1. Özet

Ağ dilimleme, mevcut ağın ve gelecekteki hücresel ağların esnekliğini artırmada önemli bir rol oynayacaktır. Ağ dilimlemede, fiziksel hücresel ağ tipik olarak heterojen bir dilim olarak adlandırılan birden fazla sanal ağa bölünür. Her dilim daha sonra son kullanıcıya hizmet vermek için kullanılır. Ağ dilimleme tarafından empoze edilen heterojen gereksinimleri yönetme ve benimseme becerisine sahibiz.

Son kullanıcılar için 5G ağları endüstriler için her biri kendi setine sahip birçok yeni uygulamayı bir araya getirir. Bu nedenle, ağ dilimleme çok önemli bir rol oynayacaktır. Her kullanıcı için bu gereksinimler kümesi (ağ uygulamaları), bir eski hücresel ağlarda mümkün olmayan istenen ağ dilimi olarak söylenebilir.

Ağ dilimlenmesi (network slicing) ise bir bağlantının, o an internet erişimi sağladığı sistem ve aletlerin farklı ihtiyaçlarına göre bölünmesini ve bu sayede de hepsine en optimal düzeyde internet bağlantısı sağlamasına imkan verecek.  

Bu yazıda, ağ dilimleme ve yeni 5G uygulamalarını hayata geçirmedeki öneminden bahsedilecektir. Mevcut eğilimler, yeni olanak sağlayan teknolojiler ve empoze edilen hücresel ağlarda mevcut zorluklar karşılaştırıldı.

2. Ağ Dilimleme Teknolojisi

Bu yöntem sayesinde bir 5G sağlayıcısı, hizmetinin bir bölümünü, bir uygulamanın, hizmetin ya da cihazın özel ihtiyaçları için kullanmasını sağlar ve böylece özel, istikrarlı ve büyük bir bant genişliği sunarak daha verimli çalışmanıza olanak tanır.

Her kullanım durumunun taleplerini karşılamak için hız, kapasite, bağlantı ve kapsama alanı tahsis edilir. Örneğin görüntülü aramalar, diğer trafiklerden etkilenmeyecek şekilde yalıtılabilir. Bu da bir siber saldırı, tek bir dilim ile sınırlandırılabileceği için güvenliği artırır.

3. Hücresel Sistemlerin Gelişimi

İlk nesil (1G) hücresel sistemler ses için 1980’de tanıtıldı. Frekans bölmeli çoklu erişim (FDMA) erişim olarak kullanıldı.1G sistemlerinin RAN’ındaki teknik, FDMA, kanallar arasında yüksek boşluk gerektirir. Paraziti önlemek için ve her kanal yalnızca tek bir kullanıcıya hizmet verme yeteneğine sahipti. Zaman geçtikçe kullanıcı sayısı arttı ve 1G sistemi zarar gördü. Sınırlı kapasite, düşük ses kalitesi ve ölçeklenebilirlik gibi sorunları vardı.

Bu olumsuzlukların üstesinden gelmek için, 2G mobil teknolojileri (yani GSM, D-AMPS) zaman bölmeli çoklu erişime (TDMA) dayalı olarak geliştirilmiştir. 

TDMA, zaman paylaşımını kullanarak tek kanal başına birden fazla kullanıcıya izin verir, yine de paraziti önlemek için kanallar arasında büyük frekans boşlukları olması rağmen paraziti çok fazla önleyememiştir.

Böylece üçüncü nesil (3G) hücresel ağları, ağların performansını daha da artırmak, temel özellikleri daha yüksek, kapasite ve veri hızları olan ağlar olarak tanıtıldı. 

3G’de kod bölmeli çoklu erişimin (CDMA) erişim tekniğini kullanır. Eşzamanlı olarak birden fazla kullanıcı arasında aynı frekansların kullanımına göre oluşabilir. CDMA, kendine göre çeşitli avantajlar sunsa da, ses kalitesindeki iyileşme ve daha iyi güvenlik olarak, yeni operatörler için altyapı ve pahalı spektrum lisans ücreti gerektirmiştir. Dahası, yeni erişim cihazlarının yaygınlaşması ve video gibi yeni hizmetlerin tanıtımı akış ve sosyal medya operatörler için daha da yüksek QoS gereksinimleri ortaya koydu, dolayısıyla mevcut hücresel hücrenin kapasitesini daha da artırmak için operatörler gerekli oldu.

Sesle çalışan bir sistemden, veri ile çalışan bir sisteme geçmek için sistemler dördüncü nesil (4G) hücresel ağların kullanılmasına yol açtı. 4G sistemleri yüksek veri hızlarına ve kapasitesine sahip gerçek IP tabanlı sistemlerdir. Üstelik birçok bant toplama, ortogonal frekans bölmeli çoklama gibi yeni özellikler ile erişim şeması, çoklu giriş ve çoklu çıkış (MIMO) olarak erişim (OFDMA) sağladı. Antenler ve ışın oluşturma, yüksek veri hızlarını artırmak için 4G standardına eklenir. Dahası, yüksek bant genişliğine sahip bağlı cihazların sayısı ve hücresel ağlardaki gereksinimlerin teknoloji nedeniyle daha da artması bekleniyor.

Devasa artışla başa çıkmak için istatistiklerden de anlaşılacağı üzere mobil veri trafiğinde, ağın etkin planlaması zorunludur. Ayrıca, hem endüstri hem de 5G ağlarının getirdiği gereksinimleri karşılamak için akademik dünyalar çalışmaktadır. Böylece, 5G standardı gelecekteki hücresel ağları yönlendirecektir [1]. 

5G hücresel ağların 10 Gbps’ye kadar en yüksek veri hızları, 1ms’ye kadar gecikme sağlaması amaçlanmıştır, Sırasıyla 1000 kat fazla cihaz, 10 kat enerji verimliliği ve yüksek güvenilirlik sağlaması düşünülmektedir [2]. Büyük teknolojik devrimlerin bir sonucu olarak, talepler son kullanıcıların ortaya koyduğu oran büyük ölçüde arttı. 

Geleneksel mobil ağ mimarisi, ses ve ses gereksinimlerini karşılayacak şekilde tasarlanmıştır. Ayrıca, önceki hücresel nesiller öncelikle yalnızca insan iletişimini yerine getirmek, ses ve veri gibi gereksinimler için tasarlandı. 

Ancak 5G ağlarının endüstri dijitalleşmesini büyütmek için endüstriyel iletişimi de kolaylaştırmak için tasarlandı. Böylece, yeni endüstri için yenilikçi hizmetler ve ağ oluşturma yetenekleri sağlar.

5G teknolojisinin otomotiv, sağlık gibi dikey sektörlere özel çözümler ile katyon ihtiyaçları bakım, üretim, eğlence ve diğerleri maliyetli alanlarda etkin bir şekilde bağlantı ve iletişim sağlaması bekleniyor.

Bu yeni hizmetlerin çok çeşitli gereksinimleri olduğunu, dolayısıyla geleneksel ağ sistemlerinin bunu karşılamayacağı ortadır. Ayrıca, bazı artışlar nedeniyle makro hücre kapsamı altında küçük hücrelerin kurulması (yani heterojen ağlar (HetNets)) özellikle sıkışık yerlerde kullanılmışıtır. HetNets kavramı zaten mevcut ağlarda uygulanmıştır. Diğer umut verici yaklaşımlar gelecekteki RAN, cihazdan cihaza (D2D) iletişimi azaltmak için etkinleştirmeyi içerir[3]. Erişim ağlarında önbellek depolaması yüklemeyi azaltmak ve gerçek zamanlı analitik için yerel baz istasyonlarında hesaplama gerçekleştiren gecikmeler ile LTE-lisanssız gibi lisanssız spektrumun daha fazla kullanılmasına izin vermek ağ kapasitesini artırır.

4. 5G Ağları

Kablosuz iletişimdeki son gelişmeler, finansal yönler, refah ve tüm son teknoloji işletmeler görevlerimizi geliştirmemizi sağladı.

Kablosuz iletişimdeki ağlar, modern iletişim ağlarından önce pratik değildi. Son on yıllardır kablosuz iletişim, son derece hızlı bir şekilde gelişti. Üretken ve tamamen dijital bir geleceğe sahip olan bu ağlar her geçen gün hızlanarak gelişmeye devam ediyor.

4.1. Heterojen Ağlar

Hücresel ağlardaki cihazların sayısı endişe verici bir şekilde artarken büyüme oranı, mobil kapsama ile ilgili bir dizi yeni zorluk, kapasite sınırlamaları ve mobil ağlarda gerekli hizmet kalitesinde dikkat gereklidir. Bu tür zorlukların üstesinden gelmek için, altına bir dizi küçük hücre yerleştirilmiştir. Böyle bir ortama heterojen ağlar denir. Düşük güçlü küçük hücreli baz istasyonlarının (SBS’ler) altında çalıştırıldığı gibi geleneksel makro hücre kapsamı da gösterilmiştir [4]. SBS’lerin birçok çeşidi, ör. femto hücreleri veya pico hücreleri ağ gereksinimlerine göre uyarlanabilir.

Heterojen ağlar, spektrum verimliliğini, kullanıcı kapsamını ve güçten tasarruf ederken ve spektrum kaynağını geliştirirken hizmet kalitesi verimlilik dikkate alınmalıdır. Dahası, heterejon ağlar daha iyi kullanıcı sağlamak için geniş çapta uyarlanmıştır. Açık / kapalı ortamlarda deneyim sağlar. Bununla birlikte, müdahale yönetimi gibi bir dizi zorluk vardır[5].

SBS’ler ve makro arasında kaynak tahsisi ve kapsama alanı yönetimi baz istasyonları şeklinde tasarlanmıştır. Bu zorlukların üstesinden gelmek için çeşitli yaklaşımlar önerilmiştir. Sezgisel tabanlı çözümler, oyun teorisine dayalı çözümler, eşleştirme teorisi dahil tabanlı çözümler ve optimizasyon teorisine dayalı çözümler üretilmiştir.

4.2. Cihazdan Cihaza İletişim

Cihazdan cihaza (D2D) iletişim, 5G’nin temel teknolojilerinden biridir. Spektral verimliliği artırmak için önerilen ağlardır. Spektral etkiye ek olarak, D2D, kullanıcı veri oranını, enerji verimliliğini, ve iletişim gecikmesinde etkilidir. D2D iletişimi baz istasyonundan bağımsızdır. Doğrudan iki veya daha fazla hücresel kullanıcı arasındaki iletişim şeklidir. Başka bir deyişle, bir  D2D çifti, trafiğini merkezden yönlendirmeden doğrudan iletişim kurabilir.

D2D, uygulamalarını esas olarak yakınlık hizmetleri, afet durumlar ve yerel bağlantı durumlarında baz istasyonu sorunları ortaya çıktı. D2D’nin bu tür faydalarının yanı sıra, müdahale zorlukları da vardır. D2D ve HetNets bir arada varoluş ağında yönetim, kaynak tahsisi ve güvenlik işleyişi olur. D2D iletişimi, mevcut hücresel iletişimin üzerine geldiğinden, bir arada var olanlar için müdahale yönetimi ve verimli kaynak tahsisi zordur. Özellikle amaç, bir arada var olan müdahaleyi en aza indirirken verimli koordinasyon sağlamaksa. Bu tür zorlukların üstesinden gelmek için, birçok merkezi ve dağıtılmış yaklaşım var. Bu tür yaklaşımlar, parazit önleme şemalarını uygular, girişimi azaltmak için grafikler ve erişim çekişmesi için oyun teorisi lisanslı spektrum. Özellikle, kaynak tahsis şemaları uygulanır. D2D iletişimi ve normal hücresel arasındaki paraziti azaltırken iletişimi artırır. Bu tür programların amacı, genel faydayı maksimize etmektir.

4.3. LTE-Lisanssız

5G mobil kullanıcılarının artan veri hızı taleplerini karşılamak için LTE-lisanssız (LTE-U), LTE lisanslı spektrumun artırıldığı durumlarda önerilmektedir. LTE’nin özellikle lisanslı ve 5G veri hızı taleplerini karşılamak için lisanssız spektrum vardır. Açıktır ki bu tür bir işlem, ilgili lisanssız belgede ciddi performans düşüşlerine neden olur. Wi-Fi gibi teknolojiler. Bu nedenle, adil bir mekanizma gereklidir.

LTE-U ve Wi-Fi ağlarının bir arada bulunması. Lisanslı yardımlı erişim LTE-U’nun aşağı bağlantı iletişimi için etkinleştirildiği 3GPP tarafından standartlaştırılmıştır. Yer-uydu bağı iletişimi ve kontrol sinyallemesi lisanslı bant üzerinde gerçekleştirilir.

Ağ kullanıcıları kanal erişimi için mücadele edilir. Bu nedenle, rastgele çarpışmalar spektrum verimliliğini düşürür. Öte yandan, LTE-U, merkezi baz istasyonunun alt kanalları her hücresel kullanıcıya tahsis ettiği bir yapıdır.

Bu nedenle, LTE-U’nun merkezi özelliği, onu spektral olarak daha verimli hale getirir. İlgili Wi-Fi ağlarına yeterli adalet sağlamak için LTE-U, kanal seçimi veya çerçeve planlaması kullanılarak çalıştırılır. Kanal seçiminde, konuşmadan önce dinle (LBT), LTE-U işlemi için en temiz kanalı bulmak için kullanılır. Açık diğer yandan çerçeve programlaması, görev döngüsü tahsisini uyarlamalı olarak değiştirir.

4.4. Ortogonal Olmayan Çoklu Erişim (NOMA)

Ortogonal çoklu erişim (OMA) şemasının aksine kanallar, aynı civardaki hücresel kullanıcılara, ortogonal olmayan aynı kanalda birden fazla kullanıcıyı paketlemek için ardışık parazit iptali ve verimli güç kontrolünü kullanarak çoklu erişim (NOMA) sağlar.. NOMA, daha iyi bağlantı ve spektral verimliliğin avantajlarını sağlar. NOMA, kanaldan yararlanarak ardışık müdahale iptalini kullanır. Bir ağdaki hücresel kullanıcıların farklılıklarını kazanır. Temelde farklı güç seviyelerinde, fark kanal kazanımları tek bir kanalda paketlenerek sinyalin kodunu başarılı bir şekilde çözmek için, iletilmesine izin verilir.

Tek bir kanalda birden fazla kullanıcının çalıştırılması ciddi parazite neden olur. Etkili güç kontrolü ve kullanıcı kümelemesi, bu tür müdahale sorunları gibi sorunlar oluşturur. Kanal kazancı farkından yararlanmak için verimli kullanıcı kümeleme NOMA şemasında iyi performans gösterebilir. Bu amaçla, çeşitli makine öğrenimi literatürde kümeleme araçları kullanılmaktadır. Kümelemeden sonra verimli optimum hücresel hızlara ulaşmak için güç kontrol algoritmaları uygulanır.

4.5. Kablosuz Ağ Sanallaştırma

Kablosuz ağ sanallaştırma (WNV), ünlü bir 5G etkinleştirme teknolojisidir. Verimli fiziksel kaynak tahsisi için önerilmiştir. WVN’nin amacı altyapı sağlayıcılarının (InP) fiziksel kaynaklarının sanallaştırılması ve verimli bu sanallaştırılmış kaynakların mobil sanal ağ işlemlerine tahsisidir.

WNV, kaynak paylaşımında esnekliğin faydalarını getirerek, iletişim ağlarına ve fiziksel kaynağa farklılaştırılmış hizmetler soyutlamalar yapar. Ayrıca, MVNO’ların kaynak tahsisine katılımı InP’lerin hesaplama karmaşıklığını önemli ölçüde azaltırken geliştirir. WNV’de, hücresel ağlar arasındaki hiyerarşik yapıyı yönetmek zordur. Ayrıca, kaynak alımına göre sağlanan hizmetler, MVNO’lar tarafından gerçekleştirilmesi zor bir görevdir. Bunun için amaç, müzayede tabanlı oyunlar, hiyerarşik oyunlar ve literatürde eşleştirme teorisi önerilmiştir.

4.6. 5G Paradigması

5G, güçlü bir akıllı dünya paradigması olarak düşünülmektedir. Kendi kendine giden arabalar, artırılmış gerçeklik, akıllı endüstriler, akıllı evler ve akıllı şehirler vb. gibi. 5G ağlarının kullanım durumları temel olarak ikiye ayrılabilir:

Gelişmiş mobil geniş bant (eMBB), ultra güvenilir düşük gecikme gibi üç tür iletişim (URLLC) ve büyük makine tipi iletişim (mMTC) olarak. Mobil geniş bant, kullanıcıların erişimiyle ilgili kullanım durumlarına sahiptir. Veriler, hizmetler ve multimedya içeriği yüksektir. Zaman geçtikçe artan kullanıcıların mobil geniş bant talebi, gelişmiş mobil cihazlara mobil geniş banttan daha gelişmiş uygulamalara sahip geniş bantlar kullanılmaktadur [6]. Gelişmiş mobil geniş bant, uygulamaları (sıcak nokta ve geniş alan kapsamı gibi) etkinleştirecektir.

Örnek olarak br spor tesisini düşünürsek, kullanıcılara hizmet vermek, düşük hareketlilik ve daha yüksek trafik kapasitesi gereksinimleri ihtiyaç vardır. Öte yandan, bir otobüsü düşünürsek, yüksek hareketlilik ve erişim noktasından daha düşük kapasitesi vardır. EMBB dışında, mMTC düşük hacimde veri ileten çok sayıda cihazla karakterize ve gecikmeye karşı daha az hassasiyetlidir. MMTC dışında, URLLC’nin katı gereksinimleri vardır. Daha yüksek verim ve düşük gecikme süresi vardır. URLLC uygulamalarının örnekleri şunları içerir: uzaktan tıbbi cerrahi ve kendi kendine giden arabalar. Maksimum spesifikasyon değerlerini oaln en yüksek veri hızları, spektrum verimliliği, mobilite, gecikme gibi farklı parametreleri düşünürsek, bağlantı yoğunluğu, ağ enerji verimliliği ve alan trafik kapasitesi önemlidir[7]. 5G spesifikasyonlarından, yeteneklerin zirveye kıyasla oranı farklı kullanım durumları için değerler de verilmiştir . Her yetenek farklı olabilir. Farklı kullanım durumunda ferent önemlidir. Örneğin, URRLC kullanım örneğini düşünün, mobilite ve gecikmenin önemi diğer yeteneklere göre en yüksektir. Üzerinde diğer yandan mMTC, diğer yeteneklere göre bağlantı yoğunluğu için en yüksek değere sahiptir. En yüksek bağlantı yoğunluğu kavramı, büyük çaplı bağlantıların sağlanmasıdır.

4.7. 5G Ağları için Endüstriyel Çabalar ve Ağlarını Gerçekleştirmenin Zorlukları

5G vizyonunu gerçeğe dönüştürmek için, farklı endüstriler onun uygulanması üzerinde çalışıyor. Kullanıcılara daha önce hiç yaşamadıkları yeni yetenekler kazandırmak için. KT & SKTelecom, Kore, geliştirme konusunda Samsung elektronik ile çalışıyor. 5G ağı. Nokia, Finlandiya ve Huawei, Çin de farklı kullanım durumları için mimarinin kapasiteleri. Nokia etkinleştirmeye odaklanıyor. Gelişmiş mobil geniş bant ve 5G’yi destekleyen 5G mobilite hizmetine sahip kullanıcılar ultra güvenilir ve ultra düşük gecikmeli iletişimleri destekleyen mobilite hizmetini kullanmak istiyor. Huawei, 5G anten yeteneklerini iyileştirmek için çalışıyor. Onun dışında, Ericsson, İsveç de 5G ağ gelişmelerine aktif olarak katılmaktadır. Son zamanlarda Ericsson5G telsizi geliştirildi.

5G ağları, eMBB hizmetleri gibi üç tür hizmet sağlamayı amaçlamaktadır. Ancak ele alınması ve uygulanması gereken bazı zorluklar vardır.

4.8. Ölçeklenebilirlik, Çalışabilirlik ve Güvenilirlik

Nesnelerin İnterneti (IoT), akıllı kullanarak dünyayı sorunsuz bir şekilde bağlamayı amaçlamaktadır. Doğası gereği heterojen olan cihazlar 5G de kullanılır. 5G’de IoT vizyonu desteklenir. mMTC kullanım durumu uygulamaları uygulaması için teknolojilerle daha fazlası vardır. 5G’ye göre çok sayıda IoT cihazı, ölçeklenebilir bir ağ tasarlamak zorunludur. Zorlu bir görev olan mimari yapı. Ölçeklenebilirliğin yanı sıra tasarım ayrıca güvenilir çalışma sağlamalıdır.

5G ağlarında, farklı çalışan çok sayıda heterojen IoT cihazı olacaktır. 5G’deki en büyük zorluk, sorunsuz birlikte çalışabilirliğin nasıl sağlanacağıdır.

Farklı teknolojilere dayalı cihazlar arasında birlikte çalışabilirliği etkinleştirmek belki de kullanıcıların gerçekten IoT’yi gerçekleştirmesine izin verebilir.

5G’de, daha önce de belirtildiği gibi, sürdürülebilir ağda çalışması zorunludur. Genel işletme maliyetini azaltmak için bölüm oluşturur. 5G’de sürdürülebilirlik sağlanabilir enerji verimli tasarım veya yenilenebilir enerji kaynakları kullanarak. Bununla birlikte, 5G ağları, işletme maliyetlerini düşürmek için enerji hasadından da yararlanabilir. Bununla birlikte, enerji hasadı ile enerji verimli bir sistem tasarlamak zordur.

4.9. Ağ Dilimleme

5G ağları, açıklandığı gibi çeşitli gereksinimleri olan yeni uygulamalar sunacaktır. Bu nedenle, halihazırda mevcut olan mobil ağ altyapısı, yeterli olmaması, yeni mimarinin tasarımını motive etti. Çeşitli gereksinimleri olan 5G uygulamaları, ağ dilimleme kullanılabilir. Ağ işlevi sanallaştırma ve tanımlı yazılım ile etkinleştirilen ağ dilimleme, ağ oluşturma, çeşitli uygulamalar için farklı türlerde dilimlerin oluşturulmasını amaçlamaktadır. Dilimler oluşturmanın bir yolu, ağın fiziksel bir parçasını uçtan uca atamaktır. Altyapı kaynaklarını yalnızca tek bir dilim türüne;fiziksel altyapı tarafından yalnızca bir dilim türünü desteklemenin dezavantajı vardır. Ağ dilimleme, aynı fiziksel ağ altyapısının kullanımına izin vermelidir. Farklı servisler için farklı dilimlerin oluşturulmasını sağlayan kaynaklardır.  Farklı farklı uygulamalar için dilimlerin oluşturulmasını sağlamak için fiziksel altyapı zorlu bir görevdir.[8]

4.10. Güvenlik

5G ağları, dikey endüstrileri hızla yükseltmeyi planlıyor ve bunların tümü çok çeşitli güvenlik sorunları oluşur. Örneğin, yapının dağınık doğası araba kullanmak onları otomotiv siber saldırılarına karşı daha duyarlı hale getiriyor. Ondan başka 5G teknolojisi, NFV ve SDN’nin temel sağlayıcıları da yeni güvenlik katacak zorluklar oluşturur. Bunun dışında, bulut bilişim ve uç bilişim 5G’nin temel sağlayıcılarının güvenlik sorunları vardır. Merkezi mimarisi bulut bilişim, onu saldırılara daha açık hale getirdi. Bu nedenle, 5G ağları için yeni güvenlik mekanizmaları tasarlamak zorunludur.

5. Ağ Dilimleme

5G ağlarının temel olarak üç tür hizmet sağlaması amaçlanmıştır: büyük makine tipi iletişimler (mMTC), ultra güvenilir, düşük gecikmeli iletişimler (URLLC) ve gelişmiş mobil geniş bant (eMBB). MMTC birbiriyle iletişim kuran çok sayıda cihazla ve düşük maliyetle uzun pil yedekleme süresi ile birlikte karakterize edilir. Bunun dışında, URLLC’nin eşzamanlı düşük gecikme süresi ve ultra güvenilirlik sağlar. Öte yandan, eMBB daha yüksek veri gerektirir. Geniş kapsama alanı ile birlikte fiyatlar değişir. EMBB, mMTC ve URLLC, ağ mimarisini yeniden tasarlamak zorunludur. Ağ dilimleme 5G ağlarının çok çeşitli hizmetler sunmasına izin verecek ümit verici bir aday ve e-sağlık, artırılmış gerçeklik, akıllı ulaşım sistemi, akıllı bankacılık, akıllı tarım ve mobil oyun vb. gibi. 

Birden çok alt ağ oluşturmak için ağ altyapısı farklı hizmet türleri ve uygulamalar için kaynaklarından yararlanılır. Ardından, her bir alt ağ, fiziksel ağ kaynaklarının dilimlenmesi için bağımsız bir ağ oluşturmak uygulamalar. Farklı 5G servislerini etkinleştirmek için, mMTC için farklı tipte dilimler, Ağ kaynaklarını kullanan URRLC ve eMBB hizmetleri oluşturulabilir. Her dilim tipini eksiksiz uçtan uca ağ kaynakları ile atayabilir; ancak yüksek masraf nedeniyle pratik görünmüyor. Öte yandan, ağ kaynaklarının birden çok tür arasında paylaşılmasına izin vermek uygun olmalıdır. Ağ işlevi sanallaştırma ve yazılım tanımlı gibi teknolojileri kullanan dilimlerden oluşur.

5.1. Ağ Dilimleme: Kavram ve Tanımlar

Ağ dilimleme kavramı, etkinleştirecek sanal ağ mimarisidir. Çok sayıda mantıksal ağ oluşturmanın güçlü ve esnek yeteneği ibi ortak fiziksel altyapıdan oluşur. Yazılım tabanlı kullanarak ağ dilimlemeyi etkinleştirecek yeni bir kavramdır. Ağ yazılımları, bu tür teknolojiler aracılığıyla sağlanabilir. Ağ işlevi sanallaştırma ve yazılım tanımlı ağ oluşturma olarak yapılır. Özellikle, 5G’de ağ dilimleme, yazılım tanımlı ağ, ağ işlevi kullanacaktır. Esnek operasyon sağlamak için sanallaştırma, bulut bilgi işlem ve uç bilgi işlem aynı fiziksel altyapı üzerinden farklı hizmet türleri için. Ağ dilimleme gösterildiği gibi farklı hizmet türleri için mantıksal ağların oluşturulmasına izin verilir. Her mantıksal ağ, yeteneği ile bağımsız kontrole sahip olacaktır.

Kamu özel ortaklığı projesi ile 5G altyapısının mimari vizyonu (5G-PPP), ağ dilimleme mimarisinin beş katmana bölünmüştür[9]. Hizmet katmanı, altyapı katmanı, düzenleme katmanı, iş fonksiyon katmanı ve ağ işlevi katmanı olarak. Servis modellerinin ve kullanım senaryolarının dilimlere çevrilmesini gerçekleştirir. Ağ altyapı katmanı, her ikisini de kapsayan fiziksel ağ altyapısıyla ilgilenir. Çekirdek ağ ve radyo erişim ağı. Bunun dışında altyapı katmanı da kaynakların dilimlere tahsisini ve altyapı kontrolünü gerçekleştirir.

Ağ işlevleri daha sonra uçtan uca bir hizmet sunmak için birbirine zincirlenir. Aşağıda, bu bölümde daha sonra kullanılacak bazı terimlerin tanımları yer almaktadır.

Yazılım Tanımlı Ağ Oluşturma :

Yazılım tanımlı ağ, veri iletim ağından kontrol işlevlerinin ayırmasını sağlar. Aslında veri aktarımı için veri düzlemi ve merkezi gibi iki düzlemde ağ kontrol katmanı işlevlerini gerçekleştirmek için kontrol düzlemini böler. Ana avantajı yazılım tanımlı ağ oluşturma, merkezileştirilmiş yapısı nedeniyle daha kolay yönetimdir.

Ağ İşlevi Sanallaştırma:

Ağ işlevi sanallaştırma öngörülmektedir. İşlevselliklerinin sanallaştırılmasına izin veren mimariyi sağlamak için ağ düğümleri, daha sonra farklı iletişim gerçekleştirmek için birbirine zincirlenir. Bir sanal ağ işlevi, bir veya daha fazla sanaldan oluşabilir. Sunucular, uç bilgi işlem düğümleri, bulut gibi farklı cihazlarda çalışan makineler

bilgi işlem altyapısı ve ağ anahtarları sayesinde.

Kiracı :

Kiracı, belirli kaynaklarla paylaşılan ayrıcalıklar ve erişim haklarıkaynaklara erişebilen kullanıcıları belirtir..

Altyapı Sağlayıcıları:

 Fiziksel altyapıyı sağlayan operatörleri ifade eder. Ağın bakım ve işletiminden sorumludur.

5.2. Ağ Dilimleme Prensipleri

Ağ dilimleme ilkeleri, birden çok mantıksal ağın oluşturulmasını sağlar. Farklı pazarlara hizmet sağlamak için ortak fiziksel ağ altyapısı vardır. Ağ dilimleme aşağıdaki üç ana konuya göre yapılmalıdır.

Dilim İzolasyonu:

Dilim izolasyonu, garanti edilmesi gereken ağ dilimleme yapmak için önemli özelliklerden biridir. Farklı güvenlik ile performansı garanti eder. Kiracılar, bir kiracı diliminin diğerinden bağımsız olması özelliğini etkinleştirir. Bunun dışında izolasyon, kiracı kullanıcısını içinde kısıtlamayı mümkün kılar. Diğer kiracı dilimlerine erişme /  değiştirme özelliği sağlanır. İzolasyon, temel bir özelliğidir. Ağ işlevi sanallaştırma ek olarak sınırlar getirme özelliği ile ağ kaynakları kullanımından etkilenir. Bu özellik, performansın garanti edilmesini sağlar.

Esneklik:

Esneklik, farklı kiracılara tahsis edilen kaynakların dinamik olarak değiştirilmesine izin verir. Kaynakları etkin bir şekilde kullanmak için dilimler. Esneklik şu şekilde gerçekleştirilebilir:

Sanal ağ işlevlerini yeniden konumlandırmak, tahsis edilen kaynakları büyütmek / küçültmek, kontrol ve veri elemanları işlevlerinin yeniden programlanması.

Uçtan Uca Özelleştirme:

Özelleştirme, paylaşılan kaynakların farklı kiracılara tahsis edilmesini sağlar. Etkili bir şekilde kullanılmıştır. Gelecekte özelleştirmenin sunulması beklenmektedir. Özelleştirmeyi etkinleştirmek için ağ işlevi sanallaştırma yazılım tanımlı ağ iletişimi ve ağ düzenlemesi için kullanılabilir.

5.3. Ağ Dilimleme Etkinleştiricileri

5G’de ağ dilimleme, yazılım tanımlı ağ, işlev sanallaştırma, bulut bilgi işlem ve uç bilgi işlem gibi yapılar vardır. 5G mimarisi eMBB hizmetleri, URLLC gibi farklı hizmetlerin dilimlerini sağlamak için öngörülmüştür.

Yazılım Tanımlı Ağ Oluşturma:

Geleneksel ağ cihazları, bir dizi işlevi gerçekleştirmek için tasarlanmıştır ve satıcıların yeni özellikleri etkinleştirmek için tasarımı güncellemesi gerekir. Özel donanım; ancak, bu yaklaşım, yüksek maliyetle ilişkili dezavantaja sahiptir. Özel donanım yapımı ile en güncel teknik özellikleri karşılayan tasarım bulmak için maliyet dışında önemli çabalar gerekecektir. Sistem bir kez tasarlanır, üzerinde değişiklik yapmanın bir yolu yoktur. SDN kontrol düzlemini kullanıcıların ayrılmasını sağlamak için tasarlanmış bir çözümdür.

Ağ evriminin ölçeği, yönetimine zorluklar getirir. SDN merkezi mimarisi, kontrol düzlemini ayırarak büyük ölçekli ağların daha kolay yönetimi gibi veri düzleminden zorluklar getirir. Mantıksal kontrol düzlemi şu özelliklere sahiptir:

Etkili yönetim işlevleriyle birlikte daha kolay yapılandırma. Yazılım tanımlı olarak ağ iletişimi, paketleri iletme işi merkezi ağ tarafından programlanabilir arayüzler gerçekleştirilir.

Ağ İşlevi Sanallaştırma:

Ağ işlevi sanallaştırma (NFV), sanallaştırmadan yararlanan bir kavramdır. ağ düğümlerinin işlevlerini sanal işlevlere dönüştürme özelliği farklı iletişim hizmetlerini etkinleştirmek için birlikte zincirlenebilir. Bir veya ağ gibi farklı ağ düğümlerinde çalışan daha fazla sanal makine anahtarlar ve sunucular bir sanal ağ işlevini çalıştırmak için kullanılabilir. Uygulama için yazılım sanallaştırma tekniklerini çalıştırmak için ticari mal donanımı ağ işlevleri bulunmaktadır. Sanal cihazların yeni donanım yüklemeden örnekleme gibi avantajları vardır. 

Ağ İşlevi Sanallaştırma,  operatörleri etkinleştirecek aşağıdaki avantajlarla:

• Operatörlere ağ işlevi sağlayarak sermaye harcamalarının azaltılması- donanım satın almadan ve kullanıma göre ödeme yapmadan.

• Aynı zamanda operatörlerin ihtiyaç duyulan operasyonel harcamaları azaltmasına da olanak tanır. Alan, soğutma ve güç.

• Sistemin daha kolay ve hızlı ölçeklendirilmesini sağlayarak sisteme daha fazla esneklik katar.

Ağ dilimleme bağlamında, ağ işlevinin çerçevesi sanalizasyon, sanal ağ işlevlerinin yönetimini sağlar. Mimarisi de verilen ağ işlevi sanallaştırma üç ana bileşenden oluşur.

Ağ işlevi sanallaştırma düzenleyicisi, sanal ağ işlevi yöneticisi ve sanallaştırılmış altyapı yöneticisinden oluşur. Sanal ağ işlev yöneticisi sanal ağ işlevlerinin örneklerinin yaşam döngüsü yönetimini gerçekleştirir. Sanal altyapı yöneticisi, aşağıdakilerin yönetiminden ve kontrolünden sorumludur. Ağ işlevi sanallaştırma düzenleyicisi ağın orkestrasyonunu gerçekleştirir. Sanal ağ işlev yöneticisinin kaynakları, doğrulaması ve yetkilendirmesi ağ işlevi sanallaştırma altyapısı ve yaşam döngüsü kaynağı taleplerinden oluşur.

Bulut Bilişim:

Genellikle bulut olarak adlandırılan bulut bilişim, kullanıcılara isteğe bağlı çevrimiçi havuz sağlar. Sırasıyla bilgi işlem ve depolama kaynaklarını içeren paylaşılan kaynaklardır. Hizmet olarak altyapı gibi üç tür teslim modelini izler. Hizmet olarak platform (PAAS) ve hizmet olarak yazılım (SAAS) oluşur. Yazılım, yalnızca kullanıcılar ve kullanıcılar için mevcut olan bulut üzerinde çalışır. SAAS örnekleri şunlardır: dropbox, Gmail, Microsoft office 365, Facebook, vb. SAAS dışında PAAS, kullanıcıların uygulamaların geliştirilmesi için bir platform ile ve veritabanı, tarayıcı, işletim sistemi ve programlama dili yürütme ortamı oluşur. PAAS, kullanıcıların dikkatine bakmaksızın uygulamalarını geliştirmelerini sağlar. Satıcı tarafından yönetilen temel altyapıdan oluşur. PAAS örnekleri Apprenda, windows Azure, Amazon web hizmetleri, Engine Yard, AWS’yi içerir. Elastic Beanstalk ve force.com. IAAS’ta, sanallaştırılmış bilgi işlem kaynakları internet üzerinden hizmet olarak sunulmaktadır. IAAS örnekleri arasında Amazon EC2, Gogrid, DigitalOcean, Cisco Metapod ve Google Compute Engin vardır.

Bulut Dağıtım Modelleri:

Bulut dağıtım modelleri, bulutun doğasını ve amacını iletir. Beş bulut dağıtım modeli türleri NIST [11] tarafından tanımlanmıştır.

Özel Bulut:

Özel bir buluttaki bilgi işlem ve depolama kaynaklarının mülkiyeti tek bir kuruluş tarafından yapılır. Özel bir bulutta, kullanıcı verileri güvenlik duvarı tarafından korunur ve bayi ile müşteri arasındaki ilişki sayesinde kolaylıkla belirlenebilir. Tek bir kuruluşun operasyon ve yönetime katılır. Bu nedenle güvenlik risklerini tespit etmek kolaydır. Öte yandan, özel bulut tek bir kuruluş tarafından çalıştırma, bakım ve güncelleme dezavantajına sahiptir, bu genel maliyeti artırabilir.

Genel Bulut:

Genel bir buluttaki bulut hizmetleri üçüncü bir tarafa aittir. Servis sağlayıcı ve internet üzerinden sağlanır. Tüm yazılım, donanım ve destekleyici altyapı, bulut hizmet sağlayıcısı tarafından yönetilir ve sahip olunur. Bu tür bir bulut dağıtımı, düşük maliyet ve daha fazla güvenilirlik avantajına sahiptir, ama güvenlik kaygıları vardır.

İletişim Bulut:

İletişim bulutu, birkaç kuruluşun üçüncü bir taraf tarafından veya dahili olarak yönetilen bulut altyapısıdır. İlgili kuruluşlar ortak iş hedefleri ve benzer ihtiyaçlar için çalışır. Topluluk bulutlarının kullanımı, kısıtlamaları olan kuruluşlar için caziptir. Finans ve e-sağlık kuruluşları gibi yasal uyumluluk sağlar.

Hibrit Bulut: 

Hibrit bulutlar, hem özel hem de kamusal avantajlardan yararlanır. Daha esnek hizmetler sunmak için bu bulutlar kullanılabilir. Hizmetler için özel bulut kullanılabilir. Halka açıkken gizli bilgilerin işlenmesi gibi daha fazla güvenlik gerektiren bulutlar, daha az güvenlik gerektiren hizmetler için kullanılabilir. Hibrit bulut kullanıcıları etkinleştirir. Farklı yönler arasında değiş tokuşa izin veren farklı bulut modellerinden yararlanmak için bulut bilişimden oluşur. Örneğin, bir araştırmacı özel bulutu kullanmayı tercih edecektir. Kritik iş yüklerini çalıştırırken veritabanı hizmetleri için genel bulutu kullanmayı tercih ediyor.

Sanal Özel Bulut:

Sanal özel bulut, tahsis edilen paylaşılan havuzdur. İsteğe bağlı ve yapılandırılabilir özelliklere sahip genel bir buluttaki kaynaklar gibi. Sanal olarak özel bulut, kullanıcı verileri özel IP kullanılarak diğer şirket verilerinden izole edilir. Gelişmiş güvenlik sağlamak için adresler, bulut depolama ve sunuculardan oluşur.

5G’de Bulut Bilişim Gereksinimleri

Bu bölümde, 5G’de bulut bilişim mimarisi için gereksinimleri açıklamaktadır. Bu gereksinimler, sağlayıcı gereksinimi gibi üç kategoriye ayrılabilir. Menüler, kurumsal gereksinimler ve kullanıcı gereksinimlerinden oluşur [12].

Güvenilirlik:

En önemli gereksinimlerden biri, olması gereken güvenilirliktir. Bulut sisteminde yerine getirilmelidir. Bulut bilişim sistemi zarar görebilir. Düzgün çalışmayacağı için donanım ve yazılım kusurları vardır. Sistem her iki tür kusura da dirençli olması gereken şekilde tasarlanmalıdır. 5G’deki bazı uygulamaların (araç iletişimi ve e-sağlık gibi) ultra yüksek güvenilirlik gerektirir.

Sürdürülebilirlik:

Sürdürülebilirlik, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı ve enerji verimli donanım tasarımıdır. 5G’de çok sayıda ağa cihazlar erişecek, bu nedenle, kullanıcı gereksinimlerini kirlilik eklemeden karşılayacak sürdürülebilir sistem oluşturulabilir.

Ölçeklenebilirlik:

Karmaşıklıktaki artışın yönetimi ile ilgilenir. Hesaplama görevlerinde artış olur. Bulutlarda ölçeklenebilirlik, yatay veya dikey. Yatay ölçeklenebilirlik, yük dengeleme ile sağlanır. Diğer yandan el, dikey ölçekleme, sunucu kaynaklarındaki artış yoluyla kapasiteyi artırmaktır. Dikey ölçekleme yapmanın en yaygın yolu, pahalı donanımlar kullanmak ve ardından donanımı sanal makine hiper yöneticisi olarak kullanır .

Hata Toleransı:

Hata toleransı, bir bulut bilişim sisteminin bileşenlerinden bazıları çalışmayı durdurursa çalışmaya devam eder. Bulut hizmeti sağlayıcısı, arızayı algılayan hataya dayanıklı bir sistem tasarlamalıdır. Zamanında ve daha sonra, kesintiden kısa sürede kurtarmak için mekanizmalar uygulanır.

Güvenlik ve Mahremiyet:

Güvenlik ve mahremiyet tasarımında dikkate alınmalıdır. Gizlilik, kullanıcılara kimlerin erişebileceğinin kurallarını tanımlar. Güvenlik, verileri kötü niyetli kişilerin saldırılarından korumaktır. Bulut bilişim sistemleri, merkezi olması nedeniyle saldırılara karşı daha savunmasızdır. Bu nedenle, etkili güvenlik algoritması saldırıları önlemek için tasarlanmalıdır. Kötü niyetli kullanıcılar,  kötü niyetli bir saldırgan buluta saldırabilir ve merkezi yapısı nedeniyle hizmetin kolayca kesilmesine sebep olabilir.

5.4. Edge Computing

Bulut bilişim ölçeklenebilirlik, esneklik, kaynak havuzu ve yeterli depolama kapasitesi ile ilişkili yüksek gecikme bulut, onu gerçek zamanlı ve yoğun kaynak gerektiren uygulamalar için çekici hale getiriyor. Kaynak yoğun ve gecikmeye duyarlı uygulamalarla kullanıcıları etkinleştirilir. Artırılmış gerçeklik ve e-sağlık, uç bilgi işlem, depolama ve bilgi işlem kaynaklarının sınırlarına kadar itilmesinden yararlanır. Literatürde cloudlet, fog computing gibi üç farklı terim ve mobil uç bilgi işlem şimdiye kadar ortaya çıktı ve ağ ucuna bilgi işlem ve depolama kaynaklarından oluşur. Farklı bağlam farkındalığı, kapsam ve uç düğümleri doğasıyla uç bilgi işlem özellikler, sırasıyla tüm bu terimleri temsil eder. Küçük ölçekli veri merkezinin yürütme için ağ ucuna yerleştirilmesini sağlar. Kaynak yoğun uygulamaların. Sis hesaplama, CISCO tarafından icat edildi. Uç aygıtları (yönlendiriciler ve ağ geçitleri gibi) kullanan mimariye başvurarak kullanıcılara bilgi işlem ve depolama yeteneklerine izin verir. 

Sonuç

5G ağlarının gelişmiş mobil geniş bant, büyük makine tipi iletişim, ultra güvenilir düşük gecikme gibi üç tür hizmet sunması öngörülmektedir. Bu kullanım durumlarının her biri çeşitli ağ gereksinimlerine sahiptir. Bu farklı kullanım durumları uygulamaları, ağ dilimleme gelecek vaat eden bir adaydır. Ağ dilimleme, üzerinde mantıksal dilimler oluşturarak farklı uygulamaları mümkün kılar. Fiziksel altyapının en iyisidir. Ayrıca, dilim izolasyonu, esneklik ve uçtan uca gibi dilimleme ilkeleri, son özelleştirme de yapılmaktadır. Son olarak, anahtar ağ dilimleme sağlayıcıları, yazılım tanımlı ağ oluşturma, ağ işlevi sanallaştırma, bulut bilişim olarak ve edge computing de desteklenmektedir.

Kaynakça

[1] J. G. Andrews et al., “What Will 5G Be?,” in IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 32, no. 6, pp. 1065-1082, June 2014, doi: 10.1109/JSAC.2014.2328098.

[2] METIS. Mobile and wireless communications system for 2020 and beyond (5G). Available: https://www.metis2020.com/documents/presentations/index.html

[3] Kazmi, S. A., Tran, N. H., Ho, T. M., Lee, D. K., & Hong, C. S. (2016). Decentralized spectrum allocation in D2D underlying cellular networks. In 2016 18th Asia-Pacific Network Operations and Management Symposium (APNOMS) (pp. 1–6). Piscataway: IEEE.

[4] Ho, T. M., Tran, N. H., Le, L. B., Saad, W., Kazmi, S. M. A., & Hong, C. S. (2016, May). Coordinated resource partitioning and data offloading in wireless heterogeneous networks. IEEE Communications Letters, 20(5), 974–977.

[5] LeAnh, T., Tran, N. H., Kazmi, S. M. A., Oo, T. Z., & Hong, C. S. (2015, January).
Joint pricing and power allocation for uplink macrocell and femtocell cooperation. In 2015
International Conference on Information Networking (ICOIN) (pp. 171–176).

[6] Abedin, S. F., Alam, M. G. R., Kazmi, S. M. A., Tran, N. H., Niyato, D., & Hong, C. S. (2018). Resource allocation for ultra-reliable and enhanced mobile broadband IoT applications in Fog network. IEEE Transactions on Communications, 67(1), 489–502.

[7] M Series. (2015). IMT vision–Framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond. Recommendation ITU-R M.2083-0.

[8] Zhang, H., Liu, N., Chu, X., Long, K., Aghvami, A.-H., & Leung, V. C. (2017). Network slicing based 5G and future mobile networks: Mobility, resource management, and challenges. IEEE Communications Magazine, 55(8), 138–145.

[9] 5GPPP Architecture Working Group, et al. (2016, July). View on 5G Architecture. White Paper.

[10] Foukas, X., Patounas, G., Elmokashfi, A., & Marina, M. K. (2017, May). Net

[11] Singh, S., Jeong, Y.-S., & Park, J. H. (2016). A survey on cloud computing security: Issues, threats, and solutions. Journal of Network and Computer Applications, 75, 200–222.

[12] Rimal, B. P., Jukan, A., Katsaros, D., & Goeleven, Y. (2011). Architectural requirements for cloud computing systems: An enterprise cloud approach. Journal of Grid Computing, 9(1), 3–26