تطور المعايير اللاسلكية: من 5 ز إلى 6 غ وما بعدها

الجيل الخامس:

5 زاي، وهو المعيار الخامس من الجيل اللاسلكي الذي بدأ التنفيذ التجاري في عام 2019، يمثل تحولا أساسيا في هيكل الشبكة بدلا من رفع مستوى السرعة البسيطة، ويبنى تصميمه على ثلاث فئات من الخدمات الأساسية يحددها الاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية: تعزيز النطاق الترددي المتنقل (eMBB)، والاتصالات المنخفضة الأجل الموثوقة، وأجهزة الاتصال الآلية الواسعة النطاق التي تتراوح بين استخدام الماكيروفونات والروبوتات.

Enhanced Mobile Broadband (eMBB)

ويُقدِّم المصرف الأوروبي للإحصاء معدلات بيانات ذروة تصل إلى 20 غموضاً في ظروف مثالية، حيث تراوحت سرعة العالم الحقيقي عادة بين 100 ميغابايت وواحد من نوع Gbps، ويتحقق هذا الأداء من خلال توسيع نطاقات القنوات (حتى 100 ميغاهيرتز في إطار النطاقات الفرعية 6 GHz و400 ميغاهيرتز في إطار النطاقات المتوسطة) ومصفوف متقدمة من طراز MIMO (Multiple Inputs)

الاتصالات المنخفضة الأجل الموثوق بها

ويستهدف الاتحاد الأوروبي للسياحة من نهاية إلى آخر حيث تبلغ نسبة الموثوقية من 1 ملليمتر إلى 99.999 في المائة، وهذه القدرة حاسمة بالنسبة للتطبيقات التي تترتب فيها على التأخيرات من الثانية عشرة آثار حقيقية، مثل التشغيل الآلي الصناعي الذي يتحكم فيه باللوحات المغلقة، والتنسيق المستقل للمركبات، والجراحة من بعد.

ماشين - تيبي الاتصالات (MMTC)

(ب) دعم ما يصل إلى مليون جهاز لكل كيلومتر مربع، مصمم لشبكات الاستشعار عن طريق التلويث، التي تتطلب تغطية عميقة، وحياة البطارية الطويلة (حتى 10 سنوات)، وقلة إنتاج البيانات، وتكنولوجيات مثل تقنية الناموسيتات (Narrowband IoT) وLTE-M، التي تدمج في المواصفات ذات الـ 5G، وتتيح للمستشعرات في الطوابق السفلية، والميا الزراعية، والهياكل الأساسية النائية الإبلاغ عن البيانات.

تطبيقات 5G Across Industries

ويمتد الأثر العملي لـ 5G إلى أبعد من سرعة تنزيل الهواتف الذكية، إذ يقوم المعتمدون في وقت مبكر من الصناعة بنشر 5G لحل تحديات تشغيلية محددة.

الصناعة التحويلية

وتستبدل شبكات الـ 5 جي الخاصة في المصانع الواي فاي وأجهزة الإيثر المُسْتَلَكَة في الميدان باستخدام الاتصالات اللاسلكية التي توفر مرونة وتنقلية معدنية، ويستخدم المصنّعون الآليون مثل BMW وفولفو 5G للربط بين المركبات الآلية المُوجَّهة (AGVs)، ويرصدون روبوتات خط التجميع اللاسلكية، ويُبثون كاميرا عالية التعريف لأجهزة خدمة لأجهزة خدمة التردد.

الرعاية الصحية والتطبيب عن بعد

وتقوم المستشفيات بنشر 5 جي لرصد المرضى عن بعد في الوقت الحقيقي، وإجراء مشاورات هاتفية عالية التعريف، وإجراء جراحة بمساعدة من الجيش الجمهوري، ويتيح انخفاض درجة الحرارة للجراحين مراقبة الأدوات الآلية من بعد أميال مع التغذية المرتدة التي تبدو فورية، وفي الطب في حالات الطوارئ، تنقل سيارات الإسعاف المقطعية ذات الرقم القياسي للأشعة السينية والعلامات الحيوية إلى المستشفى في الطريق، مما يتيح لفرق الصدمات أن تستعد قبل وصول الأجهزة الأساسية للثقة.

Entertainment and Media

تحول إنتاج التظاهرات الحية نحو 5G كاميرات متصلة بالشبكة التي تبث بدون كابلات، وتخفض وقت التجهيز، وتزيد من المرونة الإبداعية، وتستعمل الرابطة الوطنية لكرة القدم والصيغة 1 5G لالتقاط زوايا متعددة للكاميرات من البنية التحتية للملعب، وتعطي خبرات غير متجانسة في المشاهدين المتنقلين.

النقل والمركبات المستقلة

وتسمح تكنولوجيا المركبات المتحركة إلى الغلاف الجوي، التي تُحدَّد في 5 زاي، بالتواصل مع بعضها البعض (V2V)، ومع الهياكل الأساسية للملاحة (V2I)، ومع المشاة (V2P)، ويحسن تبادل البيانات في الوقت الحقيقي تجنب الاصطدام، وتحسُّن تدفق حركة المرور، والتعبئة من أجل الشاحنات في الطرق السريعة.

التحديات والحدود الحالية لخمسة فئات

ورغم قدراته، يواجه نشر 5G عدة توائم تعوق كامل إمكاناته وتُبلغ الحاجة إلى 6G.

التغطية والتخزين

5G، التي تقدم أعلى سرعة، تعاني من ضعف التغلغل في المباني ومحدودية النطاق (التي تقاس في كثير من الأحيان في أحياء المدن)، مما يتطلب نشرات مكثفة في خلايا صغيرة، مما يزيد من تكاليف البنية الأساسية للمشغلين، وتوفر النطاقات الفرعية 6 GHz تغطية أفضل، ولكن تغطيها إلى حد بعيد دون الحد الأقصى النظري، وتفتقر مناطق ريفية كثيرة إلى أي تغطية من 5G على الإطلاق، مما يزيد الفجوة الرقمية.

استهلاك الطاقة

وتستهلك صفائف ضخمة من طراز MIMO وتجهيزات النطاقات الأساسية قدرا أكبر بكثير من القوة لكل موقع من أربعة مكافئات من الفئة الفنية، وهذا يؤدي بالنسبة للمشغلين إلى زيادة الإنفاق التنفيذي والتضارب مع أهداف الاستدامة، كما أن البصمة الطاقية لمراكز البيانات التي تدعم حساب 5 جي على الحافة تنمو أيضا مع الطلب على التجهيز المحلي على التطبيقات الحرجة.

التثبيت

5G تعمل عبر مجرى واسع من الطيف يتراوح بين 600 ميغاهيرتز و 39 جيهرتز، مما يتطلب أجهزة لدعم النطاقات المتعددة الترددات وتشكيلات الهوائيات، وهذا التعقيد يزيد فاتورة المواد الخاصة بالهواتف الذكية ووحدات إيوت، ويبطئ الاعتماد في الأسواق الحساسة من حيث التكلفة، وبالإضافة إلى ذلك، تظل تكاليف الترخيص على مستوى عال: ففي الولايات المتحدة وحدها، جمعت المزاد على النطاقات C 81 بليون دولار من خلال خدمات إعادة الإمداد.

أمن الشبكات وخصوصيتها

إن مجرى الهجوم الموسع لـ 5 جي، الذي يربط ملايين الأجهزة المتروكة ذات الصلة، ووظائف الشبكة الافتراضية، يستحدث مواطن ضعف جديدة، بينما يخلق قطاع الشبكة، قوة تشغيلية، تحديات لعزل البيانات المستأجرة ومنع الهجمات الأفقية، والتحول إلى شبكات محددة البرامجيات، والهيكلات الأساسية السحابية يتطلب اتباع نهج قوية في كل تصميم على حدة، كما أن المبادرات مثل مركز الأمن الإلكتروني الوطني للكشف عن أفضل الممارسات الأمنية

الطريق إلى 6 زاي: البحث والتطوير

بينما يستمر نشر 5 جي، يقوم مجتمع البحوث العالمي بتحديد الاحتياجات والتكنولوجيات لـ 6 جي، ومن المتوقع أن يتم تسويقها في حوالي 2030، ويضع إطار الاتحاد الدولي للاتصالات (IMT-2030) الجدول الزمني، مع توقع الانتهاء من متطلبات الأداء التقني بحلول عام 2024-2025، والتطوير المعياري من خلال الإصدار 3GPP، الإصدار 21 وما بعده.

مبادرات البحوث الرئيسية

مشروع (هيكسا-اكس) التابع للاتحاد الأوروبي بقيادة (نوكيا) و(إريكسون) يركز على واجهات الهواء النابعة من (آي-إن إي) و(أوروبا) و(أوروبا) و(أوروبا) و(أوروبا) و(أوروبا) و(أوروبا)

خط زمني وتوحيد المقاييس

بعد نمط الأجيال السابقة، وضع معايير الـ6 جي تتبع مكنسة يمكن التنبؤ بها رؤية الاتحاد الدولي للاتصالات من أجل IMT-2030، بما في ذلك القدرات المستهدفة مثل 100 Gbps الذروة في البيانات ودرجة الارتداد من الثانية إلى الثانية من الشهر الثاني، تم إطلاقها في عام 2023.

الابتكارات الرئيسية في مجال الهندسة المعمارية في 6G

6G is not merely a faster 5G; it introduces fundamentally new capabilities that redefine what a wireless network can do.

الاتصالات الفرعية بين الطرفين

ستدفع 6G إلى مجموعات طيفية فوق 100 GHz، تصل إلى النطاقات الفرعية (100-300 GHz) وTerahertz (0.3-3 THz) وتقدّم هذه الترددات عرضاً هائلاً غير مستغل، مما يتيح معدلات بيانات تبلغ 1 كيلومتراً مربعاً وما بعدها، غير أنها تعاني من فقدان شديد في الانتشار ومن احتمال حدوث اختراق في الغلاف الجوي.

AI-Native Network Architecture

وعلى عكس 5G، أي طبقات من المعلومات المسبقة عن علم على رأس وظائف الشبكات القائمة، ستتألف من 6G متنا من الآلات التي تتعلم مباشرة في كومة المراسم، وسوف تُحسّن خطط التكتل والترميز في الوقت الحقيقي، وتتوقع تسليمها قبل حدوث تردي الإشارات، وتُخصص بشكل مستقل على أساس أنماط حركة المرور، وهذا " الحمل الشبكي " يقلل من النفقات العامة ويحسن كفاءة الشبكة بنسبة 20 إلى 30 في المائة في المحاكمات.

الرصد والاتصال المتكاملان

وستدمج الشبكة الاتصالات والاستشعار البيئي في نظام واحد، وباستخدامها نفس الموجات اللاسلكية لنقل البيانات وكشف الأجسام على السواء، يمكن أن تعمل الشبكة كنظام راداري، يوفر عملية محلية عالية الاستبانة ويصورها، وهذه القدرة تتيح تطبيقات مثل الكشف عن المشاة خلف العقبات التي تعترض المركبات المستقلة، ورصد الصحة الهيكلية للجسور، أو التمكين من التفاعل القائم على الأثاث البشري دون كاميرات.

تكامل الشبكات غير الأرضية

ستدمج 6G دون هوادة محطات السواتل، والمنابر ذات السعة العالية، والشبكات الأرضية في نسيج وحيد وموحد للربط، وستوفر مجموعات السواتل ذات المدار الأرضي المنخفض مثل ستارلينك ومشروع كويبر، كمراكز تغطية تكميلية، لا سيما للمناطق البحرية والطيرانية والريفية، وتضع شبكة الوصلات الأرضية غير المدارية ذات المدار الأرضي المنخفض، التي لا تغطي سوى الوصلات اللاسلكية في الموقع الشبكي 17.

حالات الاستخدام التي يمكن أن تصل إلى 6G

ويفتح مظروف الأداء البالغ 6G الباب أمام التطبيقات غير العملية أو المستحيلة مع الشبكات الحالية.

الاتصالات الهووغرافية والتوائم الرقمية

يمكن أن يكون التلاعب بالجوائح الهوائية في الوقت الحقيقي، وتدفقها بمعدلات بيانات عدة جبس لكل مستخدم، ممكناً مع الترددات الترددية ودرجة الطول دون الثانية، وهذا يتجاوز حجم الارتداد الفعلي الحالي للأشعة فوق البنفسجية، وذلك عن طريق عرض الأشعة الكاملة، وأجهزة الهالوجين ذات الصلبة الأرضية الثلاثة التي تستجيب تفاعلياً.

شبكة الإنترنت الموزعة

ستمكن 6G من الاتصال بالهابتيك حيث يتم نقل اللمس والضغط والحركة عبر الشبكة، وسيشعر الرقيبون الذين يقومون بتطهير الأنسجة بمقاومة النسيج كما لو كانوا في غرفة العمليات، وسيشعر المهندسون العاملون في مهام التجمع عن بعد بالتورك على سرعة، وهذا يتطلب وجود فترات متأخرة من الطوابق السفلية في 1 ملليمتر، مع موثوقية 99.999.

تنسيق النظم المستقلة

وتتطلب روبوتات الصواريخ، وأجهزة المركبات المستقلة، وعمليات الطائرات بدون طيار التعاونية تواصلا مستمرا وخفيض التردد بين جميع الوكلاء. وستوفر شبكات الغاز الستة إطارا مشتركا للتوعية بالوضع والتنسيق لهذه النظم، وعلى سبيل المثال، يمكن لأسطول الطائرات بدون طيار في المدينة أن يتفاوض في الوقت الحقيقي على المجال الجوي، أو يتوجه نحو بعضهما أو يتصدى للتغيرات الجوية دون مراقبين بشريين، ويعتمد على شبكة الاتصالات بين الأنهار وتجنب الاصطدام.

ما بعد 6 زاي: المستقبلات المحددة

وبتطلعه إلى الأربعينات وما بعدها، يبدأ مفهوم الجيل السابع أو الجيل القادم من التعليمات الجديدة في التشكل، مدفوعا بالتقارب مع الحدود التكنولوجية الأخرى.

شبكات الاتصال الكمي

وفي حين أن 6 زاي ستتضمن الترميز الكمي المقاومة كتدبير أمني، فإن الشبكات المقبلة قد تدمج الاتصالات الكمية لضمان التوزيع الرئيسي ونقل البيانات القائمة على التشابك، ويمكن أن ينشئ أجهزة إعادة الإرسال الكمي والوصلات الكمية الساتلية شبكة عالمية من الكم إلى جانب الشبكة اللاسلكية الكلاسيكية، وعلى الرغم من أن الاتصالات الكمية لا تزال في المختبرات، تعد بتشكيلات غير قابلة للكسر، وقد توزع كميا.

هولوغرافيا راديو وميتاسورفيس

قد تتطور أجهزة قياسية متقدمة وأجهزة ذكية قابلة لإعادة تشكيلها إلى نظم لاسلكية هولوغرافية حيث تقارب السيطرة على الموجات الكهرومغناطيسية الحدود النظرية، وبدلا من الهوائيات المتميزة، يمكن لمئات الآلاف من خلايا الوحدات الخاضعة للمراقبة الإلكترونية على السطح المسطح أن تشكل الشعاعات الدينامية، مما يشكل عدسات مثالية للإشارة اللاسلكية، وهذه التكنولوجيا يمكن أن تزيل المناطق الميتة بالكامل، مع التركيز على العقبات غير المسبوقة.

الدماغ - الموصلات المتقاطعة على اللاسلكي

إن الجمع بين الوصلة العالية جداً والموثوقية والربط بالأجهزة الكثيفة يمكن أن يتيح تشغيل وصلات مباشرة بينية حاسوبية للدماغ على وصلات لاسلكية، وتتطلب شركات من قبيل شركة نيورالينك وسينشرون اتصالات سلكية أو وصلات سلكية بسيطة، ويمكن للشبكات المقبلة أن تدعم مسارات البيانات العصبية ذات النطاق الترددي العالي، أو العرف المكثف، أو الآثار الأخلاقية.

الأثر الاجتماعي والاقتصادي

إن تطور المعايير اللاسلكية ليس مسألة تقنية بحتة؛ بل إنه يعيد تشكيل الاقتصادات والمجتمعات والحياة اليومية.

النمو الاقتصادي وإيجاد فرص العمل

ومن المتوقع أن يولد الاقتصاد العالمي الذي يمكن استخدامه على أساس 5G 13.2 تريليون دولار في السلع والخدمات بحلول عام 2035، وفقاً لعلامة المعهد الوطني للصحة العقلية، وفيما يتجاوز 5 زاي، فإن الأثر المضاعف الاقتصادي يزداد كلما ظهرت صناعات جديدة حول الاتصالات الهولندية، والنظم المستقلة، والخدمات المحلية، وأدوار العمل مثل " عالم الاقتصاد الإقتصادي " ، و " مهندس أعمال البناء التقليدية " .

سد الفجوة الرقمية

وهناك هدف محدد لـ 6G هو تحقيق تغطية عالمية حقا بتكلفة معقولة، ويمكن للشبكات الفضائية المتكاملة أن توصل بين 3 بلايين شخص تقريبا خارج الشبكة حاليا، وتدفع منظمات مثل مبادرة شركاء الاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية(2) للنشر في المناطق التي لا تحظى بخدمات كافية، ويقدَّر الأثر الاقتصادي لسد هذه الفجوة بمبلغ 6 تريليونات دولار في الناتج المحلي الإجمالي الإضافي على مدى عشر سنوات، غير أن تحقيق ذلك يتطلب هياكل تكلفة تسعى إلى تحقيقها بشكل كبير إلى خفض تكاليف تنفيذ الأهداف.

الاستدامة والكفاءة في استخدام الطاقة

ويجب أن تتصدى الشبكات المقبلة لتحدي استهلاك الطاقة. ويستهدف 6 زاي تحسيناً قدره 10x في كفاءة الطاقة مقارنة بـ 5G، يتحقق من خلال أساليب النوم التي تحركها الوكالة الدولية للطاقة، وجني الطاقة من المصادر المحيطة، وإدارة الموارد الإذاعية على الوجه الأمثل، ويقلل تكامل الاستشعار والاتصال من الحاجة إلى نشرات الاستشعار المخصصة، ويخفض الاستهلاك الإجمالي للمواد.() وتشير ]MIT Technology Review[FLT: optim] إلى أن الشبكات المصممة لتحقيق الاستدامة.]

دال - إدارة عملية وضع المعايير

فهم كيفية تطور المعايير اللاسلكية أمر حاسم بالنسبة للمؤسسات التي تخطط لاستثماراتها في الهياكل الأساسية، وهذه العملية تقودها هيئات توافق الآراء العالمية التي توازن الابتكار التقني مع التوافق الرجعي وتنظيم الطيف.

دور 3GPP و ITU

مشروع شراكة الجيل الثالث يطور المواصفات التقنية المفصلة لكل جيل من إدارة الشؤون العامة إلى 5 جي و 6 جي من الشركات الأعضاء التي ستساهم في مقترحات وتتفاوض على حلول توفيقية وتوافق على معايير مشتركة تكفل التشغيل المتبادل على الصعيد العالمي، ويقدم الاتحاد الدولي للاتصالات وثائق رؤية رفيعة المستوى تحدد أهداف الأداء، ثم يترجم 3GPP إلى مواصفات قابلة للتنفيذ، وتشارك المؤسسات والحكومات من خلال هيئات المعايير الوطنية الخاصة بها وفي برامج فرادى الأعضاء

توزيع الطوابع والسياسات

(أ) إنّ (سبيكتروم) هي البنية التحتية غير المرئية للشبكات اللاسلكية، وأجهزة التنظيم الوطنية مثل (إف سي)، و(أوفكو) و(الصين) تُخصص مجموعات الترددات لاستخدامات محددة من خلال المناقصات ووضع القواعد، وسيتوقف نجاح (6 جي) على تحديد نطاقات الطيف المتوائمة عالمياً حول نطاق 7-15 جيهرتز، ويعالج مزايا المؤتمر العالمي للاتصالات اللاسلكية (WRC) الذي يديره الاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية (31).

إرشادات عملية لمتخذي القرارات في المؤسسة

وبالنسبة للمخططين المعنيين بالمشاريع التجارية التقليدية والهياكل الأساسية، يتطلب تطور المعايير اللاسلكية التفكير الاستراتيجي في مجال قفل التكنولوجيا والاستثمارات التي تمنعها مستقبلا.

تقييم 5 جي للقراءة اليوم

ينبغي للمنظمات، قبل التخطيط لـ 6 زاي، أن تستخرج أقصى قيمة من عمليات النشر الحالية التي تبلغ 5 زاي، وأن تقيّم ما إذا كانت الهياكل الأساسية القائمة في الشبكة العالمية لشبكة الإنترنت تصل إلى حدودها في الكثافة أو الرطوبة أو الموثوقية، وأن تنظر في 5 شبكات خاصة لبيئات الحرم الجامعي حيث تكون التغطية والتحكم فيها، وأن تستخدم الجدول الزمني 3 لإطلاقات السلع الأساسية كأداة تخطيط :

الإعداد للانتقال من 6G

وينبغي أن يشمل هيكل الشبكات الطويلة الأجل معدات يمكن تحسينها من خلال برامج إذاعية ومحوسبة حافة محددة، وأصبح الاستثمار في القدرة على إعادة تأهيل الألياف أمراً أساسياً الآن، حيث ستتطلب الخلايا من الفئة " 6G " سرعة نقل قدرها 100 غم وما بعده، والتعاون مع الشركاء في الصناعة والمشاركة في وضع المعايير من خلال الرابطات التجارية للتأثير على المتطلبات التي تتطابق مع حالات استخدامك.

الموازنة بين الابتكار والنزعة العملية

وفي حين أن الوعود التي قدمها فريق الخبراء الاستشاري لا ينبغي لأي منظمة أن تؤخر الاستثمارات التي تقدم هذا المكتب اليوم من أجل انتظار المعايير المقبلة، إذ تنشر 5 زاي حيث تحل مشاكل ملموسة، وتصمم الهياكل الأساسية لتكون قابلة للتصنيف، وترصد التقدم المحرز في التوحيد لتوقيت الاستثمارات الرئيسية، وينتظر معظم المحللين في الصناعة أن يتبعوا نمط الاعتماد البالغ 5 زاي: النشر الأولي من جانب مشغلي البرمجيات الجامدة 20 والجدول الزمني المبكر(32).

خاتمة

أما الرحلة من 5 زاي إلى 6 زاي وما بعده فتمثل تعجيلا مستمرا في القدرة اللاسلكية التي تعيد تحديد ما يمكن عبر النشاط البشري. وقد وضع الفريق العامل الأساس لتعزيز الروابط ذات النطاق العريض والقابلية للتأثر بالتنوع، والترابط السلكي، والترابط عبر التدرج، مع كشف القيود العملية في التغطية، وكفاءة الطاقة، وتشتيت الطيف الذي يدفع الحاجة إلى التقارب في الجيل القادم.