قامت شركة سامسونج الكورية الجنوبية بالإعلان عن تعاون جديد لها مع شركة كوالكوم لإنتاج رقائق 7 نانومتر مخصصة لشبكة الجيل الخامس (5G) فى ظل ارتفاع الطلب على أشباه المواصلات.

ومن المقرر أن تقوم الشركتان بتوسيع تعاونهما المستمر منذ عشر سنوات، لتصنيع شرائح المحمول كوالكوم سنابدراجون الخاصة بالجيل الخامس المستقبلية باستخدام تقنية 7LPP EUVالخاصة بسامسونج.

وذكرت وكالة أنباء يونهاب أن سامسونج وكوالكوم حافظتا على علاقات وثيقة من خلال انتاج تقنيات الـ10 نانومتر و 14 نانومتر منذ فترة طويلة.

وقال تشارلى باى، نائب الرئيس التنفيذى لفريق المبيعات والتسويق فى شركة سامسونج للإلكترونيات فى بيان: “يسرنا أن نواصل توسيع نطاق علاقاتنا فى مع شركة كوالكوم تكنولوجيز بتقنيات 5G باستخدام تقنية EUV لدينا”.

وأضاف أن التعاون يمثل “معلما هاما” لأعمال الشركة، فباستخدام تقنية عملية 7LPP، ستقدم شرائح المحمول Snapdragon 5G  رقاقة أصغر، مما يتيح مساحة أكثر قابلية للاستخدام داخل المنتجات القادمة لدعم بطاريات أكبر أو تصميمات أقل حجما.

تسعى شركة “زد تي إي” ZTE مع عدد من شركات الاتصالات إلى إطلاق شبكات الجيل الخامس 5G قبل نهاية عام 2018.

مع أن حضور شركة “زد تي إي” ZTE في معرض الإلكترونيات الاستهلاكية CES 2018 كان ضعيفًا، إلا أن الشركة الصينية استغلت الحدث للإعلان عن عزمها إطلاق أول هاتف ذكي يدعم شبكات الجيل الخامس 5G نهاية العام الحالي أو مطلع العام القادم.

جاء ذلك على لسان الرئيس التنفيذي لأعمال الأجهزة المحمولة لدى الشركة، ليشين تشنج، خلال مقابلة أجرتها معه وكالة بلومبرج الإخبارية.

وأفادت بلومبرج بأن خطط “زد تي إي” قد تتغير استنادًا إلى توفر شبكات الجيل الخامس وتوفير الشرائح اللازمة. وقال تشنج إن الجهاز سيكون هاتفًا ذكيًا، ولكنه ذكر أيضًا أن حاسبًا لوحيًا أو جهاز توزيع للإنترنت اللاسلكي في المنازل قد يُطلق كذلك.

يُشار إلى أن إعلان “زد تي إي” يأتي بعد أن أعلن عدد من شركات الاتصالات، خاصةً الشركات الأمريكية، مثل AT&T و Verizon، عزمها إطلاق شبكات الجيل الخامس 5G بحلول نهاية عام 2018.

ولكن ماذا عن الشركات الأخرى؟ قام عدد من صناع الهواتف الذكية، بما في ذلك العملاق الكوري سامسونج، بعقد صفقات مع شركات اتصالات لإطلاق شبكات الجيل الخامس، إذ أبرمت الشركة اتفاقًا مع شركة Verizon، فيما يُشاع أن آبل تعمل على نحو وثيق مع شركة إنتل لدعم شبكات الجيل الخامس ضمن هواتف آيفون المستقبلية.

هل تنتظر هاتفًا ذكيًا يدعم شبكات الجيل الخامس 5G؟ وهل جربت شبكات الجيل الرابع 4G؟ شاركنا تجربتك بالتعليقات.

المصدر

المصدر: ZTE تعتزم إطلاق هاتف ذكي يدعم شبكات 5G قبل نهاية 2018 أو مطلع 2019

هذه هي المقالة السادسة ضمن سلسلة مقالات “في الطريق إلى الجيل الخامس” التي تهدف إلى شرح تدرّج تقنيات الاتصالات منذ الجيل الأول وصولًا إلى تقنيات الجيل الخامس المُستقبلية. في المقالين الأول والثاني مررنا بشكلٍ سريع على أجيال تقنيات الاتصالات، بدءًا من الجيل الأول وحتى الجيل الرابع، وتحدثنا في المقال الثالث عن أبرز تطبيقات الجيل الخامس والمتمثل في إنترنت الأشياء، وفي المقال الرابع تحدثنا عن طبقات نظام الاتصالات، وفي الخامس شرحنا مراحل ولادة جيل الاتصالات القادم.

مع قرب انتهاء العام الحالي بكلّ ما فاجأنا به من أحداث سياسية واجتماعية واقتصادية لم تكن سعيدة على الجميع، يبدو أنّ قطاع الاتصالات هو من المجالات القليلة التي تحمل لنا أخباراً جيّدة هذا العام.

في مدينة لشبونة البرتغالية انتهى يوم 20 كانون أول الاجتماع RAN#78 لهيئة معايير الاتصالات 3GPP المختصّة في تحديد المواصفات المرجعية لأنظمة الاتصالات المتنقّلة منذ تسعينيات القرن الفائت، هذا الاجتماع الذي صدر عنه المعيار الأساسي لشبكات الجيل الخامس من أنظمة الاتصالات المتنقّلة والمسمّىNew Radio (NR). حضر الاجتماع أكثر من مئتي مشارك من حوالي مئة شركة وجامعة وهيئة بحثية.

تحدّثنا في مقال سابق عن مراحل ولادة الجيل الجديد بدايةً من توصيف التطبيقات مروراً بتحديد المتطلبات ودراسة التقنيات وصولاً اليوم إلى إصدار المعيار الأساسي، وما يليه من مراحل التصنيع والتنفيذ والتجريب.

كانت التوقّعات تشير في الفترة الماضية إلى تأخّر حصول خطوة كهذه بسبب عدّة عوامل، أهمّها تخوّف المشغّلين من استعجال الجيل الجديد دون تحصيل العائد المرجو من الجيل الحاليLTE  والذي سبقه UMTS. يرافق ذلك تأخّر ظهور أبحاث أكاديمية ناضجة تمّ اختبارها عملياً في المختبرات وعلى أرض الواقع.

على الجانب الآخر كان لمصنّعي التقنية رأي آخر يضغط في الاتجاه المعاكس ويبرز ضرورة الإسراع بإصدار المعيار الأساسي للجيل الجديد، لكي يبدؤوا بتصنيع التجهيزات وبيعها وربط المشغلين بعقود شرائية وتشغيلية للسنوات القادمة. يضاف إلى ذلك سببٌ آخر لاستعجال الجيل الجديد وهو النمو غير المسبوق لاستخدام الشبكة والمتوقّع بلوغه 30 ضعفاً في العام 2020 مقارنةً بعام 2014 من ناحية كمّية البيانات، خاصة مع زيادة كثافة استخدام ملفّات الفيديو وتطبيقات الواقع الافتراضي وانتشار استخدام الاتصالات المتنقّلة في السيّارات، دوناً عن الانتشار المتوقّع لأجهزة انترنت الأشياء الذي سيضاعف عدد المستخدمين آلاف المرات. كلّ ما سبق سيتطلّب  سرعات تصل إلى عدة جيجابت وبزمن تأخير صغير جدّاً لا يتعدّى 1 ميلّي ثانية.

منذ عامين ظهر تحالف من مصنّعي التقنية تقوده بشكل رئيس شركة Qualcomm للضغط خلال اجتماعات3GPP  من أجل تسريع إصدار معيار النظام الجديد. بدأت Qualcomm تشكيل التحالف خلال ورشة عمل لشبكة الجيل الخامس في العام 2015 في أريزونا والتي حضرها أكثر من خمسمئة شركة وشهدت أكثر من سبعين عرض تقديمي. لمزيد عن هذه الورشة وملفاتها يمكن زيارة الصفحة: http://www.3gpp.org/news-events/3gpp-news/1734-ran_5g

استطاع تحالف المصنّعين بعد سنتين من النقاش، خلال الاجتماعات الدورية لـ 3GPP والتي تنعقد عادة كلّ ثلاثة أشهر، الوصول إلى حلّ وسط لإعطاء فرصة للمشغّلين لاستمرار تشغيل شبكات الجيلين الثالث والرابع الحاليين.

يتضمن الحل الصادر في هذا المعيار توصيف الشبكة الجديدة في نوعين أساسيين:

1- Non-Standalone (NSA) 5G NR: أي شبكة الجيل الخامس غير المستقلّة والتي ستستخدم القسم اللاسلكي Radio والقسم المركزي Core من نظام LTE كركيزة أساسية لتحقيق التغطية وإدارة التنقّلMobility management مع إضافة بعض التقنيات الجديدة واستخدام قنوات تردّدية خاصة للجيل الخامس تتضمن عدّة نطاقات. في القريب العاجل سيتمّ استغلال التردّد 6 GHz خاصة في المناطق ذات الكثافة العالية لزيادة السعة، ولاحقاً سيتمّ استخدام التردّدات الأعلى كالموجات الميلّميترية mmWave التي تبدأ من 24 GHz وصولاً إلى 300 GHz مروراً بـ 28 GHz، حيث أنفق المشغلون في الفترة الماضية ميليارات الدولارات لحجز النطاقات التردّدية المرشّح استخدامها في الجيل الخامس. من المخطّط أن يتم تطبيق ذلك النوع من الشبكات بداية العام 2019.

2- Standalone (SA) 5G NR: وهي الشبكة المستقلة، حيث سيتمّ تنفيذ مستويي التحكّم والمستخدم Control and user planes اعتماداً على شبكة مركزية مستقلة تمّ تسميتها5G next-generation core network architecture (5G NGC).

لم يتضمّن المعيار الذي أصدرته لشبونة تفاصيلاً وافرة عن هذه الشبكة إلّا الإشارة بأنه ستتحدّد مواصفاتها التقنية كجزء من الإصدار الخامس عشر Release15 خلال الاجتماع الدوري RAN#80 المزمع انعقاده في أمريكا الشمالية حزيران العام 2018.

يمكن الاطلاع على المخطّط الزمني المعتمد حالياً لتنفيذ الجيل الخامس في الشكل أدناه حيث سيبدأ من Release15 وصولاً إلى Release17 (المصدر: Qualcomm).

في العموم فإنّه من المؤكّد أنّ شبكة الجيل الخامس ستعني إشراك عدّة شبكات لاسلكية بأجيال وتقنيات مختلفة في شبكة كبرى فيما يسمّى الشبكات الهجينة Heterogeneous networks، وذلك سيحتاج بالطبع إلى متحكم مركزي يستطيع التواصل (قراءة التقارير وإصدار أوامر التحكّم) مع جميع هذه الشبكات وتخصيص مواردها اللاسلكيةRadio Resource Allocation بما يضمن فعّالية مثلى لكلّ الشبكات. مثل ذلك المتحكّم يتمّ العمل على تحقيقه في COHERENT، أحد مشاريع 5G-PPP والمموّل من المفوضية الأوروبية ضمن برنامج التطوير H2020. يمكن الاطلاع عليه من هنا: www.ict-coherent.eu.

بالإضافة للتفاصيل السابقة فقد حدّد المعيار الصادر مؤخّراً الإطار المشترك لعمل هذين النوعين خاصة وأنّهما سيتشاركان نفس المواصفات والتقنيات اللاسلكية الفيزيائية. من ضمن التقنيات الفيزيائية الجديدة التي تحدث عنها المعيار:

• تقنية مصفوفات الهوائيات المكثّفة Massive MIMO وتوجيه حزم الإشعاع Antenna beam-forming
• تقنية الحوامل الترددية المتعامدة الموسعة Scalable OFDM
• خوارزميات ترميز قناة متقدمة
• الموجات الميلّيمترية المذكورة أعلاه، وغير ذلك من التقنيات المهمّة التي سنستعرضها في مقالات قادمة.

خلاصة القول أنّه لا زال هناك الكثير من المراحل والعمل باتجاه تحقيق الجيل الجديد، إلاّ أن ما حدث في لشبونة يُعتبر خطوة هامة وتدلّ على جدّية هيئة المعايير 3GPP ومن ورائهم شركات تصنيع التقنية على تسريع إطلاق الجيل الخامس قبل العام 2020 بعد أن كثر الحديث عن تأجيل يصل إلى ما بعد 2022.

في المقال القادم سنتابع الحديث عن متطلّبات الجيل الخامس وشرح أهمّ التقنيات التي ستحقّق تلك المتطلّبات.

المصدر: في الطريق إلى الجيل الخامس – المعيار الأوّلي هنا أخيراً!

هواوي تخطط للاستفادة من شبكات الجيل الخامس وإطلاق هواتف ذكية متوافقة معها بحلول عام 2019.

كثر الحديث مؤخرًا حول شبكات الجيل الخامس 5G وما تقدمه من مزايا وفوائد للمستخدمين بشكل عام، وقمنا في موقع أردرويد بتغطية كاملة لها عبر عدة مقالات متتابعة حملت عنوان “في الطريق إلى الجيل الخامس“.

وفي المؤتمر العالمي للإنترنت الذي عقد في الصين ناقش العديد من عمالقة التكنولوجيا الصينية خططهم المستقبلية في مجالات البحث والتطوير، ومن بينهم شركة هواوي، التي كشفت بأنها تخطط لإطلاق هواتف ذكية متوافقة مع شبكات الجيل الخامس 5G بحلول النصف الثاني من عام 2019.

الإعلان عن الخطط جاء على لسان يو تشنغ دونغ الرئيس التنفيذي لمجموعة الأعمال الاستهلاكية لدى هواوي، الذي أوضح بأن الشركة على الطريق الصحيح فيما يخص الطرح التجاري لمثل هذه الهواتف في الأسواق.

وكانت الشركة الصينية قد أعلنت في السابق عن خططها لإطلاق منتجات عتادية متضمنة إمكانية الاتصال بشبكات الجيل الخامس في وقت مبكر من عام 2018.

ويبدو بأن الإعلان الجديد للشركة يشير إلى أن توفير إمكانية الاتصال بشبكات الجيل الخامس ضمن أجهزة هواتفها الذكية لعام 2019 سوف تتم من خلال رقائقها الخاصة.

الرئيس التنفيذي لمجموعة الأعمال الاستهلاكية لدى هواوي أوضح بأن الشركة سوف تدمج رقائقها الخاصة المعتمدة على الذكاء الصناعي مثل رقاقة Kirin 970، والتي ظهرت مؤخرًا، ضمن المزيد من الأجهزة التي سوف تبدأ بالظهور خلال العام القادم.

وفي الوقت نفسه أشار يو تشنغ دونغ إلى الارتفاع السريع للاتصالات المحمولة والتحول الأخير خلال العام الماضي من التقنيات المحمولة إلى التقنيات المعتمدة على الذكاء الصناعي، الأمر الذي يزيد من ثقة هواوي فيما يخص إطارها الزمني.

ولعل أكثر من يؤكد هذه الثقة لشركة هواوي هو الاختبار الذي تم بنجاح لأول نظام راديوي لشبكات الجيل الخامس في العالم، حيث أن الاختبار جاء نتيجة التعاون بين شركات ZTE وكوالكوم وChina Mobile.

وفي عام 2009 وضمن نفس المؤتمر كشف الرئيس التنفيذي لشركة هواوي Xu Zhijun لأول مرة عن خطة مشابهة جدًا، ويبدو بأن الإعلان الجديد للشركة يؤكد على سيرها بما يتوافق مع الجدول الزمني السابق.

المصدر

المصدر: هواوي تخطط لإطلاق هواتف ذكية متوافقة مع شبكات الجيل الخامس بحلول عام 2019

بعيدًا عن شرائح المعالجة الخاصة بالهواتف الذكية، تلعب شركة كوالكوم دورًا كبيرًا وهامًا بتطوير تقنيات الاتصال اللاسلكيّ عبر توفيرها للوحدات والشرائح الإلكترونية التي يمكن عبرها التمتع باتصالٍ عالي السرعة ويتبع لأحدث خصائص الاتصال، وهو ما حققته مؤخرًا عبر شريحة Snapdragon X50.

لا يتعلق الخبر الكشف عن الشريحة بحد ذاتها، فقد سبق وأن أطلقتها كوالكوم في الأسواق العام الماضي لتمثل أول مودم اتصالات مدمج يدعم معايير الجيل الخامس 5G. لماذا لم نشاهده إذًا في الهواتف والأجهزة الذكية؟ لأننا نحتاج أولًا لمعرفة الطريقة التي سيكون بالإمكان عبرها تحقيق متطلبات تبادل البيانات والمعلومات بسرعاتٍ كبيرة الخاصة بشبكات الجيل الخامس.

هذا ما تمكنت كوالكوم من تحقيقه: إنجاز أول اتصال لاسلكي ناجح بسرعات تتبع لمعايير الجيل الخامس وذلك على مودم الاتصال Snapdragon X50، وفي حين لم تكشف كوالكوم بشكلٍ دقيق في إعلانها الرسميّ عن السرعة التي تمكنت من تحقيقها، إلا أنها أكدت أنها تتجاوز 1 غيغابِت/ثانية على المسار الهابط (أي تحميل البيانات Download) والذي تم عبر استخدام شبكة اتصال متعددة النواقل تتبع لمعايير الجيل الخامس 5G Multiple Carrier بالإضافة للهوائيّ الجديد mmWave antenna القادر على تحقيق اتصال عبر حزمة 28 غيغاهرتز.

بهذه الصورة، يمكن القول أننا نقترب أكثر وأكثر من تحقيق شبكات الاتصال التي تتبع للجيل الخامس، وبالنسبة لكوالكوم، فهي تؤكد أن المودم Snapdragon X50 بتقنياته الحديثة سيكون متوّفرًا ليدعم كافة الهواتف والأجهزة الذكية العاملة على شبكات الجيل الخامس بدءًا من النصف الأول لعام 2019، ما يعني أنه من المستبعد كثيرًا أن نشاهده بأحد المعالجات العام المقبل.

المصدر1، المصدر2

للمزيد من التفاصيل حول شبكات الجيل الخامس، ننصح بقراءة سلسلتنا التفصيلية:

• في الطريق إلى الجيل الخامس – تمهيد

• في الطريق إلى الجيل الخامس – أساسيّات

• في الطريق إلى الجيل الخامس – التطبيق الأهم: إنترنت الأشياء

• في الطريق إلى الجيل الخامس – طبقات نظام الاتصالات: هل ستستمر القيود في الجيل الخامس؟

• في الطريق إلى الجيل الخامس: مراحل ولادة جيل الاتصالات القادم

المصدر: المستقبل الآن: كوالكوم تتمكن من تحقيق أول اتصالٍ لاسلكيّ ناجح بسرعات الجيل الخامس عبر شريحة Snapdragon X50

هذه هي المقالة الخامسة ضمن سلسلة مقالات “في الطريق إلى الجيل الخامس” التي تهدف إلى شرح تدرّج تقنيات الاتصالات منذ الجيل الأول وصولًا إلى تقنيات الجيل الخامس المُستقبلية. في المقالين الأول والثاني مررنا بشكلٍ سريع على أجيال تقنيات الاتصالات، بدءًا من الجيل الأول وحتى الجيل الرابع، وتحدثنا في المقال الثالث عن أبرز تطبيقات الجيل الخامس والمتمثل في إنترنت الأشياء، وفي المقال الرابع تحدثنا عن طبقات نظام الاتصالات.

منذ بدء الانتقال في أواخر القرن الفائت من الجيل الثاني لنظام الاتصالات النقالة إلى الجيل الثالث ومن ثم الرابع، شكّلت عمليات الانتقال -وأحياناً الاندماج Integration- تحدّياً كبيراً ليس على المستوى التقني فحسب، بل على المستوى اللوجستي والتجاري وحتى القانوني. لهذا يحاول المشغلون (شركات الاتصالات) عادةً الموازنة بين تسريع عملية الانتقال لجيل جديد لتلبية مزاج الزبائن، وبين تأخير هذه العملية لجني عائد أرباح أكبر من الجيل المستخدم في الوقت الراهن.

عموماً يمكن توصيف مراحل إنتاج جيل جديد من الاتصالات المحمولة وفق خطوات متتالية:

• توصيف التطبيقات: “ما يطلبه الجمهور” هو شعار هذه الخطوة، ويتمّ ذلك من خلال دراسات اجتماعية وتسويقية تجريها شركات المحمول والمراكز البحثية، كما يلعب الخيال العلمي من الأدب والأفلام هنا دوراً هاماً: سيارة ذاتية القيادة بتنظيم مرور آلي، ملبوسات ذكية (ساعات، نظارات، قمصان،…)، منازل مؤتمتة، روبوتات مساعدة، وفي المجمل فإن أغلب هذه السيناريوهات التطبيقية للجيل القادم تندرج تحت اسم واحد هو انترنت الأشياء.
• توصيف المتطلبات: المقصود تحديد المواصفات التقنية التي يجب أن يقدمها الجيل الجديد من ناحية السرعة Throughput والوثوقية Riability والتأخير Delay والحماية Security والتغطية Coverage وتحديد مواصفات جودة الخدمة Quality of services في مختلف السيناريوهات. ستركز المقالة القادمة على شرح هذه المواصفات بالأرقام والتفاصيل.
• دراسة التقنيات: وخلالها تتسابق الجامعات ومراكز البحث التابعة لكبرى الشركات على التطوير النظري والعملي لأحدث التقنيات التي تساعد على تحقيق المتطلبات المتفق عليها. كثير من الأفكار تكون موجودة نظرياً في الأبحاث المنشورة منذ عدة سنوات إلا أن تطويرها وتحقيقها عملياً في المختبرات هو ما يشكل التحدي الرئيس في هذه المرحلة.

في العموم تنتمي التقنيات المطوّرة إلى مختلف أجزاء الشبكة:

1. الجزء اللاسلكي بفروعه المختلفة كعلم الهوائيات ومعالجة الإشارة والترميز والنفاذ المتعدد وخوارزميات تخصيص الموارد Resource allocation وغير ذلك.
2. والجزء المركزي الذي يقوم بتوصيل المحطات اللاسلكية ببعضها وإدارة الشبكة وقواعد البيانات والتزويد بالتطبيقات والإشراف على الطبقات العليا من بروتوكولات الاتصالات كما شرحنا سابقا في مقالة طبقات نظام الاتصالات.

يمرّ تطوير الجيل الخامس حاليّاً بهذه المرحلة والتي من المتوقع أن تستمرّ حتّى عام 2019 (وربّما بعد ذلك بعام أو عامين). في الوقت الراهن كثيراً ما نسمع عن أخبار متواترة من الشركات الكبرى بأنها استطاعت بناء تجربة اتصالات عمليّة من الجيل الخامس، والمقصود هنا أنّ التجربة حقّقت بعض المتطلّبات التقنية المحدّدة لهذا الجيل كالسرعة أو التأخير مثلاً، إلا أنه في الحقيقة لا يمكن اعتبار أي من تلك التجارب من الجيل الجديد طالما أنّنا لم نصل للمرحلة اللاحقة الخاصة بإصدار المعيار الأساسي للنظام الجديد.

وبالتالي فإن مثل تلك الأخبار ليست أكثر من وسيلة دعائية في سباق تنافسي محموم بين مراكز البحث لتحقيق ضغط معيّن على الهيئات ذات الصلة لاعتماد تقنيات تلك الشركة كأحد معايير الجيل الجديد كون ذلك يعود بأرباح هائلة على الشركة من خلال براءات الاختراع وحقوق الملكية الفكرية.

• إصدار المعيار الأساسي: يتمّ ذلك من قبل الهيئات ذات الصلة، مثل:
  • 5G-PPP وهي شراكة أنشأتها المفوضية الأوروبية في بداية العام 2014 مع أقطاب صناعة الاتصالات في أوروبا. أطلقت هذه الشراكة، وبتمويل من برنامج H2020 الإنمائي الضخم التابع للمفوضية الأوروبية، مجموعة مشاريع كبرى لتطوير الجيل الخامس في مختلف أجزاء الشبكة. منها على سبيل المثال Fantastic لتطوير الوصلة اللاسلكية بين المحطة والمستخدم ومشروع COHERENT للشبكات الهجينة (وهو المشروع الذي أعمل به حالياً). سأتحدث عن الشبكات الهجينة في مقال قادم.
  • ETSI المعهد الأوروبي لمعايير الاتصالات
  • ATIS تحالف صناع الاتصالات في أمريكا
  • 3GPP وهي المظلة الأشمل حالياً في مجال معايير الاتصالات، وقد أطلقت هذه الشراكة العالمية معايير الأجيال السابقة من الثاني إلى الرابع. تتألف من كبرى منظمات المعايير في مختلف القارات مثل ETSI في أوروبا وATIS في أمريكا، وغيرها من الهيئات الصينية واليابانية والهندية والكورية.

تتألّف هذه الهيئات في العموم من تحالف كبرى مراكز البحث والجامعات والشركات. تجتمع هذه الأطراف في اجتماعات دورية لدراسة ومناقشة كلّ المقترحات التقنية المقدّمة لها ليتمّ رفضها أو قبولها أو تأجيلها. بعد أن تتمّ مراكمة المقترحات المقبولة في مختلف تقنيات وأجزاء الشبكة يمكن صياغة وإصدار المعيار الأولي للجيل الجديد وحينها يجب على الشركات المصنعة للتقنية اتباع هذا المعيار المعتمد أثناء تصنيع التجهيزات في المرحلة التالية.

تتعاون الهيئات العالمية فيما بينها وتتنافس أحياناً للوصول إلى معيار عالمي شبه موحّد وإن اختلفت بعض التفاصيل، خاصة بين الهيئات الأمريكية والهيئات الأوروبية وإن كان للأخيرة غلبة ما تمّ تحقيقها من خلال التقارب مع النمور التقنية في شرق آسيا كهواوي في الصين وسامسونغ في كوريا الجنوبية، وتجلّى ذلك أثناء تنفيذ الأجيال السابقة في مختلف مناطق العالم غير المنتجة للتقنية كالخليج العربي والشرق الأوسط وإفريقيا حيث لا تزال المعايير الأوروبية هي السائدة فيها منذ الجيل الثاني GSM.

أعلنت 3GPP أنها ستصدر في تمّوز 2018 حزمة المعايير Release 15 وفق ترتيب المعايير الصادرة عنها الخاصة بالأجيال السابقة، حيث سيحتوي الإصدار 15 بعض المعايير الجديدة الخاصة بتطوير الجيل الرابع بما يسمّى LTE-Advanced Pro ، كما أن هذا الإصدار سيتضمن أول حزمة معايير للجيل الخامس، يتلوها حزمة معايير أوضح وأكثر تفصيلا في العام التالي 2019.

• تصنيع التجهيزات: بعد إصدار المعيار الأساسي للجيل القادم يبدأ مزوّدو التقنية بتصنيع التجهيزات بما يتوافق مع المعايير وبأقل كلفة ممكنة لتحقيق أكبر هامش من الربح. من أهم مزوّدي التجهيزات Ericsson, Nokia, Huawei, ZTE, Cisco وغيرهم.
• التنفيذ: يجري الاتفاق بين مزودوي التجهيزات ومشغّلي الشبكة في تنفيذ وتجريب الشبكة الجديدة ودمجها إن لزم مع شبكات الأجيال السابقة قبل أن يبدأ طرح الخدمات الجديدة بشكل تجاري.
• الاستثمار التجاري والتطوير: على التفرع مع الاستثمار التجاري، يستمر تطوير النظام المعياري لتحسين الأداء ولاستغلال التقنيات الجديدة وفق إصدارات فرعية متتالية. مثلاً تمّ إصدار5G و 4.75G بعد إصدار الجيل الرابع 4G حيث أُضيفَ تقنيات وخدمات جديدة مثل: توسيع عرض الحزمة الترددية من 20MHz إلى 100MHz لزيادة السرعة لتصل لنحو 1Gbps. تستمر مرحلة التطوير لتبدأ معها المرحلة الأولى للجيل الذي يليه وهكذا.

عرضت المقالة بشكل سريع مراحل ولادة الجيل الجديد من نظام الاتصالات والوضع الحالي للجيل الخامس، في المقالة القادمة سأتحدث عن المتطلبات المحددة للجيل القادم وما هي أهم التطبيقات التي تستدعي تلك المتطلبات.

المصدر: في الطريق إلى الجيل الخامس: مراحل ولادة جيل الاتصالات القادم

يبدو إننا على موعد مع شبكات الجيل الخامس قريبا جدا، حيث كشف تقرير جديد أن شركة أبل قد حصلت على الإذن اللازم لبدء اختبار شبكات الجيل الخامس 5G.

من المقرر أن تصبح أبل أحدث شركة تحصل على ترخيص من لجنة الاتصالات الفدرالية لاختبار خدمات 5G، حيث وافقت لجنة الاتصالات الفيدرالية على نطاق الترددات فى العام الماضى وتدعم موجات المليمتر التى تتميز بطول موجى قصير وتردد عال للإرسال.

كما حصلت شركة أبل على الرخصة التجريبية لاختبار التكنولوجيا فى موقعين بالقرب من مكاتبها فى كاليفورنيا، لكن لا يعنى هذا الأمر تطوير الشركة الأمريكية لهاتف يدعم التقنية الجديدة قريبا.

ومن المتوقع أن لن يرى العالم هذا الهاتف حتى عام 2020، عندما تصبح التقنية الجديدة معيارا جديدا للاتصال اللاسلكى.

وتعمل الموجات المليمترية فى نطاق يتراوح بين 30 و300GHz، مما يقلل كثيرا من الوقت اللازم لنقل البيانات، كما أن سرعتها أعلى بكثير من شبكات 4G، ومع ذلك، فإن شبكات 5G عرضة جدا لظروف الطقس، مثل المطر والرياح.

قامت شركة سامسونج بالإعلان عن إتمامها لاختبارات شبكات الجيل الخامس أو ما يعرف باسم 5G، حيث قامت بعقد شراكة مع معهد أبحاث تشاينا موبايل، إذ تعمل المنظمتان معًا على تطوير خدمة الـ 5G منذ يونيو الماضى.

ووفقا لما ذكره موقع phonearena فإنه ومن خلال الاختبارات التى أجريت فى بكين، تحققت سامسونج من كفاءة اثنين من التكنولوجيات الرئيسية الخاصة بالـ5G، الأولى تحمل اسم التعديل المكانى، والتى تعد وسيلة لزيادة معدل نقل البيانات دون زيادة متطلبات عرض النطاق الترددى لنظام معين.

وأشار إلى أن الأخرى تحمل اسم FBMC وهى وسيلة جديدة لتقسيم الإشارات الحاملة إلى قنوات مختلفة من نفس الطيف الترددى.

وأضاف إنه تم اختبار كل من هذه التقنيات عبر تردد بسرعة 3.5 جيجاهيرتز القريبة من شبكات LTE الحالية، فمثل هذا التردد العالى يعنى أن الشبكة لن توفر تغطية جيدة للغايه ولهذا ستكون الخدمة مناسبة للأماكن الداخلية كالمترو وغيره.

هذه هي المقالة الرابعة ضمن سلسلة مقالات “في الطريق إلى الجيل الخامس” التي تهدف إلى شرح تدرّج تقنيات الاتصالات منذ الجيل الأول وصولًا إلى تقنيات الجيل الخامس المُستقبلية. في المقالين الأول والثاني مررنا بشكلٍ سريع على أجيال تقنيات الاتصالات، بدءًا من الجيل الأول وحتى الجيل الرابع، وتحدثنا في المقال الثالث عن أبرز تطبيقات الجيل الخامس والمتمثل في إنترنت الأشياء.

مقدمة

نتحدّث في المقال الرابع من سلسلة مقالات “في الطريق إلى الجيل الخامس” عن مفهوم الطبقات في نظام الاتصالات وكيف تمّ استخدام هذا المفهوم لبناء كافة أنظمة الاتصالات منذ ظهور هذه الفكرة في بداية سبعينيات القرن الماضي، مروراً باعتماد النموذج المعياري الأشهر OSI Model، مع ظهور بعض النماذج الأخرى، وصولاً إلى يومنا هذا، والذي يعيد فيه الباحثون التفكير في جدوى الاستمرار في الاعتماد على هذا المفهوم أثناء تطوير الجيل الخامس.

حقيقةً، حين يَذكر الباحثون موضوع الجيل الخامس، فإنّ أول ما يتبادر إلى ذهنهم هو مجموعة من الكلمات المفتاحية المرتبطة بأبحاث هذا الجيل، الكلمة المفتاحية الأهمّ هي انترنت الأشياء وهو ما تحدّثنا عنه بشكل مبسّط في المقال السابق، إلّا أنّ بعض الكلمات المفتاحية الأخرى لها نفس أهميّة و”رنين” انترنت الأشياء بين الباحثين منها:

– التصميم متداخل الطبقات Cross layer design

– الراديو الإدراكي Cognitive Radio

– التوجيه الذكي لحزمة الهوائي Smart Beamforming

– تقنية Massive MIMO التي تنفذ التوجيه الذكي لحزمة الهوائي

– الشبكات المتجانسة Heterogenous Networks

– الإرسال ثنائي الاتجاه Full Duplex

وغير ذلك من التقنيات التي تشكّل مجال بحث العلماء والمهندسين.

سنقوم في هذا المقال بالحديث عن المفهوم الأساسي للطبقات في أنظمة الاتصالات عن طريق تبسيط هذا المفهوم واستعراض النموذج المعياري الأهم OSI model وتاريخه، ومهام كل طبقة من طبقاته، كما سندرج بعض النماذج المعيارية الأخرى. بعد ذلك سوف نشرح كيف تمّ تطبيق مفهوم الطبقات لتصميم الشبكات السلكية واللاسلكية على السواء، ولماذا لا يرى الباحثون اليوم جدوى من التمسّك بهذا المفهوم في تطوير الجيل الخامس وما هو المفهوم البديل لذلك.

لماذا الطبقات؟

يعتمد هذا المبدأ على تقسيم الوظائف وعمليات المعالجة في نظام الاتصالات إلى عدّة طبقات يعمل كلّ منها بشكل منفصل، حيث يهدف المبدأ إلى تسهيل عمليات التواصل والدمج بين أنظمة الاتصالات باختلاف مزوّديها، كما يهدف إلى تسهيل عمليات تحسين النظام وإضافة آخر ما توصّل إليه العلم من تقنيات وخوارزميات بشكل سلس.

مثلا حين يتمّ فتح متصفّح الانترنت على الحاسب أو الهاتف المحمول فالمتصفّح نفسه يعمل دون أن يكون مضطرًا لمعرفة كيفية الوصول للانترنت، هل هي عن طريق شبكة واي فاي أو شبكة هاتف أو بلوتوث، وكذلك الأمر حين يتم تطوير خوارزمية تشفير معينة (مثلًا ضمن HTTPS)، من الأسهل على المطوّرين ألا يتعلّق ذلك بوسيلة الاتصال الفيزيائية أو حتّى نوع نظام التشغيل.

ما هو نموذج OSI

تمّ طرح النموذج من قبل المنظمة الدولية للمعايير (ISO) عام 1983 واعتُبر منذ حينها مرجعًا أساسيًا لكلّ مراكز الأبحاث والشركات التقنية أثناء تطوير وتسويق الشبكات ومختلف تقنياتها. يتألف بروتوكول الترابط ضمن النظام المفتوح (OSI) Open System Interconnection من سبع طبقات ضمن ما يسمّى مُكدّس الاتصالاتCommunication Stack حيث تمرّ البيانات صعوداً أو نزولاً ضمن هذا المكدّس من طبقة إلى أخرى لتقوم كل طبقة بمجموعة من الوظائف الخاصة بها على هذه البيانات.

1. الطبقة الفيزيائية
2. طبقة وصلة المعطيات
3. طبقة الشبكة
4. طبقة النقل
5. طبقة الجلسة
6. طبقة التقديم
7. طبقة التطبيقات

تمّ اعتماد هذا النموذج بشكل واسع في الشبكات السلكية، وفي أغلب شبكات الاتصالات اللاسلكية أيضًا مع إدخال بضعة تعديلات طفيفة. قد تختلف النماذج والبروتوكولات بين نظام وآخر إلا أن الغالبية المطلقة من أنظمة الاتصالات (شبكات الحواسب وشبكات الهاتف الثابت والمحمول وشبكات الواي فاي وحتّى أجهزة البلوتوث) تستخدم مفهوم الطبقات نفسه لتصميم أنظمتها وأجهزتها والقيام بعملية الاتصال بين جهازين.

طبقات

لكل طبقة وظائفها في حالة الإرسال أو حالة الاستقبال، لفهم ذلك يمكن شرح وظيفة كلّ من الطبقات السبع في عملية الإرسال ومن ثم عكسها لفهم عملية الاستقبال:

7– طبقة التطبيقات: تقوم هذه الطبقة بوصل البرنامج Softwareعلى جهاز الاتصال (هنا نتحدّث بشكل رئيس عن الحواسب والهواتف الذكية التي أيضاً تعتبر كحواسب) بالشبكة، من أشهر التطبيقات المستعملة HTTP لنقل النصوص (لتصفح الانترنت)، و STMP لإرسال واستقبال البريد الالكتروني وغيرها.

يجدر الإشارة إلا أنّ هذه التطبيقات لا تعني الواجهة أو البرنامج الذي يعمل عليه المستخدم، بل هي من تقوم بوصل البرنامج بالشبكة، مثلًا برامج Chrome و Firefox هي مجرّد واجهات تستخدم التطبيق HTTP لتصفح الانترنت، وكذلك برنامج Outlook هو برنامج يستخدم التطبيقات IMAP و STMP و POP لإرسال واستقبال الرسائل الالكترونية.

في حالة الإرسال يقوم التطبيق بتجهيز المعلومات التي يولّدها البرنامج على شكل سلسلة بتات يجب إرسالها فيمررها إلى الطبقة الأدنى وهي طبقة التقديم.

6- طبقة التقديم: تقوم هذه الطبقة بترجمة المعلومات الآتية من التطبيق وضغطها Compression وتشفيرها Encryption وتضيفها على المعلومات كما في الشكل.

5- طبقة الجلسة: تصل المعلومات المراد إرسالها إلى هذه الطبقة، فتقوم بإنشاء وإدارة جلسة الاتصال التي سيتم إرسال المعلومات عبرها. يمكن للطبقة أن تقوم بإنشاء وإدارة عدة جلسات متوازية وتمرير المعلومات بين مختلف التطبيقات. على سبيل التبسيط يمكن فهمها كعامل المقسم الذي ينشئ دارة الكهربائية عبر المقاسم لتنفيذ مكالمة هاتف بين جهازين.

4- طبقة النقل: تعتبر هذه الطبقة مسؤولة عن التحكم في نقل (توصيل) الرسائل بين المرسل والمستقبل، فتقوم بتجزئة المعلومات Segmentation وحمايتها من الأخطاء Error Protection واختبار الاتصال لإبلاغ طبقة الجلسة في حالة وجود مشاكل أو أخطاء في جودة الاتصال.

خرج هذه الطبقة في عملية الإرسال عبارة عن مقتطعات من البتّات تسمّى Segments تُرسل إلى الطبقة الأدنى.

أشهر بروتوكولات هذه الطبقة TCP المستخدم بشكل واسع في شبكات الحاسب. في هذه الطبقة وما علاها وصولًا إلى التطبيق تتمّ عنونة عمليات الارسال بما يسمى البوّابة Port، فمثلا تطبيق HTTP يستخدم البوّابة 80 وتطبيق نقل الملفات FTP يستخدم البوّابة 21.

3- طبقة الشبكة: أهمّ وظائف هذه الطبقة أنّها مسؤولة عن توجيه Routing مقتطعات البيانات القادمة من طبقة النقل ليتمّ تزويدها بالطريق الذي ستسلكه عبر الشبكة.

تحتوي الشبكة بشكل مبسط على قاعدة بيانات ديناميكية بجميع عقد الشبكة Node وعناوينها المنطقية Logical Adress (عنوان مشابه لرقم الهاتف) ومخطط الشبكة (أي الشكل الهندسي الذي ترتبط فيه العقد ببعضها)، وجودة قنوات الاتصال بين هذه العقد. تضيف هذه الطبقة معلومات توجيهية لكل مقتطع، من ضمنها عنوان المرسل وعنوان المستقبل والمسار الأقصر (أو الأكثر جودة) الذي ستسلكه المعلومات لتصل عن طريق عدّة أجهزة متصلة بين المرسل والمستقبل.

خرج الإرسال لهذه الطبقة هو رزمة معلومات Packet. أشهر بروتوكولات العنونة والتوجيه في هذه الطبقة هو بروتوكول IP.

2- طبقة وصلة المعطيات: تعتبر هذه الطبقة مسؤولة عن التواصل بين عقد الشبكة المتجاورة وتتحكم بكيفية الوصول إلى قناة الإرسال الفيزيائية Media Access Control، كما أنها تقوم بتصحيح الأخطاء الناجمة عن النقل في القناة الفيزيائية (أخطاء قناة الإرسال).

تستخدم هذه الطبقة العناوين الفيزيائية (على عكس طبقة الشبكة التي تستخدم العناوين المنطقية)، حيث تعتبر هذه العناوين ثابتة وفردية لكل جهاز اتصال وتدعى ب MAC address، أمّا العناوين المنطقية في طبقة الشبكة فهي عناوين متغيرة وغير فردية فعلى سبيل المثال من الممكن للحاسب أن يمتلك عدة عناوين IP، ومن عدة شبكات لكنّه لا يمتلك إلّا عنوان فيزيائي واحد يميّزه عن كلّ أجهزة العالم الأخرى.

تضيف هذه الطبقة معلوماتها في رأس Head وذيل Tail الرزمة Packet القادمة من طبقة الشبكة لتشكّل ما يسمّى الإطار Frame.

1- الطبقة الفيزيائية: من الملاحظ أن جميع الطبقات الست العليا التي سبق شرحها قامت بتجهيز الإطار النهائي الذي يجب إرساله لكنّها في الحقيقة لا تهتم بمعرفة ماهيّة الوسيط الفيزيائي الذي يتمّ الاتصال من خلاله ، هل هو سلك نحاسي، كبل ضوئي، أو قناة لاسلكية.

تقوم الطبقة الفيزيائية بتحويل بتّات الإطار القادم إلى إشارة كهربائية سلكية، أو ضوئية، أو لاسلكية بمواصفات معيّنة من الاستطاعة Power والتردّد Frequency وغير ذلك بما يناسب قناة الإرسال، ومن ثمّ  تقوم بإرسال هذه الإشارات عبر القناة إلى الوجهة المطلوبة.

يمكن تعميم الشرح المبسّط لنموذج OSI أعلاه على نماذج معيارية أخرى، فمثلاً  يأخذ نظام التأشير رقم 7 (SS7) Signaling System Number7 من نموذج الـ OSI طبقاته الثلاث الأولى بينما يدمج الطبقات العليا المتبقية بطبقة تطبيقات وحيدة لينتج لدينا مكدّس من أربع طبقات. وكذلك البروتوكول المعياري الشهير TCP/IP كما هو مبين بالشكل ، وغير ذلك من البروتوكولات دون الدخول في تفاصيلها.

الفرق بين الشبكات السلكية واللاسلكية

يمكن تلخيص كافة الفروق الجوهرية بين الشبكات السلكية واللاسلكية بسبب وحيد هو: القناة المتغيرة Variant Channel.

في النظام السلكي تكون قناة الإرسال (وهي سلك نحاسي أو ليف ضوئي) ذات خصائص ثابتة عموماً بتغيّر الظروف، باستثناء بعض التغيرات المهملة نتيجة الحرارة المحيطة بقناة الإرسال، إلّا أنّ ذلك يختلف كليّاً في حالة القناة اللاسلكية، فالوسط المحيط بين المرسل والمستقبل يتغيّرً بشكل دائم، خاصة في حالة الحركة Mobility والتي تسبّب تغيّرات سريعة وعنيفة في قناة الإرسال.

في القناة السلكية، يعمل المستقبل على تفكيك الإشارة المستقبلة حتى يستطيع معرفة الرموز المرسلة (وهي الوظيفة المطلوبة من أيّ نظام اتصالات)، وذلك بما يشبه حلّ معادلة بمجهول واحد.

أما في حالة القناة اللاسلكية فيكون للمعادلة مجهولٌ ثانٍ هو القناة المتغيرة مع الزمن والظروف المحيطة، ممّا يعقّد كثيرًا عملية تحليل المعادلة لمعرفة الرموز المرسلة، غالباً يتطلّب الأمر حينها تنفيذ عملية تقدير للقناة Channel estimation بشكل دوري بحيث نستطيع تحويل المجهول الثاني وهو القناة إلى قيمة تقديرية معلومة تساوي تقريبًا القيمة الحقيقية للقناة.

من آثار القناة المتغيرة أيضًا أنّ جودة الاتصال اللاسلكي أثناء عملية الاتصال لا تكون مضمونة أو متوقّعة بشكل كامل، فقد تؤثّر الكثير من العوامل العشوائية على مدى استمرار الاتصال وجودته، وهذا الأمر غير موجود في الشبكات السلكية حيث يمكن ضمان اتصال ثابت الجودة.

أهمية تداخل الطبقات

مثل تلك الآثار الناجمة عن القناة اللاسلكية المتغيرة لم تكن في حسبان المطورين حين اعتمدوا النموذج المرجعي للطبقات في منتصف السبعينات، بل كان حينها التوجّه الأساسي نحو إحداث طفرة في الشبكات الهاتفية السلكية. نتحدث هنا عن الثورة الرقمية التي أدّت في أواخر الثمانينات إلى تقديم الشبكة الهاتفية الرقمية ISDN وما تلاها من تطويرات اعتمدت جميعها على مفهوم الطبقات. لكنّ العام نفسه شهد كذلك إطلاق الجيل الثاني من شبكة الهاتف المحمول GSM، والذي اعتمد على التقنيات الرقمية في تأمين اتصال لاسلكي بسرعة ثورية آنذاك. تلى هذا الجيل أنظمة الجيل الثالث والجيل الرابع بمختلف تحسيناتها ممّا أوردناه في مقال سابق. كما شهد أواخر القرن المنصرم وتحديدًا العام 1997 طرح أوّل معيار لشبكة الواي فاي WiFi اللاسلكية، وكذلك إطلاق نظام البلوتوث، وما صدر بعد ذلك من أنظمة لاسلكية للاستخدام المدني والتجاري.

ورغم أنّ الباحثين قد طوّروا نماذج ومكدّسات مختلفة للأنظمة اللاسلكية بمختلف تقنياتها وأجيالها، إلا أنّها جميعها قد اعتمدت على مبدأ الطبقات أثناء تصميم معاييرها.

خلال السنوات الأخيرة، أدرك الباحثون أنّ مفهوم الطبقات الذي خدمهم كثيرًا أثناء تطوير الأنظمة اللاسلكية السابقة قد أصبح يشكّل عائقًا أمام التطويرات القادمة، خاصة مع تقديم خدمات متنوعة لمستخدم الشبكة المحمولة صاحب الهاتف الذكي.

تتباين هذه الخدمات والتطبيقات في حاجتها لاتصال لاسلكي له خصائص معينة. مثلًا:

– خدمة الرسال النصية SMS وبعض التطبيقات المحادثات النصية لا تتطلّب سرعة اتصال عالية ولا تتأثّر بوجود بعض التأخير في الإرسال (نتحدّث هنا عن تأخيرات من وحدة الميللي ثانية ms).

– بعض تطبيقات الألعاب تتطلّب سرعة اتصال متوسّطة لكنّها حسّاسة جدّاً لحدوث تأخير في الإرسال (Real time gaming) خاصة بحالة الألعاب التي تشمل عدّة لاعبين من مختلف الأجهزة والشبكات والبلدان.

– بعض التطبيقات كبرامج نقل الملفات والمزامنة تتطلّب سرعة اتصال عالية دون أهمية كبيرة لحدوث تأخير في الإرسال.

– تطبيقات المحادثة الصوتية والمرئية تتطلّب سرعات عالية مع الحساسية العالية لتأخير الإرسال لأنّ التأخير يسبّب إرباكًا بين المتكلّمين أثناء المحادثة.

قس على ذلك خدمات وتطبيقات متنوعة جدّاً كمراقبة الصحّة والمصارف وتحديد الموقع وغيرها ممّا أبرزناه في مقال سابق حول انترنت الأشياء.

تُبرز الأمثلة المبسّطة أعلاه ضرورة تواصل الطبقات العليا مع الطبقة الأولى (الفيزيائية) والطبقة الثانية لمعرفة حالة القناة وتوقّع تأثيرها على تخديم تطبيق ما بجودة خدمة  Quality of Service معينة، ولتعميم ذلك يمكن القول أنّ تطوّر الشبكات اللاسلكية حاليّاً يفرض بشكل حتمي أن تتواصل كلّ طبقة من طبقات المكدّس مع معظم الطبقات الأخرى وبشكل مباشر كما هو واضح من الشكل أدناه.

خاتمة: الجيل الخامس متداخل الطبقات

منذ عدّة سنوات بدأ الباحثون في النقاش حول -وحتى الاحتجاج على- القيود التي يفرضها مفهوم الطبقات أثناء تصميم وتطوير نظام اتصالات ما، وانتشر الحديث عن مفهوم “التصميم متداخل الطبقات Cross-Layer Design” الذي يحّرر المطورين من بعض هذه القيود لكن حتّى اليوم لا يمكن القول بأنّ هذا المفهوم قد أصبح ناضجًا أومعتمَدًا بشكل كامل.

يتّفق الباحثون اليوم على أهمية استخدام مفهوم تداخل الطبقات أثناء تصميم الجيل الخامس، على أن يترافق ذلك مع وضع الكثير من المحاذير لتقليل الفوضى التي قد تنجم عن هدم الحدود بين طبقات المكدّس وخسارة السبب الأساسي الذي تمّ خلق مفهوم الطبقات لأجله؛ ألا وهو ترتيب وتصنيف مهمات نظام الاتصالات بما يضمن سهولة تطويره وربطه مع أنظمة الاتصالات الأخرى.

ومن طريف ما حضرته في بعض الاجتماعات البحثية حول الجيل الخامس أنّ بعض الباحثين -وهم أكبرهم سنّاً وأكثرهم خبرة خصوصًا- ما زال يجد صعوبة ذهنية كبيرة أثناء التفكير في نظام اتصالات متداخل الطبقات لكون ذهنه قد اعتاد خلال عشرات السنين الماضية على الفصل القاطع بين الطبقات والتصنيف الواضح لوظائفها، ممّا يستدعي الكثير والكثير من المناقشات والاجتماعات لتذليل هذه الحدود الذهنية مع المحافظة على المحاذير المذكورة سابقاً.

في المقال القادم سنتابع الحديث عن أهم مبادئ أنظمة الاتصال المحمول وآخر التقنيات المفترضة في الجيل الخامس.

المصدر: في الطريق إلى الجيل الخامس – طبقات نظام الاتصالات: هل ستستمر القيود في الجيل الخامس؟

هذه هي المقالة الثالثة ضمن سلسلة مقالات “في الطريق إلى الجيل الخامس” التي تهدف إلى شرح تدرّج تقنيات الاتصالات منذ الجيل الأول وصولًا إلى تقنيات الجيل الخامس المُستقبلية. في المقالين الأول والثاني مررنا بشكلٍ سريع على أجيال تقنيات الاتصالات، بدءًا من الجيل الأول وحتى الجيل الرابع. وسنقوم اليوم بشرح مُبسّط لأحد أهم التطبيقات المُنتظرة من الجيل الخامس وهو إنترنت الأشياء.

في طريقنا إلى الجيل الخامس يمكننا أن نسأل: ما الذي يحرّك الباحثين في هذا المجال من ناحية الخدمات والتطبيقات؟ ما النزعات التي تحرّك الأفكار في هذا الموضوع. كثيراً ما يسأل المستخدم ما الشيء الجديد الذي سيحمله الجيل الخامس، وهل سيقتصر الأمر على رفع سرعة الاتصال فقط؟
حين يبدأ أيّ نقاش عن الجيل الخامس يتبادر إلى الذهن أهمّ تطبيق لها وهو أنترنت الأشياء.

انترنت الأشياء Internet of Things IoT

يمكن القول بثقة أنّ السنوات العشر الأخيرة في صناعة الاتصالات كانت هي سنوات التطبيقات Apps، فبعد إطلاق ستيف جوبز الجيل الأول من هاتف الآيفون في حزيران 2007، وبعده بعام ظهور الإصدار الأول لنظام التشغيل أندرويد، بدا من الواضح حينها أنّ السنوات القادمة هي سنوات الهاتف الذكي ولذلك فقد سادت حمّى تطوير تطبيقات الهواتف الذكية بين كبار الشركات العالمية مروراً بالشركات المتوسطة والناشئة وصولاً إلى المبرمجين الأفراد الذين استطاعوا بمفردهم تطوير وإطلاق الكثير من التطبيقات الهامة التي جلبت لهم ملايين الدولارات.

في العامين الماضيين عادت أنظار المستثمرين الذين يقودون صناعة الاتصالات لتتركّز نحو تقنيات الأجهزة نفسها وكيفية اتصالها بشكل أكبر بعد أن كان التركيز منصبّاً على تطوير التطبيقات والطبقات العليا لأنظمة الاتصالات في السنوات الماضية. لذلك تم استحضار المصطلح الذي كاد أن يُنسى “انترنت الأشياء” بعد كان مطروحاً منذ آخر القرن المنصرم.
ففي العام 1999 اقترح العالم ورائد التقنية البريطاني كيفين آشتون Kevin Ashton من معهد ماساشوستس Massachusetts MIT فكرة ربط الأشياء ببعضها عن طريق شبكة الانترنت، والمقصود بالأشياء هنا ليس الأجهزة الالكترونية فحسب بل أي شي يمكن أن يُضاف له مختلف أنواع الحسّاسات التي تعطي القياسات (كحسّاس الحرارة) أو المتحكّمات التي تنفّذ الأوامر (كالأقفال الالكترونية) أو كلاهما، أي باختصار كلّ جهاز اتصال متفاعل مع البيئة المحيطة.

إذا أردنا تبسيط الفكرة، يمكننا اليوم أن نرى تطبيقاً مشابهاً لانترنت الأشياء ويتمّ استخدامه بشكل واسع منذ بداية العقد الحالي، حيث انتشرت تقنية RFID Radio-Frequency Identification في معظم المتاجر الكبيرة، وتتيح هذه التقنية مراقبة السلع المسروقة أثناء الخروج من باب المتجر، إلا أنّها تعمل على شبكة محلية صغيرة وبمجال لاسلكي لا يتجاوز بضعة أمتار كما أنّ الدارة المرتبطة بكل سلعة غالباً ما تكون دارة غير فعالة circuit Passive -وتسمى رقاقة Tag- أيّ أنها لا تحوي على جهاز إرسال ولا تتطلّب تغذية كهربائية فهي تقوم فقط بعكس الإشارة المرسلة من جهاز القراءة بطريقة تعرّف بها عن نفسها لتمييز السلعة(1)، وتُستخدَم ذات التقنية في عدّة تطبيقات أخرى كمراقبة دوام موظفّي الشركات الكبرى وغير ذلك، لكنّ الفرق الجديد الجذري مع تقنية انترنت الأشياء المفترضة مستقبلاً هو وجود نظام اتصالات محمول كامل على كلّ جهاز بدءاً من الدارة الفيزيائية وصولاً إلى التطبيقات والبرامج الذكية التي تقود الاتصال ومعالجة البيانات عبر الشبكة العالمية وليس ضمن شبكة محلية محدودة.

صورة رقاقة RFID  يمكن أن توضع على السلع المختلفة كالملابس

وعلى الرغم من بساطة الفكرة الأولية، إلّا أنّه لم يصدر أيّ تعريف معياري محدّد لانترنت الأشياء من الهيئات المعيارية لأنّ المفهوم بحاجة للمزيد من الوقت والنقاش حتّى النضوج، لكنّ الشركات الكبرى أعادت صياغة الفكرة الأولية ووضعت لها بعض الشروط/التوقعات:

• أن تكون الأشياء مرتبطة ببعضها على مستوى شبكة الانترنت وليس فقط على مستوى الشبكات المحلية الصغيرة والمتوسطة.
• أن تشمل انترنت الأشياء كافة الأجهزة الالكترونية وأهم الحاجيات الشخصية والملابس والأحذية والحيوانات.
• أنّ الجزء الأكبر من هذه الأشياء ستقوم بالتخاطب فيما بينها بشكل آليّ حيث تقوم بالإرسال والاستقبال دون تدخّل بشري أو ضمن حدوده الدنيا.
• أن تكون لحالات الاستخدام الحرجة كالاستخدامات الطبية والأمنية قدر من الدعم الاحتياطي كوجود جهاز ثاني للإرسال والاستقبال.

أدّى تحديد هذه الخطوط العريضة التي ترسم ملامح انترنت الأشياء إلى زيادة هائلة عند تقدير أعداد أجهزة الاتصال التي ستزودها شبكة الجيل الخامس بالخدمة في العام 2020، حيث توقّعت شركة Gartner (وهي شركة رائدة في أبحاث سوق الاتصالات والتكنولوجيا) أنّه في العام 2020 ستصل عدد أجهزة انترنت الأشياء إلى حوالي 25 مليون جهاز(2)، في حين كانت زميلتها BI Intelligence أكثر تشاؤماً -أو ربّما تفاؤلاً- حيث قاربت تقديراتها حوالي 35 مليون جهاز بزيادة هائلة قدرها أربعة أضعاف خلال الخمس أعوام القادمة، كما يبدو في الشكل أدناه(3).

عدد أجهزة انترنت الأشياء المتوقع في عالم لغاية 2020

هذه الزيادة الهائلة في عدد المستخدمين مقارنة بالأجيال السابقة يمكن أن تفسّر بالشكل التالي:
في العقود المنصرمة، كانت الاتصالات النقّالة خاضعة لطبيعة النشاط البشري وليس لقرارات الأجهزة الآلية، أي أنّ المستخدم الهدف هو الإنسان، ولذلك فقد كان سلوك الحِمل على الشبكة Network Load موافقاً لنماذج الاستخدام البشري لهواتف (مثلاً اعتماد تقدير لعدد دقائق التحدّث للمستخدم في الساعة الواحدة عند تصميم الشبكة، سلوك المستخدم حين يعمل على الهاتف الذكي أو الحاسب اللوحي)، وكان الاتصال من آلة إلى آلة Machnine to Machine M2M communication لا يشكّل سوى نسبة بسيطة من عدد الأجهزة ومن حجم البيانات المتبادلة عبر شبكة النظام الخليوي، إلّا أنّ ذلك سيتغيّر مع تطبيق تقنية انترنت الأشياء المستقبلية والتي ستفرض زيادة معتبرة في هذه النسبة.

أمثلة على استخدامات انترنت الأشياء

إنّ أوضح تطبيق لانترنت الأشياء عملياً هو المنزل الذكي (والمنشآت الذكية بشكل عام)، لكنّ تطبيق هذه التقنية يمتدّ حقيقةً إلى كافة مجالات الحياة كالصحّة والنقل والأمن والتواصل والصناعة والخدمات الشخصية. مثلاً:

• سيارتك ترسل لك رسالة بأنها بحاجة اليوم إلى وقود لأنّها تعرف من جدول أعمالك أنّك ستافر برحلة طويلة غداً.
• برّادك يخبرك أنك نسيت بابه مفتوح أو أنّ هناك سلعة أنت معتاد عليها نفذت وحتّى يمكن أن يطلبها من المتجر الالكتروني بشكل آلي.
• تفتح تطبيق البحث عن الأشياء على هاتفك لتعرف أين نسيت نظارتك أو مفاتيحك أو محفظتك.
• مرآتك التي تقف أمامها خمس دقائق كلّ صباح من الممكن أن تظهر لك على طرفها أخبار اليوم وأحوال الطقس وجدول المهام.
• ساعة أو سوار يراقب بعض القياسات الحيوية للجسم كمعدّل نبضات القلب وضغط الدمّ ونسبة السكّر فيه ويرسل القياسات بشكل دوري إلى قاعدة بيانات يشرف عليها الطبيب كما تقوم الساعة بالاتصال آلياً بالإسعاف عندما تصل قيم هذه القياسات إلى عتبات خطيرة.
• تركيب جهاز اتصالات ضمن كلّ سيّارة لترسل معلومات المرور إلى مراقب مركزي لفتح وإغلاق إشارات المرور ووضع حدود للسرعة وتسهيل مرور سيارات الإسعاف وغير ذلك ممّا يدعم اعتماد السيارات الذكية بشكل أوسع وأكثر وثوقية كالمثال في الشكل.

ضبط سرعة السيارات الذكية وزيادة فعالية الطرق باستخدام انترنت الأشياء (4)

يمكن للقارئ أن يلاحظ أنّ بعض من هذه السيناريوهات والتطبيقات موجود حالياً بشكل عمليّ إلا أنّها لا زالت ضمن نطاق محدود وعلى مستوى الشبكة المحلية فمن النادر أن نراها تصل إلى شبكة الانترنت، وإن حدث فإنّ الاتصال يتم عن طريق شبكة WiFi وليس عن طريق شبكة الهاتف المحمول.

على العموم بعض المواقع بدأت باقتراح -بل وتسويق- الأجهزة التي من الممكن ربطها عن طريق انترنت الأشياء (5).

التحدّيات والمعوقات

• الكلفة الاقتصادية: يعتبر الوصول إلى جهاز اتصال رخيص الثمن من أهمّ التحديات التي تواجه صانعي التقنية اليوم، فالانتشار المتوقّع لانترنت الأشياء سيكون مشروط بشكل كبير بمدى قدرة الصانعين على إنتاج جهاز اتصالات غير مكلف وقادر على التفاعل مع البيئة المحيطة من خلال حسّاسات ومتحكّمات كما ذكرت سابقاً.
• الأمان والوثوقية: ثاني أهم العوامل التي ستؤثر بمدى انتشار انترنت الأشياء هو الوثوقية التي ستقدّمها هذه التقنية لنستطيع الاعتماد عليها في تطبيقاتنا الحياتية وخاصة ما يتعلق بالصحّة والأمن.
• المعيرة Standardisation: لا زال النقاش قائماً حول الحاجة إلى وجود معيار شامل وأوحد لانترنت الأشياء، البعض يرفض ذلك والآخر يؤمن أنه حتمي في حين أنّ يقترح وسطيون وجود عدّة معايير مرنة وغير مقيّدة بدقّة كاملة في هذه التقنية.
• الخصوصية: من أهم التحديات التي تجابه تطوير انترنت الأشياء هو الحرص على خصوصية المستخدمين وضمان سرّية معلوماتهم الشخصية كاملةً، وهو أمر له بعد اجتماعي عميق في السوق كون هذا العامل قد يدفع المستخدم للإحجام عن استخدام التقنية بشكل واسع، وكمثال مشابه جداً لعلّ القارئ يستذكر شركة سامسونغ العام الماضي وهي تحذر مستخدمي تلفزيوناتها الذكية من التحدّث أمامها بأحاديث شخصية لأنها تحوي ميزة الأوامر الصوتية التي تنقل ما يلتقطه المايكروفون إلى شبكة الانترنت بشكل دائم.
• سنّ قوانين ملائمة: يستدعي تطبيق بعض التقنيات التي تمنح المجتمع خدمات ثورية شاملة سنّ قوانين ملائمة لتستوعب أثر هذه الخدمات في بعدها الاجتماعي العميق. على سبيل المثال، حين ظهرت خدمة مكالمات الفيديو والهواتف ذات الكاميرات احتدم النقاش القانوني عن مدى اعتبار هذه المكالمات انتهاكاً لخصوصية مستخدميها أو عن إمكانية التنصّت عليها أو اعتبارها دلائل قانونية تصلح في المحاكم. في حالة انترنت الأشياء المشكلة أكبر وأعقد، فمثلاً من سيتحمل المسؤولية القانونية حين يحدث خطأ ما في هذه التقنية يؤدّي إلى حادث مروري أو ضرر شخصي أو حتّى معنوي؟

خاتمة

عرض هذا المقال التطبيق الأهم للجيل الخامس وهو انترنت الأشياء، من حيث المفهوم والتسمية وسبب الظهور وسيناريوهات التطبيق والمتطلبات وأخيراً التحديات القائمة حالياً والمتوقعة مستقبلاً، ليتمكّن القارئ أثناء قراءة سلسلة المقالات هذه من تصوّر ما يطمح إليه مطوّرو قطاع الاتصالات من خدمات سيقدمها الجيل القادم للمستخدمين.
في المقال القادم سنتابع الحديث عن الجيل الخامس وأهم تقنياته في عرض سريع قبل أن نستفيض في كلّ تقنية منها بشكل تفصيلي لكنّه مبسّط قدر الإمكان.

 

—————————————————————–

(1) مسافة عمل الرقاقة غير الفعّالة Passive لا يتجاوز بضعة أمتار، في حين تعمل الرقاقة الفعّالة Active بإرسال الإشارة لمسافات تصل لعدّة مئات من الأمتار وبعدد بتّات أكبر أيّ سعة نظام أكبر لكنّها بالطبع بحاجة إلى بطّارية كهربائية.
(2) مصدر دراسة Gartner
(3) مصدر دراسة BI Intelligence
(4) مصدر الصورة
(5) كالموقع الشهير anythings.co