دور 6 ز في التمكين من المركبات المستقلة ذاتياً بالكامل والطائرات العمودية

المفهوم 6 زاي: الجبهة المتتالية بلا حدود

ويمثل الانتقال من 5G إلى 6G أكثر من تحديث جيلي في التكنولوجيا اللاسلكية؛ وهو تحول أساسي في كيفية نقل البيانات وتجهيزها واستخدامها، وفي حين أن 5G قد مكّنت من تعزيز الاتصالات ذات النطاق العريض، واتصالات ذاتية عالية للغاية، واتصالات واسعة النطاق من النوع الآلي، فإن 6G مصممة لإدماج أجهزة الاستخبارات مباشرة في النسيج، وقد حدد الاتحاد الدولي للاتصالات مؤشرات أداء رئيسية لتصليحات الترددات إلى أعلى.

وسيعمل فريق الخبراء في إطار الترددات المتناهية (100 غيهرتز إلى 3 ثيس)، وسيفتح كميات كبيرة من الطيف للتطبيقات ذات النطاق الترددي العالي، وهذا الطيف الموسع، الذي يقترن بتكنولوجيات الهوائي المتقدمة مثل تكنولوجيا المعلومات الضخمة وأجهزة الاستقطاب التي تعكس السطح، سيمكن شبكات الكثافة والسعة التي تتطلبها المركبات ذاتياً والمناظر الطبيعية، والأهم من ذلك، أن تكون شبكة " 6 جي " مصممة " مصممة على أنها " .

ومن السمات المميزة الأخرى التي تتألف من 6G تكاملها للاستشعار والاتصال، وهي معروفة بوصفها نظاما متكاملا للاستشعار والاتصال، تتيح هذه القدرة للشبكة أن تنقل البيانات وتحس البيئة في آن واحد باستخدام نفس الموجات اللاسلكية، ويعني ذلك بالنسبة للمركبات المستقلة والطائرات بدون طيار أن الشبكة نفسها يمكن أن تعمل كنظام راداري موزع، واكتشاف العقبات، والآداب، وغيرها من الأشياء حتى عندما تتعرض أجهزة الاستشعار على متن السفن للخطر بسبب الظروف الجوية أو شبكة الضوء.

القدرات الأساسية لـ 6 جي التي مات من أجل الاستقلال الذاتي

وفهما لما يشكل 6 زاي عاملا تمكينيا للمركبات ذات الاستقلال الكامل والطائرات بدون طيار بدلا من مجرد تحسين تدريجي، من الضروري دراسة القدرات التقنية المحددة التي تعالج مباشرة قيود النظم اللاسلكية الحالية، وتتجاوز هذه القدرات السرعة والنقص بحيث تشمل استخبارات الشبكة، وتكامل الاستشعار، وضمانات الأداء المحددة.

شبكة الطاقتين الفرعيتين الثانية والثالثة

وتحتاج قرارات القيادة الذاتية، مثل التفاخر في حالات الطوارئ أو تجنب الاصطدام، إلى تأخيرات في الاتصالات من نهاية إلى نهاية دون الثانية الواحدة تماماً. ويمكن أن تحقق 5G حالات تأخير في ظروف مثالية، تتراوح بين 1 و10 مليمترات، ولكن مع اكتظاظ الشبكة أو تسليمها بين الخلايا، يمكن أن تصبح حالات تأخير غير متوقعة.

معدلات بيانات المدارات لضغوط أجهزة الاستشعار

السيارات ذات الاستقلال الذاتي الكامل مجهزة بمجموعه من أجهزة الاستشعار ذات الاستبانة العالية، الرادار، الكاميرات، أجهزة الاستشعار فوق الصوتية، ووحدات القياس غير الداخلي،

الرصد والاتصال المتكاملان

وتحوّل الإيساك الشبكة اللاسلكية من خط اتصال نقي إلى صفيفة موزعة للمجسات، وبتحليل انعكاسات الإشارات التي تنقلها، يمكن لمحطة قاعدية من طراز 6G أن تكتشف وتعثر وتتعقب الأجسام الموجودة في المنطقة المجاورة لها بدقة عالية، وهذا يعني أن الشبكة يمكن أن تكتشف الغزال الذي يمتد على الطريق السريع قبل أن تكون أجهزة الاستشعار ذات النطاقات الثابتة غير واضحة.

AI-Native Network Architecture

وقد تصمم الشبكات ذات المقاييس بتعلم الآلات كعنصر أساسي بدلا من الإفراط في استخدام هذه الشبكة، ويمكنها أن تتعلم باستمرار أنماط حركة المرور وسلوك المستخدمين والظروف البيئية لتحقيق الحد الأمثل من تخصيص الموارد، والتنبؤ بعمليات التسليم، والتدفئة الذاتية من الإخفاقات، وهذا يعني أن الشبكة يمكن أن تتوقع حدوث ازدحام حول ملعب بعد وقوع حدث، وأن تكون شبكة الاتصال ذاتية للمركبات العاملة في تلك المنطقة.

التواصل والشبكة

وقد يكون لنشر المدن الذكية الواحدة عشرات الآلاف من المركبات المستقلة، والطائرات بدون طيار، ومجسات الهياكل الأساسية ذات الصلة في وقت واحد. ويدعم الفريق العامل وجود كثافة تصل إلى 10 ملايين جهاز لكل كيلومتر مربع، وهو ما يزيد 100 مرة عن 5 جي.

نقل المركبات ذاتية الصلاحية بـ 6 جي

وقد أحرزت صناعة السيارات تقدما كبيرا في نظم متقدمة لمساعدة السائقين والتشغيل الآلي الجزئي، ولكن القفز إلى الاستقلال الكامل حيث يمكن للسيارة أن تعمل دون تدخل بشري في جميع الظروف يعتمد على قدرات الاتصال التي يوفرها الفريق الاستشاري، والرؤية ليست مجرد سيارة ذاتية القيادة، بل هي نظام إيكولوجي متناسق للنقل حيث تعمل المركبات والهياكل الأساسية والخدمات السحابية في إطار من التنسيق.

تصور تعاوني واستخبارات جماعية

فالمركبات المستقلة الحالية تعمل أساسا كعوامل فردية، وتعتمد على أجهزة الاستشعار الخاصة بها لتفسير البيئة، وهذا النهج له قيود أساسية: إذ يمكن أن يُستبعد أجهزة الاستشعار ذات النطاق المحدود، ويتدهور في الأحوال الجوية المعاكسة.

التوائم الرقمية والتقليد الحقيقي

6 زاي - تمكين التوأم الرقمي المستمر في الوقت الحقيقي لشبكات الطرق بأكملها، وهذه النماذج الافتراضية تتضمن بيانات حية من المركبات، وأضواء المرور، والكاميرات، والمجسات البيئية، ويمكن للمركبات المستقلة أن تتساءل عن التوأم الرقمي لتحفيز نتائج المناورات المختلفة قبل تنفيذها، وتحسين السلامة والكفاءة، أما بالنسبة لمشغلي الأسطول الرقمي، فإن التواؤم الرقمية يمكن من الصيانة المتوقعة، والارتقاء بالطرق، والإشراف عن بعد على أساطيل.

V2X Communication at Scale

(أ) الاتصالات بين المركبات والمركبات (V2X) هي تكنولوجيا أساسية للسيارات المستقلة، ولكن إمكاناتها محدودة من خلال أداء الشبكة، حيث تتطور المركبات ذات التردد V2X إلى مسار مستمر وواضع للشبكة، بدلا من نقل الرسائل المتقطعة، ويمكن للاتصالات بين المركبات والمركبة والمركبة أن تتقاسم بيانات الاستشعار الخام والسينات المعتزمة مع جميع المركبات القريبة ذات التوقيت المنخفض.

السلامة والاستجابة في حالات الطوارئ

ويمكن أن تؤدي قدرات الاتصال ذات التردد المنخفض جداً والمعتمدة على درجة عالية من الدقة التي تبلغ 6 جي إلى تطبيقات السلامة، وفي سيناريو حدوث تحطم، يمكن للمركبات أن تبث موقعها المحدد، أو توجهها، ووضع الراكبين في غضون ثوان، مما يتيح خدمات الطوارئ أن تنشر بمعلومات دقيقة قبل إجراء أي اتصال بشري.

طائرات بدون طيار ذاتية الدفع من طراز 6G-Powered Autonomous: Beyond Visual Line of Sight

وقد استخدمت الطائرات الآلية المستقلة ذاتيا بالفعل في عمليات التصوير الجوي والتفتيش والتسليم المحدودة، ولكن إمكاناتها الكاملة مقيدة بسبب القيود على الاتصال، ومعظم العمليات التجارية بدون طيار تتطلب طيارا بشريا للحفاظ على خط البصر، مما يحد من النطاقات وقابلية القياس.

من طائرة إلى كل شيء (D2X)

كما تمكن 6 جي من تشغيل المركبات الأرضية، ويتيح هذا الجهاز للطائرات بدون طيار، ويمكن للطائرات العمودية الاتصال بمراكز المراقبة الأرضية، والطائرات الأخرى بدون طيار، ونظم إدارة الحركة الجوية، وعقود الهياكل الأساسية. وتوفر شرائح الشبكة التي تصمم خصيصا لعمليات الطائرات بدون طيار النطاق الترددي والبطء المضمون، حتى في المجال الجوي الحضري المكتظ، وتتيح هذه القدرة على الاتصال بالطائرات بدون طيار تلقي بيانات عن حالات الطوارئ باستمرار.

التعاونية في مجال الأسلحة الصغيرة

واحد من أكثر التطبيقات واعدة لـ 6 جي للطائرات بدون طيار هو تمكين من الشعلات التعاونية الكبيرة، وحزام من العشرات أو مئات الطائرات بدون طيار يمكن أن يؤدي مهاماً مستحيلة لوحدات فردية، الرذاذ الزراعي مع الدقة في المستوى المركزي، البحث والإنقاذ في مناطق واسعة، تفتيش البنية التحتية للجسور وخطوط الكهرباء، وحتى محطات النقل المؤقت في مناطق الكوارث.

تعزيز الملاحة وتجنب العوالق

"الطائرات التي تم اكتشافها" "تواجه تحديات الملاحة التي لا تقوم بها المركبات الأرضية: حركة ثلاثية الأبعاد، اضطرابات الرياح، عدم وجود علامات على الطرق،" "و الحاجة إلى تجنب الطيور، الأسلاك، والطائرات الأخرى" "قدرة "إس إيك" تسمح للشبكة نفسها بالعمل كنظام راداري موزع" "يتتبع الطائرات بدون طيار والعقبات في جميع أنحاء منطقة التغطية"

اللوجستيات المستقلة وتسليم آخر ميل

إن القدرة الاقتصادية على تنفيذ الطائرات بدون طيار تعتمد على كفاءة التشغيل والسلامة على نطاق واسع، ويمكن 6G من مناطق الإقلاع والهبوط الآلية حيث تتفاوض الطائرات بدون طيار على فتحات الهبوط، والتنسيق مع الروبوتات الأرضية للتسليم، وإدارة شحن البطاريات بشكل مستقل، وأثناء الطيران، تقوم الشبكة باستمرار بفهم الطرق القائمة على الظروف الجوية، وحركة النقل الجوي، والمناطق الخالية من الحرارة.

التحديات التقنية والطريق إلى النشر

وفي حين أن إمكانات مجموعة الـ 6 زاي هائلة، يجب التصدي للعديد من التحديات التقنية والاقتصادية قبل أن تتمكن من الاضطلاع بدورها في تمكين المركبات والطائرات بدون طيار المتمتعة بالحكم الذاتي بشكل كامل، ومن الضروري فهم هذه التحديات من أجل التخطيط الواقعي من جانب أصحاب المصلحة في الصناعة وواضعي السياسات.

نشر الهياكل الأساسية وإتاحة سبل الوصول

إن ترددات تيراهارتز التي تعتمد على نطاق محدود جداً وتحجب بسهولة عن طريق عقبات مثل المباني والأشجار وحتى الأمطار الغزيرة، وهذا يتطلب نشراً كثيفاً لمحطات القاعدة ونقاط الدخول، مما قد يتطلب خلايا صغيرة كل 50 إلى 100 متر في المناطق الحضرية، كما أن تكلفة هذه الهياكل الأساسية كبيرة، وقد يقتصر النشر في البداية على ممرات عالية القيمة مثل الطرق الرئيسية، ومراكز النقل المجانية، والمطارات.

استهلاك الطاقة والاستدامة

وبالإضافة إلى ذلك، فإن ارتفاع معدلات البيانات ومتطلبات تجهيز الكثافة لشبكة 6G يلبي متطلبات كبيرة من الطاقة، إذ أن محطات القاعدة العاملة في ترددات تيراهارتز أقل كفاءة من سابقاتها من الفئة 5 زاي، كما أن هيكل الشبكة المحلية يتطلب موارد حاسوبية كبيرة، إذ أن المركبات المستقلة والطائرات الآلية يجب أن تعمل في إطار ميزانيات دقيقة للطاقة - لا يمكن أن تحمل الطائرة الآلية بطارية ثقيلة لاستهلاك الطاقة وحده.

الأمن والخصوصية والثقة

كما أن النظم المستقلة ذاتياً التي ترتبط بـ 6G معرضة لمجموعة من الهجمات الإلكترونية، بدءاً من ضخ رسائل V2X إلى هجمات رفض الخدمة التي يمكن أن تُبطل مراقبة المركبات، كما أن الهيكل المحلي لـ 6G يُدخل تحديات أمنية خاصة به، بما في ذلك الهجمات الخصمية على نماذج التعلم الآلى التي يمكن أن تسبب سوء تصرف الشبكة.

التوحيد القياسي والخط الزمني

6G-المقاييس في الوقت الراهن في مرحلة التطوير المبكر، مع إطار الاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية IMT-2030 الذي يوفر التوجيه الأولي، ويتوقع مشروع شراكة الجيل الثالث أن يبدأ العمل على معايير الـ 6G في عام 2025، مع توقع أن تكون أول عمليات نشر تجارية في حوالي عام 2030، وهذا الجدول الزمني يعني أن مركبات الإنتاج القادرة على الاستقلال الذاتي الكامل ستحتاج إلى إدراج 6 نظم اتصالية من أواخر عام 2020 فصاعداً.

The Road Ahead: 6G as the Nervous System of Autonomous Mobility

وتتوقف رؤية المركبات المستقلة تماما والطائرات بدون طيار التي تعمل بسياج في مدننا ومناطقنا على بنية أساسية للاتصالات لا توجد بعد. ويرمي هذا الفارق إلى سد هذه الفجوة وتوفير السرعة والاستخبارات والموثوقية اللازمة للنظم التي يجب أن تتفاعل بسلام مع البشر ومع بعضها البعض، وسيؤدي إدماج الاستشعار والاتصال والحساب في نسيج واحد إلى إيجاد قدرات أكبر من مجموع أعمال النقل التي يقررها النظام الإيكولوجي في كل جزء منها.

بالنسبة لمشغلي الأسطول الذين يديرون المركبات المستقلة والطائرات بدون طيار، الانتقال من 6 جي يمثل فرصة وتحد للتخطيط، الاستثمار المبكر في 5 جي - أدفاندج يوفر مسارا للهجرة يمكن أن يشمل 6 جي بقدر ما يصبح متاحا، الشركات التي تبدأ بناء التوأم الرقمي، بروتوكولات الاتصالات V2X، ونظم إدارة الأسطول التي يقودها آي في المنابر الحالية ستكون مؤهلة بشكل جيد للاستفادة من 6 جي

ومع تسارع عملية وضع المعايير وإجراء التجارب الميدانية على أداء 6 جي في العالم الحقيقي، فإن جدوى النقل المستقل حقاً ستصبح أوضح، وقد يؤدي تقارب 6 جي مع التكنولوجيات التكميلية، والاستخبارات الصناعية، والمستشعرات المتقدمة، والارتقاء بمستوى عالية الدقة في تحديد المواقع إلى تهيئة بيئة يمكن فيها للنظم المستقلة أن تعمل بمستويات من السلامة والكفاءة لا يمكن أن تكون لها صلة بالشبكات اللاسلكية الحالية.

For more on 6G standards and development, see the ITU-R Working Party 5D] which is responsible for the IMT-2030 framework, the Next G Alliance industry consortium, and ongoing research from the 6G Institute[FLT: