغلون يُشغِّلون وظائف القاعدة العريضة باستخدام خوادم جاهزة متوفرة تجاريًّا. وتؤدِّي مهام مثل معالجة الإشارات، وتشفير القنوات، وبروتوكولات الطبقة الثانية (Layer 2) كلُّها كوظائف شبكية افتراضية خفيفة الوزن أو بديلاً سحابيًّا أصيلًا (cloud-native). ويتم إدارة النظام بأكمله تلقائيًّا عبر منصات مثل «كوبيرنيتس» (Kubernetes) و«منصة التخطيط والتشغيل الآلي للشبكات المفتوحة» (ONAP)، والتي تتولى كل شيء بدءًا من إعداد النظام وصولًا إلى توسيع العمليات عند الحاجة، وحل المشكلات، وتطبيق التحديثات الأمنية (patches) جميعها من خلال لوحات تحكم مركزية. وعندما يرتفع حجم المرور فجأةً، يمكن لأنظمة NFV هذه أن تنشئ نسخًا افتراضية من وحدات قاعدة النطاق (BBUs) بسرعةٍ وتوزِّعها عبر مجموعات خوادم مختلفة. وعندما تنخفض الحاجة إليها، فإنها تُطفئ الموارد غير المستخدمة لتوفير الطاقة. ووفقًا لنتائج دراسة «معيار الحوسبة السحابية للشبكات الراديوية» (Cloud RAN Benchmark) التي أُجريت العام الماضي، فإن هذا النهج المرن يقلِّل التكاليف الرأسمالية بنسبة تقارب النصف، مع الحفاظ في الوقت نفسه على وقت تشغيل شبه مثالي بنسبة 99.999%. أما ما يميِّز تقنية NFV حقًّا فهو سرعة طرح التحديثات: إذ يمكن للشركات نشر ميزات جديدة في آلاف المواقع خلال دقائق بدلًا من الانتظار أسابيع، مما يعني دورة ابتكار أسرع دون مقاطعة الخدمات المقدَّمة للعملاء.

عوامل الشكل الخاصة بوحدات البناء الأساسية (BBU) المُراعية للنشر ومحاذاة البنية التحتية

الم configurations الجانبية مقابل التكوينات المثبتة في الخزانات لوحدات البناء الأساسية (BBU) في شبكات الراديو الافتراضية الموزعة والمركزية (vRAN)

يُعد اختيار العامل الشكلي الصحيح لوحدة وحدة التحكم الأساسية (BBU) أمراً بالغ الأهمية عند مطابقة تصميم الأجهزة مع طريقة نشرها والقيود القائمة في البنية التحتية. وتُعَد وحدات الـ BBU الجانبية (Sidecar BBUs) وحدات صغيرة فعّالة من حيث استهلاك الطاقة، توضع مباشرةً بجانب الهوائيات في الموقع. وهي تقلل من زمن تأخّر الإشارة، ما يجعلها مثاليةً للتطبيقات التي تتطلب اتصالاتٍ فائقة الموثوقية مع أقل قدرٍ ممكن من زمن التأخير، مثل خدمات الاتصالات الفائقة الموثوقية والمنخفضة زمنياً (URLLC) أو مهام الحوسبة الطرفية (Edge Computing) في إعدادات الشبكات الراديوية الافتراضية الموزَّعة (vRAN). ومن الناحية الأخرى، تجمع وحدات الـ BBU المركَّبة على الرفوف (Rack Mounted BBUs) جميع عمليات معالجة النطاق الأساسي في المراكز المركزية. ويؤدي هذا النهج إلى خفض المساحة المطلوبة أحياناً بنسبة تصل إلى ٤٠٪، كما يسهِّل إدارة الحرارة ووحدات التغذية الاحتياطية والفحوصات الروتينية. ويتبنّى معظم مقدِّمي خدمات الشبكات الإصدارات المركَّبة على الرفوف نظراً لقدرتها الأفضل على التوسّع، ولسماحها بتقاسم الموارد بين المناطق المختلفة. ومع ذلك، لا ينبغي إهمال الوحدات الجانبية! فهي لا تزال تؤدي دوراً حاسماً في الأماكن التي تفتقر إلى المساحة الكافية أو في المواقع الصعبة الوصول. وبأي حال، فإن كلا النوعين يعملان بكفاءة عالية مع تقنيات الشبكة المُدارة بواسطة البرمجيات (SDN) والوظائف الافتراضية للشبكة (NFV)، مما يضمن اتصالاً سلساً ضمن الشبكات الحديثة المستندة إلى السحابة.

تحسين الموارد المدعوم بالذكاء الاصطناعي عبر مجموعات وحدات قاعدة التحكم القابلة للتوسّع (BBU)

لقد غيّرت الذكاء الاصطناعي طريقة إدارتنا لمجموعات وحدات قاعدة النطاق العريض (BBU)، فانتقلت هذه الإدارة من مجرد الاستجابة للمشاكل إلى أن تصبح استباقية وقابلة للتكيف. وتُغذّي مؤشرات الأداء الرئيسية في الوقت الفعلي — مثل مستويات حركة المرور، وعدد المستخدمين المتصلين في وقت واحد، وكفاءة استخدام الطيف الترددي، وبيانات مراقبة الأجهزة — أنظمة التعلُّم الآلي. ويمكن لهذه الأنظمة التنبؤ بالسعة المطلوبة خلال فترة تصل إلى ٤٨ ساعة مقدماً، ثم تقوم تلقائياً بتوسيع أو تقليص وظائف القاعدة النطاق العريض الافتراضية (Virtual Baseband Functions) حسب الحاجة. كما تواصل تقنيات التعلُّم المعزَّز الخاصة تحسين كيفية توزيع قوة الحوسبة بين أجزاء الشبكة المختلفة، إلى جانب إدارة عرض النطاق الترددي وإعدادات الطاقة. ويؤدي هذا النهج إلى خفض الهدر في الطاقة بنسبة تبلغ نحو ٢٢٪، وذلك بفضل إطفاء المعدات غير المستخدمة بكثافة بشكل ذكي. أما فيما يتعلّق بتوزيع أحمال العمل عبر الخوادم، فإن الأتمتة تساعد على رفع معدل الاستخدام الكلي بنسبة تقارب ٣٠٪. وهذا يجعل توسيع مجموعات وحدات قاعدة النطاق العريض (BBU Pools) أسهل بكثير مع استمرار نمو حركة مرور الجيل الخامس (5G). والنتيجة النهائية هي بنية تحتية تعمل أساساً على إصلاح نفسها: فهي تمنع الشركات من شراء معدات زائدة مقدماً، وتضمن بقاء زمن الانتقال (Latency) أقل من ٥ ملي ثانية للتطبيقات الحرجة، وتتعامل مع الارتفاعات المفاجئة في حركة المرور دون الحاجة إلى تدخل يدوي من أي شخص لتصليح الأمور.