التحديات التقنية في مجال توسيع نطاق تكنولوجيات الارتفاع بالشبكات الكبيرة

وتشكل تكنولوجيات الطيف المتفرقة العمود الفقري لنظم الاتصالات اللاسلكية الحديثة، بدءا بالشبكات التكتيكية العسكرية إلى النظم الإيكولوجية التجارية للوقود والشبكة اللاسلكية والبلوتوث، وفي حين أن هذه التقنيات تتفوق في توفير وصلات اتصال آمنة ومقاومة للتدخل، فإن توسيع نطاقها لتشمل الشبكات الكبيرة يطرح مجموعة معقدة من التحديات التقنية التي تتطلب اتباع نهج هندسية متطورة، وتبحث هذه المادة العقبات الأساسية التي يواجهها مهندسو الشبكات المعماريون والمهندسون عند توسيع نطاق نظم الطيف، إلى جانب الحلول العملية والابتكارات الناشئة.

فهم أساسيات الرش

وقبل النظر في التحديات المتعلقة بالتوسع، من الضروري إيجاد فهم واضح لما هي عليه تكنولوجيات الطيف وكيفية استخدامها، ويشير نطاق واسع إلى مجموعة من تقنيات التحكّم التي تعمّد نشر إشارة مرسلة عبر نطاق الترددات أوسع بكثير من الحد الأدنى للعرض النطاقي المطلوب للبيانات الأساسية، ويوفر هذا النهج عدة مزايا، بما في ذلك مقاومة التدخل، وانخفاض احتمال الاعتراض، وقدرة المستعملين المتعددين على تبادل نفس الطيف الترددي.

وطرق الطيف الرئيسية هي: تواتر خط العجلات، وسبكتروم التسلسلي، وخط التسلسل المباشر للمسافات، وخط التصفيف المباشر، وسبكتروم (DSS)، وسرعان ما يبدلان تواتر الناقل وفقا لتسلسل البرمجيات المزودة بالأجهزة اللاسلكية المعروفة بكل من جهاز الإرسال والاستقبال، بينما تضاعف دائرة خدمات الدعم الميداني إشارة البيانات برمز نشر أعلى، وتنشر بفعالية طاقة الإشارة على نطاق واسع من الاتصالات(1).

Sectrum (FHSS)

وفي نظم خدمات الدعم الميداني، يتزامن جهاز الإرسال والاستقبال مع القفز بين الترددات في نمط محدد سلفاً، والوقت المخصص لكل تردد قصير عادة، وغالباً ما يكون في نطاق عشرات إلى مئات الاثنان، وهذا السلوك المتنقل يجعل من الطبيعي مقاومة التداخل الضئيل لأن التشويش أو التدخل لا يؤثر إلا على جزء صغير من طول البث من الرقم القياسي وهو رقم 2-4 إلى 79.

مباشرة (Squence Spread Spectrum)

وينشر نظام الدعم الميداني الإشارة بتكثيف تدفق البيانات برمز انتشار عالي الجودة، وهو عادة سلسلة من الضوضاء التي تصدرها شركة " ساودوراندوم " ، ومعدل الشباك (معدل الرمز) أعلى بكثير من معدل البيانات، ولذلك فإن الإشارة المرسلة تحتل موقعا أوسع نطاقا، ويستخدم جهاز استقبال نسخة متزامنة من نفس سلسلة البرمجيات النباتية لتقليص الإشارة إلى 80 فرنكا.

Hybrid and Modern Variants

وكثيرا ما تجمع النظم اللاسلكية الحديثة بين جوانب كل من خدمات الدعم الميداني وخدمات الدعم الميداني، أو تستخدم متغيرات متقدمة مثل شعبة الترددات الأرثوغونية (OFDM) وعميقها المنتشر، وأجهزة الاتصال المتعددة التابعة لشعبة الرموز المتعددة (MC-CDMA)، بينما لا تزال هذه التكنولوجيا واسعة النطاق بالمعنى التقليدي، توفر الكثير من الفوائد ذاتها من خلال استخدامها لنظم متعددة أو ضريبية هامة(10).

التحديات التقنية الرئيسية في مجال توسيع شبكات الوصلات

ويضيف توسيع نطاق تكنولوجيات الطيف من البيئات الصغيرة الخاضعة للمراقبة إلى شبكات كبيرة تضم آلاف أو عشرات الآلاف من المعاهد سلسلة من المشاكل التقنية، وتمتد هذه التحديات بين القيود على المستويات المادية، والتعقيدات المتوسطة في مجال مراقبة الدخول، والاعتبارات الأمنية، ومسائل الإدارة التشغيلية.

Bandwidth Scarcity and Regulatory Constraints

ويتمثل التحدي الأساسي الأكبر في توسيع شبكات الطيف الممتد في الطابع المحدود لطيف الترددات اللاسلكية، وتتطلب تقنيات الطيف المضغوط عرض النطاق الترددي يتناسب مع عامل الانتشار المستخدم، ويحتاج نظام خدمات الدعم الميداني الذي يرتفع فيه مستوى المكسب إلى نطاق واسع نسبيا، وفي النطاقات غير المرخص بها للإدارة الدولية للمواد الكيميائية (900 ميغاهرتز و 2.4 غيهرتز و 5 جيهرتز) حيث تعمل معظم نظم الطيف التجارية، فإن الطيف المتاح هو ثابت ومشترك مع العديد من التكنولوجيات الأخرى.

وتفرض الهيئات التنظيمية، مثل لجنة المنافسة النزيهة في الولايات المتحدة والمنظمة الأوروبية للطاقة الذرية في أوروبا، قيودا صارمة على قدرة النقل، وعلى النطاق الترددي المحتل، ودورات العمل في هذه الفرق، ففي نطاق التردد 2.4 GHz، يجب أن تمتثل نظم الطيف الموزعة لقواعد الجزء 15 من اتفاقية التجارة الحرة، التي تحد من أقصى قدر من القدرة على نقل الأسلحة إلى واط، وتحتاج إلى عدد محدود من قنوات التصفيق المتاحة مباشرة.

وفي الطيف المرخص، يواجه المشغلون قيودا مختلفة ولكن تحد بنفس القدر، وعادة ما تخصص المجموعات المرخصة في مجموعات ثابتة، ويمكن أن تكون تكلفة اقتناء طيف إضافي لتوسيع الشبكة باهظة، كما أن سياسات تخصيص طيف النطاق FCC توفر نظرة عن الكيفية التي تشكل بها هذه الأطر التنظيمية قرارات تصميم الشبكات اللاسلكية.

Interference Density and Near-Far Problems

ومع تزايد عدد المعالم في شبكة الطيف المنتشرة، تصبح بيئة التدخل الكلي معادية بشكل متزايد، وهذا واضح بشكل خاص في نظم خدمات الدعم الميداني، حيث يمكن أن تؤدي مشكلة قرب المسافات إلى تدهور شديد في الأداء، وتنشأ مشكلة قرب المسافات عندما تحجب إشارة قوية من جهاز إرسال قريب إشارة أضعف من جهاز إرسال أبعد، حتى عندما يستعمل كلاهما رموزا مختلفة للانتشار.

في أنظمة الـ "إتش إس" ، تحدي التدخل يظهر بشكل مختلف بينما تتجنب "إتش إس" التدخل السريع عبر سرعة الترددات ، احتمال الاصطدام يرتفع بمقدار ربع مع عدد التسلسلات المستقلة للقفزات التي تتقاسم نفس النطاق الترددي في بيئة شبكه "بلوتوث" كثيفة مثل ، العديد من الشباك التي تعمل في نفس الترددات الفضائية

تجهيز حدود الغاز في الشبكات الكبيرة

ويمثل كسب التجهيز رقماً أساسياً من حيث الجدارة في نظم الطيف الموزع، وهو ما يعرّف على أنه نسبة النطاق الترددي المُحال إلى نطاق المعلومات، ويوفّر ارتفاع مستوى المعالجات حصانة أكبر من التدخل ويتيح لمستعملين أكثر تزامناً في نظام آلية التنمية النظيفة، غير أن تحقيق مكاسب التجهيز محدود أساساً من خلال النطاق الترددي المتاح ومعدل الرقاقة الذي يمكن تحقيقه باستخدام الأجهزة العملية.

وفي شبكة كبيرة من آلية التنمية النظيفة، فإن عدد المستعملين المتزامنين الذين يمكن دعمهم يعادل تقريباً مكسب التجهيز المقسم إلى نسبة الإشارة إلى التدخل المطلوبة، ونظراً إلى زيادة عدد المستخدمين، فإن الحد الأدنى للتدخل، ويصل النظام إلى حد غير ميسر للقدرة، يُضاف إليه المزيد من المستعملين يُضعف نوعية الخدمات لجميع المستعملين الحاليين، وهذا الحد الأدنى من القدرة غير الميسرة هو سمة تعريفية نظم النطاق الترددي القائمة على آلية التنمية النظيفة، ويمثل قيداً أساسياً لا يمكن التغلب عليه.

تعقيد التواؤم في سكال

وتتطلب نظم الطيف المتفرقة تزامنا دقيقا بين أجهزة الإرسال والاستقبال، وفي نظم خدمات الدعم الميداني، يجب أن يتم تزامن تسلسل التسلسل التسلسلي في جزء من وقت الإقامة، وفي نظم خدمات الدعم الميداني، يجب اقتناء مرحلة النشر الشفرة وتتبعها في جزء من فترة الرقاقة، وأصبحت متطلبات التواؤم هذه أكثر تعقيدا من حيث مقاييس الشبكة.

وفي شبكة مخصصة كبيرة تضم مئات من المعاهد المتنقلة، يشكل الحفاظ على التزامن على نطاق الشبكة تحديا تقنيا كبيرا، ويجب أن يكتسب كل عقد من هذه المراكز توقيتاً لحياز جيرانها المتعددين، وأن يتتبع أيضاً جدول نقلها الخاص لتجنب الاصطدامات.

استهلاك الطاقة وكفاءة الطاقة

إن عملية التطهير في جهاز استقبال تابع لدائرة خدمات الدعم الميداني تتطلب ربط الإشارة الواردة برمز نشري محلي على افتراضات متعددة في مرحلة الشفرة، وبالنسبة لنظام ذي معدل رقاقة مرتفع ورمز انتشار طويل، فإن عملية الربط هذه تستهلك قوة كبيرة، وفي شبكة كبيرة ذات عهود مجهزة بالبطارية، تصبح كفاءة الطاقة عائقا حاسما في مجال التوسع.

وتعاني نظم خدمات الدعم الميداني من ارتفاع في الرؤوس الحاسوبية أقل من الرؤوس العامة التي تستخدمها إدارة خدمات الدعم الميداني، ولكنها تحتاج إلى مضاعفات ترددات يمكن أن تتحول إلى ترددات سريعة وتستقر في حدود التقلبات الشديدة، وتستهلك عملية القفز بالترددات نفسها الطاقة، والحاجة إلى الالتقاء على كل تردد طويل بما يكفي من أجل الحد من التحسينات التي يمكن تحقيقها في كفاءة الطاقة عن طريق التدوير الواجب.

الحلول العملية والنُهج الهندسية

وتتطلب معالجة التحديات التي تواجه شبكات الطيف الممتد نهجا متعدد المستويات يشمل الابتكارات في الطبقات المادية، وتحسينات مراقبة الدخول المتوسطة، والاعتبارات المتعلقة بهيكل الشبكات، وتفصل الفروع التالية الاستراتيجيات الهندسية العملية التي تم نشرها في نظم النطاقات الواسعة النطاق في العالم الحقيقي.

التأقلم التردي الإيجابي

ويعدّل نظام التكافل الإيجابي أحد أكثر التقنيات فعالية للتخفيف من التدخل في شبكات خدمات الدعم الميداني الكبيرة، وبدلاً من استخدام سلسلة ثابتة من عمليات الحرق، يعدّل نظام الخدمات الصحية المتكاملة دينامياً نمط التكدس لتجنب الترددات التي تشغلها أجهزة إرسال أخرى أو تخضع لتدخل مستمر، ويشمل تحديد المواصفات الأساسية لبلوتون الدعم الإلزامي من جانب القوات المسلحة الإندونيسية منذ صدور النص 1-2، وقد عملت هذه القدرة على التمكين من إعادة إشعال الترددات.

وفي شبكة كبيرة، يجب أن تصمم الخوارزميات التابعة للمؤسسة بعناية لتجنب التنسيق العام الذي يمكن أن يلغي فوائدها، حيث توصف النُهج التي توزع على شبكة AFH، حيث يميز كل عقدة بشكل مستقل نوعية القناة على كل تواتر، ويختار نمطا ملائما للتشهير، ويزيد حجمها عن النهج المركزية التي تتطلب معرفة عالمية ببيئة التدخل.

مراقبة السلطة وإدارة الرنج الديناميكية

(ب) إن الرقابة الفعالة على الطاقة ضرورية لإدارة مشكلة قرب المسافات في الشبكات الكبيرة التابعة لنظام خدمات الدعم الميداني، ومن خلال تعديل القدرة على نقل الطاقة إلى الحد الأدنى اللازم للاتصال الموثوق به، فإن مراقبة الطاقة تقلل من أثر التدخل في كل جهاز إرسال وتسمح لمستعملين أكبر بتقاسم الطيف في آن واحد، وقد استخدمت شبكات الخلايا التابعة لآلية التنمية النظيفة مراقبة الطاقة المغلقة لعدة عقود، حيث تقوم محطة القاعدة بإرسال أوامر لمراقبة الطاقة إلى أجهزة متنقلة بمعدل 800 هرتز أو أعلى في نظم إدارة المعلومات.

وفي الشبكات المخصصة التي تفتقر إلى محطة قاعدية مركزية، تواجه خوارزميات مراقبة الطاقة الموزعة تحديات إضافية، ويجب أن تقدر نوديس الحد الأدنى من قدرة النقل اللازمة للوصول إلى كل جار على أساس قياسات الخسائر في الطرق، مع النظر أيضا في التدخل في نقلها، ستسبب ذلك في اتصالات جارية أخرى.

إلغاء الكشف عن المعلومات والتدخلات المتعددة الاستعمالات

وتتيح هياكل أجهزة الاستقبال المتقدمة التي يمكن أن تفصل في نفس الوقت إشارات من أجهزة الإرسال المتعددة مسارا لزيادة كبيرة في قدرة الشبكة في نظم خدمات الدعم الميداني، كما أن تقنيات كشف المعلومات المتعددة الاستعمالات، بما في ذلك استخدام تقنيات قياس مدى التكافؤ في استخدام أقصى درجة ممكنة، وكشف الحد الأدنى من مقاييس النطاقات المائية، واستغلال هيكل التدخل المتعدد في الوصول إلى زيادة عدد المستعملين المتزامنين.

(د) إلغاء التعاقب هو نهج ذي صلة يفصل فيه جهاز الاستقبال أقوى الإشارة أولاً، ويعيد بناء مساهمته في الموجة المتلقاة، ويستعيض عنها، ثم يزيل أقوى الإشارة التالية، وتكرر هذه العملية تكراراً إلى أن يتم فك جميع الإشارات أو أن يكون التدخل المتبقي أقل من الحد الأدنى من الضجيج، وقد ثبتت مطابقة التصنيف الصناعي في نظم الاختبار الخاصة بآلية التنمية النظيفة على مدى ثلاثة مستويات.

الهيكل التنظيمي للشبكة المشتركة

وتتمثل إحدى الاستراتيجيات الفعالة لتوسيع شبكات الطيف في تجنب وجود طبوغرافيا مسطحة لصالح البنيانات الهرمية أو المجمّعة، وفي شبكة مجمّعة، تُنظَّم عقدة في مجموعات، تستخدم كل مجموعة رمزاً مختلفاً من رموز الانتشار أو تسلسلاً للخراط، ويتعامل رئيس المجموعة أو أحد الموصولين مع الاتصالات بين المجموعات، ويحتمل أن يستخدم نطاقاً مختلفاً للترددات أو جهازاً أعلى.

ويقلل هذا النهج الهرمي من العدد الفعلي للقطع التي تتنافس على نفس الموارد الطيفية داخل كل مجموعة، ويخفف من حدة التحديات التي نوقشت سابقاً في مجال التدخل والتزامن، وقد استخدمت الشبكات التكتيكية العسكرية هذا النهج منذ وقت طويل، حيث تستخدم المركبات التي تشكل مجموعات متنقلة تتواصل داخلياً باستخدام أجهزة اللاسلكي التابعة لمحطة الفضاء الهادي، بينما تتواصل مع أجهزة إيكلون أعلى من خلال وصلات ساتلية أو توجيهية.

نظم الرش المختلط

ويمكن أن توفر تقنيات البرمجيات المدمجة في نظام هجينات، التي تستخدمها شبكة خدمات الدعم الميداني، والمصرف الصحي والأمن، فوائد لا يحققها أي من النهجين بمفرده، وفي نظام هجين من الخدمة الميدانية/نظام خدمات الدعم الميداني، تنتشر الإشارة أولا باستخدام رمز نشر نظام خدمات الدعم الميداني، ثم تُبث إشارة النطاق الواسع الناتجة عبر الترددات، مما يوفر فوائد التدخل المتوسط في نظام خدمات الدعم الميداني، إلى جانب التنوع التواتري لجهاز الأمن الغذائي.

نظم الهجينات جذابة بشكل خاص لشبكات كبيرة تعمل في بيئات التدخل العدائي، ويُتيح مكسب التجهيز من عنصر الـ دي إس إس إس إس مقاومة لتشويش ضيق النطاق ويسمح للقسم المتعدد الدخول، بينما يُتيح عنصر الـ FHSS مقاومة للتشويشات الواسعة النطاق ويتيح النظام لاستغلال التنوع الترددي، ويستخدم النظام العسكري المشترك للإذاعة التكتيكية موجات الهجينية المتنازع عليها في مجال الاتصالات.

الاستشعار عن بعد وتقنيات الراديو المعرفية

وتتيح التكنولوجيات اللاسلكية المعرفية وسيلة لاستخدام الطيف على نطاق أوسع في شبكات الطيف الواسع الانتشار، ويمكن للأجهزة اللاسلكية، عن طريق الاستشعار عن البيئة اللاسلكية وقابلية الموصلات الدينامية، أن تحدد الطيف المستعمل استخداما ناقصا، وأن تستخدمه بصورة غير ملائمة دون التدخل لدى المستعملين الرئيسيين المرخص لهم، وبالنسبة لنظم الطيف الموزعة، يمكن للتقنيات المعرفية أن تسترشد بها قرارات التكرار التكييف، ونشر البرمجيات، ونقل التعديلات على الطاقة.

إن اكتشاف الطاقة وكشف سمات التقلبات الدورية واكتشاف المرشات المطابقة هي من بين تقنيات الاستشعار الطيفي المستخدمة في نظم الراديو المعرفية، ولكل منها مزايا وقيود متميزة من حيث حساسية الكشف والتعقيد الحاسوبي، ويتطلب معرفة مسبقة بخصائص الإشارات، وفي الشبكات الكبيرة، يمكن للاستشعار عن الطيف التعاوني، حيث تتقاسم العنود المتعددة معلومات الاستشعار لتحسين موثوقية في الكشف، أن يعزز بدرجة كبيرة دقة تقديرات شغل الطيف.

دراسات الحالة الحقيقية في العالم وتطبيقاتها

ويوفر بحث كيفية معالجة تحديات توسيع نطاق الطيف في نظم العالم الحقيقي دروسا قيمة لمصممي الشبكات والمهندسين الذين ينشرون شبكات لاسلكية واسعة النطاق اليوم.

شبكات عشب الازرق

ويمتد نظام بلوتون ميش، الذي يوحده جهاز تحديد المواقع في عام 2017، ليشمل كلا من بلوتون وبلوتوث منخفض الطاقة لدعم شبكات الأجهزة الكبيرة لتطبيقات مثل التشغيل الآلي للبناء، ومراقبة الإضاءة، وشبكات الاستشعار، ويعمل بروتوكول الميكنة على أعلى طبقة الجسم الفضائي للبلوتوث، التي تستخدم أسلوب البرمجيات في الشبكة العالمية لسواتل الملاحة وأجهزة التكرار التكييف عبر 40 قناة (37 قناة للبيانات و 3 قنوات إعلانية).

(و) إن بروتوكول (بلوتون ميش) الذي يمتد إلى آلاف العقدة قد طرح تحديات كبيرة تتعلق باحتراق النفقة، والفيضانات، وبطانة الشبكة، ويستخدم نهج الفيضان المنظم مع حدود الفترة الزمنية إلى العمر، وكشف مزدوج مبني على الكيك، وآليات الصداقة لمعالجة عمليات النشر الكثيفة.

شبكات البيانات التكتيكية العسكرية

وتمثل الشبكات التكتيكية العسكرية بعض التطبيقات الأكثر طلباً لتكنولوجيا الطيف الممتد، إذ تستخدم نظم مثل وصلة البيانات التكتيكية للربط 16 قفزات التردد في النطاق L (969-1206 MHz) بمعدل قفزة قدرها 000 777 هوبر في الثانية عبر 51 قناة، ويجب أن تدعم هذه الشبكات مئات المشاركين في البيئات الكهرومغناطيسية المتنازع عليها مع تهديدات التشويش النشطة.

وتعالج التحديات التي تواجه توسيع النطاق في مجال الاتصال رقم 16 من خلال الجمع بين الوقت الذي تخصصه الشعبة من خلال تخصيص فترات زمنية متعددة، ومجموعات المشاركة في الشبكة، والإدارة الرئيسية البكترية لتسلسلات التدوير - الحشود، ويستخدم النظام هيكلا هرميا محددا من فترات زمنية محددة، ويخصص كل مشترك جدولا زمنيا فريدا لنقل المعلومات يتجنب الاصطدام مع أعضاء الشبكة الآخرين، ويتجنب هذا النهج المحدد في نظم مراقبة الدخول المتوسطة الحجم مشاكل القدرة على الوصول العشوائية.

IEEE 802.11 Wi-Fi Networks

وتواجه الشبكات الحديثة للوقود، ولا سيما تلك التي تعمل في بيئات الكثافة والوصول العام، تحديات كبيرة في توسيع نطاق الطيف، حيث لا يوجد سوى ثلاثة قنوات غير مهيمنة في المناطق الحضرية، بل إن نطاق التردد 5 جيهرتز، الذي يتسع لعدد القنوات المتاحة له، يواجه قيودا على القدرات في مجال النشرات الكثيفة.

وتتصدى شبكة " وي-فاي " لهذه التحديات من خلال مزيج من تقنيات الطبقات الفيزيائية وطبقة طبقة ماكستير، وتخفض آلية تقييم القنوات الواضحة في بروتوكول CSMA/CA من التصادم من خلال اشتراط أن تكون أجهزة الإرسال قادرة على تحديد القناة قبل نقلها، وتخفف من حدة مشاكل التوزيع في القنوات المتعددة الأطقم (Wi-Fgonre) التي تُستخدم فيها أجهزة الإرسال في نفس الوقت نفسه.

وعلى الرغم من هذه الابتكارات، لا تزال شبكات الشبكة العالمية للفيروسات تواجه حدوداً في بيئات كثيفة للغاية مثل الملاعب ومراكز المؤتمرات ومحطات المطارات، وتتزايد استخدام نظم الهوائي المتقدمة، بما في ذلك تكنولوجيا الترميز والمدخلات المتعددة، لتحسين الاستخدام المكاني والسماح بإرسال المزيد من المواد في نفس الحيز المادي.

التكنولوجيات الناشئة والاتجاهات المستقبلية

وينتج التطور المستمر للتكنولوجيا اللاسلكية نُهجا جديدة تعد بزيادة تحسين قدرة شبكات الطيف الممتد، وتعالج هذه التكنولوجيات الناشئة القيود الأساسية، بينما تتيح إمكانيات جديدة لعمليات الانتشار اللاسلكي الواسعة النطاق.

عمليات التجهيز الجوي الشامل

ويمكن أن تخدم نظم المعلومات الإدارية الضخمة، التي تجهز فيها محطات القاعدة بعشرات أو مئات من عناصر الهوائيات، في الوقت نفسه العديد من المستعملين في نفس الوقت من موارد التردد الزمني من خلال التكتل المكاني، وبالنسبة لنظم الطيف الموسَّعة، توفر المنظمة البحرية الدولية الضخمة بعدا إضافيا للمستخدمين الذين يفصلون عن بعضهم: يمكن تعيين مختلف المستعملين لنفس الرمز الموزع ولكن فصلهم من الناحية المكانية عن طريق التضليل والابتزاز.

(ب) إن الدرجات المكانية للحرية المتاحة في نطاق نظم الرصد المتعددة المؤشرات الضخمة التي تضم عدداً من عناصر الهوائيات، مما يسمح لعدد المستخدمين المتزامنين بأن يتجاوز بكثير القيود المفروضة على عوامل الانتشار في آلية التنمية النظيفة التقليدية، مع وجود خوارزميات متقدمة سابقة للترميز، يمكن أن تزيد البعثة بشكل كبير قدرة شبكات الطيف الموزعة في البيئات الحضرية الكثيفة.

الاتصالات الكاملة

فالتكنولوجيا اللاسلكية الكاملة، التي تنقل فيها الأجهزة وتتلقى في نفس الوقت، يمكن أن تضاعف الكفاءة الطيفية للشبكات اللاسلكية، وبالنسبة لنظم الطيف الموزعة، فإن العملية الكاملة تنطوي على تحديات جديدة لأن التدخل الذاتي من جهاز الإرسال إلى جهاز الاستقبال في نفس الجهاز يمكن أن يكون أوامر أقوى من أي إشارة ترد من جهاز إرسال عن بعد.

وقد أدت التطورات الأخيرة في إلغاء الناظرات والتبادل الرقمي إلى جعل العملية الكاملة في بعض الحالات المستخدمة عملية عملية، وفي سياق واسع النطاق، يمكن أن تتيح القدرة الكاملة إمكانية وضع بروتوكولات جديدة لمراقبة الدخول المتوسطة تلغي الحاجة إلى نقل منفصل وتلقي فترات زمنية محددة، وتخفض من درجة الرضا، وتحسن من الناتج في الشبكات الكبيرة.

تعليم الآلات من أجل إدارة المبيدات الحشرية

وتطبق تقنيات التعلم في مجال الآلات بصورة متزايدة على مشكلة إدارة الطيف التكييفي في شبكات الطيف الواسعة الانتشار، ويمكن أن تتعلم نظم التكافل المعززة أنماطاً مثالية للتكرار، ومواقع التحكم في الطاقة، ونشر مهام الرموز من خلال التفاعل مع البيئة، والتكيف مع ظروف التدخل المتغيرة دون اشتراط نماذج واضحة لمصادر التدخل.

وقد ثبتت نُهج التعلم في مجال التعزيزات العميقة لتتجاوز مقاييس التقلبات التقليدية للتكييف في بيئات التدخل المعقدة، وتحقيق ارتفاع منافذها وانخفاض معدلات فقدان الحزم، وهذه التقنيات قيمة بوجه خاص في الشبكات الكبيرة التي تصبح فيها تكلفة التشكيل اليدوي والتعظيم باهظة.

تكنولوجيات ليدجر الموزعة لإدارة سبكتروم

وتتيح النُهج الناشئة لإدارة الطيف استنادا إلى تكنولوجيا دفتر الأستاذ الموزعة (بلوكشاين) إمكانية التنسيق اللامركزي لموارد الطيف الممتد في الشبكات الكبيرة، ويمكن للعقود الذكية أن تُشفِر حقوق استخدام الطيف وتتقاسم الاتفاقات، مما يتيح لمشغلي الشبكات المتعددين تنسيق استخدامهم للطيف المشترك دون أن يتطلب ذلك سمساراً مركزياً.

وفي حين أن هذه النهج لا تزال في مرحلة البحث، فإنها يمكن أن تتصدى لبعض التحديات التنظيمية والتنسيقية التي تحد حاليا من إمكانية تصعيد شبكات الطيف الممتد، ولا سيما في النطاقات غير المرخص بها التي تتنافس فيها شبكات مستقلة متعددة على نفس الموارد.

خاتمة

ولا يزال التوسع في تكنولوجيات الطيف للشبكات الكبيرة يشكل تحديا هنديا متعدد الأوجه يمتد بين تصميم الطبقات المادية، ومراقبة الدخول المتوسطة، وهيكل الشبكة، والامتثال التنظيمي، والتوتر الأساسي بين فوائد تحقيق مكاسب تجهيز الطيف الواسع النطاق والطبيعة المحدودة للطيف المتاح يخلق مجموعة من المبادلات التي يجب أن يبحر بها مهندسو الشبكات بعناية.

وفرضت القيود المفروضة على البلازما، وكثافة التدخل، وتعقيد المزامنة، والقيود على الطاقة، قيودا عملية على مدى إمكانية نمو شبكة الطيف الممتد مع الحفاظ على الأداء المقبول، غير أنه تم وضع مجموعة غنية من الحلول الهندسية للتصدي لهذه التحديات، كما أن برمجة الترددات المتوازية، وخوارزميات مراقبة الطاقة، والكشف عن المستعملين المتعددين، والهيكل الهرمي للشبكات، والتقنيات اللاسلكية المعرفية تسهم جميعها في دفع النظم القائمة على التسلسلة.

ويواصل تطور المعايير اللاسلكية وضع نهج جديدة تعد بمزيد من التحسينات، إذ أن هذه المعايير تعد بمثابة تكبير، والاتصالات الكاملة، والتعلم الآلي من أجل إدارة الطيف التكييفي، وتنسيق الطيف القائم على دفتر الأستاذ الموزع يشير إلى مستقبل يمكن فيه لشبكات الطيف الموزعة أن تتوسع فيه لخدمة المطالب المتزايدة من شبكة الإنترنت، والتشغيل الآلي الصناعي، والربط اللاسلكي غير المنصف.

بالنسبة لمهندسي الشبكات والمصممين النظاميين الذين ينشرون شبكات واسعة النطاق، فإن المأزق الرئيسي هو أن التصعيد يجب أن يُنظر فيه من المراحل الأولى لتصميم النظام، والخيارات المادية لاختيار النظم، واختيار بروتوكول مراقبة الدخول المتوسط، وقرارات علم الطبقات الشبكية كلها تتفاعل لتحديد مدى قابلية النظام للتصعيد، وبفهم التحديات الأساسية ونهج الحلول المتاحة، يمكن للممارسين اتخاذ قرارات مستنيرة تؤدي إلى نشر سلكات اللاسلكية التي لا تُقدر على تلبية متطلبات الطلب.