دنیای دیوانه شبکه‌های موبایل آینده

نسل پنجم شبکه‌ها به طرز کاملا رویایی بسیار سریع‌تر از شبکه‌های نسل سوم و نسل چهارم است که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند. به طوری که سرعت ارتباطات را از 384 کیلوبایت نسل سوم و 100 مگابایت نسل چهارم به  10 گیگابیت خواهد رساند. امروزه شبکه‌هایی که هدایت ارتباط گوشی‌ها و دستگاه‌های متصل به اینترنت ما را بر عهده دارند بر مبنای فناوری نسل چهارم ساخته شده‌اند. اما نسل پنجم این فناوری یا  5G در حال ظهور است. 5G وعده‌هایی داده است که تاکنون هیچ یک از فناوری‌های پیش از آن چنین قول‌هایی نداده بودند.

از 5G به عنوان کلید ورود به دنیای اینترنت‌اشیا یاد می‌کنند. میلیاردها حس‌گر به لوازم خانگی، سیستم‌های امنیتی، تجزیه و تحلیل‌های بهداشتی، قفل‌های در، ماشین‌ها، فن‌آوری‌های پوشیدنی و ساعت‌های هوشمند وصل خواهند شد. مؤسسه تحقیقاتی گارتنر تحلیل‌هایی در این رابطه انجام داده و پیش‌بینی کرده است که تعداد دستگاه‌های متصل به شبکه به سرعت یک هواپیمای جت از 5 میلیارد در سال 2015 به 25 میلیارد دستگاه در سال 2025 خواهد رسید. هر کدام از این حس‌گرها به نوبه خود کوهی از داده‌ها تولید خواهند کرد که نیازمند ارتقاء به شبکه نسل پنجم که توانایی انتقال این اشتهای سیری ناپذیر از داده‌ها تولید شده توسط اینترنت‌اشیا را داشته باشد ضروری می‌سازد. برای رسیدن به این هدف لازم است تا گوشی‌های هوشند که این روزها مورد استفاده قرار می‌گیرند به طور کامل به‌روزرسانی شوند. با استفاده از این فناوری می‌توانید بدانید بچه‌های شما چه زمانی به خانه بازگشته‌اند و ماشین‌ها در بزرگراه‌ها به صورت خودکار مدیریت می‌شوند. به علاوه، شبکه‌های نسل پنجم 66 مرتبه سریع‌تر از شبکه‌های نسل چهارم خواهند بود. این سرعت زمینه را برای ارائه قابلیت‌های جذاب‌تر ارائه خواهد کرد. ماشین‌های خودران در زمان‌های بحرانی تصمیمات مهمی اتخاذ خواهند کرد. چت‌های ویدویی احساس بهتری را به ما می‌دهند، درست مثل این که با طرف مقابل در یک اتاق نشسته‌ایم و به گفتگو می‌پردازیم. زمانی‌که این اطلاعات به ماشین هوشمند شما تغذیه شوند، شهرها شاهد کاهش حجم ترافیک، آلودگی هوا و تقاضا برای پارکینگ خواهند بود.

دلایلی که شما را به استفاده از 5G مشتاق‌تر می‌کند
انتظار می‌رود مجموعه دلایل زیر اصلی‌ترین انگیزه برای پیشبرد هرچه زودتر نسل بعدی شبکه‌ها را زمینه‌ساز شوند:

واقعیت‌های جدید: 5G واقعیت مجازی و واقعیت افزوده را به جریان اصلی زندگی وارد خواهد کرد. واقعیت افزوده برای پوشش اطلاعات واقعی و ارائه گسترده‌تر اطلاعاتی همچون تعیین مسیر حرکت، دسترسی به قیمت محصولات و... مورد استفاده قرار می‌گیرد که همه این اطلاعات روی شیشه ماشین هوشمند ظاهر می‌شوند (واقعیت افزوده یک نمای مستقیم یا غیرمستقیم زنده از یک محیط فیزیکی و واقعی است. این عناصر مکمل که به دنیای فیزیکی وارد می‌شوند از طریق حس‌گرهای کامپیوترمحور و از طریق ورودی‌هایی همچون صدا، ویدیو، داده‌های GPS یا گرافیک تولید می‌شوند).

واقعیت مجازی که به آن محیط چندرسانه‌ای همه جانبه نیز می‌گویند؛ یک محیط شبیه‌سازی شده بر پایه کامپیوتر بوده که می‌تواند حضور فیزیکی در مکان‌هایی در دنیای واقعی را شبیه‌سازی کند. از جمله کاربردهای واقعیت مجازی می‌توان به آموزش چتربازی یا خلبانی اشاره کرد. به عبارت دیگر واقعیت مجازی نمای مصنوعی از یک موجودیت را نشان می‌‌دهد. هر دو این مفاهیم نیاز دارند، داده‌های جدید با سرعت انتقال داده شوند.

سرعت بالا: سرعت دانلود که در نسل چهارم 150 مگابایت در ثانیه است، حداقل به 10 گیگابایت بر ثانیه باید برسد. این یک سرعت قابل قبول است. به طوری‌که فیلمی همچون Guardians of Galaxy را در مدت زمان 4 ثانیه می‌تواند دانلود کند. در حالی‌که در نسل چهارم این زمان به 6 دقیقه می‌رسد. اگر در سال 2001 از شخصی سوال می‌کردید مدت زمان دانلود این فیلم دو ساعته چقدر است؟ جوابی که دریافت می‌کردید: به اندازه یک مسافرت هوایی از نیویورک به سیدنی بود (26 ساعت). اگر همین سوال را در سال 2009 می‌پرسیدید جواب یک مسابقه دوسرعت را می‌شنیدید (6 دقیقه) و اگر این سوال را در سال 2020 بپرسید، به جواب «مگر هنوز در حال دریافت است را خواهید شنید» (3.6 ثانیه)!

پاسخ سریع و رعدآسا: علاوه بر قرار دادن بیت‌های بیشتر در هر ثانیه، 5G کوتاه‌ترین زمان تأخیر را قبل از آن‌که اولین بیت نشان داده شود خواهد داشت. انتظار چند ثانیه تأخیر برای یک استریم ویدویی که اکنون روی 4G وجود دارد، چندان جالب نیست، اما این آهستگی و زمان تأخیر زیاد برای وسایلی همچون ماشین‌های خودران غیرقابل قبول است. جایی که هر میلی‌ثانیه مهم است. 4G در حالت ایده‌آل چیزی بین 15 تا 25 ثانیه زمان تأخیر برای اعلام این که ماشینی پشت ماشین دیگر قرار دارد و ترمز اضطراری باید مورد استفاده قرار گیرد زمان نیاز دارد. این زمان تأخیر در 5G به یک میلی ثانیه می‌رسد.

کار ساده‌ای نیست
صنعت بی‌سیم سال 2020 را زمان قطعی و معین برای ارائه اولین شبکه‌های نسل پنجم اعلام کرده است. نوکیا و AT&T می‌گویند این یک زمان‌بندی معقول و منطقی است. اما کریک ویگینتون، سرپرست عملیات مخابراتی در شرکت Deloitte & Touche می‌گوید: «سال 2022 واقع‌بینانه‌تر به نظر می‌رسد.» تاد سایزر، رییس پژوهش‌های بی‌سیم در آزمایشگاه‌های Alcatel-Lucent's Bell می‌گوید: « انتظار نداشته باشید تا پیش از سال 2025 این فناوری به صورت همه‌گیر در دسترس عموم قرار گیرد.»

در هر شرایطی 5G در حال آمدن است
برای تحویل و عرضه 5G، شرکت‌ها نیاز به افزایش ظرفیت شبکه‌ای میان تلفن‌های همراه و آنتن‌های بزرگ که ایستگاه‌های پایه نامیده می‌شوند و در هر چند مایل باید نصب شوند را دارند. آن‌ها می‌توانند این‌کار را با استفاده از طیف استفاده نشده از فرکانس‌‌های رادیویی پیاده‌سازی کنند. فرکانس امواج رادیویی برحسب مگاهرتز یا حتی پرسرعت‌تر از آن بر حسب گیگاهرتز سنجیده می‌شوند. امروزه ارتباطات تلفن‌های همراه از فرکانس کمتر از 3 گیگاهرتز استفاده می‌کنند. از طرفی طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های بی‌سیم در محدود فرکانس 2.5 گیگاهرتز کار می‌کنند که ترافیک شدیدی را در این باند فرکانس به‌وجود آورده‌اند.  5G نیازمند باندهایی با فرکانس بالاتر است. اما امواج رادیویی در فرکانس‌های بالاتر در فواصل دور به سختی قابل انتقال هستند، یا اگر ساختمان یا دیواری در مسیرشان قرار گیرد ارتباط از دست می‌رود. برای حل این مشکل، شرکت‌ها روی فناوری آنتن‌های پیشرفته در حال کار هستند که  آنتن‌های MIMO  چندورودی- چند خروجی که توانایی ارسال سیگنال‌های رادیویی موازی بیشتری را دارند ( یک فناوری ویژه سیستم‌های مخابراتی است که هر دو طرف گیرنده و فرستنده می‌توانند از چند آنتن استفاده کنند. از جمله ویژگی‌های اصلی این فناوری می‌توان به پیش کدگذاری (precoding)، مالتی‌پلکس فاصله‌ای (spatial multiplexing) و کدگذاری گونه‌گون (diversity coding) اشاره کرد.)، beamforming یا فیلتر فضایی (یک فناوری پردازش سیگنال استفاده شده در آرایه‌ای از حس‌گرها برای انتقال سیگنال‌های هدف‌دار یا جهت‌دار است که برای دریافت بهینه‌تر سیگنال‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. بیم فرمینگ برای امواج صوتی یا رادیویی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. از جمله کاربردهای آن می‌توان در رادار، سونار ارتباطات بی‌سیم، ستاره‌شناسی رادیویی، زیست پزشکی و... اشاره کرد.) که انرژی رادیویی را در یک جهت خاص متمرکز می‌کنند، اشاره کرد.

 سرویس‌دهندگان برای بهبود ضریب موفقیت یک گوشی‌همراه برای نزدیک شدن به یک ایستگاه، باید ایستگاه‌های پایه را به یکدیگر نزدیک کنند تا یک گوشی‌همراه حداقل به یکی از این ایستگاه‌ها نزدیک باشد. آن‌ها همچنین باید از فن‌آوری‌های امروزی همچون ماکروسل برای بردهای بلند که به 20 مایل می‌رسد و همچنین small cell میکروسل که می‌تواند نزدیک به صد فوت را پوشش دهد استفاده کنند (ماکروسل، میکروسل و پیکوسل اشاره به سلول‌های رادیویی موبایل دارند. ماکروسل برای پوشش‌دهی به مناطق وسیع اما با ترافیک کم، میکروسل برای پوشش‌دهی مناطق شهری اما با ترافیک زیاد و پیکوسل برای پوشش‌دهی رادیویی در یک ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرند).  Adeyemi  از فوجیستو می‌گوید: «نصب و به‌کارگیری یک ماکروسل نیازمند چند صد هزار دلار است، در حالی که نصب سلول‌های کوچک برای هر بلوک ده‌ هزار دلار هزینه خواهد داشت.» اما هنوز خیلی زود است که بخواهیم در مورد هزینه 5G صحبت کنیم. دن وارن تکنولوژیست ارشد GSMA می‌گوید: « شرکت‌هایی  که اکنون 4G را پوشش می‌دهند اگر قصد مهاجرت به 5G را داشته باشند، تا سال 2020 چیزی نزدیک به 1.7 تریلیون دلار هزینه خواهند کرد، در نتیجه شرکت‌ها نباید انتظار داشته باشند که 5G ارزان به دست مشتریان برسد.» محققان IDC  می‌گویند: «اینترنت‌اشیا باید به دست مصرف‌کنندگان برسد. این بازار تا سال 2020 به ارزش 3.04 تریلیون دلاری خواهد رسید.» سیسکو که در زمینه ساخت محصولات شبکه مشهور است می‌گوید: «منافع خود را در اینترنت اشیا می‌بیند و پیش‌بینی می‌کند از 19 تریلیون دلار در دهه‌های آینده فراتر خواهد رفت.»

مردم این روزها به یخچال فریزرهای متصل به اینترنت شبیه به یک طنز نگاه می‌کنند. ترموستات‌های Nest و آشکارسازهای دود متعلق به گوگل (شرکت Nest چندی قبل توسط گوگل خریداری شد) از مدت‌ها قبل در خانه‌های هوشمند قرار گرفته‌اند. خودروسازان در حال توسعه ماشین‌هایی هستند که ویزگی‌های خودران بودن و فیلم‌برداری از صندلی عقب را داشته باشند. ساعت‌های هوشمند و ابزارهایی که در زمان خواب اقدام به تجزیه و تحلیل علائم حیاتی همچون تنفس، ضربان قلب و درجه حرارت می‌کنند این داده‌ها را با یکدیگر ترکیب کرده و سلامتی ما را به مدت زمان طولانی‌تری تضمین می‌کنند. این دستگاه‌ها حتی توانایی آگاه‌سازی از حملات قریب الوقع قلبی یا سکته مغزی را خواهند داشت. شهرها از مدت‌ها قبل فرآیند هوشمندسازی را آغاز کرده‌اند، بارسلونای اسپانیا از میلیون‌ها حس‌گر برای بررسی وضعیت ترافیک، آلودگی، سروصدا، پارکینگ، فشار آب، هوا و برق استفاده می‌کند. در نیس فرانسه، بیش از 200 حس‌گر در چراغ‌های خیابان‌ها، جاده‌ها و سطل‌های زباله نصب شده‌اند. این حس‌گرها داده‌هایی برای جریان ترافیک، نور معابر، پارکینگ، زباله و آلودگی از مراکز شهری را تولید و جمع‌آوری کرده که مورد بررسی و استفاده قرار می‌گیرند.

در حالی که امروزه ایستگاه‌های پایه می‌توانند به صدها کاربر به طور همزمان رسیدگی کنند، اما زمانی که میلیاردها دستگاه جدید متصل به اینترنت اشیا قصد استفاده از آن‌ها را داشته باشند، ظرفیت فعلی قطعا جوابگو نخواهد بود. سایزر از آزمایشگاه بل می‌گوید: «تیم تحقیقاتی من این مسئله را مورد بررسی قرار داده‌اند و به این نتیجه رسیده‌اند که سازندگان تجهیزات باید ظرفیت اتصال به ایستگاه‌های پایه را هزار برابر افزایش دهند. این اصلا دیوانگی نیست.»

دنیای آینده به کلی دنیایی متفاوت خواهد بود. دستگاه‌هایی که امروزه آن‌ها را دستگاه‌های بدون روح و ایستا می‌شناسیم، در آینده خود به تعامل و تبادل اطلاعات با محیط پیرامون خود خواهند پرداخت. بدون آن که نیازی به نظارت و حضور فیزیکی مصرف‌کننده در محل باشد. در حال حاضر شرکت سامسونگ پیشرفت‌های قابل ملاحظه‌ای در این زمینه برداشته است.