أنواع شبكات 5G: أيها مناسب لمؤسستك؟

تقنية 5G ليست حلاً واحدًا مناسبًا للجميع يستطيع تمكين التحول الرقمي بلمسة زر واحدة. بل هناك ثلاثة أنواع لشبكات 5G، لكل منها حالات استخدام وقدرات خاصة بها، يتعين على قادة الأعمال فهمها.

تنقسم شبكات 5G اللاسلكية إلى ثلاثة أنواع—منخفضة النطاق ومتوسطة النطاق وعالية النطاق—وتستند هذه التسميات إلى طيف الترددات اللاسلكية التي تدعمها.

• تنقل شبكة 5G منخفضة النطاق البيانات على ترددات تتراوح بين 600 و900 ميجاهرتز
• وتنقل شبكة 5G متوسطة النطاق على ترددات تتراوح بين 1 و6 جيجاهرتز
• وتنقل 5G عالية النطاق على ترددات تتراوح بين 24 و47 جيجاهرتز.

تقدم جميع شركات الاتصالات الرئيسية في أمريكا الشمالية، ومنها AT&T وVerizon وGoogle (ومعظم شركات الاتصالات في جميع أنحاء العالم) جميع النطاقات الثلاثة. قبل أن ننتقل إلى القدرات التي يوفرها كل نطاق، دعنا نلقِ نظرة فاحصة على تقنية 5G نفسها، وكيف تعمل ولماذا تهتم الشركات في كل مكان بالإمكانات التي تحملها.

تقنية5G، أو تقنية الجيل الخامس للهاتف المحمول، هي إحدى المواصفات الجديدة للشبكات اللاسلكية التي طورها مشروع شراكة الجيل الثالث (3DPP) في عام 2018 لإدارة عملية تطوير الأجهزة المصممة للعمل بشبكات الجيل الخامس 5G، بما في ذلك الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر الشخصية والأجهزة اللوحية وغير ذلك الكثير.

على غرار معايير التقنية اللاسلكية السابقة، مثل 3G و4G و4GLTE، ترسل تقنية 5G البيانات وتستقبلها على موجات لاسلكية. ولكن بالنظر إلى التحسينات التي طرأت على زمن الانتقال وعرض النطاق الترددي، أصبحت شبكات 5G قادرة على توفير سرعات تحميل وتنزيل أسرع بكثير. يمكن أن تصل سرعات تنزيل بعض شبكات 5G إلى 10 جيجابت في الثانية (Gbps)، ما يجعلها مثالية للتقنيات الجديدة مثل الذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي (ML) وإنترنت الأشياء (IoT).

مع تزايد حالات استخدام تقنية 5G، يزداد الطلب على الشبكات التي يمكنها دعم الأجهزة التي تعمل عليها. في أمريكا الشمالية وحدها، يتمتع أكثر من 200 مليون منزل حاليًا بإمكانية الوصول إلى سرعات اتصال 5G (محتوى الرابط موجود خارج موقع ibm.com) ومن المتوقع أن يتضاعف هذا الرقم خلال السنوات الأربع القادمة.

كمثل الأنواع الأخرى من الشبكات اللاسلكية، تعمل تقنية 5G على منطقة جغرافية للتغطية تنقسم إلى "خلايا". داخل كل خلية، يمكن لجهاز مثل هاتف أو كمبيوتر شخصي أو مستشعر إنترنت الأشياء (IoT) الذي يدعم تقنية 5G الاتصال بالإنترنت عبر الموجات اللاسلكية. تم استخدام طريقة إنشاء الاتصالات نفسها في الأجيال السابقة من الشبكات اللاسلكية، ولكن مع تقنية 5G، مكنت التحسينات التقنية من توفير سرعات أعلى بكثير.

معيار RAT الجديد

يوضح معيار 5G NR (الراديو الجديد) للشبكات الخلوية الذي طوره مشروع شراكة الجيل الثالث (3DPP) في عام 2018 ما يعنيه الجيل التالي من مواصفات تقنية الوصول إلى الراديو (RAT) لجميع شبكات الجيل الخامس للهاتف المحمول. وبشكل أساسي، ترفع تقنية الوصول إلى الراديو (RAT) الجديدة التي صدرت في عام 2018 نطاق تقنية الجيل الخامس إلى ما فوق 6 جيجاهرتز—وهي نطاقات تردد لم تكن تستخدمها الأجهزة الخلوية من قبل.

تقطيع الشبكة إلى شرائح

يتمثل التطور الرئيسي الآخر من تطورات إطلاق تقنية الجيل الخامس 5G في عام 2018 في إضافة تقنية تقسيم الشبكة إلى قطاعات. تتيح تقنية الجيل الخامس 5G لمزودي خدمات الاتصالات القدرة على نشر شبكات افتراضية مستقلة بالإضافة إلى الشبكات العامة باستخدام البنية التحتية لتقنية الجيل الخامس 5G نفسها. تمنح هذه الميزة، الفريدة من نوعها في تقنية الجيل الخامس 5G، المستخدمين المزيد من الوظائف التي تساعدهم عند العمل عن بُعد مع الاستمرار في توفير مستوى عالٍ من الأمان.

شبكات خاصة

يمكن للمؤسسات التي تدعم 5G إنشاء شبكات خاصة بالكامل مع ميزات التخصيص والأمان التي تسمح بمزيد من التحكم والتنقل لموظفيها عبر مجموعة واسعة من حالات الاستخدام.

تمت الإشادة بتقنية الجيل الخامس 5G بفضل إمكاناتها التحويلية في عدد من المجالات، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى الترددات العالية التي تستخدمها وقدراتها الجديدة المتعلقة بالنقل السريع والآمن للبيانات كبيرة الحجم. منذ إطلاق تقنية النطاق العريض لأول مرة في أوائل عام 2000، زادت كمية البيانات الناتجة عن الأجهزة اللاسلكية بشكل كبير. في الوقت الحالي، تتطلب التقنيات المتطورة مثل الذكاء الاصطناعي و التعلم الآلي (ML) الكثير من البيانات لتشغيل الشبكات القديمة. ومن ناحية أخرى، فإن أجهزة الجيل الخامس 5G مناسبة تمامًا للتطبيقات ذات متطلبات البيانات الكبيرة. فيما يلي بعض الاختلافات الرئيسية بين تقنية الجيل الخامس 5G وسابقاتها.

• بصمة مادية أصغر: أجهزة إرسال الجيل الخامس (5G) أصغر من تلك المستخدمة في شبكات الجيل الثالث والجيل الرابع (4G) والجيل الرابع LTE، وتتطلب الخلايا الصغيرة التي تنقسم إليها مناطق التغطية طاقة أقل.
• تحسين معدلات الخطأ: تعتمد عملية نشر شبكات الجيل الخامس على مخطط التعديل والترميز المتكيف (MCS)، وهو مخطط مخصص لنقل البيانات فائق الإمكانات أكثر من المخططات المستخدمة في شبكات الجيل الثالث والجيل الرابع. نتيجة لذلك، فإن معدلات خطأ الكتلة (BER) في شبكات الجيل الخامس 5G— وهو معدل تكرار الأخطاء على شبكاتها—أقل بكثير.
• نطاق ترددي أفضل: بفضل استخدام نطاق أوسع من الترددات اللاسلكية مقارنةً بالأجيال السابقة من الشبكات، يمكن لشبكة الجيل الخامس دعم المزيد من الأجهزة على شبكاتها في وقت واحد.
• زمن انتقال قصير: إن زمن الانتقال القصير لشبكة 5G—وهو قياس للوقت الذي تستغرقه البيانات للتنقل بين الأجهزة على الشبكة—يجعل أنشطة مثل لعب ألعاب الفيديو أو تنزيل ملف أو العمل في السحابة أسرع بكثير من أنواع الشبكات اللاسلكية الأخرى.

فيما يلي نظرة فاحصة على الأنواع الثلاثة لشبكات الجيل الخامس 5G ولماذا يجب على الشركات التفكير في أمرها.

5G منخفضة النطاق

تعمل شبكة 5G منخفضة النطاق على ترددات تتراوح بين 600 و900 ميجاهرتز، وهي قريبة جدًا من ترددات محطات التلفزيون والراديو. وعلى الرغم من أن هذه الترددات ليست "فائقة السرعة" بأي حال من الأحوال، فإنها لا تزال أسرع بكثير من سرعات 4G—تصل إلى 10 أضعاف في بعض الحالات—وهي قادرة على الانتقال عبر مسافات طويلة وتغطية مساحات واسعة. بالنسبة إلى المستخدمين الذين يرغبون في التضحية بالسرعة من أجل الوصول، تُعد شبكة 5G منخفضة النطاق خيارًا رائعًا.

شبكة 5G متوسطة النطاق

أما شبكة 5G متوسطة النطاق، فعلى الرغم من أنها أسرع من الشبكة متوسطة النطاق، فإنها لا تزال غير قادرة على الوصول إلى السرعات التي تتطلبها التطبيقات المتطورة مثل الذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي (ML) وإنترنت الأشياء (IoT). تعمل شبكة 5G متوسطة النطاق على ترددات تتراوح بين 1 و6 جيجاهرتز، ما يمنحها قدرة أكبر على نقل كميات أكبر من البيانات، ولكن ليس على مساحة كبيرة. ويتمثل أحد التقديرات المهمة للمؤسسات التي تسعى إلى الاستفادة من شبكات 5G متوسطة النطاق في حقيقة أن المباني والهياكل الصلبة الأخرى يمكن أن تتداخل مع الاتصال، خاصة في الطرف الأعلى من عرض النطاق الترددي.

شبكة 5G عالية النطاق

لا يمكن لشبكة الجيل الخامس 5G عالية النطاق الانتقال إلى مسافات بعيدة جدًا ولكنها قادرة على توفير سرعات فائقة تتطلبها تطبيقات الجيل الخامس 5G الأكثر إثارة. تضع شبكة الجيل الخامس 5G عالية النطاق المعيار الذهبي للعديد من التقنيات التحويلية، مثل المركبات ذاتية القيادة والروبوتات والمدن الذكية. يرجع الفضل في الكثير من هذه السرعة والأداء الفائقين إلى تقنية الموجات الملليمترية (mmWave) الخاصة بشبكة الجيل الخامس 5G، وهي نطاق محدد بين 30 و300 جيجاهرتز.

• الموجات المليمترية (wwWave): تختلف حالات استخدام الموجات المليمترية قليلاً عن أنواع شبكات 5G الأخرى، وتشمل مراكز البيانات وبث الفيديوهات والواقع المعزز/الواقع الافتراضي (AR/VR) التي تتطلب سرعات وأداءً أعلى مما يمكن أن تقدمه شبكتا 5G منخفضة النطاق ومتوسطة النطاق. وفي حين أن شبكة 5G ذات الموجات المليمترية تتفوق على نوعَي شبكات 5G الآخرين من حيث السرعة والأداء، فإنها لا تزال تعاني القيود نفسها من حيث انقطاعات خط الرؤية. على سبيل المثال، يمكن أن تعيق المباني وأوراق الشجر الكثيفة وحتى الأمطار الغزيرة اتصالات 5G المليمترية.
• مشاركة الطيف الديناميكي (DSS): للتعامل مع بعض مشاكل خط الرؤية التي تواجهها ترددات 5G ذات النطاق العالي، تقوم بعض شركات الاتصالات بنشر 5G على نفس الترددات المستخدمة عادةً مع الهواتف المحمولة والأجهزة 4G. تسمح مشاركة الطيف الديناميكي، أو تقنية DSS كما هي معروفة، للمؤسسات بتحقيق سرعات 5G دون استبدال بنيتها التحتية الحالية.

بالإضافة إلى سرعتها، فإن تقنية الجيل الخامس 5G أكثر أمانًا وموثوقية من الأجيال السابقة من الشبكات اللاسلكية، مما يتيح ميزات وفوائد جديدة يجب على الشركات بجميع أنواعها أن تأخذها بعين الاعتبار.

• اتصالات فائقة الموثوقية ومنخفضة زمن الانتقال: الاتصالات فائقة الموثوقية ومنخفضة زمن الانتقال، أو URLLC، هي قدرة اتصالات جديدة تم تصميمها خصيصًا لدعم متطلبات زمن الانتقال والموثوقية لإنترنت الأشياء والتطبيقات الأخرى عالية الطلب التي تعمل على شبكات 5G. باستخدام URLLC، تكون سرعة الاتصال فورية بغض النظر عن مكان وجود الطرفين فعلياً. يتيح URLLC تنفيذ مهام واسعة النطاق مثل الأتمتة وتشغيل المركبات عن بُعد وحتى الألعاب باستخدام سماعات الرأس AR / VR.
• النطاق العريض المتطور للهاتف المحمول: تقنية النطاق العريض المتطور للهاتف المحمول، أو تقنية eMBB، هي معيار جديد لخدمات الجيل الخامس يعزز عرض النطاق الترددي ويقلل من زمن الانتقال مقارنةً بالجيل الرابع. طور مشروع 3GPP إرشادات تقنية eMBB كجزء من معيار 5G NR الخاص به، وتعمل على زيادة معدلات إنتاج البيانات وعرض النطاق الترددي والإنتاجية عبر شبكات الجيل الخامس 5G، ما يحسن مجموعة واسعة من خدمات الوسائط. تشمل التطبيقات التي يغطيها معيار تقنية eMBB بث مقاطع الفيديو والألعاب وعمليات الواقع المعزز/ الواقع الافتراضي (AR / VR).
• الاتصالات الضخمة من النوع الآلي: الاتصالات الضخمة من النوع الآلي، أو mMTC، هو معيار آخر طرحه مشروع شراكة الجيل الثالث 3GPP كجزء من إرشادات شبكة الجيل الخامس (5G) للتعامل بشكل خاص مع الخدمات والتطبيقات التي تستخدم تقنية إنترنت الأشياء. يغطي mMTC عادة بنية شبكة مصممة للاتصالات عالية السرعة وزمن انتقال منخفض بين عدد كبير من أجهزة إنترنت الأشياء و/أو الأجهزة على شبكة واحدة. وتشمل أمثلة mMTC شبكات النقل الذكية والمصانع الذكية وشبكات الطاقة الذكية.

بفضل مدى سرعتها ومتطلبات زمن الانتقال ومدى الموثوقية، سرعان ما أصبحت شبكة الجيل الخامس 5G واحدة من أكثر تقنيات التمكين التي تشغل الرأي العام في الوقت الحالي. بدءًا من السيارات ذاتية القيادة مرورًا بشبكات الطاقة الذكية ووصولاً إلى غرف العمليات عن بُعد، إليك بعضًا من التطورات الأكثر إثارة التي تتيحها شبكة الجيل الخامس 5G:

• المركبات ذاتية القيادة: من سيارات الأجرة والمسيَّرات إلى الطائرات من دون طيار، تقف شبكة 5G وراء بعض التصميمات الأكثر تقدمًا في مجال المركبات ذاتية القيادة. وقبل ظهور تقنية 5G، كان حلم السيارات ذاتية القيادة بعيد المنال بسبب متطلبات البيانات التي لم تتمكن معايير الشبكة اللاسلكية السابقة تلبيتها. أما اليوم، فقد أتاحت سرعات اتصال 5G اختراقات في التشغيل عن بًعد أو القيادة الذاتية للسيارات والقطارات والطائرات وغير ذلك الكثير.
• المصانع الذكية: تعمل شبكة 5G، إلى جانب تقنيات الذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي (ML) وإنترنت الأشياء (IoT)، على جعل المصانع أكثر أمانًا وذكاءً وكفاءةً بفضل الإنجازات التي تحققت في كل شيء بدءًا من الاقتصاد في استهلاك الوقود وإصلاح المعدات إلى الكاميرات التي تعمل عن بُعد والتي تساعد على منع السرقة وجعل أماكن العمل أكثر أمانًا. على سبيل المثال، في مستودع مزدحم، يمكن للمسيرات والكاميرات المتصلة عبر إنترنت الأشياء التي يعتمد تشغيلها على شبكة 5G أن تساعد على تحديد موقع البضائع ونقلها بشكل أسرع وأكثر كفاءة من الموظفين البشريين—وببصمة كربونية أقل.
• المدن الذكية: بدأت البيئات الحضرية شديدة الاتصال في الاعتماد على شبكة 5G لتحفيز الابتكار في مجالات مثل إنفاذ القانون والتخلص من النفايات والتخفيف من حدة الكوارث. وتستخدم بعض المدن أجهزة استشعار تدعم 5G لتتبع أنماط حركة المرور في الوقت الفعلي وضبط الإشارات لتغيير التدفق وتقليل الازدحام وتحسين جودة الهواء. إضافة إلى ذلك، تراقب شبكات الطاقة التي تعمل بتقنية 5G العرض والطلب عبر المناطق المكتظة بالسكان وتنشر تطبيقات الذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي (ML) "لمعرفة" الأوقات التي يكون فيها الطلب على الطاقة مرتفعًا أو منخفضًا.
• الرعاية الصحية الذكية: كان مجال الرعاية الصحية أحد أكبر وأقدم المستفيدين من سرعات اتصال شبكة الجيل الخامس 5G. أحد الأمثلة على ذلك هو مجال إجراء الجراحة عن بُعد الذي يستخدم الروبوتات والبث المباشر عالي الدقة المتصل بالإنترنت عبر شبكة الجيل الخامس 5G. مثال آخر هو مجال الخدمات الصحية المتنقلة، حيث تسمح شبكة الجيل الخامس 5G للطواقم الطبية الميدانية بالوصول بسرعة وأمان إلى سجلات المرضى، ما يتيح اتخاذ قرارات أسرع وأكثر استنارة مع إمكانية إنقاذ الأرواح. وأخيرًا، خلال فترة الجائحة، أدت خدمة تتبع مخالطي المرضى ورصد أماكن تفشي الوباء التي تدعم شبكة الجيل الخامس 5G دورًا كبيرًا في الحفاظ على سلامة البشر.
• حوسبة الحافة: أصبحت حوسبة الحافة، وهي إطار حوسبة يسمح بإجراء الحسابات بالقرب من مصادر البيانات، بسرعة المعيار للشركات التي تعُد معالجة البيانات إحدى كفاءاتها الأساسية. ووفقًا لورقة Gartner البيضاء (محتوى الرابط موجود خارج موقع ibm.com)، بحلول عام 2025، ستتم معالجة 75% من بيانات المؤسسة على الحافة (مقارنة بنسبة 10% فقط الحالية). وهذا التحول المدعوم بالاتصال بشبكة 5G وسرعاتها يوفر الوقت والمال للشركات ويتيح تحكمًا أفضل في كميات البيانات الكبيرة.

قبل أن تتمكن الشركات من الاستفادة الكاملة من 5G، فإنها تحتاج إلى منصة مصممة لذلك. يتيح IBM Cloud Satellite للشركات من جميع الأنواع نشر وتشغيل التطبيقات باستمرار عبر بيئات التشغيل المحلية وحوسبة الحافة والبيئات السحابية العامة على شبكة 5G. ويتم تمكين كل ذلك من خلال اتصالات آمنة وقابلة للتدقيق داخل سحابة IBM Cloud.