Table of Contents
وتتسارع المراكز الحضرية في جميع أنحاء العالم لتصبح أذكى وأكثر أمنا وأكثر كفاءة، حيث يمكن للمليارات من أجهزة الاستشعار والكاميرات والمركبات والمراكز الأساسية أن تتحول على شبكة الإنترنت خلال العقد المقبل، بينما تكافح الشبكات اللاسلكية القائمة - حتى ٥ جي - ويلات للحفاظ على سرعة الحركة، بينما يمتد الجيل السادس من الاتصالات اللاسلكية، والمنخفضة إلى نحو ٣٠٢.
ما هو 6 جي التكنولوجيا وكيف يتفاخر من 5 جي؟
٦ زاي هو الخلف لخمسة آلاف، ولكنه أكثر بكثير من مجرد تحديث سريع، بينما أدخل ٥ زاي النطاق العريض المتنقل المعزز )eMBB(، والاتصالات المنخفضة الأجل التي يمكن الاعتماد عليها، والاتصالات الواسعة النطاق من النوع الآلات )MTC(، ويهدف ٦ زاي إلى دمج هذه القدرات بأبعاد جديدة: الاستشعار، وتحديد المواقع، والربط بين الشبكات ذات الترددات العالية والشبكة، وهي عوامل تتجاوز نطاق الرؤية الرئيسية للشبكة الواحدة والعشرين.
ولتحقيق هذه الأهداف الطموحة، سيعمل فريق الخبراء بمجموعات ذات ترددات أعلى، بما في ذلك النطاق الفرعي (100 جيهرتز إلى 300 جيهرتز) وفي نهاية المطاف فرق تيرارتز (ثاتس)، وسيفتح كتل ضخمة من الطيف المتاخم، وسيعتمد أيضا على نظم الهوائي المتقدمة، والاستخبارات الاصطناعية المتجسدة في كل طبقة من طبقات الشبكة، وسيؤدي التكامل الكلي في عملية الاتصال والتدقيق والتحكم في الوسائل.
القدرات الرئيسية لـ 6G التي يمكن أن تكون مسرعة في المدن
ويفرض نشرات اليو تي الحضرية ضغوطاً فريدة على الشبكات اللاسلكية، ويستلزم الجمع بين الكثافة العالية والتنقل (المركبات والطائرات بدون طيار والمشاة) وتنوع معدلات البيانات (من أجهزة الاستشعار البسيطة لدرجات الحرارة إلى بث الفيديو بثمانية كيلو غرامات)، وتستلزم قيوداً صارمة على الموثوقية شبكة قوية ومرنة على السواء.
1 - عدم القدرة على التنبؤ بانتقائية
٥ زاي وعد يصل إلى مليون جهاز لكل كيلومتر مربع - مضغوط، ولكنه غير كاف للنسيج الحضري العالي الارتفاع لعام ٢٠٣٠.
2 - قدرة المنطقة القريبة من الأرض على مراقبة الجريمة
فالعملية هي عدو تطبيقات التأشيرات الهوائية في الوقت الحقيقي، إذ أن نظم التكفير في حالات الطوارئ، والأحزام العقيمة، والآلات التي تعمل عن بعد تتطلب تأخيرات في المرحلتين دون الثانية الواحدة صباحاً.
3 - معدلات البيانات المتعددة الأطقم لأجهزة الاستشعار المكثفة
ولا توجد بيانات منخفضة عن جميع أجهزة التوحيد القياسي، فالشبكات المراقبة على نطاق المدينة التي تحتوي على كاميرات عالية الاستبانة، ورصد الهياكل الأساسية القائمة على الـ " ليدار " ، والتوائم الرقمية في الوقت الحقيقي، تولد جميعها تدفقات بيانات ضخمة.
4 - كفاءة الطاقة القصوى في إطالة حياة البطاريات
وتتوقف إمكانية تصعيد استخدام الطاقة الكهربائية على صيانة الأجهزة، إذ إن اعادة استخدام البطاريات بملايين أجهزة الاستشعار على مستوى الشوارع ليست فعالة من حيث التكلفة ولا مستدامة. وتشمل المواصفات ذات السعة 6G أهدافا تتعلق بكفاءة الطاقة تبلغ 1 بيزو/بتر (الكورول) أو أقل، فضلا عن دعم جمع الطاقة وتكنولوجيات الاستاذة الاستيقاظ، وقد لا تحتاج أجهزة توليد الطاقة المتدنية إلى تغيير في البطاريات، بدلا من استخدامها في ضوء الطاقة.
5 - الثقة والأمن والخصوصية
ويستحدث هذا النظام مساحات هجومية هائلة. ويجري تصميم 6G مع توفير الأمن في القاع، بما في ذلك أمن المبيد، وإدارة الهوية القائمة على دفتر الأستاذ، والكشف عن الشذوذ بواسطة جهاز آي، وتوسيع نطاق الشبكة الموجودة في 5G-will لخلق شبكات افتراضية آمنة ومنعزلة للسلامة العامة، وشبكة إيوت للرعاية الصحية، والهياكل الأساسية الحيوية، وكل منها سياساته الخاصة بالتوثيق.
التكنولوجيات الأساسية التي ستجعل 6 جي إيوت واقعة
ويتطلب تحقيق القدرات المذكورة أعلاه مجموعة من التكنولوجيات الجديدة والمعززة، وفي حين أن 5G قد وضعت الأساس، فإن 6G سيجمعها بطرق جديدة، مما يحفز في كثير من الأحيان على استخبارات اصطناعية لإدارة التعقيد، وهذه هي الدعائم التكنولوجية الستة الأكثر أهمية بالنسبة لليوت الحضري:
تيراهرتز (اث) الترددات
ويقدم الطيف من 100 غيغاهرتز إلى 3 ثيس عرضاً هائلاً لعشرات من مجموع جيهرتز، مما يسمح لـ 6 جي بأن تدعم معدلات البيانات العالية المستوى فيما يتعلق بالتطبيقات مثل التأشيرات الهولوغرافية في الوقت الحقيقي والفيديو غير المكبوت، غير أن إشارات الترددات الثلاثية تعاني من ارتفاع معدل التكرار الجوي وضعف التغل من خلال العقبات، بحيث يعتمد 6 جي على المباني ذات الأشعة السطحية القصوى
Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS)
وهذه هي أسطح يمكن التحكم فيها إلكترونياً يمكن أن تعكس أو تركز أو تحجب موجات الكهرومغناطيسية، وتوضع على واجهات البناء أو النوافذ أو أثاث الشوارع، ويمكن أن توسع لوحات RIS نطاق 6G إلى مناطق مظللة (الكنونات والأنفاق والأماكن الداخلية) دون الحاجة إلى محطات قاعدية إضافية، وهذا يعني وجود وصلات متسقة بين أجهزة منخفضة الطاقة حتى في أعمق الكانت الحضرية.
AI-Native Air Interface
وستدرج شركة ستاغ مباشرة في الطبقات المادية وطبقات ماكستير في العلوم، وستؤدي إلى تحقيق الحد الأمثل من العزل والترميز، والتنبؤ بأنماط المرور، وتخصيص الطيف بصورة دينامية، بل وتصحيح أخطاء النقل في الوقت الحقيقي، ويمكن لهذه " الشبكة التعليمية " أن تتكيف مع حركة إيوت المتغيرة جداً في المدن - التي ترتفع فيها الأسعار من الحشود، أو انفجارات المجسّسة المنسقة، أو تجاوزات الطارئة في ظل التعليم اليدوي.
معدات الحاسوب الموزعة وتجهيز الشبكات
وفي حين أن 5G قد أدخلت الحوسبة المتنقلة، فإن 6G سيدفعون إلى زيادة الحوسبة إلى الشبكة، حتى إلى الأجهزة نفسها، وهذا يعني بالنسبة إلى IoT، أن أسطولا من أجهزة الاستشعار يمكن أن يقدم البيانات على الصعيد المحلي، ويجمعها على أساس المعالم الوسيطة (مثل محطة التنبيه الرئيسية مع وحدة الاتصال العالمي)، ويرسل فقط بصيرة موجزة إلى السحابة، وهذا يقلل بشدة من حركة المرور في الخلف ويتيح التنسيق الحقيقي.
أشعة مقطعية ومسحوق
وتستخدم البعثة المتعددة الأطراف في 5G العشرات أو مئات العناصر الهوائية. وستبلغ 6G آلاف أو حتى ملايين الهوائيات التي تستخدم الميثاماتيريا والأشعة الهولوغرافية، مما يخلق أحزمة ضيقة جداً ويمكن التحكم فيها والتي يمكن أن تخدم آلاف الأجهزة المتفجرة في نفس الوقت من الموارد التي تكثر فيها تواتراً، مما يزيد بشكل كبير من كفاءة الأطياف لكل كيلومتر مربع.
الرصد والاتصال المتكاملان
6 زاي سيوحد الاتصالات اللاسلكية بالاستشعار شبه بالرادار، كما أن نفس الموجة المستخدمة في إرسال البيانات يمكن أن تقيس أيضا المسافات والسرعة وحتى مواد الأجسام في البيئة، ويعني ذلك بالنسبة لليوت الحضري، أن محطة قاعدية من طراز 6G يمكن أن تكتشف في آن واحد مشاة (للسلام) وأن تنقل البيانات إلى ضوء شارعي ذكي قريب، دون وجود بنية أساسية رادارية مكرسة لذلك، وسيكون مركز تبادل لعب لتنسيق المركبات بصورة مستقلة.
حالات الاستخدام الملموسة: كيف ست جي ويل تتحول الحياة المدينة
وقد أصبحت القدرات النظرية لـ 6G ملموسة عندما ترسم التطبيقات الحضرية في العالم الحقيقي، وهنا توجد خمس حالات استخدام تعتمد على الدعم الضخم الذي تقدمه 6G.
إدارة حركة المرور والتنقل المستقلة
أما أضواء المرور اليوم فتعمل على موقنات ثابتة أو على حلقات تعريفية بسيطة، إذ يمكن تعقب كل مركبة ودرّاجة وعربية في الوقت الحقيقي عن طريق صمامات أجهزة الاستشعار المنخفضة التردد، وستحسب أشرطة الإيديج توقيتات الإشارات المثلى عبر جميع المقاطعات، مما يقلل من الازدحام بنسبة تصل إلى 30 في المائة، وستنسق المكوكات المستقلة المشتركة طرقاً لتقليل الأميال الفارغة إلى أدنى حد ممكن.
السلامة العامة والاستجابة في حالات الطوارئ
ويعتمد المستجيبون الأولون بشكل متزايد على كاميرات مجهزة بالجسد، وأجهزة تغذية الطائرات بدون طيار، ومستشعرات القياس الحيوي، وخلال نيران البناء، سيدعم 6G في الوقت نفسه تدفق الصور الحرارية من طائرات متعددة بدون طيار ومستشعرات للبناء الذكية (التوتر، الغاز، السلالة الهيكلية) إلى مركز قيادة، وستعطي المنظمة الأولوية لأشد التنبيهات أهمية وتوفر المزيد من التجاوزات الواقعية لأجهزة إطفاء الحرائق عن طريق شبكاتها.
الرصد البيئي والاستدامة
وتقاس نوعية الهواء الحضري، ومستويات الضوضاء، وتدفق المياه، وثبات النفايات بالآلاف من أجهزة الاستشعار ذات الطاقة المنخفضة. ويعني كفاءة الطاقة التي تستخدمها هذه أجهزة الاستشعار أن تعمل لسنوات على خلايا العملات أو جمع الطاقة، وسوف تُجمع البيانات من جميع أنحاء المدينة على مواقد حافة لتوفير توقعات عالية الجودة في الهواء، وتعظيم طرق شاحنات النفايات، واكتشاف تسرب المياه في الوقت الحقيقي.
Smart Grid and Energy Management
ومع كهربة المدن لكل شيء من الحافلات إلى التدفئة، تصبح شبكة الطاقة نظاماً معقداً للوقود، وستستخدم 6 جي ملايين متر ذكي، ووحدات تخزين البطاريات، وألواح الطاقة الشمسية، وأجهزة الأشعة السينية، وبوجود كهرباء تحت العجلة الثانية، يمكن للشبكة أن توازن العرض والطلب بشكل دينامي، وإلغاء الأخطاء فوراً، وضبط تدفق الطاقة الكهربائية من المركبات إلى القاع.
التوائم الرقمية للتخطيط الحضري
وسيستخدم التوائم الرقمي من كل المدن التي تسبقها في الوقت الحقيقي ملايين من مجاري إيوت - وهو تطبيق من نوع 6 جي - ويستخدم الهندسة المعمارية وأفرقة إدارة الكوارث ومهندسون حركة المرور هذين التوأم في محاكاة السيناريوهات: " ما يحدث في الفيضانات إذا بنينا حديقة جديدة هنا؟ " ويحتاج التوأم إلى زيادة كبيرة في حجم الإنتاج (من أجهزة الاستشعار) وانخفاض مستوى التلاعب بالبيانات الرقمية
Challenges on the Road to 6G-Enabled Urban IoT
وعلى الرغم من الوعد، يجب التغلب على عدة عقبات قبل أن تتمكن 6 ج من دعم عمليات نشر واسعة النطاق في المدن:
تكاليف الهياكل الأساسية وتثبيتها
وسيتطلب 6G عدداً أكبر من الخلايا الصغيرة والمفكرين من 5G، لا سيما لأن الإشارات التي تحمل علامة ثيس محدودة النطاق، حيث إن تركيبها على أضواء الشوارع والمباني والأعمدة في المناطق الحضرية الكثيفة يشكل عقبات لوجستية وتخديرية كبيرة، وستحتاج البلديات والمشغلون إلى نماذج جديدة للشراكة بين القطاعين العام والخاص، وربما إلى دعم تنظيمي ل " تقسيم " الهياكل الأساسية الإذاعية.
توزيع وتدخل
أما فرق تيرهارتز فهي غير مرخصة حالياً أو منظمة تنظيماً خفيفاً، فالتنسيق الدولي من خلال الاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية والهيئات التنظيمية الوطنية (FCC, ETSI, etc.) أمر أساسي لتخصيص طيف من أجل 6G مع تجنب التدخل في الاستشعار السلبي (السواتل الأخرى، علم الفلك) والخدمات القائمة، وبالإضافة إلى ذلك، فإن انتشار أجهزة التوحيد المغناطيسي يمكن أن يسبب تدخلاً في النطاق يلغي ويشترط المتطور.
Energy Harvesting vs. Device Capability
وفي حين أن ٦ زاي يهدف إلى تحقيق كفاءة الطاقة القصوى، فإن أجهزة التأثير الضوئي لن تكون جميعها أجهزة استشعار بسيطة، وستحتاج أجهزة التصوير العالية الجودة ووحدات الرادار إلى طاقة كبيرة، ولا يمكن أن يوفر جمع الطاقة سوى المايكرويوتات، وليس المليواتات، ولا حاجة إلى استخدام أجهزة هجينة ذات تجديد دوري من الطاقة الشمسية أو الحركية، ويجب على الصناعة أن توحد بروتوكولات إدارة الطاقة عبر أنواع مختلفة من الأجهزة.
الخصوصية وإدارة البيانات
ومع وجود بلايين من أجهزة الاستشعار التي تتبع حركة التنقل، ونوعية الهواء، وحتى السلوك الشخصي، فإن المدن قد تصبح نظماً إيكولوجية للمراقبة. ويجب أن يتضمن الفريق العامل مبادئ خاصة بالتصميم: تحديد الهوية المُغفلة، وتجهيز البيانات عن طريق الترسب، وآليات الموافقة المُحكمة، كما أن الأنظمة مثل الناتج المحلي الإجمالي وقانون الاتحاد الأوروبي بشأن المعلومات الإدارية سوف تشكل كيفية جمع البيانات عن مادة إيوت وتقاسمها، وبدون ضمانات صارمة بشأن الخصوصية، يمكن أن تبطئ المقاومة العامة.
التشغيل المتبادل بين مختلف البائعين والجيلات
وسيشمل هذا النظام أجهزة من مئات المصنعين، لا يزال العديد منها يعمل على 4G أو NB-IoT. 6G الشبكات يجب أن تدعم التوافق التراجعي والتسليم السلس للأجيال السابقة، وتعمل هيئات المعايير (3GPP، الاتحاد الدولي للاتصالات السلكية واللاسلكية، على وضع إطار موحد، ولكن التعقيد الذي يتسم به إدماج الإرث والأجهزة المستقبلية في بيئة تشغيلية واحدة هو أمر هائل.
متى ستصل 6 جي إيوت إلى المدن؟
According to current roadmaps from organizations like ITU-R], 3GPP, and the ]IEE 6G Initiative, the timeline for 6G IoT is:
- 2023-2025:] Vision and requirements definition (IMT-2030); initial research on key technologies (THz, AI-native, RIS).
- 2026-2028:] 3GPP Release 21/22 يعرّف المواصفات 6G؛ وتبدأ النماذج الأولية المبكرة والمحاكمات الميدانية في مدن مختارة.
- 2029-2030:] First commercial 6G networks launched, initially in dense urban areas and industrial parks.
- 2030-2035:] التوسع التدريجي في المناطق الحضرية والريفية؛ وأصبحت أجهزة التوحيد المغناطيسي الضخمة المصدق عليها لـ 6G متاحة على نطاق واسع.
ومن المرجح أن تظهر في أوائل الثلاثينات عمليات نشر اليورانيوم في المناطق الحضرية التي تتطلب قدرات فريدة من نوعها من قبيل الاستشعار عن بعد أو التحكم في الأجسام الفضائية في الأرض، وذلك بدءا بمشاريع رائدة في المدن الذكية في مدن مثل سيول وسنغافورة وهيلينكي.
النظرة إلى الرأس: النظام الإيكولوجي ذو الـ6 جي إيوت
٦ زاي ليس مجرد تطور للتكنولوجيا اللاسلكية؛ بل هو الأساس لحقبة جديدة من رقمنة المدن، وعندما تقترن عمليات نشر هذه المادة الواسعة النطاق مع نظام المعلومات الإدارية المتكامل، والحساب الحازم، والشبكات القابلة لإعادة التشكيل، ستصبح المدن نظماً معيشية تتوق إلى المشاكل، وتتكيف مع التغيرات في الوقت الحقيقي، وتزيد من استخدام الموارد بصورة مستمرة.
For further reading on the technical specifications and societal impact of 6G, see the ITU IMT-2030 framework] and the comprehensive white paper from the ]IEE 6G Initiative.