مقال من اعدادي حول الجيل الخامس

مشاركة من #سورية
http://r.syr-res.com/11337
مسا الخير
مقال من اعدادي حول الجيل الخامس حبيت شارككم فيه :)

يتجه معظم مشغلو خدمات الشبكات الخلوية باتجاه اخدى تقنيتي الجيل الرابع LTE Advanced او تقنية Wi-Max بينما يتم تطوير تقنيات الجيل الخامس 5G من قبل العلماء و التي يتوقع بدأ العمل بها في مطلع 2020 و التي تعد بجودة اتصال بالانترنت تضاهي جودة الاتصال السلكي ،ويتوقع أن تتيح معاير الجيل الخامس  للمستخدمين استخدام أحدث التقنيات اللاسلكية المتوفرة في آن معا للحصول على أفضل اتصال بالانترنت بالإضافة لدعمها ل IPv6

في الواقع لم تدخل معاير الجيل الخامس حيز التطبيق العملي بعد، إن أحدث التقنيات المطبقة عمليا هي LTE-Advanced والتي تستطيع تقديم سرعة تحميل  تصل إلى 1 غيغابيت في الثانية و سرعة رفع تصل إلى 512 ميغابيت الا أنك في الغالم لن تستطيع الوصول إلى هذه السرعة فعليا باستخدام هاتفك المحمول
محدودية الطيف الراديو كانت و لاتزال من أبرز التحديات التي تعيق تطول خدمات الاتصال الخليوي الا أن الجيل الخامس يعد بحل نهائي لهذه المشكلة وجميع مشاكل ترخيص و إدارة الطيف الترددي باستخدام تقنيات راديوية و تقنيات تعديل متنوعة و جديدة

تقنيات التكيف الراديو البرمجي
أدت الزيادة المستمرة لسرعة الاتصالات و عدد المستخدمين إلى زيادة الطلب على استخدام الطيف الترددي و الذي دفع بالباحثين دوما لايجاد طرق لاستخدام الطيف بشكل أكثر فاعلية مما يحقق جدوى أكبر من حيث الكلفة، و من هنا ظهرت اهمية تقنيات التكيف الراديوي التي تهدف لاستخدام الطيف الترددي بشكل أكثر فاعلية عن طريق ايجاد أجزاء الطيف الغير مستخدمة و تكييف تقنيات الارسال و الاستقبال لاستخدامها من خلال تعديل برمترات الارسال و الاستقبال و التعديل مما يؤمن الاتصال الذي يحتاجه المستخدم من حيث السرعة و جودة الخدمة و يقي من التداخل الراديوي من جهة و هدر الأطياف الترددية من جهة أخرى
أهم تقنيات استشعار الطيف الترددي:
-الاستشعار الطيفي المستمر:يعمد هذا النظام للبحث المستمر عن المساحات الطيفية البعيدة عن التداخلات
-الاستشعار الطيفي للمساحات الطيفية الشاغرة : يقوم هذا النظام بالبحث عن المساحات الطيفية الشاغرة البديلة لتكون متاحة في حال اضطر المستخدم للانتقال لمساحة طيفية جديدة
-مراقبة الارسال: يجب على النظام مراقبة الارسال الخاص بالمشتركين ليتم تميزه عن الاشارات الأخرى و التخلص من التشويش
الوصول المتعدد باستخدام التقسيم الإشعاعي:
إحدى أهم التحديات التي تواجه الاتصالات الخلوية في سعيها لتقديم أفضل جودة خدمة لعدد كبير من المستخدمين لزيادة جودة الخدمة و استيعاب عدد اكبر من المستخدمين ضمن اطار طيف ترددي ضيق مما دفعها لاستخدام تقنيات الوصول المتعدد كـ FDMA و TDMA و CDMA و OFDM التي تستخدم التقسيم الزمني او التقسيم الترددي إلا أن الجديد في معاير الجيل الرابع استخدام التقسيم الشعاعي ، حيث تقوم الهوائيات في كل محطة ارسال قاعدية خلوية Base Transvers station بتقسيم الاشارة المرسلة إلى أكثر من اشاع موجه كل منه إلى جهاز خلوي محدد مما يزيد من قدرة النظام الخلوي على استيعاب عدد أكبر من المستخدمين الذين قد يستخدمون نفس الطيف الترددي لكنهم مفصولين فيزيائيا. حيث تراقب المحطة القاعدية مكا تواجد الجهاز الخلوي و سرعة حركته و تقوم بحساب اتجاه و عرض الاشعاع المطلوب توجيهه
دعم تقينية IPv6 و تقنية Flat IP:ضمن معاير الجيل الخامس كل جهاز خلوي يملك عنوان IP ثابت مبدئي خاص به و الذي يمثل موقع الفعلي، عندما يريد جهاز حاسوبي أن يتواصل مع جهازنا الخلوي فإنه يرسل حزمة معلومات Packet إلى عنوان الـ IP الخاص به و بعدها يقوم الخادم server بتوجيه الحزمة إلى الموقع الفعلي للجهاز الخلوي باستخدام العنوان الحالي المؤقت و يرسل العنوان المؤقت إلى جهاز الحاسوب وبالتالي يستطيع الاخير التواصل مباشرة مع الهاتف الخلوي باستخدام العنوان الفعلي المؤقت
والجدير بالذكر أن عنوان IPv6 ذو عرض 128 بت لذا فهو عدد عنواين ال IP المتاحة أكبر ب4 مرات من الإصدار السابق IPv4 ، إضافة لذلك فإن بنية الشبكة ستكون ابسط ويعود ذلك لاستخدام Flat IP مما يلغي الحاجة للبنية الهرمية المعقدة من الموجهات routers و المبدلات switches بين المحطة القاعدية BTS و الموجهات المركزية core routers

إلا أن ذلك من جهة أخرى يخلق تحديات أمنية كبيرة، فعالم الـ IP يفتح المجال أمام الهجمات والاختراقات من شبكة الانترنت تجاه مستخدمين الأجهزة المحمولة ويوضح الشكل التالي ألية عمل هذه التقنية

تعدد الوجهات Multihoming
تقنية تهدف لزيادة وثوقية الاتصال بالانترنت حيث سيدعم الجيل القادم من برتوكول IP المناولة الأفقية Vertical Hanover حيث سيتمكن المستخدم من الاتصال بعدة مزودات خدمة عبر عدة شبكات او بنفس المزود عن طريق عدة شبكات عبر عدة عناوين IP  وفي حال توقف احاها فانه سينتقل و بشكل تلقائي إلى الأخرى

وفي الصورة نرى تطبيقا عمليا لهذه التقنية باستخدام بروتوكول BGP حيث نرى المستخدم متصلا بمزودي خدمة، و قد ازداة شعبية هذه التقنية مع انتشار شعبية IPv6 لما يتيحه من استيعاب عدد عناوين أكبر من نظيره IPv4
الشبكات واسعة الإنتشار
إن الطلب المتزايد على تقنيات الاتصال عريضة الحزمة اللاسلكية يوفر القدرة على تكون شبكات محلية Local network تغطي مناطق واسعة و إن المستقبل ينبئ بما يدعى "شبكة الشبكات" و التي ستأمن اتصالا عن منقطع خلال تجول المستخدم في مساحات واسعة و انتقاله عبر تقنيات نفاذ لاسلكي متعددة (2.5G,3G,4G,5G) بالاضافة ل Wi-Fi  و فماعير الجيل الرابع و المعاير الأحدث منها تدعم تقديم اتصال غير منقطع بغض النظر عن التقنية المستخدمة لتوفير الاتصال.
المعيار IEEE 802.21 يدعم الانتقال عملية المناولة و النتقال ضمن نفس الشبكة و مع الشبكات الأخرى سواء التي تدعم معاير 3GGGP ويسمى هاذا النوع بالمناولة الأفقية vertical handover ، في الشبكات الخليوية تعتمد  حدوث عملية المناولة على قوة الإشارة النسيبة و جودة اجرائية المكالمة أما في المناولة الأفقية فإنها تعتمد على قوة الاشارة و نوعية التطبيق المستخدم و حاجات المستخدم و ظروف الشبكة

تقنية نظام الارسال باستخدام مجموعات التعاون
قدمت تقنية النظام المتعدد الدخل و المتعدد الخرج MIMO (Multiple input multiple output) معدل نقل بيانات اكبر و ووثوقيه اكبر و لكن من الواضح أنه لا يمكن الاستفادة من هذه التقنية إلا من طرف المحطة القاعدية و أنها صعبة التطبيق من جهة الهاتف الخلوي كونها شرهة لاستهلاك الطاقة الكهربائية و تتطلب تعقيد اكبر في الدرات المستخدمة مما قد يرفع تكلفة التجهيزات بشكل قد يبدو طفيفا من جهة المشغل الا أنه غير مقبول من طرف المستخدم ، لذا تم التوصل لحل لهذه المشكلة عن طريق تقنية نظام الارسال باستخدام مجموعات التعاون حيث يقوم الجهاز الخلوي بالاستماع لإرسال الجهاز المجاور و إعادة إرساله مرة أخرى إلى المحطة القاعدية مما يحقق تباين في الارسال diversity ويزيد من وثوقيه الاتصال و ذلك بإحدى الطريقتين :
1-التضخيم و الإرسال: يقوم الجهاز الجار باستقبال الاشارة و تضقويتها و إعادة ارسالها دون أي تعديل، هذه الطريقة تعد فعالة في تقوية اشارة المرسل في حال كانت اشارته ضعيفه اعتمادا على مرسل مجاور ذو قوة اشارة أعلى
2-الترميز والتمرير: عندما يستلم الجهاز الجار الإشارة فانه يقوم بترميزها decoding قبل تمريرا للهدف ويمكنه اضافة رماز تحقق من الخطأ الى الاشارة المرسلة، هذه الخوارزمية ممكنة فقط في حال كان المرسل يملك قوة اشارة كافية

دعم الحوسبة السحابية المحمولة:
الحوسبة السحابية تقنية فريدة و جديدة تسمح بالوصول للبيانات كالمستندات و الفيديهوات و الصور من اي مكان دون الحاجة لأن نحمل أجهزة التخزين معنا عن طريق تخزين ملفاتنا على مزود خدمة سحابية ، أحد الأمثل على ذلك هو Gmail حيث يمكنك الوصول إلى رسائلك من أي مكان ، Google docs مثال آخر حيث يمكنك متابعة العمل على مستداتك في اي مكان ومن اي جهاز كومبيوتر او جهاز لوحي او محمول و التي قد تساهم في ارتفاع سقف التوقعات المنتظرة من الهواتف الذكية فقد اصبح بالامكان اصطحاب حجم هائل من الملفات يتجاوز السعة التخزينية لهاتفك الذكي معك اينما ذهبت و القيام بعمليات تفوق قدرات الحوسبة المحمولة في جهازك الذكي بفضل الحوسبة السحابية بالإضافة لامكانية تشغيل بعض التطبيقات التي لايدعمها نظام تشغيل  هاتفك الذكي اعتمادا على منصة سحابية حيث لم تعد مضطرا لتثبيت البرنامج على هاتفك بعد الآن.
المحطات القاعدية العالية الإرتفاع :
نتيجة الحاجة المتزايدة لنقل البيانات بسرعة أكبر فإمما نحتاج عرض حزمة أعلى و الذي بدوره يحتاج لاستخدام تقنيات ارسال ذات طول موجة كبير مما يتطلب تحقق شرط وجود خط نظر Lone of sight بين المرسل و المستقبل و الذي يستحيل تحقيقه دائما و خاصه في المناطق التي تتصف بانتشار وعر للإشارة مما دفع الباحثين للعمل على المحطات القاعدية العالية الإرتفاع والتي تطير على ارتفاعات ستراتوسفيرية (بين 22 و 17 كيلو متر عن سطح الأرض) و هي معدة لتبقى معلقة مدى طويلة بفضل تغذيتها الهجينة بالطاقة التي تعتمد على الطاقة الشمسية و البطاريات والمولداتـ و تقوم هذه المحطات باستقبال اشارات الأقمار الإصطناعية واعادة بثها مؤمنة تغطية بنصف قطر يصل الى 30 كيلومتر ، وبما أن ارتفاع و اتجاه هذه المحطات يتأثر بالرياح وفي حال كان مقدار هذا التغير أو الإنزياح أكبر من عرض حزمة الارسال الموجهة إلى الجهاز المحمول فإنه يتوجب تعديل ربح الهوائي لتقيل توجهيته

معمارية الشبكة المركزية core Network الفريدة:
مع تطول أجيال شبكات الهاتف الخلوي قدم كل جيل جديد قدرة على نقل مقدار أكبر من البايتات في الثانية بينما أضاف الجيل الرابع تقنيات تغطية راديوية تؤمن استيعاب لعدد أكبر من المستخدمين وتأخير أقل. أما تقنيات ما بعد الجيل الرابع قلم تأتي لتستبدل ما سبقها من أجيال بل قدمت حلولا لدمج التقنيات والأجيال المختلفة بشكل متكامل ضمن شبكة واحدة تعتمد تقنية IP مما يتيح لمختلف المكونات سواء كانت متحكمات محطات قاعدية BSC خاصة بالجيل الثاني أو متحكمات شبكات راديوية الخاصة بالجيل الثالث وبمختلف تقنيات تبادل البيانات ال ATM وغيرها كل ذلك في معمارية متكاملة واحدة

#هندسة_الاتصالات