تخطيط وتصميم الشبكة

يُعدّ تخطيط وتصميم الشبكات عملية تكرارية، تشمل التصميم الطوبولوجي ، وتوليف الشبكة ، وتنفيذها ، وتهدف إلى ضمان تلبية شبكة أو خدمة اتصالات جديدة لاحتياجات المشترك والمشغل . ^{[ 1 ]} ويمكن تخصيص هذه العملية وفقًا لكل شبكة أو خدمة جديدة. ^{[ 2 ]}

تتضمن منهجية تخطيط الشبكات التقليدية في سياق قرارات الأعمال خمسة مستويات من التخطيط، وهي:

• تقييم الاحتياجات وتقييم الموارد
• تخطيط الشبكة على المدى القصير
• موارد تكنولوجيا المعلومات
• تخطيط الشبكة على المدى الطويل والمتوسط
• العمليات والصيانة. ^{[ 1 ]}

تتضمن كل طبقة من هذه الطبقات خططًا لفترات زمنية مختلفة، أي أن طبقة تخطيط الأعمال تحدد التخطيط الذي يجب على المشغل القيام به لضمان أداء الشبكة على النحو المطلوب طوال عمرها الافتراضي. أما طبقة التشغيل والصيانة، فتدرس كيفية تشغيل الشبكة بشكل يومي.

تبدأ عملية تخطيط الشبكة بالحصول على معلومات خارجية. ويشمل ذلك ما يلي:

• توقعات حول كيفية عمل الشبكة/الخدمة الجديدة؛
• المعلومات الاقتصادية المتعلقة بالتكاليف، و
• التفاصيل التقنية لإمكانيات الشبكة. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

يتضمن تخطيط شبكة/خدمة جديدة تطبيق النظام الجديد عبر الطبقات الأربع الأولى من نموذج OSI المرجعي . ^{[ 1 ]} يجب اختيار البروتوكولات وتقنيات الإرسال. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

تتضمن عملية تخطيط الشبكة ثلاث خطوات رئيسية:

• التصميم الطوبولوجي : تتضمن هذه المرحلة تحديد مواقع المكونات وكيفية توصيلها. وتستمد أساليب التحسين الطوبولوجي المستخدمة في هذه المرحلة من فرع من الرياضيات يُسمى نظرية المخططات . وتشمل هذه الأساليب تحديد تكاليف الإرسال وتكاليف التبديل، ومن ثم تحديد مصفوفة التوصيل المثلى ومواقع المحولات والمجمعات. ^{[ 1 ]}
• توليف الشبكة : تتضمن هذه المرحلة تحديد حجم المكونات المستخدمة، وفقًا لمعايير الأداء مثل مستوى الخدمة (GOS). تُعرف الطريقة المستخدمة باسم "التحسين غير الخطي"، وتشمل تحديد بنية الشبكة، ومستوى الخدمة المطلوب، وتكلفة الإرسال، وما إلى ذلك، واستخدام هذه المعلومات لحساب خطة التوجيه، وحجم المكونات. ^{[ 1 ]}
• تنفيذ الشبكة : تتضمن هذه المرحلة تحديد كيفية تلبية متطلبات السعة وضمان موثوقية الشبكة. تُعرف الطريقة المستخدمة باسم "تحسين تدفق السلع المتعددة"، وتشمل تحديد جميع المعلومات المتعلقة بالطلب والتكاليف والموثوقية، ثم استخدام هذه المعلومات لحساب مخطط الدائرة الفيزيائية الفعلي. ^{[ 1 ]}

تُنفذ هذه الخطوات بشكل متكرر ومتوازٍ مع بعضها البعض. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

خلال عملية تخطيط وتصميم الشبكة، تُجرى تقديرات لكثافة حركة البيانات المتوقعة وحجمها الذي يجب أن تدعمه الشبكة. ^{[ 1 ]} إذا كانت هناك شبكة مماثلة موجودة بالفعل، فيمكن استخدام قياسات حركة البيانات فيها لحساب حجم حركة البيانات بدقة. ^{[ 2 ]} أما إذا لم تكن هناك شبكات مماثلة، فيجب على مخطط الشبكة استخدام أساليب التنبؤ في مجال الاتصالات لتقدير كثافة حركة البيانات المتوقعة. ^{[ 1 ]}

تتضمن عملية التنبؤ عدة خطوات: ^{[ 1 ]}

• تعريف المشكلة؛
• جمع البيانات؛
• اختيار أسلوب التنبؤ؛
• التحليل/التنبؤ؛
• توثيق وتحليل النتائج.

يُحدد تصميم الشبكة الجديدة الحد الأدنى من متطلبات السعة التي تسمح بتلبية متطلبات جودة الخدمة (GoS) لحركة البيانات . ^{[ 1 ] [ 2 ]} ولتحقيق ذلك، يتضمن التصميم التخطيط لحركة البيانات خلال ساعات الذروة، أي تلك الساعة من اليوم التي تكون فيها كثافة حركة البيانات في ذروتها. ^{[ 1 ]}

تتضمن عملية تحديد أبعاد الشبكة تحديد بنية الشبكة، وخطة التوجيه، ومصفوفة حركة البيانات ، ومتطلبات جودة الخدمة، واستخدام هذه المعلومات لتحديد أقصى سعة لمعالجة المكالمات للمحولات ، وأقصى عدد من القنوات المطلوبة بين المحولات. ^{[ 1 ]} تتطلب هذه العملية نموذجًا معقدًا يحاكي سلوك معدات الشبكة وبروتوكولات التوجيه .

من قواعد تحديد حجم الموارد أن يضمن المخطط ألا يقترب حجم حركة البيانات من 100%. ^{[ 1 ]} ولحساب الحجم الأمثل الذي يتوافق مع هذه القاعدة، يجب على المخطط إجراء قياسات مستمرة لحركة بيانات الشبكة، وصيانة الموارد وتحديثها باستمرار لتلبية المتطلبات المتغيرة. ^{[ 1 ] [ 2 ]} ومن الأسباب الأخرى لتوفير موارد زائدة ضمان إمكانية إعادة توجيه حركة البيانات في حال حدوث عطل في الشبكة.

نظراً لتعقيدها، يتم عادةً تصميم أبعاد الشبكات باستخدام أدوات برمجية متخصصة. فبينما يقوم الباحثون عادةً بتطوير برامج مخصصة لدراسة مشكلة معينة، يستخدم مشغلو الشبكات عادةً برامج تخطيط الشبكات التجارية.

بالمقارنة مع هندسة الشبكات، التي تضيف موارد مثل الروابط وأجهزة التوجيه والمحولات إلى الشبكة، فإن هندسة حركة المرور تستهدف تغيير مسارات حركة المرور على الشبكة الحالية لتخفيف ازدحام حركة المرور أو استيعاب المزيد من الطلب على حركة المرور.

تُعدّ هذه التقنية بالغة الأهمية عندما تكون تكلفة توسيع الشبكة باهظة للغاية، ولا يكون حمل الشبكة متوازنًا على النحو الأمثل. يوفر الجزء الأول حافزًا ماليًا لهندسة حركة البيانات، بينما يتيح الجزء الثاني إمكانية نشر هذه التقنية.

تُمكّن قابلية استمرارية الشبكة من الحفاظ على أقصى قدر من الاتصال وجودة الخدمة في ظل ظروف الأعطال. وقد كانت من المتطلبات الأساسية في تخطيط وتصميم الشبكات. وتشمل هذه المتطلبات تصميماتٍ تتعلق بالطوبولوجيا والبروتوكول وتخصيص النطاق الترددي، وغيرها. فعلى سبيل المثال، قد يكون شرط الطوبولوجيا هو الحفاظ على شبكة متصلة على الأقل برابطين في حال تعطل أي رابط أو عقدة. أما شروط البروتوكول، فتتضمن استخدام بروتوكول توجيه ديناميكي لإعادة توجيه حركة البيانات بما يتناسب مع ديناميكيات الشبكة أثناء تغيير أبعادها أو أعطال المعدات. بينما تضمن شروط تخصيص النطاق الترددي تخصيص نطاق ترددي إضافي بشكل استباقي لتجنب فقدان البيانات في حال حدوث أعطال. وقد حظي هذا الموضوع باهتمامٍ كبير في المؤتمرات، مثل ورشة العمل الدولية لتصميم شبكات الاتصالات الموثوقة (DRCN). ^{[ 3 ]}

في الآونة الأخيرة، ومع تزايد دور تقنيات الذكاء الاصطناعي في الهندسة، طُرحت فكرة استخدام البيانات لإنشاء نماذج قائمة على البيانات للشبكات القائمة. ^{[ 4 ]} ومن خلال تحليل بيانات الشبكات الضخمة، يمكن فهم السلوكيات غير المرغوب فيها التي قد تحدث في الشبكات الواقعية، ومعالجتها، وتجنبها في التصاميم المستقبلية.

يمكن تحسين تصميم وإدارة الأنظمة الشبكية من خلال نموذج قائم على البيانات. ^{[ 5 ]} كما يمكن استخدام النماذج القائمة على البيانات في مراحل مختلفة من دورة حياة إدارة الخدمة والشبكة، مثل إنشاء الخدمة، وتوفيرها، وتحسينها، ومراقبتها، وتشخيصها. ^{[ 6 ]}

• النواة والكبسولة
• تقسيم الشبكة لتحسين الأداء
• التصميم الأمثل للشبكة - مشكلة تحسين بناء شبكة تقلل من إجمالي تكلفة السفر.