تأثير الجيل الخامس على الاتصالات.. كيف يمكن استثمار تقنيات "5G"؟
مرت تكنولوجيا الاتصالات بمحطات مهمة، وظل كل جيلٍ يبني على سابقه، حتى وصلنا إلى تكنولوجيا الجيل الخامس أو ما يُعرَف بالـ5G، وهي التكنولوجيا التي وُضِعَ أساسها في وقتٍ مبكر من عام 2008، عندما تعاونت وكالة الفضاء "ناسا" مع شركة M2Mi Corp، ما أثار اهتمامًا واسعًا عبر مختلف المؤسسات العالمية، وجعل أشهر الجامعات تُخصص مراكز الأبحاث للعمل على هذه التقنية، التي وعدت بمميزات كثيرة، وأوفت.
بدأ الإطلاق الرسمي لشبكات الجيل الخامس في عام 2019، بقيادة أشهر الشركات مثل Verizon، وAT&T، وT-Mobile في الولايات المتحدة الأمريكية، ولم تَعِد هذه الشبكات بتعزيز خدمات الاتصالات للهواتف فحسب، بل بدعم التطبيقات الناشئة في مجال إنترنت الأشياء IoT، والمركبات ذاتية القيادة، والمُدن الذكية، وغير ذلك من الاستخدامات العملاقة والمفيدة حقًا كما سنرى لاحقًا.
تكنولوجيا الاتصالات ما قبل الجيل الخامس
ظهرت تكنولوجيا الجيل الأول للاتصالات 1G في أواخر السبعينيات وأوائل الثمانينيات، عندما أطلقتها شركة "Nippon Telegraph and Telephone" في طوكيو عام 1979، أول هاتف محمول عَمِلَ بشبكات الجيل الأول، كان الـ"Motorola DynaTAC" الذي أُطلق في عام 1983؛ وكان وزنه قرابة الكيلوجرام، فيما كان يحتاج 10 ساعات من الشحن حتى يقدم لصاحبه 30 دقيقة فقط من المكالمات.
وطبعًا عانت شبكات الجيل الأول من قيودٍ عديدة، مثل ضعف جودة المكالمات، والبُطء الشديد، والانعدام التام للأمان، ما جعل المكالمات عرضة للتنصت، وغيرها الكثير من المشاكل والقيود الأخرى.
وكان دخول شبكات الجيل الثاني 2G إلى المشهد بمثابة القفزة الكبيرة، حيث حسنت هذه التقنية من جودة المكالمات، وقدّمت خدمة الرسائل النصية القصيرة SMS للمرة الأولى، وكذلك زادت سعة الشبكة ما سمح بإجراء المزيد من المكالمات، ومهّد الطريق لخدمات البيانات mobile data، وإن كان الوصول للإنترنت محدودًا.
وظهرت شبكات الجيل الثالث 3G في مطلع القرن الحادي والعشرين، وكما هو متوقع؛ حدثت تحسينات كبيرة في معدلات نقل البيانات، ومن ثم أصبح بالإمكان الوصول إلى الإنترنت من خلال الهواتف المحمولة، عن طريق "بيانات الهاتف"، فضلًا عن إرسال رسائل البريد الإلكتروني، واستخدام تطبيقات أكثر تطورًا، مع سرعات أعلى بكثير، ونتيجة لكل ذلك، كان ظهور الهواتف الذكية أمرًا حتميًّا.
أخيرًا وليس آخرًا، ظهرت شبكات الجيل الرابع 4G في أواخر العقد الأول من القرن الحالي، وكانت قفزةً كبيرة أخرى في تكنولوجيا الهواتف المحمولة؛ إذ أصبح بالإمكان بث الفيديوهات عالية الجودة والطويلة على الإنترنت، وتم دعم مجموعة كبيرة من الخدمات والتطبيقات، ولا داعي لذكر الزيادة الواضحة في السرعة، ومن ثم أصبحت الهواتف أكثر من مجرد رفاهية.
الجيل الخامس.. ثورة في عالم الاتصالات
في مارس 2019 كانت كوريا الجنوبية أول دولة في العالم تقدم شبكات الـ5G، وذلك عن طريق شركات SK Telecom (أكبر شركة اتصالات لاسلكية في كوريا الجنوبية)، وKT (ثاني أكبر شركة اتصالات في كوريا الجنوبية)، وLG Uplus (ثالث أكبر شركة).
وبحلول شهر أكتوبر من العام نفسه (2019)، وصل عدد الأجهزة المستخدمة لشبكات الـ5G إلى 129 جهازًا، وعدد الموزعين إلى 56، وفي مارس 2020، أطلقت شركة "سامسونج" أول هاتفٍ ذكي يدعم تقنية الـ5G بالكامل، وهو Samsung Galaxy S20، والذي تخطى سعره نسخة الـ4G بفارقٍ كبيرٍ، لا لشيء سوى لدعم هذه التكنولوجيا الجديدة من شبكات الاتصال، وسرعان ما تطورت تقنيات الجميع، حيث بدأت المنافسة.
ما الفرق بين شبكات الجيل الرابع والخامس؟
من حيث طريقة العمل:
- شبكات الجيل الرابع 4G: تعمل عبر هوائي يبث ترددات راديوية يلتقطها الهاتف فيتصل بالشبكة.
- شبكات الجيل الخامس 5G: تستخدم إمكانيات وآليات مختلفة مثل تقسيم الشبكة Network Slicing، ومضاعفة تقسيم التردد المتعامد OFDM، فضلًا عن تقديم معيارٍ جديد يستبدل الـ 4G LTE وهو الـ 5G NR.
زمن الاستجابة Latency:
يُمثل وقت الاستجابة الفرق الأكبر بين شبكات الجيل الرابع والخامس؛ في الأولى يصل زمن الاستجابة من 60 إلى 98 مللي ثانية، بينما يمكن أن تُحقق شبكات الجيل الخامس زمن استجابة أقل من 5 مللي ثانية.
سرعات التحميل:
على الرغم من سرعات شبكات الجيل الرابع العالية، والتي من المفترض أنها تصل إلى 1 جيجابت، فإن الـ 5G فارقٌ وبقوة، أقله على المستوى النظري، وذلك لأن الهدف هو تحقيق سرعات تصل إلى 10 أو حتى 20 جيجابت.
اقرأ أيضًا: تقنية "اللّاي- فاي" Li-Fi.. الترقية المُنتظرة لشبكات "Wi-Fi"
محطة الإشارة:
تنقل شبكات الجيل الرابع الإشارة بواسطة أبراجٍ خلوية كبيرة تُغطي مناطق واسعة، أما في الجيل الخامس، فيتم نقل الإشارة عبر خلايا صغيرة تمتاز بترددات وسرعات عالية جدًا، ولكن نطاقها محدود مقارنة بالـ 4G، وبالتأكيد يُمكن أن تُنقل شبكات الجيل الخامس بواسطة الأبراج لتغطية نطاقات أوسع، غير أن هذا سيأتي على حساب السرعة.
تأثير الجيل الخامس على الاتصالات
تُوفر بنية شبكات الـ5G إمكانات غير مسبوقة لسلسلة من التطبيقات، التي كانت تُعد خاليًا علميًا قبل عدة سنوات فقط، لكي نعرف تأثير شبكات الجيل الخامس على الاتصالات مبدئيًا، علينا أن نعرف المعايير التي حددها الاتحاد الدولي للاتصالات ITU (هي وكالة تابعة للأمم المتحدة معنية بتكنولوجيا المعلومات) حتى تُصنف شبكة ما على أنها شبكة جيل خامس:
1. أن تحقق سرعة الوصلة الهابطة downlink (الداونلود مجازًا) سرعة أقصاها 20 جيجابت في الثانية.
2. تحقق سرعة الوصلة الصاعدة uplink (الأبلود مجازًا) سرعة أقصاها 10 جيجابت في الثانية.
توضيح: الوصلة الهابطة downlink تُعبر عن اتجاه نقل البيانات من الشبكة إلى جهاز المستخدم، وهذا يتحقق في حالات مثل تحميل الملفات وبث الفيديوهات واستقبال الإيميلات إلخ.
على الجانب الآخر تُعبر الوصلة الصاعدة uplink عن اتجاه نقل البيانات من جهاز المستخدم إلى الشبكة، وهذا نجده في رفع الملفات uploading وإرسال الرسائل وإجراء المكالمات عبر الشبكة إلخ.
3. تصل سرعة الوصلة الهابطة downlink في البيئات الحضرية الكثيفة إلى 100 ميجابت في الثانية، على الأقل في 95% من الحالات.
4. تصل سرعة الوصلة الصاعدة uplink في البيئات الحضرية الكثيفة إلى 50 ميجابت في الثانية، على الأقل في 95% من الحالات.
5. تدعم الشبكة أكثر من مليون مستخدم خلال الكيلومتر المربع الواحد.
6. يكون الحد الأدنى لمعدل نقل البيانات 10 ميجابت في الثانية للمتر المربع الواحد.
7. ألا تنقطع الإشارة عن الأجهزة المُسافرة بسرعات تصل إلى 500 كيلومتر/ساعة.
بفضل هذه المعايير العالية، ومميزات الـ5G المتطورة بشكلٍ عام، يمكن لشبكات الجيل الخامس أن تتعامل مع عددٍ أكبر من الأجهزة المتصلة في مكانٍ واحد، مقارنة بالـ4G مما يحقق متطلبات إنترنت الأشياء IoT اللازمة للمدن الذكية، والمصانع، والبُنى التحتية، إلخ.
كيف يعزز الجيل الخامس من سرعة وكفاءة الاتصالات؟
للإجابة عن هذا السؤال علينا أن نتحدث عن 6 مميزات لشبكات الجيل الخامس بشكلٍ أكثر تفصيلًا:
- السرعة العالية:
تعتمد سرعة شبكات الجيل الخامس على عوامل عدة، منها: الموقع، وعدد الأشخاص المتصلين بالشبكة، ونوع الـ5G الذي تستخدمه، بل نوع الجهاز نفسه، ولكن الثابت أنها أفضل من سرعات الـ4G بسنين ضوئية، فما ستُحمّله في دقائق أو حتى ساعات على شبكة الـ4G يمكنك أن تُحمله في ثوانٍ على الـ5G.
- زمن الاستجابة المنخفض:
تحدثنا عن زمن الاستجابة سريعًا بالأعلى، وقلنا بانخفاضه بشكلٍ ملحوظ في شبكات الـ5G مقارنة بالـ4G، حيث يُقاس زمن الاستجابة بالمللي ثانية وهو التأخير الذي يحدث بين إرسال واستقبال الإشارة على الشبكة، وتظهر أهميته في الألعاب التنافسية تحديدًا، غير أنه مهم في الكثير من التطبيقات والاستخدامات الأخرى مثل مكالمات الفيديو، وتطبيقات الواقع الافتراضي والواقع المعزز، والسيارات ذاتية القيادة إلخ من التطبيقات التي تُبرز أهمية الجيل الخامس من الاتصالات.
- عرض النطاق الترددي:
يُشير عرض النطاق الترددي أو الـ"Bandwidth"، إلى أقصى كمية من البيانات يمكن إرسالها عبر شبكة أو قناة اتصال ما في فترة زمنية محددة، وهناك 3 نطاقات ترددية أساسية لشبكات الجيل الخامس:
1. النطاقات الترددية المنخفضة (600 ميجاهيرتز حتى 1 جيجاهيرتز): تُشبه إلى حدٍ ما النطاقات الترددية لشبكات الـ4G LTE، ويُعتمد عليها في توصيل الخدمة إلى المناطق الريفية أو المساحات الجغرافية الشاسعة بشكل عام.
2. النطاقات الترددية المتوسطة (1 جيجاهيرتز حتى 6 جيجاهيرتز): تُقدم سرعات تتراوح من 300 ميجابت وحتى 1 جيجابت، وهي أفضل للمناطق الحضرية والضواحي من حيث معدلات نقل البيانات والسعة.
3. النطاقات الترددية العالية (24 جيجاهيرتز حتى 39 جيجاهيرتز): وهي القادرة على تحقيق سرعات عالية جدًا تصل إلى 10 جيجابت عند الظروف المثالية، وهذا النوع تحديدًا مفيد لتطبيقات الواقع الافتراضي، والواقع المعزز، وغيرهما.
اقرأ أيضًا| مفاجأة.. 26 % فقط من هواتف أوروبا الغربية تتضمن تقنية الجيل الخامس
- تقسيم الشبكة:
تُسمى أيضًا بتقسيم الحافة Edge Slicing، ويُقصد بها تقسيم الشبكة إلى عدة شبكات افتراضية خاصة Virtual Private Networks، لزيادة سرعة وكفاءة الاتصالات، مما يُلبي احتياجات العملاء المختلفة، ويزيد من الحماية والأمان، ويُحسن من الأداء بشكلٍ عام، وبفضل خاصية تقسيم الحافة في شبكات الجيل الخامس، يُمكن دعم تطبيقات جديدة مثل Vehicle-to-Everything (V2X) (تطبيق متقدم يعزز من الأمان والكفاءة في حركة المرور)، التي تتطلب اتصالًا فائق السرعة، بعكس الحال في شبكات الجيل الرابع المحدودة.
- التغطية:
تتميز شبكات الجيل الخامس بتغطية متطورة عن شبكات الـ4G، وذلك بفضل التقنيات الجديدة والأنواع المختلفة من الترددات، ويُذكر أن المملكة العربية السعودية نجحت في فبراير 2022 من إجراء تجربةٍ هي الأولى من نوعها في العالم، لتوفير تغطية الجيل الخامس في مشروع البحر الأحمر، عن طريق أنظمة المنصات عالية الارتفاع 5G HAPS، والأهم من ذلك أن هذه التغطية لم تأتِ على حساب السرعة أو زمن الاستجابة.
يذكر أيضًا أنه بنهاية 2021، وصلت شبكات الجيل الرابع لأكثر من 85% من سكان العالم، ومن المتوقع أن تصل هذه النسبة إلى 95% بحلول 2028، وهو العام نفسه الذي يُتوقع فيه أن تصل نسبة تغطية الـ5G إلى 85% من السكان.
- عدد الأجهزة المتصلة:
الميزة الأخيرة التي تؤكد لنا تعزيز الجيل الخامس من سرعة وكفاءة الاتصالات، فالـ5G لا يستطيع دعم مليون جهاز في مساحة 1 كم مربع فقط، ولكنه أيضًا يستهلك الطاقة بشكل أقل، بحيث تعمل الأجهزة المتصلة لأشهرٍ دون مشكلة.
كيف سيغير الجيل الخامس طريقة تواصلنا؟
في الحقيقة لن تُغير تكنولوجيا الجيل الخامس من طريقة تواصلنا فقط، بل من رؤيتنا للتكنولوجيا بشكلٍ عام، وهذا على عدة أصعدة:
1. تطبيقات الواقع الافتراضي والمعزز: تحتاج هذه التقنيات، التي من المفترض أن تجعلنا نتواصل افتراضيًا وكأننا نرى بعضنا في الحقيقة، إلى سرعات عالية للغاية، وأزمنة استجابة منخفضة، ونطاقات ترددية واسعة، وكل هذه العوامل توفرها شبكات الجيل الخامس، ما يوفر تجارب أكثر انغماسية وواقعية.
2. المركبات ذاتية القيادة: والتي تُعد شبكات الجيل الخامس ركيزة أساسية في طريقة عملها، حيث تتيح الاتصال في الوقت الفعلي بين المركبة والبنية التحتية وأنظمة المرور، مما يعزز من السلامة على الطريقة ويُعلي من الكفاءة التشغيلية.
3. المدن الذكية: تُساهم تقنية الـ5G في إنشاء المدن الذكية بأكثر من وسيلة، مثل تمكين أجهزة استشعار إنترنت الأشياء لإدارة حركة المرور، وإدارة النفايات وكفاءة الطاقة، وغيرها من المميزات المتكاملة التي تؤدي إلى بيئات حضرية أكثر استدامة وصلاحًا للعيش.
4. الرعاية الصحية: ستتيح تكنولوجيا الجيل الخامس مراقبة المرضى وعلاجهم عن بُعد، بفضل تقنيات الواقع الافتراضي بشكلٍ أساسي، والتي لن تعمل بكفاءة بدون تقنيات الـ5G في المقام الأول.
5. حوسبة الحافة: تحدثنا عنها سابق، ولكنها باختصار تقنية تُعنى بمعالجة البيانات بالقرب من مصدرها، بدلًا من إرسالها لمراكز البيانات البعيدة أو السحابية لتقليل زمن الاستجابة، ولهذه التقنية فوائد كثيرة، ولكنها تحتاج إلى شبكات الجيل الخامس حتى يتم معالجة البيانات بسرعة أكبر.
اقرأ أيضًا: "حوسبة الحافة".. وداعًا لتأخر زمن استجابة الإنترنت
مستقبل الاتصالات مع الجيل الخامس
على الرغم من كل المميزات التي تقدمها شبكات الجيل الخامس، والفرص التي توفرها، فإنها تواجه تحديات لا يمكن غض الطرف عنها، مثل:
1. المواصفات التشغيلية المعقدة: التي تخلق صعوبة أمام مقدمي الخدمة من حيث التنفيذ والتحسين.
2. تخصيص طيف ترددي مناسب: يتطلب النشر الفعال لشبكات الجيل الخامس إلى تخصيص نطاقات ترددية معينة، قد تحتاج إلى وقت طويل وجهد كبير.
3. المشكلات الأمنية: نظرًا لأن شبكات الـ5G مُعتمدة على البنية التحتية الحالية لشبكات الـ4G، فإنها تَرِث نقاط ضعفها التي تتضمن المشاكل الأمنية، وهذا قد يُشكل خطرًا على البيانات، ويؤدي إلى انتشار البرامج الضارة.
4. التكاليف المرتفعة: بالحديث عن البنى التحتية فإن إنشاء شبكة 5G قوية يتطلب استثمارًا كبيرًا، على سبيل المثال، يمكن أن يُكلّف إنشاء خلية صغيرة حوالي 200 ألف دولار، وللعلم: يلزم وجود خلايا صغيرة متعددة بكل ميل مربع لضمان التغطية الكافية.
5. غياب المعايير العالمية: لا توجد معايير عالمية يتفق عليها الجميع بشأن تكنولوجيا الجيل الخامس، وهذا من شأنه أن يُبطئ من عملية نشر الخدمة عبر المناطق والمُشغلين المختلفين.
ختامًا، تمتلك شبكات الجيل الخامس القدرة على نقل صناعات برمتها إلى مستويات أخرى لم نكن لنحلم بها، غير أنها تواجه بعض التحديات التي يجب أن يتم التغلب عليها، حتى نستفيد بالشكل المطلوب وتحدث التطورات في الاتصالات بشكلٍ أكثر سلاسة.
