نسل ششم شبکه‌های ارتباطی چه مزایا و معایبی دارد؟

مطلب پیشنهادی

نگاهی به معماری 6G

نوکیا می‌گوید معماری جدیدی همراه با عصر 6G در راه است

شبکه بی‌سیم 6G چیست؟

6G اشاره به نسل ششم فناوری‌های بی‌سیم دارد. فرآیند تحقیق و توسعه روی این فناوری از سال 2019 میلادی و با هدف تکمیل دستاوردهای 5G آغاز شد. به بیان دقیق‌تر، درست همزمان با راه‌اندازی گسترده و تجاری شبکه 5G در آوریل 2019 فرآیند تحقیق روی شبکه‌های 6G آغاز شد. شبکه‌های نسل ششم با هدف تحقق چشم‌اندازهای 5G و پاسخ‌گویی به الزامات روبه‌رشد کسب‌وکارها به دنیای فناوری وارد شدند. از محورهای اصلی که فناوری 6G روی آن‌ها متمرکز است به موارد زیر باید اشاره کرد: 

•  اتصال هوشمندانه (برای دستیابی به چنین دستاوردی، تجهیزات زیرساختی از هوش مصنوعی و یادگیری ماشین استفاده می‌کنند.)
•  اتصال عمیق
•  اتصال هولوگرافیک (یکی از اهداف مهم 6G پوشش گسترده‌تر با بالاترین سرعت ممکن به‌منظور پاسخ‌گویی به الزامات مبتنی بر واقعیت افزوده و واقعیت مجازی است.)
•  اتصال در همه مکان‌ها (Ubiquitous connectivity)؛ به این معنا که کاربران در فضا، هوا، زمین و دریا مشکلی از بابت اتصال به شبکه نداشته باشند.

شکل ۱، چهار هدف اصلی را که شبکه 6G به دنبال تحقق آن‌ها است نشان می‌دهد. 

شکل ۱

هنگامی که صحبت از نسل ششم شبکه‌هایی به میان می‌آید که قرار است بالاترین سرعت و کمترین تاخیر را در اختیارمان قرار دهند، اهداف فراتر از کاربران خانگی یا حتا شرکت‌های تجاری است. نسل ششم به دنبال تحقق آرمان ‌شهرهای هوشمندی است که اگر نگوییم تمامی تجهیزات، بلکه طیف گسترده‌ای از آن‌ها مجهز به حس‌گرهای هوشمندی خواهند بود که توانایی برقراری ارتباط با شبکه و یک‌دیگر را دارند. به بیان‌ دقیق‌تر، بالاترین سطح از اتصال، بر پایه هوشمندی از طریق این شبکه‌ها در اختیارمان قرار خواهند گرفت. شکل۲، این موضوع را نشان می‌دهد. 

اگر به جام جهانی قطر و المپیک ژاپن بازگردیم، مشاهده می‌کنیم که شرکت‌های فعال در دنیای فناوری به‌شکل محدود از فناوری‌های مختلفی مثل دوربین‌های 8K، پهپادها، واقعیت مجازی و شبکه‌های 5G برای پوشش بهتر مسابقات استفاده کردند. تمامی این فناوری‌ها از نسل پنجم شبکه‌های ارتباطی برای ارسال و دریافت اطلاعات استفاده کردند و در برخی موارد نیز به‌شکل محدود از فناوری‌های مذکور استفاده کردند.

به بیان دقیق‌تر، هدف آزمایش فناوری‌ها در محدوده‌ای کنترل‌شده بود تا مشکلات به‌راحتی قابل تشخیص باشند. 

شکل 2

شکل2، معماری شبکه 6G را نشان می دهد که قادر است تمامی نقاط شهر را از طریق اتصالات پرسرعت و کمترین نرخ تاخیر پوشش دهد. همان‌طور که نشان داده شده است، ارتباطات 6G در همه‌جا از طریق ماهواره‌ها، ایستگاه‌های رادیویی از راه دور (Remote Radio Heads)، ارتباطات نور مرئی (Visible Light Communications)، ایستگاه‌های پایه (Base Stations)، تجهیزات شبکه 6G نصب‌شده بر روی وسایل متحرک و غیره انجام می‌شود. در سمت چپ تصویر، ساختمان اداری را مشاهده می‌کنید که ایستگاه‌های رادیویی از راه دور در آن مستقر شده‌اند و داده‌های موردنیاز پارکینگ هوشمند و خودروهای خودران را از طریق ارتباطات نور مرئی در اختیارشان قرار می‌دهند، در حالی که خود به شبکه اصلی متصل هستند. در سمت چپ پایین تصویر، کارخانه‌ای را مشاهده می‌کنید که تمامی تجهیزات مستقر در آن مثل دوربین‌های نظارتی، سیستم روشنایی، قفل‌‌های بسته و باز کردن در‌ها و دستگاه‌های مستقر در واحدهای تولیدی از طریق فناوری‌های هوشمند و متصل به شبکه مدیریت می‌شوند. به‌طوری که ایستگاه‌های رادیویی از راه دور فرآیند ارسال و دریافت داده‌ها به مراکز داده را مدیریت می‌کنند. در کنار آن سامانه حمل و نقل خودرانی را مشاهده می‌کنید که خودروها در آن در حال عبور و مرور هستند و فعالیت‌ها توسط سیستم‌های کنترل ترافیک هوشمند رصد می‌شود. در کنار آن استادیوم ورزشی قرار دارد که پهپاد‌ها نه‌تنها امکان نظارت دقیق بر محیط داخلی و خارجی را برقرار می‌کنند، بلکه قادر هستند اطلاعات را به‌شکل لحظه‌ای برای سامانه‌های هوشمند ارسال کنند تا هرگونه مورد مشکوکی به‌سرعت شناسایی شود. به بیان دقیق‌تر، در آینده سیستم‌های نظارت از راه دور قادر خواهند بود در میان این حجم عظیم از تماشاگران، افرادی را که دارای سابقه انجام بزهکاری هستند شناسایی کرده و گزارش‌های مربوطه را برای مقامات ارسال کنند. در مرکز تصویر، شبکه ابری مجازی قرار دارد که تمامی زیرساخت‌های کلیدی موردنیاز برای مدیریت شهر در آن قرار گرفته است. این شبکه ابرمحور عمومی هوشمند، مجهز به مراکز نظارتی، سامانه‌های هوش مصنوعی، شبکه‌های نرم‌افزار محور، مرکز سوئیچینگ سیار (Mobile Switching Center)، ایستگاه‌های رادیویی راه دور (Remote Radio Heads) و واحدهای باند پایه نوری (Optical Base Band Units) است که همگی در قالب یک شبکه ابری خصوصی با یک‌دیگر در ارتباط هستند و به سامانه‌های مختلف مستقر در شهر خدمت‌رسانی می‌کنند. این شبکه از طریق اینترنت فیبرنوری عجین‌شده با شبکه 6G مانع از آن می‌شوند که حتا برای یک لحظه سامانه‌های شهر بدون اینترنت باشند. در سمت راست بالای تصویر، پردیس دانشگاهی قرار دارد که همانند سایر ساختمان‌های شهر مجهز به شبکه‌های 6G و فیبرنوری است که بالاترین سطح از نرخ دسترسی به شبکه را در اختیار کاربران قرار می‌دهد. 

مطلب پیشنهادی

الگوریتم‌های هوشمند در قلب 6G

هوش مصنوعی در خدمت نسل ششم شبکه‌های ارتباطی

شبکه‌های نسل ششم چه مزایایی دارند؟

از مزایا و معایب شبکه‌های نسل ششم به موارد زیر باید اشاره کرد: 

این شبکه‌ها به‌منظور پشتیبانی از تعداد اتصالات سیار بیشتر از ظرفیت نسل پنجم شبکه‌های ارتباطی طراحی شده‌اند تا بتوانند مناطق بیشتری را پوشش دهند. نسل ششم شبکه‌های ارتباطی بخش مراقبت‌های بهداشتی را متحول خواهند کرد و با غلبه بر چالش‌های زمانی و مکانی امکان انجام جراحی از راه دور و بهینه‌سازی عملکرد کادر مراقبت‌های بهداشتی را تضمین خواهند کرد. امروزه، جراحی از راه دور به‌شکل محدود و در شرایط خاصی انجام می‌شود، اما با ظهور گسترده 6G این روند به‌شکل فراگیرتری در دنیای پزشکی مورد استفاده قرار خواهد گرفت. 

آمارها نشان می‌دهند بخش عمده‌ای از ترافیک موبایل به کاربران منازل اختصاص دارد، در شرایطی که شبکه‌های سلولی که تاکنون به دنیای فناوری وارد شده‌اند، هیچ‌گاه به‌شکل دقیق این مسئله را مورد بررسی قرار نداده‌اند. 6G با استفاده از فمتوسل‌ها یا همان سامانه‌های آنتن توزیع‌شده (Distributed Antenna Systems) بر این مشکلات غلبه خواهند کرد تا کاربران در تعامل با فناوری‌هایی مثل وای‌فای 7 بتوانند به بهترین شکل از مزایای شبکه‌های 6G استفاده کنند. 

نسل ششم شبکه‌های ارتباطی از فرکانس‌های تراهرتز استفاده می‌کند که مزایای مختلفی دارند. امواج تراهرتز می‌توانند به‌راحتی رطوبت هوا را جذب کنند، از این رو برای ارتباطات بی‌سیم با برد کوتاه و سرعت بالا مفید است. تراهرتز، جهت‌دهی بهتری ارائه می‌دهد که اجازه می‌دهد ارتباطات ایمن‌تری برقرار شود. به بیان دقیق‌تر، قابلیت ضد‌تداخل قدرتمندی ارائه می‌کند که کار هکرها برای نفوذ به این شبکه‌ها را سخت‌تر می‌کند. پهنای باند بی‌سیم بالای چند ده گیگاهرتزی از 108 تا 1013 گیگاهرتز می‌توانند نرخ ارتباط بالاتری را در واحد ترابیت بر ثانیه ارائه دهند. در ارتباطات فضایی، از امواج تراهرتز برای انتقال اطلاعات بین ماهواره‌ها استفاده می‌شود. شکل‌دهی پرتو و استفاده کارآمد از فناوری تسهیم MIMO برای غلبه بر مواردی همچون تضعیف سیگنال و از دست رفتن آن اجازه خواهند داد تا پاسخ‌گویی به الزامات پوشش‌دهی به‌شکل بهتری در مقیاس شهری انجام شود. لازم به توضیح است که انرژی فوتون موج تراهرتز بسیار کم است (حدود 10-3eV که بازده انرژی بالاتری را ارائه می‌دهد). امواج تراهرتز می‌توانند به‌شکل بهتری از مواد عبور کنند و در نتیجه امکان استفاده از آن‌ها در ارتباط با برخی از وسایل ارتباطی خاص وجود دارد. 

شبکه‌های 6G از نورهای مرئی استفاده می‌کنند، در نتیجه این توانایی را دارند تا از مزایای طبیعی LEDها در زمینه برقراری ارتباطات داده‌‌ای با سرعت بالا استفاده کنند. VLC تابش الکترومغناطیسی تولید نمی‌کند، از این رو مستعد تداخل تابش الکترومغناطیسی خارجی نیست. علاوه بر این، VLC امنیت شبکه را به میزان قابل توجهی بهبود می‌بخشند. 

نسل ششم شبکه‌های ارتباطی، سرعت انتقال داده‌ها را بسیار زیاد(Tb/sec) و تاخیر را بسیار کم (sub-ms) می‌کنند. از این رو، بخش عمده‌ای از برنامه‌های کاربردی و خدمات صنعتی قادر به استفاده از شبکه‌های بی‌سیم نسل ششم هستند. 

نسل ششم شبکه‌های ارتباطی، مولفه‌های اضافی مثل لایه PHY و لایه MAC را مجازی‌سازی می‌کنند. در حال حاضر برای پیاده‌سازی‌ لایه‌های PHY/MAC به سخت‌افزارهای اختصاصی نیاز است. مجازی‌سازی، هزینه خرید تجهیزات شبکه را کاهش می‌دهد. این امر استقرار بسیار متراکم در 6G را از منظر اقتصادی امکان‌پذیر می‌کند.

مطلب پیشنهادی

افزایش سرعت و کاهش تاخیر تا یک‌هزارم ثانیه

نسل ششم شبکه‌های ارتباطی چه تحولاتی به وجود می‌آورد؟

شبکه‌های نسل ششم چه معایبی دارند و با چه چالش‌هایی روبه‌رو هستند؟

در شرایطی که شبکه‌های نسل ششم، مزایای درخشانی دارند، اما چالش‌ها  و معایب خاص خود را دارند که از مهم‌ترین آن‌ها به موارد زیر باید اشاره کرد: 

از آن‌جایی که این فناوری در دست تحقیق و توسعه است، نمی‌توانیم مضرات زیست‌محیطی آن‌را به‌شکل دقیقی بررسی کنیم و تا زمانی که شبکه و تجهیزات به‌شکل ملموس آزمایش و نصب نشوند، امکان اندازه‌گیری دقیق میزان تاثیرگذاری امواج بر موجودات قابل تشخیص نیست. 

نسل ششم شبکه‌های ارتباطی از معماری بدون سلول و اتصال چندگانه استفاده می‌کنند. از این رو، برای دستیابی به تحرک‌پذیری یکپارچه و ادغام کانال‌های ارتباطی این شبکه با انواع مختلفی از لینک‌ها (هرتز، امواج میلی‌متری، ارتباطات نور مرئی و امواج زیر 6 گیگاهرتز) به زمان زیادی نیاز است. در معماری بدون سلول، تجهیزات کاربری (User Equipment) به شبکه دسترسی توزیع و نه یک سلول وصل می‌شوند. به همین دلیل، به معماری جدیدی برای برقراری این ارتباط نیاز است. 

نسل ششم شبکه‌های ارتباطی برای بخشی از ارتباطات خود از فرکانس‌های تراهرتز استفاده می‌کنند، از این‌رو، معایب تراهرتز را می‌توان به‌عنوان معایب فناوری بی‌سیم نسل ششم در نظر گرفت. فرکانس تراهرتز به طیف فرکانسی بین 0.1 تا 10 تراهرتز با طول موج 30 تا 3000 میکرومتر اشاره دارد. امواج تراهرتز را می‌توان به‌طور گسترده در ارتباطات فضایی به‌ویژه در زمان برقراری ارتباطات ماهواره‌ای مورد استفاده قرار داد. با این‌حال، معایبی نیز دارند. 

در محدوده فرکانسی تراهرتز، امواج به‌اندازه‌ای زياد می‌شوند که نيمه‌هادي‌ها به‌سختی قادر به كنترل آن‌ها هستند و از طرفی انرژي فوتون‌ها در اين محدوده فركانسي به‌اندازه‌ای پايين است كه به‌سختي مي‌توان نيمه‌هادي پيدا كرد كه شکاف انرژي آن به اندازه انرژي اين فوتون‌ها باشد.

علاوه بر این، سیگنال تراهرتز به سایه‌ها (در این‌جا، سایه به موانعی که در انتشار موج اثرگذار هستند اشاره دارد) بسیار حساس است و روی منطقه‌ای که تحت پوشش قرار می‌دهد، تاثیرگذار خواهد بود. علاوه بر این، فرکانس تراهرتز پایین‌تر، مشکل محوشدگی (Fading) را به‌وجود می‌آورد. محوشدگی، به تغییرات میزان تضعیف یک سیگنال مدوله‌شده مخابراتی در هنگام عبور از یک محیط مشخص اشاره دارد. محوشدگی ممکن است با زمان، مکان یا فرکانس تغییر کند و به‌صورت یک فرآیند تصادفی مدل‌سازی می‌شود. به همین دلیل، کانال‌های 6G ممکن است مشکل محوشدگی را تجربه کنند. در ارتباطات بی‌سیم، محوشدگی ممکن است بر انتشار چند مسیری تاثیرگذار باشد که اصلی‌ترین دلیل آن اثر سایه‌ای (موانعی که در انتشار موج اثر می‌گذارند) است. 

طراحی آنتن‌هایی در مقیاس فوق‌العاده بزرگ، یک چالش بزرگ در استفاده از طیف فرکانسی تراهرتز است که به پهنای باند بالا و وضوح زیاد نیاز دارد. توانایی در انجام پردازش‌ها، چالش اصلی در طراحی این آنتن‌ها به‌شیوه‌ای کم‌مصرف و کم‌هزینه است.

نسل ششم شبکه‌های ارتباطی از فرکانس‌های نور مرئی برای بخشی از ارتباطات خود استفاده می کند، از این رو معایب VLC را می‌توان به‌عنوان معایب فناوری بی سیم نسل ششم در نظر گرفت. نور مرئی از طول موج 390 تا 700 نانومتر استفاده می‌کند.

به‌منظور مدیریت تعداد زیادی از پایانه‌ها و تجهیزات شبکه به‌شکل کارآمدتر و با کمترین میزان مصرف انرژی، به نوع جدیدی از سامانه‌ها نیاز داریم. به‌منظور تحقق این امر، مدارهای تجهیزات شبکه، پایانه‌ها و طراحی پشته پروتکل ارتباطی باید بازنگری شوند. همچنین، به تراشه‌های کم‌مصرفی در تجهیزات الکترونیکی مثل حس‌گرهای اینترنت اشیاء و گوشی‌های هوشمند نیاز است که هنگام اتصال دستگاه به شبکه، باتری سریع تخلیه نشود. از این‌رو، برخی کارشناسان پیش‌بینی کرده‌اند که ممکن است تغییراتی در روند استفاده از باتری‌ها در تجهیزات مصرفی به‌وجود آید.