مقدمة

وتحتاج الاتصالات اللاسلكية التي لاسلكية إلى شبكات مرنة، ومؤهلة للعمل في ظروف متطرفة، وكثيرا ما تكافح النظم الخلوية التقليدية للحفاظ على الأوضاع في حالات الطوارئ عندما يتجمع أول مستجيبين، وتزداد الشبكات ازدحاما، وتحتاج التغطية إلى ظروف صعبة، وتتوفر تكنولوجيا متعددة المدخلات متعددة الأطراف متعددة المدخلات (Massive Input Multiple) حلا تحويليا.

Understanding Massive MIMO Technology

إن ماسيف ميمو تطور نظمها التقليدية في مجال الرصد المتعدد الوسائط التي تستخدم عادة اثنين أو أربعة أو ثمانية هوائيات، وفي نظام شامل للإدارة المتكاملة، يمكن أن يكون لدى محطة قاعدية 64 أو 128 أو أكثر من عناصر هوائي، وتعمل هذه الهوائيات معا لخدمة مستخدمين متعددين في نفس الوقت، وهي تقنية تعرف بتعددية الأماكن، وتزيد من قوة أجهزة توجيه الإشارات المتقدمة، مثل ما قبل استخدام أجهزة القياس.

وهذه التكنولوجيا هي حجر الزاوية في محطة الإذاعة الجديدة التي تبلغ من العمر ٥ زاي ويجري النظر فيها أيضاً بالنسبة للنظم المستقبلية التي تبلغ من العمر ٦ سنوات، ووفقاً لمعايير " ٣ جي بي بي بي بي بي " ، فإن " ماسييف ميمو " أساسي لتحقيق معدلات البيانات العالية وقلة المرونة اللازمة لتعزيز النطاق العريض والات الهاتفية المنخفضة الموثوقة، وبالنسبة للأمان العام، فإن المميز الرئيسي هو القدرة على التعامل مع العديد من الاتصالات المتزامنة - الاستجابة -

وعلى عكس النظم السابقة التي كانت فيها الهوائيات موزعة على نطاق واسع لتحقيق التنوع، تستخدم البعثة المكثفة عناصر الهوائي المكتظة بحزم مع عوامل أقل شكلا، مما يتيح زيادة درجات الحرية في التضليل، وهذه النتيجة شبكة يمكن أن تتكيف في الوقت الحقيقي مع التغيرات في موقع المستخدم والطلب على حركة المرور، كما أن التكنولوجيا تحفز على استخدام نظم المعالجة بالمثل في نظم دوبلكس التابعة لشعبة الوقت، مما يقلل الحاجة إلى التغذية المرتدة عالية.

المنافع الرئيسية للسلامة العامة

وتوفر المنظمة مجموعة من المزايا التي تعالج مباشرة الاحتياجات الفريدة من الاتصالات المتعلقة بالسلامة العامة، وتتجاوز هذه الفوائد التحسينات السريعة البسيطة التي تؤدي إلى تغيير موثوقية شبكات الطوارئ وقدرتها بصورة أساسية.

تعزيز التغطية في البيئات الصعبة

وكثيرا ما يعمل موظفو السلامة العامة في مناطق ذات تهوية رديئة، مثل المباني الداخلية والأنفاق والطرق الفرعية والأراضي المزروعة، ويمكن أن تركز أجهزة الإرسال المكثفة التابعة للبعثة على الطاقة في حزم ضيقة تخترق العقبات أكثر فعالية من البث الشامل، مما يوسع نطاق المحطة الأساسية ويملأ فتحات الحرق المكثفة.

وعلاوة على ذلك، فإن القدرة على إنشاء شعاعات متعددة في آن واحد تعني أن محطة قاعدية واحدة يمكن أن تغطي منطقة واسعة من المناطق المغلقة ومحدودات داخلية محددة دون نشر هياكل أساسية إضافية، وهذا أمر بالغ الأهمية أثناء الأحداث الواسعة النطاق التي تقام فيها مراكز قيادة متنقلة في مواقع مؤقتة.

القدرة على مواجهة الحوادث

وخلال الحوادث الكبرى - الكوارث الطبيعية، أو الهجمات الإرهابية، أو التجمعات العامة الكبيرة - الطلب على المضاعفات اللاسلكية للوصلات اللاسلكية بشكل كبير، وقد أثبت المستجيبون الأولون، وأفرقة إنفاذ القانون، وأفرقة الطب، وحتى الضحايا الذين يحاولون الوصول إلى أحبائهم، أنهم يتنافسون على موارد الشبكة، كما أن هذه المنظمة توفر زيادة في القدرات لعدة مرات على النظم التقليدية عن طريق خدمة العديد من المستعملين على القناة ذاتها، وفي سياق من خمسة آلاف، ثبت أن هذه الحركة المتعددة الجنسيات تحسن قدرتها على استخدام ما يصل إلى 10xx0 أو أكثر.

ولا تقتصر هذه القدرة على المكالمات الصوتية فحسب، بل تعتمد عمليات السلامة العامة الحديثة على تطبيقات الترددات العالية: البث الفوري للفيديو من كاميرات الجسم، وأجهزة البث بلا طيار، والمشاورات التطبيبية عن بعد، وتقاسم خطط الطابق الأرضي أو بيانات الهزمات، كما أن المنظمة البحرية الدولية الواسعة النطاق تضمن أن هذه التطبيقات يمكن أن تدار في وقت واحد دون أداء مهين، كما يمكن للشبكة أن تعطي الأولوية لحركة المرور التي تتسم بأهمية خاصة بالبعثة، بما يضمن الموارد اللازمة للاتصالات الأساسية.

تحسين الموثوقية والحال

فالاعتماد هو الأولوية العليا لشبكات السلامة العامة، إذ أن توسيع نطاق قدرة المنظمة على تحسين موثوقيتها من خلال مكاسب التنوع - توفر الهوائيات المتعددة الأطراف مسارات متعددة للإشارة، مما يقلل من فرص الخروج الكامل، وإذا ما تم وقف أحد الشعاعات، فإن الآخرين لا يزالون قادرين على نقلها، كما أن التكنولوجيا تكافح بشكل متأصل، لأن الحزمة الضيقة تقلل من التداخل بين المستخدمين.

فالعملية عامل حاسم آخر، إذ كثيرا ما تتطلب الاستجابة في حالات الطوارئ الاتصالات القريبة من الأدلّة، لا سيما عند مراقبة المعدات النائية أو تنسيق عمليات الإنقاذ التي تراعي الوقت، حيث تتيح المنظمة المتعددة الأطراف تحديد مواعيدها على نحو أسرع وتقليص التأخير في إقامة الاتصالات، وبدمج خصائص الحوسبة المتنقلة و 5G من سمات المركز، يمكن أن تنخفض درجة الرطوبة النهائية إلى أقل من 5 مللي ثانية، مما يتيح إمكانية وصول الآلية إلى نظام التحكم في الوقت الحقيقي.

كفاءة الطاقة والعمليات المستدامة

وتعمل وكالات السلامة العامة بميزانيات مقيدة، كما أن تكاليف الطاقة تشكل شاغلا كبيرا لمشغلي الشبكات، وتحسن البعثة كفاءة الطاقة باستخدام شعاعات ذات توجه عال تضيع الطاقة في الفضاء الفارغ، ويمكن توفير نفس القوة من حيث الإشارة مع انخفاض إجمالي طاقة النقل مقارنة بالهوائيات التقليدية، وبالإضافة إلى ذلك، فإن القدرة على خدمة المزيد من المستعملين لكل محطة قاعدية تقلل من عدد المواقع اللازمة، مما يقلل من النفقات الرأسمالية والتشغيلية.

كما أن التنفيذات الضخمة الجديدة التي تنفذها المنظمة تتضمن أساليب نوم متقدمة وتكيفا ديناميا مع الشعاع لزيادة تخفيض استهلاك الطاقة خلال فترات منخفضة الفعالية، ويمكن أن يترجم ذلك إلى وفورات كبيرة طويلة الأجل وإلى آثار كربونية أصغر بالنسبة لشبكة الأمان العام في المدينة.

تحديات التنفيذ والحلول

ورغم وعدها، فإن نشر بعثة الرصد المتعددة الجنسيات في مجال السلامة العامة ليس بدون عقبات، ولا بد من التصدي لهذه التحديات من خلال التعاون بين بائعي التكنولوجيا، ومتعهدي الشبكات، والوكالات الحكومية، والمنظمات الأولى المستجيبة.

تكاليف الهياكل الأساسية المرتفعة

وتحتاج محطات قاعدة ضخمة تابعة للمنظمة إلى معدات أكثر تطورا: سلاسل إذاعية متعددة، ومجهزات ذات أداء عال، ومصفوفات الهوائي المتقدمة، ويمكن أن يكون الاستثمار الأولي أعلى بكثير من الاستثمار في الحلول التقليدية للمنظمة البحرية الدولية أو الخلايا الصغيرة، غير أن التكلفة الإجمالية للملكية قد تكون أقل بسبب انخفاض كثافة المواقع وطول دورة حياة المعدات، كما أن الشراكات بين القطاعين العام والخاص والمنح الاتحادية (مثل تلك التي تأتي من هيئة الشبكة الأولى التابعة للولايات المتحدة) يمكن أن تساعد في تعويض هذه التكاليف.

التشغيل المتبادل مع نظم ليغايسي

وكثيراً ما تعمل منظمات السلامة العامة على تشغيل نظم إذاعة متنقلة للأراضي مثل P25 أو Tetra، التي لا تتفق مع 5G Massive MIMO، وتتطلب الانتقال بوابات وأجهزة ذات طرق مزدوجة يمكن أن تُسجّل الشبكات القديمة والجديدة، وقد عالج هذا النظام من خلال معايير الخدمات الحيوية للبعثة التي تحدد كيفية تداول سمات الأمان العام، والضغط على المكالمات، والانتقال على أساس الأولوية، بدءاً من التعليم الثانوي والمستوى المتوسط.

التدريب وتنمية القوى العاملة

ويحتاج مهندسو الشبكات والمستجيبون الأولون إلى مهارات جديدة لإدارة واستخدام ماسيف MIMO بفعالية، ويجب على أفرقة العمليات أن تفهم التأشيرة المثلى وإدارة التدخل والربط الشبكي المحدد للبرامج، ويمكن لبرامج التدريب التي يقدمها موردون ومنظمات مثل المجلس الوطني للاتصالات السلكية واللاسلكية للسلامة العامة سد هذه الفجوة، وبالإضافة إلى ذلك، يجب تشكيل أجهزة المستعملين للاستفادة من هذه المنظمة، التي قد تتطلب تحديثات ثابتة أو مواصفات جديدة للسلامة العامة.

المضيق الفيزيائي

ويمكن أن يكون تركيب صفائف الهوائيات الكبيرة تحدياً على الأبراج الموجودة أو أسطح المباني بسبب الوزن، وعبء الرياح، والأثر البصري، غير أن الهوائيات الحديثة التي تُعدّ في إطارها مكوّنات متكاملة ونموذجية تلائم الضواحي الخارجية الموحدة، كما أن المواد الخفيفة من الوزن ونظم التبريد النشطة تساعد على تخفيف هذه المسائل، وفي المناطق الحضرية، يجري استكشاف منشآت على مستوى الشوارع تُدمج في أضواء الشوارع أو تحسين المواكبها.

رابطة ماسييف ميمو و5 جي: علاقة متآزرة

ولا تعتبر هذه المنظمة سمة من سمات 5G فحسب، بل هي مُمكِّن من العديد من وعود الأداء التي قدمها 5G، وقد نشرت الشبكات التجارية الخمس الأولى هذه المنظمة في طيف متوسط النطاق (مثل 3.5 غيغاهيرتز) لتحقيق التوازن بين التغطية والقدرة، أما بالنسبة للأمان العام، فإن 5G التي لديها مقياس متعدد الأطراف تقدم خدمات شبكية مكرسة تعزل حركة المرور الطارئة عن حركة المرور التجارية، بما يكفل توافر الموارد الثابتة(24).

وقد بدأت شبكة شبكة الأمان العام في الولايات المتحدة، وهي شبكة النطاق العريض في جميع أنحاء البلد، في إدماج 5 جي من القدرات، بما في ذلك إدارة المعلومات الإدارية الشاملة، ويجري حاليا اتخاذ مبادرات مماثلة، ويعني التآزر أن وكالات السلامة العامة يمكنها أن تحشد استثمارات الشبكات التجارية مع الحفاظ على السيطرة على أولوياتها الخاصة، ومع تطور 5G نحو 5G-Advanced و6G في نهاية المطاف، ستستمر في صقل هذه المنظمة بصفائف أكبر وأجهزة للتعلم آلي.

التحسينات الأمنية للاتصالات الحرجة

ويكتسب الأمن أهمية قصوى في شبكات الأمان العام، ويسهم ماسع من أفراد البعثة في أمن المبيد بسبب حزمه الضيقة: إذ يصبح من الصعب جداً على جهاز التنصت أن يعترض إشارة تركز بشدة على متلقيها المقصود، وبالإضافة إلى ذلك، يتيح العدد الكبير من الهوائيات الحقن الاصطناعي لإخفاء الاتصالات من المستمعين غير المرغوب فيهم، مع وجود بروتوكولات قوية في مجال الدفاع عن 3GPP وبروتوكولات التحوط والتوثيق،

وعلاوة على ذلك، فإن القدرة على توجيه الشعاعات بسرعة يمكن أن تساعد على تخفيف محاولات التشويش، وإذا اكتشف وجود مربوط، فإن محطة القاعدة يمكنها أن تكيف باطلاً لتلغي الإشارة المتقاطعة، وهذه القدرة على الصمود أمر حاسم أثناء حالات عدائية قد يحاول فيها الخصم تعطيل الاتصالات.

دراسات الحالة والنشرات الحقيقية في العالم

وقد أظهر العديد من المعتمدين المبكرين الفوائد التشغيلية التي تعود بها البعثة على السلامة العامة، وفي اليابان، نشرت المنظمة البحرية الدولية التابعة للناقلات من أجل نقل الأسلحة الصغيرة في الملاعب وأماكن المناسبات لدعم الحشود الكبيرة مع الحفاظ على شريحة مخصصة لخدمات الطوارئ، وخلال الألعاب الأولمبية في طوكيو في عام 2020، كفلت هذه المجموعة من وجود وصلات فيديو وبيانات غير متداخلة بين الأفرقة الطبية وموظفي الأمن.

وفي الولايات المتحدة، عملت هيئة الشبكة الأولى مع شركة AT على نشر محركات ضخمة في مناطق حضرية وريفية مختارة، وأظهرت تجربة أجريت في مدينة ميدسترن تحسنا بنسبة 50 في المائة في عمق التغطية داخل المباني وزيادة بنسبة 30 في المائة في القدرة خلال سيناريو متعدد الأسلحة محاكا، وتمكنت محاربي الحرائق من بث شريط فيديو عالي التعريف من داخل المبنى إلى مركز القيادة، وهو ما كان مستحيلا في السابق مع 4G LTE.

وكالات أوروبية مثل شبكة خدمات الطوارئ في المملكة المتحدة تقوم أيضا بتقييم حركة الطيران المدني الشامل كجزء من عملية إطلاقها 5 جي هدف الشبكة هو توفير قدرة سريعة على الوصول إلى الشرطة، والنار، وخدمات الإسعاف في جميع أنحاء البلد، ويتوقع أن تؤدي البعثة المتكاملة دورا رئيسيا في تحقيق أهداف التغطية في المناطق الريفية والمناطق الضواحي.

وتشير دراسات الحالة هذه، وإن كانت لا تزال في وقت مبكر، إلى أن التكنولوجيا تفي بوعودها عند تصميمها على النحو الصحيح، وللمزيد من التفاصيل، فإن الوثائق القياسية لدليل الشراكات بين الجنسين ]١[ والأوراق البيضاء لهيئة الشبكة الأولى ]٢[ توفر مزيدا من القراءة.

الاتجاهات والمعايير المستقبلية

وسيستمر تطور البعثة إلى جانب الجيل القادم من المعايير اللاسلكية، وفي الإصدار 18 من النظام العالمي للأفضليات التجارية وما بعده (5G-Advanced)، تشمل التحسينات دعم صفائف الهوائيات الكبيرة للغاية (حتى 1024 عنصرا)، وإدارة الشعاع القائمة على أساس الجيل ألف، وتقنيات توفير الطاقة، وبالنسبة للأمان العام، تعني هذه التحسينات زيادة دقة في التصفير، وتبدل الشعاعات بسرعة أكبر لدعم مستعملي الحركة العالية.

فالتكامل مع الاتصالات الساتلية هو حدود أخرى، وعندما تتضرر الشبكات الأرضية في كارثة، يمكن أن يقترن نظام التتبع الخلفي بالحواجز الأرضية المسلية التي تستخدمها البعثة البحرية الدولية لإنشاء مناطق تغطية مخصصة، وتقوم منظمات مثل مكتب السلامة العامة والأمن الداخلي التابع للجنة التنسيق المالي باستكشاف هذه الشبكات الهجينة [3].

وبالإضافة إلى ذلك، تتيح هياكل شبكة الوصول الإذاعي المفتوحة لوكالات السلامة العامة مزيج ومواءمة معدات وبرامجيات ضخمة من موردين مختلفين، وتعزيز المنافسة والحد من قفل البائعين، وستكون هذه المرونة أساسية لنشرها في المقاطعات والبلديات الأصغر حجما التي لديها ميزانيات محدودة.

خاتمة

إن المبادرة المتعددة الأطراف ليست مجرد تحسين تدريجي؛ بل هي تحول نموذجي في الاتصالات اللاسلكية التي لا تصلح في مجال السلامة العامة، ومن خلال توفير تغطية أفضل بشكل كبير، والقدرة، والموثوقية، وكفاءة الطاقة، فإنها تتيح للمستجيبين الأولين القدرة على الاتصال، الذين يحتاجون إلى إنقاذ حياة المجتمعات المحلية وحماية المجتمعات المحلية، وفي حين أن التحديات مثل التكلفة، والقابلية للتشغيل المتبادل، والتدريب لا تزال قائمة، فإن الطريق إلى الأمام واضح: الجهود التعاونية فيما بين الصناعة والحكومة، وخدمات الطوارئ ستؤدي إلى إزالة النضج.