5G للعالم الذكي

من الشائع إلى حد ما أن الثورة الحقيقية لإنترنت الأشياء لن تحدث إلا من خلال تعميم شبكة الإنترنت عبر الهاتف المحمول من الجيل الخامس. سيستمر إنشاء هذه الشبكة، لكن الشركات لا تنظر إليها حاليًا عند تنفيذ البنية التحتية لإنترنت الأشياء.

يتوقع الخبراء أن 5G لن يكون تطورًا، بل تحولًا كاملاً لتكنولوجيا الهاتف المحمول. وهذا من شأنه أن يحول الصناعة بأكملها المرتبطة بهذا النوع من الاتصالات. في فبراير 2017، خلال عرض تقديمي في المؤتمر العالمي للهواتف المحمولة في برشلونة، صرح ممثل شركة Deutsche Telekom أنه بسبب الهواتف الذكية سوف تتوقف عن الوجود. عندما يصبح هذا شائعًا، سنكون دائمًا متصلين بالإنترنت، مع كل شيء تقريبًا من حولنا. واعتمادًا على قطاع السوق الذي سيتم استخدام هذه التقنية فيه (التطبيب عن بعد، المكالمات الصوتية، منصات الألعاب، تصفح الويب)، ستعمل الشبكة بشكل مختلف.

سرعة شبكة 5G مقارنة بالحلول السابقة

خلال المؤتمر العالمي للجوال نفسه، تم عرض التطبيقات التجارية الأولى لشبكة 5G - على الرغم من أن هذه الصيغة تثير بعض الشكوك، لأنه لا يزال من غير المعروف كيف سيكون شكلها فعليًا. الافتراضات غير متسقة تماما. تزعم بعض المصادر أنه من المتوقع أن توفر تقنية 5G سرعات نقل تبلغ عشرات الآلاف من الميغابت في الثانية لآلاف المستخدمين في نفس الوقت. وتشير المواصفات الأولية لشبكة الجيل الخامس، التي أعلن عنها الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) قبل عدة أشهر، إلى أن زمن الوصول لن يتجاوز 5 مللي ثانية. يجب تنزيل البيانات بسرعة 4 جيجابت في الثانية وتحميلها بسرعة 20 جيجابت في الثانية. نحن نعلم أن الاتحاد الدولي للاتصالات يريد الإعلان عن النسخة النهائية للشبكة الجديدة هذا الخريف. يتفق الجميع على شيء واحد - يجب أن توفر شبكة 5G اتصالاً لاسلكيًا متزامنًا لمئات الآلاف من أجهزة الاستشعار، وهو أمر أساسي لإنترنت الأشياء والخدمات في كل مكان.

وقد أعلنت الشركات الرائدة مثل AT&T وNTT DOCOMO وSK Telecom وVodafone وLG Electronic وSprint وHuawei وZTE وQualcomm وIntel وغيرها الكثير بوضوح دعمها لتسريع جدول توحيد 5G. ترغب جميع الأطراف المهتمة في بدء التنفيذ التجاري لهذا المفهوم في وقت مبكر من عام 2019. من ناحية أخرى، أعلن الاتحاد الأوروبي عن خطة 5G PPP () لتحديد اتجاه تطوير شبكات الجيل القادم. بحلول عام 2020، يجب على دول الاتحاد الأوروبي إطلاق تردد 700 ميجاهرتز المخصص لهذا المعيار.

تعد شبكة 5G بمثابة هدية للتقنيات الجديدة

الأشياء الفردية لا تحتاج إلى 5G

وفقًا لشركة إريكسون، في نهاية العام الماضي كان هناك 5,6 مليار جهاز مستخدم في إنترنت الأشياء. ومن بين هؤلاء، كان حوالي 400 مليون فقط يستخدمون شبكات الهاتف المحمول، والباقي على شبكات قصيرة المدى مثل Wi-Fi أو Bluetooth أو ZigBee.

غالبًا ما يرتبط التطور الحقيقي لإنترنت الأشياء بشبكات 5G. قد تظهر التطبيقات الأولى للتكنولوجيات الجديدة، في البداية في قطاع الأعمال، خلال عامين إلى ثلاثة أعوام. ومع ذلك، يمكننا أن نتوقع الوصول إلى شبكات الجيل التالي للعملاء الأفراد في موعد لا يتجاوز عام 2025. وتتمثل ميزة تقنية 5G، من بين أمور أخرى، في القدرة على التعامل مع مليون جهاز تم جمعها على مساحة كيلومتر مربع. قد يبدو هذا رقمًا ضخمًا، ولكن إذا فكرت في ما تقوله رؤية إنترنت الأشياء المدن الذكيةحيث، بالإضافة إلى البنية التحتية الحضرية، يتم توصيل المركبات (بما في ذلك السيارات المستقلة) والأجهزة المنزلية (المنازل الذكية) والأجهزة المكتبية، وكذلك، على سبيل المثال، المتاجر والبضائع المخزنة فيها، يتوقف هذا المليون لكل كيلومتر مربع عن يبدو كبيرا جدا. خاصة في مراكز المدن أو المناطق ذات التركيز العالي من المكاتب.

ومع ذلك، تذكر أن العديد من الأجهزة المتصلة بالشبكة وأجهزة الاستشعار التي تحتوي عليها لا تتطلب سرعات عالية جدًا لأنها تنقل أجزاء صغيرة من البيانات. ليست هناك حاجة إلى إنترنت فائق السرعة لجهاز الصراف الآلي أو محطة الدفع. ليس من الضروري وجود جهاز استشعار للدخان ودرجة الحرارة في نظام الحماية، لإبلاغ، على سبيل المثال، الشركة المصنعة للآيس كريم عن الظروف في الثلاجات في المتاجر. ليست هناك حاجة إلى سرعات عالية وزمن وصول منخفض لمراقبة إنارة الشوارع والتحكم فيها، أو نقل البيانات من عدادات الكهرباء والمياه، أو التحكم عن بعد في الأجهزة المنزلية المتصلة بإنترنت الأشياء باستخدام الهاتف الذكي، أو في الخدمات اللوجستية.

اليوم، على الرغم من أن لدينا تقنية LTE، والتي تتيح لنا إرسال عشرات أو حتى مئات الميجابايت من البيانات في الثانية عبر شبكات الهاتف المحمول، إلا أن جزءًا كبيرًا من الأجهزة التي تعمل بإنترنت الأشياء لا تزال تستخدم شبكات 2G، أي. متاحة للبيع منذ عام 1991. معيار جي إس إم.

للتغلب على حاجز التكلفة الذي يثني العديد من الشركات عن استخدام إنترنت الأشياء في عملياتها الحالية وبالتالي إعاقة تطورها، تم تطوير تقنيات لبناء شبكات مصممة لدعم الأجهزة التي تنقل حزم صغيرة من البيانات. تستخدم هذه الشبكات كلا من الترددات التي يستخدمها مشغلو الهاتف المحمول والطيف غير المرخص. تعمل تقنيات مثل LTE-M وNB-IoT (وتسمى أيضًا NB-LTE) في الطيف الذي تستخدمه شبكات LTE، بينما تستخدم تقنية EC-GSM-IoT (وتسمى أيضًا EC-EGPRS) الطيف الذي تستخدمه شبكات 2G. في النطاق غير المرخص، يمكنك الاختيار من بين حلول مثل LoRa وSigfox وRPMA.

تقدم جميع الخيارات المذكورة أعلاه نطاقًا واسعًا ومصممة بطريقة تجعل الأجهزة الطرفية رخيصة قدر الإمكان وتستهلك أقل قدر ممكن من الطاقة ، وبالتالي تعمل دون تغيير البطارية حتى لعدة سنوات. ومن هنا جاء اسمهم الجماعي - (استهلاك منخفض للطاقة ، بعيد المدى). تحتاج شبكات LPWA العاملة في النطاقات المتاحة لمشغلي الهواتف المحمولة إلى تحديث البرامج فقط. يعتبر تطوير شبكات LPWA التجارية من قبل شركتي الأبحاث Gartner و Ovum أحد أهم الأحداث في تطوير إنترنت الأشياء.

يستخدم المشغلون تقنيات مختلفة. وقد اختارت شركة KPN الهولندية، التي أطلقت شبكتها الوطنية العام الماضي، LoRa وهي مهتمة بـ LTE-M. اختارت مجموعة فودافون NB-IoT - وبدأت في بناء شبكة في إسبانيا هذا العام ولديها خطط لبناء مثل هذه الشبكة في ألمانيا وأيرلندا وإسبانيا. وقد اختارت شركة Deutsche Telekom تقنية NB-IoT وأعلنت أنه سيتم إطلاق شبكتها في ثماني دول، بما في ذلك بولندا. اختارت شركة Telefonica الإسبانية Sigfox وNB-IoT. بدأت شركة Orange في فرنسا ببناء شبكة LoRa، ثم أعلنت أنها ستبدأ في إطلاق شبكات LTE-M من إسبانيا وبلجيكا - الدولتان اللتان تعمل فيهما، وبالتالي على الأرجح بولندا.

قد يعني إنشاء شبكة LPWA أن تطوير نظام بيئي خاص لإنترنت الأشياء سيبدأ بشكل أسرع من شبكات 5G. وتوسيع أحدهما لا يستبعد الآخر، لأن كلتا التقنيتين ضروريتان للشبكة الذكية في المستقبل.

من المحتمل أن تكون هناك حاجة إلى اتصالات 5G اللاسلكية كثيرًا على أي حال طاقة. بالإضافة إلى النطاقات المذكورة أعلاه، كان من المفترض أن يتم إطلاق طريقة لتوفير الطاقة على مستوى الجهاز الفردي في العام الماضي. منصة ويب بلوتوث. سيتم استخدامه بواسطة شبكة من المصابيح الذكية والأقفال وأجهزة الاستشعار وما إلى ذلك. تتيح لك التكنولوجيا الاتصال بأجهزة إنترنت الأشياء مباشرة من متصفح الويب أو موقع الويب دون استخدام تطبيقات خاصة.

تصور لتقنية ويب بلوتوث

5G قبل ذلك

ومن الجدير بالذكر أن بعض الشركات تعمل على تقنية 5G منذ سنوات. على سبيل المثال، تعمل سامسونج على حلول 5G منذ عام 2011. خلال هذا الوقت، كان من الممكن تحقيق إرسال بمعدل 1,2 جيجابت/ثانية في مركبة تتحرك بسرعة 110 كم/ساعة. و7,5 جيجابت في الثانية لجهاز الاستقبال الدائم.

علاوة على ذلك، فإن شبكات 5G التجريبية موجودة بالفعل وتم إنشاؤها بالتعاون مع شركات مختلفة. ومع ذلك، في الوقت الحالي، من السابق لأوانه الحديث عن التوحيد العالمي الوشيك والحقيقي للشبكة الجديدة. وتقوم شركة إريكسون باختباره في السويد واليابان، ولكن توفر الأجهزة الاستهلاكية الصغيرة التي ستعمل مع المعيار الجديد لا يزال بعيد المنال. وفي عام 2018، وبالتعاون مع المشغل السويدي TeliaSonera، ستطلق الشركة أول شبكات 5G تجارية في ستوكهولم وتالين. في البداية سيكون شبكات المدينة، وسيتعين علينا الانتظار حتى عام 5 للحصول على 2020G "بالحجم الكامل". حتى أن إريكسون لديها أول هاتف 5G. ولعل كلمة "الهاتف" هي تسمية خاطئة بعد كل شيء. يزن الجهاز 150 كجم وعليك السفر به في حافلة كبيرة مجهزة بمعدات القياس.

في أكتوبر الماضي، جاءت أخبار ظهور شبكة 5G لأول مرة من أستراليا البعيدة. ومع ذلك، ينبغي التعامل مع هذه الأنواع من التقارير عن بعد - فكيف تعرف، بدون معيار ومواصفات 5G، أن خدمة الجيل الخامس قد تم إطلاقها؟ وينبغي أن يتغير هذا بمجرد الاتفاق على المعيار. إذا سارت الأمور وفقًا للخطة، ستظهر شبكات 5G المعيارية مسبقًا لأول مرة في دورة الألعاب الأولمبية الشتوية لعام 2018 في كوريا الجنوبية.

موجات ملليمتر وخلايا صغيرة

يعتمد تشغيل شبكة 5G على عدة تقنيات مهمة.

المحطة الأساسية من إنتاج شركة سامسونج

الأول اتصالات موجة ملليمتر. يتم توصيل المزيد والمزيد من الأجهزة ببعضها البعض أو بالإنترنت باستخدام نفس ترددات الراديو. يؤدي هذا إلى فقدان السرعة ومشاكل في استقرار الاتصال. وقد يكون الحل هو التحول إلى الموجات المليمترية، أي الموجات المليمترية. في نطاق التردد 30-300 جيجا هرتز. وهي تُستخدم حاليًا في الاتصالات عبر الأقمار الصناعية وعلم الفلك الراديوي، من بين أمور أخرى، ولكن قيودها الرئيسية كانت مداها القصير. وهناك نوع جديد من الهوائيات يحل هذه المشكلة، ولا يزال تطوير هذه التكنولوجيا مستمرًا.

يجب أن يسمى الركيزة الثانية للجيل الخامس التكنولوجيا. يتباهى العلماء بأنهم قادرون بالفعل على نقل البيانات باستخدام موجات ملليمتر على مسافة تزيد عن 200 متر، وكل 200-250 متر حرفيًا في المدن الكبيرة يمكن أن تكون هناك محطات قاعدة صغيرة ذات استهلاك منخفض جدًا للطاقة. ومع ذلك، في المناطق الأقل كثافة سكانية، لا تعمل الخلايا الصغيرة بشكل جيد.

هذا من شأنه أن يساعد في حل المشكلة المذكورة أعلاه تقنية MIMO جيل جديد. يعد MIMO أحد الحلول المستخدمة أيضًا في معيار 4G والذي يمكنه زيادة إنتاجية الشبكة اللاسلكية. السر هو الإرسال متعدد الهوائيات على طرفي الإرسال والاستقبال. يمكن لمحطات الجيل التالي التعامل مع منافذ أكثر بثمانية أضعاف من اليوم لإرسال البيانات واستقبالها في وقت واحد. وبالتالي، يزداد إنتاجية الشبكة بنسبة 22%.

طريقة أخرى مهمة لـ 5G هي أن "تكوين الشعاع". إنها طريقة معالجة الإشارة بحيث يتم تسليم البيانات إلى المستخدم على طول الطريق الأمثل. يساعد الموجات المليمترية في الوصول إلى الجهاز في حزمة مركزة بدلاً من الإرسال متعدد الاتجاهات. وبالتالي ، تزداد قوة الإشارة ويقل التداخل.

يجب أن يكون العنصر الخامس من الجيل الخامس هو ما يسمى الازدواج الكامل. الدوبلكس هو إرسال في اتجاهين، أي أنه يمكن إرسال واستقبال المعلومات في كلا الاتجاهين. الازدواج الكامل يعني أن البيانات يتم إرسالها دون انقطاع الإرسال. يتم تحسين هذا الحل باستمرار لتحقيق أفضل المعايير.

 

الجيل السادس؟

ومع ذلك، تعمل المختبرات بالفعل على شيء أسرع من 5G - على الرغم من أننا لا نعرف بالضبط ما هو الجيل الخامس. يقوم العلماء اليابانيون بإنشاء نقل بيانات لاسلكي مستقبلي كما لو كان الإصدار السادس التالي. ويتكون من استخدام ترددات من 300 جيجا هرتز وما فوق، وستكون السرعات المحققة 105 جيجابت / ثانية على كل قناة. البحث والتطوير في مجال التقنيات الجديدة مستمر منذ عدة سنوات. وفي نوفمبر الماضي، تم تحقيق سرعات تبلغ 500 جيجابت في الثانية باستخدام نطاق تيراهيرتز 34 جيجاهرتز، تليها 160 جيجابت في الثانية باستخدام جهاز إرسال في نطاق 300-500 جيجاهرتز (ثماني قنوات معدلة على فترات 25 جيجاهرتز). ) - أي نتائج أكبر بعدة مرات من القدرات المتوقعة لشبكة 5G. أحدث النجاح هو عمل فريق من العلماء من جامعة هيروشيما وموظفي باناسونيك في نفس الوقت. تم نشر معلومات حول التكنولوجيا على موقع الجامعة، وتم عرض الافتراضات وآلية تشغيل شبكة تيراهيرتز في فبراير 2017 في مؤتمر ISSCC في سان فرانسيسكو.

كما تعلمون، فإن زيادة تردد التشغيل لا يجعل من الممكن نقل البيانات بشكل أسرع فحسب، بل يقلل أيضًا بشكل كبير من النطاق المحتمل للإشارة، كما يزيد أيضًا من قابليتها لجميع أنواع التداخل. وهذا يعني أنه من الضروري بناء بنية تحتية معقدة إلى حد ما وموزعة بكثافة.

ومن الجدير بالذكر أيضًا أن الثورات - مثل شبكة 2020G المخطط لها في عام 5، ومن ثم شبكة تيراهيرتز الافتراضية الأسرع - تعني أن ملايين الأجهزة ستحتاج إلى استبدالها بإصدارات تتكيف مع المعايير الجديدة. من المحتمل أن يؤدي هذا إلى حد كبير... إلى تقليل معدل التغيير ويؤدي إلى تحول الثورة المقصودة إلى تطور فعلي.

أن تستمر رقم الموضوع في العدد الأخير من المجلة الشهرية.