Table of Contents
فهم سبيكتروم غير المرخص به في الاتصالات اللاسلكية
وأصبح الاتصال اللاسلكي جزءا لا غنى عنه من الحياة الحديثة، وهو أساس كل شيء من الهواتف المحمولة وشبكات الواي فاي إلى أجهزة الإيوت والتشغيل الآلي الصناعي، وفي صميم جميع التكنولوجيا اللاسلكية يكمن الطيف الكهرومغناطيسي - وهو نطاق الترددات المستخدمة لنقل البيانات، ويقسم هذا الطيف إلى فئتين واسعتين: المرخصة وغير المرخصة، وتخضع قرارات المهندسين المرخص لها من قبل الوكالات أو المنظمات الحكومية التي تُنفذ فيها قيود على نطاقها.
وفي هذه المادة، نلقي نظرة أعمق على ما هو الطيف غير المرخص به، وكيف يعمل، وما يترتب عليه من آثار في العالم الحقيقي، ونستكشف المزايا التي أشعلت انفجار وي - في وبلوتوث، فضلا عن القيود التي تحد من الاعتماد الشديد على الذات ونشر القدرات العالية، وأخيرا، نناقش استراتيجيات للتخفيف من هذه القيود واللمحة في التكنولوجيات الناشئة التي قد تشكل مستقبل الطيف غير المرخص به.
ما هو سبيكتروم غير المرخص؟
ويشير الطيف غير المرخص به إلى مجموعات الترددات المتاحة لأي شخص لاستخدامها دون الحصول على رخصة أو رسوم من هيئة تنظيمية، ولا تزال هذه الفرق تنظم بدرجة ما - وهي عادة منظمات مثل لجنة الاتصالات الاتحادية في الولايات المتحدة أو المعهد الأوروبي لمعايير الاتصالات السلكية واللاسلكية في أوروبا - لوضع قواعد بشأن حدود الطاقة، وأقنعة الانبعاثات، وأجهزة التصديق، غير أنه لا يلزم الحصول على إذن فردي لتشغيل جهاز يمتثل لهذه القواعد.
وتشمل أكثر المجموعات غير المرخصة شهرة نطاق الإدارة المتكاملة (الصناعية والعلمية والطبية) الذي يبلغ 2.4 غيغاهيرتز، وفرقة الشبكة العالمية الثانية (الهيكل الأساسي للمعلومات الوطنية) التي يبلغ عددها 5 جيزو، وفرقة الخدمات الجديدة التي تبلغ مساحتها 6 جيهرتز والمخصصة للواي - في 6 هاء وما بعده، ومن الأمثلة الأخرى فرقة الـ 915 ميغاهيرتز التي تستخدم في بعض تطبيقات النطاق الترددي IoT وفرقة الـ 60 GHz التي تستخدم في جميع أنحاء العالم.
كيف لم يُرخص لـ (سبيكتروم) من (ليشند سبكتروم)
ويتطلب الطيف المرخص ترخيصا تصدره الحكومة - يُنتصر في كثير من الأحيان عن طريق المناقصات - يمنح استخداما حصريا أو شبه حصري لإطار تردد محدد في منطقة جغرافية، ويعتمد مشغلو الشبكات المتنقلة على الطيف المرخص به لضمان الأداء القابل للتنبؤ، وانخفاض مستوى الكفاءة، وارتفاع مستوى الموثوقية بالنسبة للخدمات مثل 5 جي و LTE. وعلى النقيض من ذلك، يتقاسم جميع المستعملين الطيف غير المرخص به مع ذلك، مع ذلك، مع ذلك، تحد من نوعية الخدمات.
ويتزايد شيوع التعايش بين كلا النوعين من الطيف، إذ أن تكنولوجيات مثل الوصول المرخص به إلى الخدمات المعينة و 5G NR-U (إذاعة جديدة غير مرخص بها) تجمع بين النطاقات المرخصة وغير المرخص بها لتعزيز القدرات والمرونة، وهذا النهج الهجيني يوضح أن الطيف غير المرخص به ليس بديلا للطيف المرخص به بل موردا تكميليا.
فوائد استخدام الحشرة غير المرخصة
إن اعتماد الطيف غير المرخص به على نطاق واسع ليس حادثا، بل إن خصائصه الفريدة تحقق فوائد ملموسة أدت إلى الابتكار، وانخفاض التكاليف، ومكنت فئات جديدة تماما من الأجهزة والخدمات، وقلنا من أهم المزايا.
التكلفة - الأثر
ونظرا لأن الطيف غير المرخص به لا يتطلب رسوما للترخيص، فإن الحاجز الذي يحول دون دخول المصنعين ومقدمي الخدمات والمستعملين النهائيين منخفض للغاية، ويمكن أن يستحدث البدء منتجا يمكن استخدامه في الشبكة دون استثمار ملايين الدولارات في تراخيص الطيف، كما يستفيد المستهلكون: تكلفة جهاز توجيه وقود الواي - فاي أو مناولة بلوتوث هي جزء من تكلفة الاشتراك في الخلايا بالنسبة لنفس استخدام المخازن.
دال - الابتكار
ويتيح الوصول المفتوح إلى الطيف غير المرخص للمطورين والمهندسين تجربة وإنشاء تكنولوجيات لاسلكية جديدة دون موافقة تنظيمية على كل استخدام من استخدامات الترددات، مما أدى إلى وجود نظام إيكولوجي غني للمعايير والبروتوكولات، بما في ذلك شبكة " وي-فاي " (E 802.11)، و " بلوتوث " (E 802.15.1)، و " read " ، وعشرات من الحلول الناجمة النابية الناجمة النابية الملكية.
التبني على نطاق واسع وإمكانية التشغيل المتبادل
وقد أدى توفر النطاقات غير المرخصة إلى زيادة انتشار الواي فاي وبلوتوث على الصعيد العالمي، وتوجد بؤر ساخنة في الواي فاي في المنازل والمكاتب والمقابر والمطارات وحتى المدن بأكملها، ويُبنى البلوتوث في كل جهاز من أجهزة الاتصال اللاسلكية والحواسيب المحمولة والجهاز القابل للزراعة، ويحدث هذا النظام آثارا على الشبكة: فكل الأجهزة التي تستخدم هذه المعايير، وأكثرها قيمة.
مرونة الانتشار وسهولة نشره
ويمكن نشر شبكات الطيف غير المرخص بها بسرعة وبحد أدنى من التخطيط، ولا حاجة إلى التفاوض بشأن تراخيص الطيف أو التنسيق مع الهيئات التنظيمية بما يتجاوز الامتثال لإصدار شهادات الأجهزة، ويمكن للمستعمل أن يركب نقطة الدخول في موقع وي - فاي وأن يكون على شبكة الإنترنت في غضون دقائق، وهذه المرونة قيمة بوجه خاص بالنسبة للمنشآت المؤقتة (الأحداث، الإغاثة في حالات الكوارث)، أو المواقع النائية، أو الأعمال التجارية الصغيرة التي تفتقر إلى موظفي تكنولوجيا المعلومات، وبالمثل، يمكن أن تتوزع أجهزة الاستشعار الترددية باستخدام الطيف غير المرخصة في المرخصة في المصنوعة المصنوعة المرخصة.
دعم سلسلة متنوعة من حالات الاستخدام
إن مجموعة من المجموعات غير المرخصة - من القطاع الفرعي ١ - زاي -رتز إلى المدى الطويل والتغلغل إلى ٦٠ غيغاهيرتز لسرعة عالية - تتيح تطبيقات في العديد من الصناعات، وتستخدم الزراعة طيفا غير مرخص لأجهزة الاستشعار عن طريق الرطوبة، وتستخدم الرعاية الصحية بلوتوث لرصد المرضى، وتستخدم السوقيات جهازا آليا للمستودعات، وتجعله السعة غير المرخصة من الهياكل الأساسية للإنترنت.
حدود استخدام المنجل غير المرخص
وعلى الرغم من فوائدها الكثيرة، فإن الطيف غير المرخص به يكتنفه قيود متأصلة يمكن أن تعوق الأداء والموثوقية والأمن، ويجب النظر بعناية في هذه التحديات عند تصميم نظم تعتمد على نطاقات الترددات المشتركة.
التداخل ونوعية الخدمات
ونظراً إلى أن الطيف غير المرخص به مشترك، فإن الأجهزة يمكن أن تتدخل فيما بينها، لا سيما في البيئات المكتظة مثل مباني الشقة أو المكاتب أو الأماكن العامة، فشبكات الوي فاي على نفس القناة يمكن أن تسبب تصادماً، وتخفض من حجم الإنتاج وتزيد من درجة الحرارة، كما أن التكنولوجيات مثل وسائل النقل المتعددة للحملات مع تجنب الاصطدام، لا يمكن أن تساعد على تخفيف التدخل، إلا أنها لا تستطيع القضاء عليه.
والتدخل يثير إشكالية خاصة بالنسبة للتطبيقات التي تراعي الوقت، مثل الصوت على الإنترنت، أو التداول بالفيديو، أو نظم الرقابة الصناعية، حيث يمكن أن يتسبب حتى التأخيرات الصغيرة في حدوث مشاكل، ويجعل الافتقار إلى نظام تحديد وخفض الانبعاثات غير مرخص به طيف العمليات الحرجة التي تقوم بها البعثة دون بروتوكولات إضافية أو تكرار.
محدودية الرقابة والاحتجاز
ولا يمكن أن تُزدحم العصابات غير المرخصة، حيث أن عشرات الشبكات التي تعمل في المناطق الحضرية الكثيفة، وأجهزة بلوتوث، وهواتف لاسلكية، وأفران الموجات الدقيقة (التي تعمل أيضاً في 2-4 جيهرتز) ستتنافس على نفس الموجات الجوية، وليس لدى المستعملين أي سيطرة على أجهزة التسلل التي قد تسبب تدخلاً، كما أن هذا الازدحام قد يؤدي إلى زيادة عدد أجهزة الإرسال.
الشواغل الأمنية
فالنفاذ إلى الطيف غير المرخص يعني أن أي شخص يمكنه الاستماع إلى هذه الترددات أو نقلها، وفي حين أن بروتوكولات التشفير مثل بروتوكول غرب أفريقيا الثالث لشبكة وي-في ووكالة الفضاء الأوروبية من أجل بلوتوث توفر الأمن على مستوى البيانات، فإن الطبعة المادية لا تزال ضعيفة، ويمكن للمهاجمين أن يرتكبوا هجمات التشويش عن طريق نقل الضوضاء، أو أن يعترضوا الإشارات إذا كانت نقاط الترخيص ضعيفة أو غير مصممة.
Bandwidth Constraints
فبينما يقدم طيف غير مرخص به عدة مجموعات، فإن مجموع النطاق الترددي المتاح محدود ومشترك، إذ أن نطاق التردد ٢,٤ غيغاهيرتز، على سبيل المثال، لا يوفر سوى ثلاثة قنوات غير متداخلة )عندما يستخدم فيها ٢٠٢,١١ن( وحتى مع ربط القنوات )٤٠ ميغاهيرتز(، فإن الازدحام يتحول بسرعة الى مسألة.
الحد من الراقصة والاختراق
فالتكرارات المرتفعة في النطاقات غير المرخص بها (مثلا 5 جيهرتز و6 جيهرتز و60 جيهرتز) تقدم معدلات بيانات أعلى ولكنها أقصر مدى وتحجبها بسهولة أكبر الجدران والأشجار وحتى المطر (بنسبة 60 جيهرتز) مما قد يؤدي إلى تعقيد تخطيط الشبكات في المناطق الكبيرة أو البيئات الداخلية التي تواجه عقبات كثيرة.
استراتيجيات التغلب على القيود
وقد وضع المهندسون ومهندسون الشبكات عدة تقنيات للتخفيف من القيود المفروضة على الطيف غير المرخص به، وهذه الاستراتيجيات حيوية لبناء نظم سلكية قوية ذات أداء عال.
إدارة المبيدات واختيار القنوات
وتستخدم نظم الواي فاي الحديثة خوارزميات اختيار القنوات الآلية التي تفحص أقل القنوات احتياجا، ويمكن أن تنسق نقاط الدخول المتقدمة مع بعضها البعض للتقليل من التدخل في القنوات المشتركة، وبالنسبة لشبكات التوحيد القياسي، فإن طيف الترددات - كما هو مستخدم في بلوتون - يساعد على تجنب التدخل المستمر من خلال الترددات السريعة التغير.
إقامة شبكات للربط الشبكي
وفي بيئات الكثافة العالية، يمكن لنشر نقاط متعددة للوصول مع موازنة دقيقة للحمولة أن تنشر الأجهزة عبر القنوات وأن تقلل من حدة المنازعة، فالشبكات المشرقة التي تتجه تلقائيا نحو التدخل تحسن الموثوقية، فعلى سبيل المثال، تستخدم نظم الواي - فيي ميش الحديثة أجهزة راديو مخصصة للخلف (في كثير من الأحيان على نطاق منفصل) للتقليل من الاكتظاظ في القنوات التي ترسم على العملاء.
البروتوكولات الأمنية المعززة
إن اعتماد أحدث المعايير الأمنية - وهي التصديق على الاتفاقية العالمية لحماية جميع الأشخاص من الاختفاء القسري، والتشفير من نهاية إلى نهاية المطاف - يقلل بدرجة كبيرة من خطر التنقيب والوصول غير المأذون به، وبالنسبة للتطبيقات الحساسة، فإن الشبكات الخاصة الافتراضية تضيف طبقة إضافية من الحماية، بالإضافة إلى استخدام تقسيم الشبكة (الشبكات الرئيسية، الشبكات غير المباشرة) تحد من نطاق الانفجار الذي يمكن أن يحدثه الإخلال.
المركب المرخص وغير المرخص
وكما ذكر آنفا، فإن تكنولوجيات مثل وكالة الفضاء الدولية واتحاد النقل الوطني تسمح بمجموع النطاقات المرخصة وغير المرخصة، مما يوفر موثوقية الطيف المرخص به لإشارة المراقبة والبيانات الحيوية، مع رفع النطاقات غير المرخص بها لحركة المرور على نطاق واسع، واستخدام العديد من شركات النقل المتنقلة هذا النهج لتعزيز القدرة في الأماكن المزدحمة، وبالمثل، يمكن لشبكات المنتجات الخاصة العاملة من القطاع 5G أن تستخدم تغطية متعددة من الطيف المرخص وغير المرخص به.
التخفيف من حدة التفاعل
وتساعد التقنيات مثل التضخيم، والآلية المتعددة الأطراف (المدخلات المتعددة) ومكتب الشؤون الإنسانية (شعبة الترددات في الأرتوغوني) على تحسين كفاءة الأطياف والحد من التدخل، وتستحدث الشبكة العالمية 6 تحسينات مثل البحث عن طيف، مما يتيح للشبكات المتداخلة تحديد وتجاهل الإرسالات من شبكات أخرى، مما يقلل من الاصطدامات.
The Future of Unlicensed Spectrum
دور الطيف غير المرخص به سينمو فقط كتطبيقات جديدة مثل الواقع المضاعف، والواقع الافتراضي، والمركبات المستقلة، والنشرات الضخمة لليو تي تتطلب قدرة لاسلكية أكثر، والهيئات التنظيمية في العالم تفتح طيفاً إضافياً للاستخدام غير المرخص به، على سبيل المثال، التوزيع الأخير لفرقة الـ 6 جيهرتز للواي 6 هاء يوفر 200 1 ميغاهيرتز من الطيف الجديد
وترمي التكنولوجيات الناشئة مثل " وي-فاي " 7 (802.11be) إلى إيصال السرعة المتعددة الأطقم باستخدام الترددات المنخفضة الرادعة، مما يجعل الطيف غير مرخص به قابلاً للتنافس على الطلبات التي تُحتفظ بها للشبكات المرخصة، وبالإضافة إلى ذلك، فإن مفهوم " تقاسم الطيف " - حيث يسمح المستخدمون المرخص لهم باستخدام أجهزة غير مرخص لها بالوصول إلى النطاقات عند الرخصة.
غير أن المستقبل يطرح أيضا تحديات، فتفجير الأجهزة غير المرخصة سيكثف الازدحام، فبدون اتباع أساليب فعالة في الطيف والابتكار التكنولوجي، يمكن أن يصبح التدخل غير قابل للتحكم، فالبحوث الجارية في مجال الإذاعة المعرفية، والتعلم الآلي من أجل الوصول الدينامي إلى الطيف، وتكنولوجيات النطاق الترددي فوق المتوسط توفر حلولا واعدة.
خاتمة
وقد ثبت أن الطيف غير المرخص به هو عامل تمكين قوي من الاتصالات اللاسلكية الميسورة والمبتكرة والميسورة التكلفة، وقد أدت فعالية هذا النظام ومرونته ودعمه من أجل انتشار تكنولوجيا " وي - فاي " و " بلوتوس " ، وكم عدد لا يحصى من تكنولوجيات التوحيد القياسي، إلا أن الانفتاح الشديد الذي يشجع الابتكار ينطوي أيضا على قيود: التدخل والازدحام ومواطن الضعف الأمنية والقيود المفروضة على نطاق التردد.
ومن خلال تطبيق تصميم الشبكات المدروسة، والتكنولوجيات المتقدمة، واستراتيجيات الطيف الهجين، يمكن إدارة هذه القيود بفعالية، والتوسع المستمر في النطاقات غير المرخص بها، وتطور التكنولوجيات الإذاعية، يعد بزيادة فتح إمكانيات الطيف المشترك، وبالنسبة للأعمال التجارية والمهندسين، لا غنى عن فهم دقيق لمنافع الطيف غير المرخص به وحدوده، مما يمك ِّنهم من بناء نظم لاسلكية لا تكون قادرة اليوم فحسب، بل أيضا قادرة على الصم.
External references:]