5G برای دنیای هوشمند

اعتقاد عمومی بر این است که انقلاب واقعی اینترنت اشیاء تنها به دلیل محبوبیت نسل پنجم شبکه اینترنت همراه خواهد بود. این شبکه همچنان ایجاد خواهد شد، اما کسب و کار اکنون با معرفی زیرساخت اینترنت اشیا به آن نگاه نمی کند.

کارشناسان انتظار دارند 5G یک تحول نیست، بلکه یک تحول کامل در فناوری تلفن همراه باشد. این باید کل صنعت مرتبط با این نوع ارتباطات را متحول کند. در فوریه 2017، طی ارائه ای در کنگره جهانی موبایل در بارسلون، نماینده دویچه تلکام حتی اظهار داشت که به دلیل گوشی های هوشمند دیگر وجود ندارند. وقتی محبوب شد، ما همیشه آنلاین خواهیم بود، تقریباً با هر چیزی که ما را احاطه کرده است. و بسته به اینکه کدام بخش از بازار از این فناوری استفاده می کند (پزشکی از راه دور، تماس های صوتی، سیستم عامل های بازی، مرور وب)، شبکه رفتار متفاوتی خواهد داشت.

سرعت شبکه 5G در مقایسه با راه حل های قبلی

در همان MWC، اولین کاربردهای تجاری شبکه 5G نشان داده شد - اگرچه این عبارت شک و تردیدهایی را ایجاد می کند، زیرا هنوز مشخص نیست که واقعاً چه خواهد بود. فرضیات کاملاً متناقض هستند. برخی منابع ادعا می کنند که انتظار می رود 5G سرعت انتقال ده ها هزار مگابیت در ثانیه را به هزاران کاربر به طور همزمان ارائه دهد. مشخصات اولیه 5G که چند ماه پیش توسط اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU) اعلام شد، نشان می‌دهد که تأخیر بیش از 4 میلی‌ثانیه نخواهد بود. داده ها باید با سرعت 20 گیگابیت در ثانیه دانلود و با سرعت 10 گیگابیت در ثانیه آپلود شوند. می دانیم که ITU می خواهد نسخه نهایی شبکه جدید را در پاییز امسال معرفی کند. همه در یک چیز اتفاق نظر دارند - شبکه 5G باید اتصال بی سیم همزمان صدها هزار حسگر را فراهم کند که برای اینترنت اشیا و خدمات همه جا ضروری است.

شرکت‌های پیشرو مانند AT&T، NTT DOCOMO، SK Telecom، Vodafone، LG Electronic، Sprint، Huawei، ZTE، Qualcomm، Intel و بسیاری دیگر حمایت خود را از تسریع جدول زمانی استانداردسازی 5G به وضوح اعلام کرده‌اند. همه ذینفعان می خواهند تجاری سازی این مفهوم را از اوایل سال 2019 آغاز کنند. از سوی دیگر، اتحادیه اروپا طرح 5G PPP () را برای تعیین مسیر توسعه شبکه های نسل بعدی اعلام کرد. تا سال 2020، کشورهای اتحادیه اروپا باید فرکانس 700 مگاهرتز رزرو شده برای این استاندارد را آزاد کنند.

شبکه 5G هدیه ای از فناوری های جدید است

چیزهای مجرد به 5G نیاز ندارند

به گفته اریکسون، در پایان سال گذشته، 5,6 میلیارد دستگاه در (، IoT) در حال کار بودند. از این تعداد، تنها حدود 400 میلیون با شبکه های تلفن همراه کار می کردند و بقیه با شبکه های کوتاه برد مانند Wi-Fi، بلوتوث یا ZigBee.

توسعه واقعی اینترنت اشیا اغلب با شبکه های 5G مرتبط است. اولین کاربردهای فناوری های جدید، در ابتدا در بخش کسب و کار، ممکن است طی دو تا سه سال ظاهر شود. با این حال، ما می‌توانیم انتظار دسترسی به شبکه‌های نسل بعدی برای مشتریان فردی را زودتر از سال 2025 داشته باشیم. مزیت فناوری 5G، در میان چیزهای دیگر، توانایی مدیریت یک میلیون دستگاه مونتاژ شده در مساحت یک کیلومتر مربع است. به نظر می رسد عدد بزرگی باشد، اما اگر چشم انداز اینترنت اشیا در مورد آن چه می گوید را در نظر بگیرید شهرهای هوشمندکه در آن علاوه بر زیرساخت های شهری، وسایل نقلیه (از جمله اتومبیل های خودران) و خانگی (خانه های هوشمند) و دستگاه های اداری و همچنین به عنوان مثال فروشگاه ها و کالاهای ذخیره شده در آنها به هم متصل هستند، این میلیون در هر کیلومتر مربع دیگر چنین به نظر نمی رسد. بزرگ. مخصوصاً در مرکز شهر یا مناطقی که تمرکز ادارات زیاد است.

اما توجه داشته باشید که بسیاری از دستگاه‌های متصل به شبکه و حسگرهایی که روی آن‌ها قرار می‌گیرند به سرعت بسیار بالایی نیاز ندارند، زیرا بخش‌های کوچکی از داده‌ها را منتقل می‌کنند. اینترنت فوق سریع توسط دستگاه خودپرداز یا پایانه پرداخت مورد نیاز نیست. وجود سنسور دود و دما در سیستم حفاظتی الزامی نیست که مثلاً یک تولیدکننده بستنی را از شرایط یخچال در فروشگاه ها مطلع کند. سرعت بالا و تأخیر کم برای نظارت و کنترل روشنایی خیابان، برای انتقال داده ها از کنتورهای برق و آب، برای کنترل از راه دور با استفاده از تلفن هوشمند دستگاه های خانگی متصل به اینترنت اشیا یا در تدارکات مورد نیاز نیست.

امروزه، اگرچه فناوری LTE داریم که به ما امکان می‌دهد چند ده یا حتی صدها مگابیت داده در ثانیه را از طریق شبکه‌های تلفن همراه ارسال کنیم، اما بخش قابل توجهی از دستگاه‌های فعال در اینترنت اشیا همچنان از آن استفاده می‌کنند. شبکه های 2G، یعنی از سال 1991 به فروش می رسد. استاندارد GSM.

برای غلبه بر مانع قیمتی که بسیاری از شرکت‌ها را از استفاده از اینترنت اشیا در فعالیت‌های فعلی‌شان منصرف می‌کند و در نتیجه توسعه آن را کند می‌کند، فناوری‌هایی برای ساخت شبکه‌هایی طراحی شده‌اند که برای پشتیبانی از دستگاه‌هایی که بسته‌های داده کوچک را منتقل می‌کنند، توسعه یافته‌اند. این شبکه ها هم از فرکانس های مورد استفاده اپراتورهای تلفن همراه و هم از باند بدون مجوز استفاده می کنند. فناوری هایی مانند LTE-M و NB-IoT (همچنین NB-LTE نامیده می شود) در باند مورد استفاده شبکه های LTE عمل می کنند، در حالی که EC-GSM-IoT (همچنین EC-EGPRS نامیده می شود) از باند استفاده شده توسط شبکه های 2G استفاده می کند. در محدوده بدون مجوز، می توانید از راه حل هایی مانند LoRa، Sigfox و RPMA انتخاب کنید.

تمامی گزینه های فوق طیف وسیعی را ارائه می دهند و به گونه ای طراحی شده اند که دستگاه های نهایی تا حد امکان ارزان بوده و تا حد امکان انرژی کمتری مصرف کنند و در نتیجه حتی برای چندین سال بدون تعویض باتری کار کنند. از این رو نام جمعی آنها - (مصرف برق کم، برد طولانی). شبکه‌های LPWA که در محدوده‌های موجود برای اپراتورهای تلفن همراه کار می‌کنند، فقط به یک به‌روزرسانی نرم‌افزاری نیاز دارند. توسعه شبکه های تجاری LPWA توسط شرکت های تحقیقاتی Gartner و Ovum به عنوان یکی از مهمترین رویدادها در توسعه اینترنت اشیا در نظر گرفته می شود.

اپراتورها از فناوری های مختلفی استفاده می کنند. KPN هلند که سال گذشته شبکه سراسری خود را راه اندازی کرد، LoRa را انتخاب کرده و به LTE-M علاقه مند است. گروه Vodafone NB-IoT را انتخاب کرده است - امسال ساخت شبکه ای را در اسپانیا آغاز کرد و برنامه هایی برای ایجاد چنین شبکه ای در آلمان، ایرلند و اسپانیا دارد. Deutsche Telekom NB-IoT را انتخاب کرده و اعلام کرده است که شبکه آن در هشت کشور از جمله لهستان راه اندازی خواهد شد. Telefonica اسپانیایی Sigfox و NB-IoT را انتخاب کرد. Orange در فرانسه شروع به ساخت یک شبکه LoRa کرد و سپس اعلام کرد که راه اندازی شبکه های LTE-M را از اسپانیا و بلژیک در کشورهایی که در آنها فعالیت می کند و بنابراین احتمالاً در لهستان نیز آغاز خواهد کرد.

ساخت شبکه LPWA ممکن است به این معنی باشد که توسعه یک اکوسیستم خاص IoT سریعتر از شبکه های 5G آغاز خواهد شد. گسترش یکی دیگر را مستثنی نمی کند، زیرا هر دو فناوری برای شبکه هوشمند آینده ضروری هستند.

اتصالات بی سیم 5G احتمالاً به هر حال نیاز زیادی دارد انرژی. علاوه بر محدوده های ذکر شده، باید راهی برای صرفه جویی در مصرف انرژی در سطح دستگاه های فردی در سال گذشته راه اندازی شود. پلت فرم وب بلوتوث. این فناوری توسط شبکه‌ای از لامپ‌های هوشمند، قفل‌ها، حسگرها و غیره استفاده خواهد شد. این فناوری به شما امکان می‌دهد مستقیماً از یک مرورگر وب یا وب‌سایت بدون استفاده از برنامه‌های خاص به دستگاه‌های IoT متصل شوید.

بصری سازی فناوری بلوتوث وب

5G قبل

شایان ذکر است که برخی از شرکت ها سال هاست که به دنبال فناوری 5G هستند. به عنوان مثال، سامسونگ از سال 5 روی راه حل های شبکه 2011G خود کار می کند. در این مدت، امکان دستیابی به انتقال 1,2 گیگابیت در ثانیه در وسیله نقلیه ای که با سرعت 110 کیلومتر در ساعت حرکت می کرد، وجود داشت. و 7,5 گیگابیت بر ثانیه برای یک گیرنده ایستاده.

علاوه بر این، شبکه های آزمایشی 5G در حال حاضر وجود دارد و با همکاری شرکت های مختلف ایجاد شده است. با این حال، در حال حاضر هنوز خیلی زود است که در مورد استانداردسازی قریب الوقوع و واقعاً جهانی شبکه جدید صحبت کنیم. اریکسون در حال آزمایش آن در سوئد و ژاپن است، اما دستگاه‌های مصرف‌کننده کوچکی که با استاندارد جدید کار می‌کنند هنوز فاصله زیادی دارند. در سال 2018، با همکاری اپراتور سوئدی TeliaSonera، این شرکت اولین شبکه تجاری 5G را در استکهلم و تالین راه اندازی خواهد کرد. در ابتدا خواهد شد شبکه های شهریو ما باید تا سال 5 برای 2020G "فول سایز" صبر کنیم. اریکسون حتی دارد اولین گوشی 5G. شاید کلمه «تلفن» کلمه اشتباهی باشد. وزن دستگاه 150 کیلوگرم است و باید در اتوبوس بزرگ مجهز به تجهیزات اندازه گیری حمل شود.

اکتبر گذشته، اخباری مبنی بر آغاز به کار شبکه 5G از استرالیای دور منتشر شد. با این حال، باید به این نوع گزارش‌ها با فاصله نزدیک شد - از کجا می‌دانید، بدون استاندارد و مشخصات 5G، یک سرویس نسل پنجم راه‌اندازی شده است؟ این باید پس از توافق بر روی استاندارد تغییر کند. اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، شبکه های از پیش استاندارد شده 5G اولین حضور خود را در بازی های المپیک زمستانی 2018 کره جنوبی خواهند داشت.

امواج میلی متری و سلول های ریز

عملکرد شبکه 5G به چندین فناوری مهم بستگی دارد.

ایستگاه پایه ساخت سامسونگ

اول اتصالات موج میلی متری. دستگاه های بیشتری با استفاده از فرکانس های رادیویی یکسان به یکدیگر یا به اینترنت متصل می شوند. این باعث کاهش سرعت و مشکلات پایداری اتصال می شود. راه حل ممکن است تغییر به امواج میلی متری باشد، یعنی. در محدوده فرکانس 30-300 گیگاهرتز. آنها در حال حاضر به ویژه در ارتباطات ماهواره ای و نجوم رادیویی استفاده می شوند، اما محدودیت اصلی آنها برد کوتاه آنها بوده است. نوع جدیدی از آنتن این مشکل را حل می کند و توسعه این فناوری هنوز ادامه دارد.

فناوری دومین رکن نسل پنجم است. دانشمندان به خود می بالند که در حال حاضر قادر به انتقال داده ها با استفاده از امواج میلی متری در فاصله بیش از 200 متر هستند و به معنای واقعی کلمه هر 200-250 متر در شهرهای بزرگ ممکن است ایستگاه های پایه کوچک با مصرف انرژی بسیار کم وجود داشته باشد. با این حال، در مناطق کمتر پرجمعیت، "سلول های کوچک" به خوبی کار نمی کنند.

این باید به مشکل فوق کمک کند فناوری MIMO نسل جدید. MIMO راه حلی است که در استاندارد 4G نیز استفاده می شود که می تواند ظرفیت شبکه بی سیم را افزایش دهد. راز در انتقال چند آنتنی در دو طرف فرستنده و گیرنده است. ایستگاه های نسل بعدی می توانند هشت برابر پورت های امروزی را برای ارسال و دریافت همزمان داده ها مدیریت کنند. بنابراین، توان عملیاتی شبکه 22 درصد افزایش می یابد.

یکی دیگر از تکنیک های مهم برای 5G این است که "شکل دهی پرتو". این یک روش پردازش سیگنال است به طوری که داده ها در طول مسیر بهینه به کاربر تحویل داده می شود. به امواج میلی متری کمک می کند تا در یک پرتو متمرکز به دستگاه برسد و نه از طریق یک انتقال همه جهته. بنابراین، قدرت سیگنال افزایش یافته و تداخل کاهش می یابد.

پنجمین عنصر نسل پنجم باید به اصطلاح باشد دوبلکس کامل. دوطرفه یک انتقال دو طرفه است، یعنی انتقال و دریافت اطلاعات در هر دو جهت امکان پذیر است. Full Duplex به این معنی است که داده ها بدون وقفه در انتقال منتقل می شوند. این راه حل به طور مداوم برای دستیابی به بهترین پارامترها در حال بهبود است.

 

نسل ششم؟

با این حال، آزمایشگاه‌ها در حال حاضر روی چیزی حتی سریع‌تر از 5G کار می‌کنند - اگرچه باز هم، ما دقیقاً نمی‌دانیم نسل پنجم چیست. دانشمندان ژاپنی در حال ایجاد یک انتقال داده های بی سیم در آینده، به عنوان نسخه بعدی، ششم هستند. این شامل استفاده از فرکانس های 300 گیگاهرتز و بالاتر است و سرعت به دست آمده در هر کانال 105 گیگابیت بر ثانیه خواهد بود. تحقیق و توسعه فناوری های جدید چندین سال است که در حال انجام است. نوامبر گذشته، 500 گیگابیت بر ثانیه با استفاده از باند تراهرتز 34 گیگاهرتز، و سپس 160 گیگابیت بر ثانیه با استفاده از فرستنده در باند 300 تا 500 گیگاهرتز (هشت کانال مدوله شده در فواصل زمانی 25 گیگاهرتز) به دست آمد. ) - یعنی نتایج چندین برابر بیشتر از قابلیت های مورد انتظار شبکه 5G است. آخرین موفقیت حاصل کار گروهی از دانشمندان دانشگاه هیروشیما و کارمندان پاناسونیک است. اطلاعات مربوط به این فناوری در وب سایت دانشگاه قرار گرفت، مفروضات و مکانیسم شبکه تراهرتز در فوریه 2017 در کنفرانس ISSCC در سانفرانسیسکو ارائه شد.

همانطور که می دانید، افزایش فرکانس عملکرد نه تنها انتقال داده ها را سریعتر می کند، بلکه دامنه احتمالی سیگنال را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و همچنین حساسیت آن را در برابر انواع تداخل افزایش می دهد. این بدان معنی است که ایجاد یک زیرساخت نسبتاً پیچیده و پراکنده ضروری است.

همچنین شایان ذکر است که انقلاب‌ها - مانند شبکه 2020G برنامه‌ریزی شده برای سال 5 و سپس شبکه فرضی حتی سریع‌تر تراهرتز - به این معنی است که میلیون‌ها دستگاه باید با نسخه‌های سازگار با استانداردهای جدید جایگزین شوند. این احتمالاً به طور قابل توجهی ... سرعت تغییر را کاهش می دهد و باعث می شود که انقلاب مورد نظر واقعاً به یک تحول تبدیل شود.

ادامه شماره موضوع در آخرین شماره ماهنامه