مقاله کامل و جامع زیر درباره نسل پنجم تلفن همراه و قابلیتهای منحصربه‌فرد این فناوری و آینده‌ای آن است که توسط شرکت کویکتل تدوین و در وب‌سایت www.iot-now.com منتشر گردیده است. این مقاله خیلی‌زود به پربازدیدترین مقاله در سایت فوق تبدیل گشت و توانست نظر مثبت انبوهی از کارشناسان را به خود جذب نماید. مقاله‌ای که با ادبیات‌خاص‌خود شگفتی 5G را برای‌ما به زیبایی تشریح میکند. ما نیز سعی‌کردیم بدون کمترین دخل و تصرف آن را ترجمه و منتشر نماییم. این مقاله را به زبان‌اصلی از اینجا می‌توانید دانلود و مشاهده‌نمایید.
مقدمه
دسترسی‌به بیکرانه‌های IoT ازطریق ۵G
جمله مشهوری از رنه دکارت(René Descartes) فیلسوف معروف فرانسوی نقل‌شده‌است که” Je pense, donc je suis” به این‌معنی‌که “من فکر می‌کنم پس هستم”. امروزه که همه‌چیز به‌هم متصل است، آنلاین‌نبودن غیرطبیعی به‌نظر میاید. پس ”من آنلاین هستم، پس هستم” یا ” آفلاین‌بودن برابر عدم موجودیت است!” می‌تواند معنایی مشابه جمله بالا در دنیای امروزی داشته‌باشد. صدای گام‌های ۵G به‌وضوح به گوش میرسد که نوید امکانات بسیاری ازجمله سرعت و بازدهی بالاتر و همچنین تأخیر زمانی کمتر را ارائه میکند.
اگر ۲G/۳G و سپس LTE را وسیله نقلیه‌ای برای M2M بنامیم, ۵G به‌دلیل ماهیت انقلابی‌اش در بهبود مرزهای ارتباطات بیسیم تاجایی‌که انسان در تاریخ ندیده است، مطئمنا می‌تواند به فضاپیمایِ IOT تعبیر گردد.
۵G به‌طور ویژه درصدد است که تنگناها و مشکلات نسل‌های قبلی موبایل را در رابطه با M2M/IoT حل نموده و رابط‌های رادیویی شبکه موبایل را در این راستا توسعه و بهبود دهد. در ادامه خواهیم‌دید که ۵G آن چیزی که ما امروزه به‌عنوان IoT می‌شناسیم را به‌طور بنیادی تغییر‌خواهد داد و باعث‌خواهد شد که فرصت‌های بی‌شمار جدیدی که تکنولوژی بیسیم فعلی قادر به ارائه آن نمی‌باشد را در دسترس توسعه دهندگان فناوری قرار دهد.
1- شروع داستان
از اوایل دهه ۹۰میلادی, صنعت مخابرات در هر دهه شاهد نسل‌جدیدی از دستگاه‌های‌سیار مخابراتی بوده‌است. ۳G، ۲G و سپس ۴G در فاصله زمانی ۱۰ساله راه‌اندازی شدند. امید است که ۵G موارد زیر را ارائه‌کند:
- ۱۰ تا ۱۰۰برابر سریعتر از LTE
- همزیستی و توانایی پشتیبانی از LTE بصورت همزمان
- تاخیر بسیارکم(درحد یک میلی‌ثانیه)
- پوشش همه‌جانبه
- پوشش وسیع داخلی و خارجی
- پشتیبانی‌از اجسام با حداکثر سرعت ۵۰۰کیلومتر‌بر‌ساعت(قطارهای سریع‌السیر)
- پشتیبانی‌از تعداد بی‌شماری از دستگاه‌های درحال کار در مساحت یک کیلومتر مربع
محرک‌های کلیدی ۵G :
- بهره‌گیری فراگیر از پهنای‌باند بالا
- افزایش بازدهی HW(سخت‌افزارها)با هزینه پایین
- افزایش دسترسی‌به SW (نرم‌افزارهای) متن‌باز
- انبوه پایانه‌های قوی و هوشمند
- فضای ابری، هوش‌مصنوعی و پیشرفت بلاکچین
می‌بایستی توجه‌داشت که فناوری پهنای باریک(Cat-NB and Cat-M) که بخشی‌از ۵G بوده به‌عنوان ستون‌های اصلی زیرساخت ارتباطات شبکه اینترنت اشیاء باند باریک (Narrow Band IoT) تبدیل خواهد شد. در ساختارهای رادیویی جدید نسل پنجم میتوان از بکارگیری تکنیک‌های بسیارپیشرفته در فریم‌ها و شکل موج, فناوری انبوه آنتن‌ها (Massive MIMO) و بهره‌گیری از کدینگ‌ها و مدولاسیون پیشرفته نام برد. موارد‌فوق از ویژگی‌های برجسته نسل پنجم هستند. با این وجود جهش‌بزرگ در توسعه پهنای باند حامل نهفته است، که به‌طرز چشمگیری از ۲۰مگاهرتز در LTE به ۴۰۰ و در فرکانس‌های بالا، به ۸۰۰مگاهرتر افزایش‌یافته‌است. زمانیکه چنین پهنای باندی با فناوری ادغام باندهای فرکانسی(Carrier Aggregation) همراه شود، طیف ۲گیگاهرتز و حتی بیشتر در هر اتصال قابل‌دستیابی است که دسترسی‌به سرعت‌های بالای ۱۰گیگابیت برثانیه را میسر می‌سازد.
2- راز اعداد فرد در صنعت موبایل
احتمالا افراد‌کمی نسل اول موبایل را به‌خاطر می‌آورند و همان‌طورکه مردم دوست ندارند درباره شکست صحبت کنند، حتی درباره‌ی وجود آن نیز شک دارند. ۲G را میتوان به‌عنوان انقلابی‌ترین تکنولوژی بیسیم در تمام تاریخ بشریت به‌شمار آورد. نسل‌دوم زمانیکه صنعت از نفوذ آهسته شبکه دیجیتال ثابت(ISND) خسته‌شده‌بود، از راه رسید. آن دسته از شرکت‌هایی که پارادایم تغییرفناوری را از باسیم به بیسیم درک نمودند، توانستند صنعت را راهبری کنند و به ستاره‌های آن تبدیل‌شوند. Nokia و Qualcomm درمدت چند‌سال رشد کردند و باعث شدند شرکت‌هایی نظیر Alcatel و Siemens , Telcom ناپدید شوند.
۳G همانند مادربزرگ خود، 1G، نتوانست به‌عنوان یک موفقیت در زمینه تکنولوژی شناخته‌شود. در زمان نگارش این مقاله, تعداد زیادی از اپراتورهای شبکه موبایل درحال برنامه‌ریزی برای پایان‌دادن به کار نسل سوم حتی قبل‌از اتمام نسل‌دوم هستند.
در این رابطه دلایل متعددی وجود دارد که به‌دلیل کوتاه‌شدن این مقاله، آنرا به موعد دیگری موکول می‌کنیم. بهرحال به‌نظر می‌آید که صنعت موبایل اعداد فرد را دوست ندارد. نسل جدید که به‌نام LTE-long term evaluation نامگذاری شد(که به‌معنای توسعه تدریجی می‌باشد)، با ایده و هدف تکامل تدریجی معرفی‌شد و این معنی را می‌رساند که تکنولوژی و مهمتر از آن بازار به بالغ‌شدن در‌طول‌زمان نیاز دارد. LTE زمانی عرضه‌شد که مردم نسبت‌به صنعت‌موبایل بر پایه ۳GPP بدبین شده‌بودند و WiMAX با سرعت اینترنت حداقل ۱۰برابر سریعتر از ۳G ستاره‌ی صنعت محسوب می‌شد. با این اوصاف LTE به موفق‌ترین فناوری بیسیم تبدیل شد و جهان را به جامعه‌ی متصل و مبتنی‌به شبکه‌های اجتماعی رهنمون کرد. با نامگذاری رسمی نسل جدید به ۵G به‌نظر می‌آید صنعت ارتباطات مجددا با اعداد آشتی کرده‌است. ولی هنوز ریسک یک عدد فرد وجود دارد چون اگر اندکی خرافاتی باشیم ۵G نیز به سرنوشت ۱G و ۳G دچارشده و ممکن‌است ناموفق‌باشد، که البته در این مقاله سعی‌شده دلایلی برای نفی این بدبینی ارائه شود.
۵G می‌تواند تجربه کاربری بهتری را با توسعه پهنای باند و نرخ داده و امکان انتقال سریعتر در بین BTSها برای مشترکین تلفن‌همراه فراهم‌کند بگونه‌ای که بعنوان مثال تجربه تماشای یک ویدئو با کیفیت ۴K را به‌صورت برخط در یک خودروی درحال‌حرکت لذت‌بخش نماید.
واضح‌است که مصرف پهنای باند اینترنت یک رشد نمایی دارد، از این‌رو این ویژگی قطعا با استقبال مشترکین روبرو می‌شود. پیش‌بینی می‌شود که تا سال۲۰۲۵ تعداد مشترکان نسل پنجم به ۱.۵میلیارد نفر برسد(رجوع به نمودار زیر) برطبق اطلاعات موسسه GSMA بیش‌از ۱۵۹ اپراتور تلفن‌همراه، نسل پنجم را در ۱۱۰بازار تا سال ۲۰۲۵ گسترش خواهند داد.
3-دغدغه نسل پنجم “اشیاء” است
یک دلیل‌دیگر هم وجود دارد که نحسی اعداد فرد دامن‌گیر ۵G نشود. آیا فکر می‌کنید تاخیر درحد یک میلی‌ثانیه می‌تواند تنها برای تجربه کاربری بهتر مشترکین تلفن‌همراه استفاده‌گردد؟ پاسخ واضح است، اما پرسش هم‌چنان باقی می‌ماند.
چه‌کسی یا بهتر بگوییم چه‌چیزی از این تاخیر کم استفاده می‌برد؟ بله درست است، اشیاء!
بیشترین استفاده‌از نسل‌پنجم جهت دسترسی بیسیم ثابت (FWA)، پهنای باند تلفن همراه، خدمات و دوربین‌های مداربسته و… هستند. همان‌طورکه در تصویر زیر نشان‌داده شده‌است، پیش‌بینی می‌شود تا سال۲۰۲۵ اندازه بازار IoT مبتنی‌بر فناوری نسل پنجم به عدد ۶۲میلیون برسد.
4- کاربردها و موارد استفاده
4.1- دسترسی بیسیم ثابت
یکی‌از موارد پراستفاده از نسل پنجم فراهم‌کردن نرخ بیت بر ثانیه بالاتری برای مشترکان‌ثابت است. تکنولوژی موبایل(سیار)از زمانی که 2G و LTE تلفن‌ثابت و به‌ترتیب ADSL/VDSL را شکست داده‌اند به‌عنوان دشمن اصلی شبکه ثابت(Fixed Network) مطرح‌شده‌اند. حال زمان آن است که نسل‌پنجم موبایل شبکه فیبرنوری خانگی Fiber to the Home) FTTH) را حتی پیش‌از آنکه توسط صنعت متولد شود، ازبین ببرد.
روال‌کار مشخص‌است مودم‌های خانگی و صنعتی و روترهای نسل پنجم از پیشگامان محصولات این حوزه هستند که به بازار عرضه‌خواهند شد و پهنای باند مصرفی که قرار بود توسط فیبرنوری به کاربران عرضه‌شود را ارائه‌می‌دهد.
4.2- لپ‌تاپ‌های و تبلت‌های صنعتی
طرفداران “لپ‌تاپ‌های همیشه متصل” درحال افزایش است و به محصولی محبوب تبدیل گشته که این روند توسط توسعه نسل پنجم شتابان خواهد شد. دورکاری این اجازه را به کارمندان می‌دهد که تمامی کارهای دفتر را از راه‌دور هدایت کنند و این رویه جز عادت کاری و به نُرم موردقبول جامعه تبدیل می‌شود و دفاتر بیشازپیش به خانه‌ها منتقل می‌شوند.
- کنفرانس‌های ویدئویی با کیفیت 4K
- اشتراک‌گذاری آنی مدارک
- ERP مبتنی‌بر فضای ابری
- دستیارهای مترجم بلادرنگ
- بهره‌گیری وسیع از رباتیک و غیره
از ویژگی‌های این دفاتر از راه‌دور هستند. این روند زندگی را لذت‌بخش‌تر میکند و هزینه حمل‌ونقل، راهبندان‌ها، مصرف‌سوخت و نیاز به فضای کاری بزرگ‌تر را کاهش می‌دهد.
4.3- واقعیت افزوده و مجازی (AR/VR)
در گذشته AR/VR به‌طورعمده بخش سرگرمی بازار را هدف قرار می‌داد، درنتیجه با ظهور ۵G کاربران تلفن‌همراه خواهند توانست از نسل‌بعدی سرگرمی‌های همه‌جانبه لذت ببرند. با اینحال AR/VR بدون‌شک درحال تبدیل‌شدن به عضو اقتصاد دیجیتال است؛ برای‌مثال در نحوه‌ی طراحی محصولات جدید توسط مهندسان تغییرات بنیادی به‌وقوع می‌پیوندد.
می‌توانید یک تیم پزشکی را تصور نمایید، که یک جراحی را توسط ربات‌هایی از راه‌دور بااستفادهاز AR/VR هدایت می‌کنند.
4.4- پهپادها (Drones)
عصر حمل‌ونقل عمومی سه‌بعدی از دهه‌ی آینده بصورت گسترده آغاز خواهد شد. تاریخ بشر با حمل‌و نقل یک‌بعدی آغاز شد، زمانیکه انسان روی پاهای خود ایستاد و شروع‌به راه‌رفتن کرد. دوره‌ی حمل و نقل دوبعدی با اهلی‌کردن اسب شروع‌شد و با اختراع قطار و خودرو ادامه پیدا کرد. هواپیماها، هلی‌کوپترها و حتی زیردریایی‌ها را نمی‌توان به‌عنوان حمل‌و نقل ۳بعدی درنظرگرفت؛ شاید بهتر باشد آنان را در گروه ۲.۵بعدی دسته‌بندی کرد. پهپادها ماشین‌هایی هستند که می‌توانند آزادانه در سه‌بعد حرکت‌کنند. با اینحال برای اینکه به‌طور گسترده دردسترس باشند، باید به چالش‌هایی فنی، قانونی مرتبط و مقرون‌به‌صرفه‌بودن فائق آیند. پهپادها می‌بایستی بسیار هوشمند بوده و همیشه به مرکز کنترل و هدایت متصل باشند تا از برخورد اجتناب کنند و به مناطق محدودشده وارد نشوند. از این‌رو آنها باید به سیستم خودکار پرواز بسیار پیشرفتهای که ازنظر اقتصادی و تجاری مقرون‌به‌صرفه است، مجهز باشند که این مٌهم ازطریق اتصال دائم به فضای ابری میسر می‌گردد.
نسل پنجم می‌تواند یک گزینه عالی برای فراهم‌نمودن بستر ارتباطی پهپاد باشد تا نیازهای فنی انتقال‌داده به سرور و دریافت فرمان از آنرا برای سیستم خودکار پرواز برآورده کند.
5.4 خودروهای بدون راننده و فناوری C-V2X -Cellular Vehicle-to-Everything
C-V2X مثال بارز برای کاربرد نسل پنجم است. خودروهای همیشه متصل و وسایل نقلیه خودران نیازبه سرعت بالای ارتباطی و تاخیر بسیارکم دارند. رابط رادیویی جدید می‌تواند سطح بالاتری از پیش‌بینی‌پذیری را فراهم‌کند. فناوری C-V2X پلتفرم قوی را ارائه میکند تا آگاهی از وضعیت(Situation Awareness) را میسر نماید.
C-V2X درمقایسه‌با استاندارد قدیمی‌تر DSRC /IEEE 802.11p راهکار پیشرفته‌تری را توصیه می‌نماید. در DSRC نیازبه ایجاد زیرساخت‌های ارتباطی در طول مسیر است که باتوجه‌به حجم عظیم سرمایه‌گذاری موردنیاز به‌آسانی قابل‌نصب و بهره‌برداری نیست و حتی بعداز گذشت ۱۵سال از معرفی آن هنوز به جریان‌اصلی صنعت ITS تبدیل نشده‌است.
کاملا واضح‌است که در ارتباط با پیشرفتهای صورت‌گرفته در زمینه رانندگی خودران و تجاری‌سازی آن در سطح ۱و ۲، تولیدکنندگان خودرو آماده‌شده‌اند تا بکارگیری C-V2X را تسریع نمایند. هیچگاه رقابت برای ساختن بهترین خودروی بدون راننده از این داغ‌تر نبوده و که با فعال‌شدن شبکه نسل پنجم شتابی دوچندانی می‌گیرد. پیش‌بینی جالب دیگری برای سال۲۰۳۰ این است که اگر خودروهای متصل و خودران اجازه شرکت در مسابقات فرمول۱ را بدست آورند، می‌توانند مسابقه را درحضور قهرمانان این رشته به‌نفع خود پایان‌دهند. احتیاجی‌به گفتن نیست که نسل‌پنجم امکانات‌بیشتری مانند سرگرمی‌های داخل خودرو را برای خودروهای متصل فراهم میکند تا سفر را بیشازپیش لذت‌بخش‌تر نماید.
6.4 همگرایی ۵G، هوش‌مصنوعی، بلاکچین و فضای ابری
گزارش جدید GSMA نشان می‌دهد که به چه میزان نسل پنجم، هوش‌مصنوعی و IoT آمریکایی‌ها را دگرگون میکند. فناوری پردازش در لبه و در تجهیز انتهایی در IoT تاحدی با معرفی Edge Deviceها که محاسبه، اتصال و حافظه را در یک دستگاه واحد جمع کردند, دچار تغییر شده‌است که خود طیف گسترده‌ای از موارد استفاده‌از IoT را ارائه‌کند، که ما تعدادی‌از آنها را در این مقاله لیست کرده‌ایم. همزمان بااینکه ۵G یک بسترانتقال بسیار کارآمد را ارائه میکند، دستگاه‌ها می‌توانند محاسبات ابری و قدرت در پردازش از آنرا هر زمان که نیاز باشد، به‌کار گیرند. هوش‌مصنوعی هنوز نیاز به قدرت پردازش بالا در تجهیز دارد و هزینه محاسبات آن هنوز هم برای استفاده در دستگاه‌های کوچک بالاست؛ بهرحال تغییرات بالا هوش‌مصنوعی را برای رنج بیشتری‌از موارد بر پایه هوش‌مصنوعی در نودهای IoT مقرون‌به‌صرفه میکند. درعین‌حال بلاکچین یک پلتفرم منحصربه‌فرد را برای امن‌کردن ۵G از درون ارائه میکند که بازهم به یک مسیر ارتباطی همتابه‌همتا(Peer to Peer)، فراگیر، همه جانبه و همچنین بسیارسریع (همانند ۵G ) نیاز دارد.
نسل بعدی IoT ، که اینجا به نام IoT-2 خوانده می‌شود، بااستفادهاز هوش‌مصنوعی و فضای‌ابری خارجی جهت پردازش مجهزشده از بلاکچین برای امنیت داده‌ها بهره می‌گیرد.
Quectel پیشتاز در 5G
در Quectel ما با یک استراتژی کاملا مشخص هم در فرکانس‌های زیر ۶گیگاهرتز، هم در mmWave و هم به‌عنوان پیشگام در ارائه ماژول‌های ۵G مطرح هستیم. ما بدون توقف و با همکاری شرکای تجاری‌مان و با سرعتی که Quectel را به یک بازیگر اصلی زیست‌بوم IoT مبتنی‌بر ۵G تبدیل کند، حرکت می‌کنیم. Quectel از یک دنبال‌کننده به یک رقیب تبدیل و هم‌اکنون به‌تدریج ثابت شده‌است که رهبر بلامنازع بازار ماژول‌ها است. قدرت نفوذ Quectel در بازار سودآور ۵G مبتنی‌بر تجارب ارزنده در ارتباط با ماژول‌های گیگابیتِ LTE-A و گستردگی طیف محصولات ماژول‌ها از NB-IoT تا ۵G می‌باشد، که باعث می‌گردد بیانیه‌ی ماموریت کوئیکتل مخاطبان را تحت‌تاثیر قرار دهد:
“متصل‌کردن چیزهای غیرمتصل و ساختن دنیایی با سطح بالای اتصال!” به‌طوری‌که ما می‌توانیم عملا هر چیز قابل‌متصل‌شدنی در زمین را متصل‌کنیم.
نتیجه‌گیری شکی نیست که ۵G تاثیر ژرفی بر پیشرفت تمدن بشری خواهد گذاشت. مشترکین موبایل ۵G از مزایای گوناگون این فناوری بهرمند خواهند شد که بطورخلاصه میتوان بدان “تجربه رابط کاربری” بهتر نام نهاد. اما تاثیر اصلی بر جهان مربوط‌به ماشین‌ها و اشیاء هستند که تبدیل‌به موجودیت‌هایی بسیار هوشمند و متصل خواهند شد. پی و بنیاد این تغییر شگرف ۵G خواهد بود. بیشتر شرکت‌های بزرگ اینترنتی در زمان عرضه نسل سوم موبایل یا وجود نداشتند یا در مراحل ابتدایی تشکیل بودند. بطورمشابه LTE موج جدیدی از استارت‌آپ‌ها را به‌وجود آورد که بعضی در کمتر از یک دهه تا ارزش بازار چندمیلیاردی بزرگ شدند. در دهه بعد ما شاهد ظهور شرکت‌های جدیدی خواهیم بود که زمان و امکانات مالی خود را برای فناوری‌ها و کسب‌و کارهایی سرمایه‌گذاری می‌کنند که ۵G زیرساخت ارتباطی آنرا شکل‌خواهد داد. تنها هوشمندی و مهمتر از آن چابکی با قابلیت تطابق با تغییرات است که منجربه نجات شرکت‌ها شده و آنان را راهبران فناوری خواهد نمود. یک دهه بعد براساس پیش‌بینی نویسنده، ما درمورد نسل‌ششم صحبت می‌کنیم که ظاهرا می‌تواند تا سال۲۰۳۰ تجاری‌سازی شده‌باشد. به‌صورت بالقوه ۶G نوید سرعت یک ترابیتی با تاخیر چند ده میکروثانیه‌ای را بدهد.
آینده هیچگاه آنقدر هیجان‌انگیز و الهام‌بخش نبوده‌است، پس از آن لذت ببریم.
منبع: سیسوگ
