مجلة عالم التكنولوجيا
مجلة تكنولوجية شاملة

5G و Private Wireless.. التكنولوجيا التي تمكّن الصناعة

عالم التكنولوجيا            ترجمة

 

نعلم جميعًا أن 5G ستوفر نطاقًا عريضًا سريعًا للأجهزة المحمولة؛ لكن الهاتف هو الجزء الأقل إثارة في القصة. ستوفر 5G الاتصال للثورة الصناعية الرابعة التي ستغير تمامًا الطريقة التي نعيش بها ونعمل ونلعب، ستجعل تقنية الجيل الخامس 5G ثورة مستدامة.

الثورة الصناعية الرابعة والربط المتنقل
تميزت الثورة الصناعية الثالثة بالحوسبة والإنترنت ، وقد أثرت بشدة على أعمال الخدمات مثل البنوك ووسائل الإعلام. لكن الصناعات التي تحتوي على الكثير من المعدات الثقيلة وخطوط الإنتاج ومناولة المواد فوتت هذه “الثورة الرقمية”.

ولكن من المقرر أن يتغير ذلك مع الثورة الصناعية الرابعة ، أو الصناعة 4.0 ، والتي ستستخدم الرقمنة والأتمتة لتوفير الموارد بشكل مستدام ، ونقلها إلى السوق والتصنيع والطاقة والتشغيل والخدمة لجميع جوانب عالمنا التكنولوجي الجديد ، بما في ذلك إدارة مدننا ورفاهية الناس والكوكب بأثرة.

يتم دعم الصناعة 4.0 من خلال شبكات الهاتف المحمول بدءًا من 4G من فئة الناقل في شكل شبكات لاسلكية خاصة والانتقال إلى 5G مع ظهور احتياجات العمل. لم يتم تصميم الشبكات السلكية وشبكات Wi-Fi التي تعمل بشكل جيد في بيئة مكتبية للتنقل مما يجعلها غير مناسبة في بيئة صناعية. سيستمر الكبل في احتلال مكانه ولكنه يواجه تحديات عندما يتعلق الأمر بتوسيع وتوصيل أصول متعددة. على الرغم من أنها لاسلكية ، إلا أن شبكة Wi-Fi وغيرها من التقنيات اللاسلكية القديمة تفتقر إلى التغطية والموثوقية والأداء الذي يمكن التنبؤ به والأمان والتنقل.

تتمتع شبكات الهاتف المحمول بسعة أكبر وتغطية كبيرة ونقاط عمياء أقل واختراق أفضل للإشارة وهي مصممة لتوصيل الأجهزة التي تحتاج إلى التحرك بحرية وفي بيئات الراديو الصعبة بشكل موثوق. والأهم من ذلك ، أنها توفر زمن انتقال أقل يمكن التنبؤ به ، وهو أمر ضروري للاتصال من آلة إلى آلة مثل الروبوتات حيث لا يمكن أن يكون هناك اختلاف في التأخير من التعليمات إلى التفاعل.

ميزة 5G
السرعة والقدرة العالية
نعلم جميعًا أن 5G تتميز بسرعات وقدرات أعلى من 4G ، لكن فهم السبب يساعد في تفسير كيف ستكون 5G أكثر استدامة من الأجيال السابقة.

تستخدم تقنيات الهاتف المحمول موجات الراديو لنقل البيانات. عندما نجري مكالمة أو نرسل رسالة نصية أو دفق فيديو ، تقوم هواتفنا بتحويل المحتوى إلى حزم من الرموز الرقمية (1 و 0) والتي يتم إرسالها بعد ذلك عبر موجات الراديو وفك تشفير الطرف الآخر. فكر في موجات الراديو على أنها موجات على المحيط ، تختلف حسب التردد والسعة (أو الارتفاع). يتم ترميز الإشارة الرقمية عن طريق إجراء اختلافات صغيرة في نمط الموجة.

يمكن تنفيذ 5G في أي جزء من الطيف. في الترددات الأعلى ، يمكن للحكومات تخصيص المزيد من عرض النطاق الترددي أو نطاق التردد للخدمات مما يجعل من الممكن بعد ذلك نقل المزيد من البيانات. على سبيل المثال ، بينما في الترددات المنخفضة ، تكون كتل القنوات عادةً حوالي 10-20 ميجاهرتز ، في الترددات الأعلى ، تتراوح كتل القنوات حول 100-200 ميجاهرتز.

تأتي معدات 5G في جميع الأشكال والأحجام ، مما يمنح المشغلين المزيد من الخيارات أثناء تصميمهم لشبكاتهم. يمكن لمصفوفات الهوائي المعروفة باسم “Massive MIMO” (متعددة المدخلات والمخرجات) زيادة السعة دون الحاجة إلى المزيد من الطيف من خلال السماح بإرسال واستقبال أكثر من إشارة بيانات في وقت واحد عبر نفس قناة الراديو. توفر “الخلايا الصغيرة” ، المنتشرة في الداخل والخارج ، تغطية في النقاط الساخنة لحركة البيانات ، مما يكمل غطاء خلايا الماكرو.

نطاقات الطيف
نطاق الترددات الراديوية 5G الذي تخصصه الحكومات الوطنية أوسع بكثير من الأجيال السابقة.

يمكن للمشغلين والمؤسسات الاستفادة من الخصائص المختلفة لكل طيف. في المناطق التي تشهد حركة مرور عالية على الشبكة – المناطق الحضرية والملاعب والمطارات وما إلى ذلك – يمكن للمشغلين استخدام طيف تردد أعلى لتقديم عرض نطاق وسعة عالية لكل هوائي راديو.

لكن طيف التردد المنخفض له ميزته الخاصة. تتمتع الإشارة باختراق أفضل في المباني وتنتشر بشكل طبيعي إلى أبعد من طيف التردد العالي ، مما يجعلها مناسبة لحركة مرور الشبكة منخفضة الكثافة في المواقع الريفية.

زمن انتقال منخفض فائق الموثوقية
عندما تتحدث الصناعة عن 5G ، فإنها تشير إلى مجموعة من مواصفات شبكات الهاتف المحمول التي تنتجها هيئة معايير تقنيات الهاتف المحمول ، 3GPP. عندما يتم إرسال البيانات ، يتم تقسيمها إلى حزم صغيرة. تتمثل إحدى مواصفات 5G في زمن انتقال منخفض فائق الموثوقية وهو أمر بالغ الأهمية في حالات الاستخدام مثل إجراء جراحة القلب عن بُعد أو للسيارات ذاتية القيادة ، عندما لا يكون فقدان الاتصال لبضع ثوانٍ خيارًا.

يتم تعريف مواصفات 3GPP على أنها تتطلب 99.9999٪ من الحزم ليتم تسليمها في غضون مللي ثانية. يتم تحقيق هذه الموثوقية “6x9s” من خلال الكثير من التطورات التكنولوجية في تصميم الشبكة مثل التحميص في تجاوز فشل الحزم شبه الفوري ، وتوجيه الشبكة المحدد (على عكس الأسلاك الصلبة) والمزيد من التكرار.

الكُمون هو التأخير في الشبكة بين التعليمات التي يتم تقديمها وبدء الإجراء. يتيح الكُمون المنخفض إمكانية التحكم في الروبوتات أو المركبات عن بُعد ، أو حتى العمل بشكل مستقل. تخيل أن عاملًا يتحكم عن بعد في مركبة في ميناء يحمل حاوية. سيحتاج المشغل إلى نفس التحكم أو تحكم أفضل كما لو كان يقود السيارة جسديًا دون تأخير في آليات التوجيه أو الكسر.

أكثر استدامة
يمكن لشبكة 5G نقل بيانات أكثر 100 مرة لكل وحدة طاقة. يتم تسليم ذلك باستخدام طيف تردد أعلى لنقل البيانات بشكل أكثر كفاءة ، ومن خلال التحسينات في تصميم المعدات ، أي أن MIMO الضخم أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من تكوينات الهوائي السابقة.

وجدت الأبحاث التي أجرتها Nokia و Telefónica أن شبكات 5G أكثر كفاءة في استخدام الطاقة بنسبة تصل إلى 90 بالمائة لكل وحدة مرور مقارنة بالشبكات القديمة

علاوة على ذلك ، هناك تأثير تمكين. وجدت GSMA وهيئة صناعة مشغلي الهواتف المحمولة وصندوق الكربون أنه من خلال الرقمنة والأتمتة ، فإن 5G لديها القدرة على تقليل الانبعاثات في القطاعات الأخرى بمقدار 10 أضعاف كمية الانبعاثات التي تنتجها شبكات الهاتف المحمول نفسها.

يتيح 5G إمكانات شبكة جديدة
بالإضافة إلى كونها أسرع ، مع سعة أعلى وموثوقية أكبر وزمن وصول أقل ، فإن 5G هي إعادة تخيل كاملة للشبكة. على هذا النحو ، فهو يتضمن ميزات جديدة تعمل على توسيع إمكانيات خدمة الشبكة.

تقطيع الشبكة
في الأجيال السابقة – 2G و 3G و 4G – قدمت الشبكة التقليدية الشاملة نفس الخدمة لجميع المستخدمين. إذا طلب عميل المشغل ، مثل الشرطة أو رجال الإطفاء ، مستوى خدمة مضمونًا لتطبيق ما ، فسيكون الخيار الوحيد هو إنشاء شبكة فعلية جديدة أو نشر شبكة افتراضية خاصة. تعمل شبكة 5G على تغيير ذلك مع إدخال تقطيع الشبكة.

باستخدام تقطيع الشبكة ، يمكن للمشغلين إنشاء شبكات افتراضية مستقلة داخل نفس الشبكة المادية. سواء كان الأمر يتعلق بتوصيل الهاتف بالنطاق العريض للجوال أو الروبوت بتطبيق التشغيل الآلي ، يمكن لمشغل الشبكة ضمان السرعة ووقت الاستجابة والموثوقية ومستويات خدمة الأمان للشريحة كما لو كانت شبكة متميزة.

شريحة الشبكة غير محددة ببائع المعدات ويمكن أن تمتد عبر شبكة لاسلكية يوفرها البائع الأول ، إلى النواة من البائع الثاني وما إلى ذلك. هذا يعني أنه يمكن استخدامه في سيناريوهات تغطي مناطق جغرافية واسعة.

قد يحتوي الاستاد الرياضي على شرائح للمشجعين لتحميل صور سيلفي وأخرى للمراقبة الأمنية وأخرى لمزود البث. سيكون لكل منها متطلبات وأولويات مختلفة ، وسيتم توزيع الوظائف لتمكين كل شريحة بشكل مختلف. ستحصل حركة المرور في شرائح الأمان والبث دائمًا على النطاق الترددي المضمون حتى لو احتفل 50000 معجب بهدف من خلال محاولة مشاركة الفيديو المسجل الخاص بهم.

 

حوسبة الحافة

تعمل قدرات الحوسبة المتطورة ، عند دمجها مع شبكات الجيل الخامس ، على تمكين التطبيقات التفاعلية والحساسة للتأخير مثل الألعاب والواقع المعزز؛ في البيئات الصناعية حيث يتم استخدام الحوسبة المتطورة بالفعل في شبكات 4G اللاسلكية الخاصة ، يمكن لمشغلي المستودعات والمصانع تقليل التكاليف عن طريق نقل الجزء الأكبر من قوة الحوسبة للروبوتات إلى قلب الشبكة ، مما يعني أن الروبوتات يمكن أن تكون أخف وزنا وأكثر مرونة في الاستخدام طاقة أقل وأقل تكلفة.

انترنت الأشياء
متصلة بشبكات المحمول ، وأجهزة استشعار إنترنت الأشياء (IoT) والأجهزة في كل مكان. لقاح Covid-19 مصحوب بأجهزة استشعار تراقب درجة الحرارة باستمرار لضمان سلامة سلسلة التبريد.

يتم نشر أجهزة إنترنت الأشياء لمراقبة المحاصيل وحموضة التربة ودرجة الحرارة والري ومساعدة المزارعين على اتخاذ القرارات الصحيحة. وتستفيد منها الرعاية الصحية والتصنيع والمدن الذكية بالملايين.

افتح RAN

نظرًا لأن الشبكات أصبحت أكثر تعقيدًا ، فقد أصبحت أيضًا أكثر تجانسًا بين موردي المعدات. ينطبق هذا بشكل خاص على RAN ، الجزء المرئي من الشبكة والذي يتضمن الهوائيات التي نراها في الأبراج والمحطات الأساسية.

مع Open RAN ، يتم “فتح” البروتوكولات والواجهات بين وحدات بناء RAN المختلفة (هوائي الراديو والأجهزة والبرامج) بحيث يمكن لمشغلي شبكات الهاتف المحمول استخدام معدات من بائعين متعددين مع ضمان إمكانية التشغيل البيني.

مع وجود المزيد من البائعين الذين يقدمون اللبنات الأساسية ، هناك المزيد من الابتكار والمزيد من الخيارات للعملاء. ميزة أخرى لـ Open RAN هي RAN Intelligent Controller (RIC) التي تضيف قابلية البرمجة. على سبيل المثال ، يمكن تقديم الذكاء الاصطناعي عبر مركز معلومات الاتصال (RIC) لتحسين الشبكة بالقرب من ملعب كرة القدم في يوم المباراة.

لاسلكي خاص
اللاسلكية الخاصة هي شبكة قائمة بذاتها تركز على الأصول التشغيلية الصناعية والمستخدمين. توفر الشبكة اللاسلكية الخاصة اتصالاً لاسلكيًا واسع النطاق ، مثل شبكة لاسلكية عامة ولكنها مملوكة ومسيطر عليها من قبل المؤسسة التي قامت ببنائها أو شرائها. قطاعات الصناعة ومجالات القطاع العام مثل التعدين والمرافق والمصانع والمستودعات والموانئ والمطارات والسلامة العامة والمدن الذكية جميعها مرشحة ممتازة للاتصالات اللاسلكية الخاصة وتستخدم بالفعل هذه الشبكات للمساعدة في رقمنة عملياتها.

تتجه الشركات والمؤسسات الخاصة إلى الشبكات اللاسلكية الخاصة لمزاياها على الشبكات السلكية أو شبكات WiFi. معظمها متاح اليوم وسيتم تعزيزه بشكل أكبر باستخدام 5G.

ومن مزاياها:

_أمان جوهري مع إمكانيات تشفير ومصادقة مضمنة
_موثوقية المهام الحرجة للحفاظ على تشغيل الأنظمة
_اتصال في كل مكان عبر مواقع الحرم الجامعي الكبيرة ، في الداخل والخارج
_تلبية الطلبات المتزايدة وشبكة لاسلكية واحدة لاحتياجات التكنولوجيا التشغيلية بمعدلات بيانات عالية يمكن التنبؤ بها وزمن انتقال منخفض ، ولكن أيضًا دعم أجهزة استشعار الصوت والطاقة المنخفضة.
_قدرة عالية على تعدد المستخدمين
_يدعم التطبيقات المتقدمة على أصول الهاتف المحمول وعمليات التسليم الشفافة للشبكات العامة
_انخفاض التداخلات من عمليات الإنتاج في البيئات الصناعية الثقيلة ، مثل اللحام

 

 

الرابط المختصر :

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.