شبکه‌های نسل پنجم (5G) چه چیزی با خود به همراه آورده‌اند؟

در مقایسه با وای‌فای، شبکه‌های موبایلی (سلولی) پیشرفت بیشتری در میزان گذردهی (Throughput) داشته‌اند. کمترین آن 1 گیگابیت بر ثانیه است اما ارقامی تا 10 گیگابیت هم ذکر می‌شود. اعتقاد بر این است، گذردهی 50 مگابیت بر ثانیه برای هر کاربر، مقداری معقول است اما حتی میزان 300 مگابیت بر ثانیه در 5 سال آینده هم قابل‌تصور است. 

در برخی کاربردها، تأخیر اهمیت بیشتری نسبت به گذردهی دارد. یکی از ویژگی‌هایی که همیشه با ارائه نسل جدید شبکه‌های موبایلی بهتر شده و شبکه نسل پنجم نیز این راه را ادامه می‌دهد، کاهش تأخیر در ارسال بسته، صدا، ویدئو و کاربردهای مبتنی بر IP است. هدف نهایی رسیدن به تأخیری کمتر از 10 میلی‌ثانیه یا حتی 1 میلی‌ثانیه در کاربردهای کلاس‌بندی شده است (در ترافیک ارسالی اولویت‌بندی وجود دارد و برخی کلاس‌ها، اولویت بالاتری نسبت به ترافیک عادی دارند).

 

اپراتورها همیشه دنبال راهی برای کاهش سربار و هزینه‌های عملیاتی هستند. توسعه سیستم مدیریتی و سیستم پشتیبان عملیاتی (OSS) در مواردی قابلیت اتکا، دسترس‌پذیری، سرویس‌دهی، سازگاری، انعطاف‌پذیری، توانایی تحلیل و کارایی عملیاتی را مؤثرتر خواهد کرد. بیشتر این مزایا برای کاربر نهایی قابل‌لمس هستند.

جابه‌جایی (Mobility)

قرار است جابه‌جایی‌های بسیار سریع (بیش از صد کیلومتر بر ساعت) تأثیرات منفی بر سرویس ارائه‌شده نداشته باشند. احتمالا با توجه به شرایط، هنوز هم محدودیت‌هایی وجود داشته باشد و شاید به ایجاد تنظیمات خاصی در این شرایط نیاز باشد.

 

انتظار داریم در 5G فرکانس‌هایی به نام باند‌های موج میلی‌متری (Millimeter-Wave) که بالای 30 گیگاهرتز هستند، مورد استفاده قرار گیرند. این فرکانس‌ها در بخش‌های مختلفی در دنیا در دسترس هستند؛ چه در طیف‌های آزاد و چه در طیف‌هایی که به مجوز نیاز دارند.

فرکانس‌های موج میلی‌متری برای سلول‌های کوچک مناسب هستند، زیرا آن‌ها به آنتن‌های کوچک برای ارسال و دریافت نیاز دارند و کارآیی در یک محیط کوچک‌تر بسیار بالاتر است. در واقع، این فرکانس‌ها به دلیل ماهیت فیزیکی و شرایط ناپایدار، تأثیر زیادی از محیط می‌گیرند؛ پس محیط نباید بزرگ باشد. این مشکل را می‌توان با استفاده دوباره از فرکانس (Frequency Reuse) حل کرد. یعنی از یک فرکانس در چند سلول طوری استفاده شود که تداخلی با یکدیگر نداشته باشند. فرض بر این است، این سلول‌ها با یک‌فاصله جغرافیایی مشخص از یکدیگر قرار داشته باشند اما از یک فرکانس یکسان استفاده کنند.

فناوری‌های جدید

انتظارات زیادی برای ارائه فناوری‌های جدید یا پیشرفت فناوری‌های گذشته وجود دارد. از جمله پیاده‌سازی تکنیک چندآنتنه (MIMO)، استفاده از مدولاسیون‌های دیگر، فناوری‌هایی برای بهره‌وری بیشتر از توان، عدم نیاز به برج‌های مخابراتی بزرگ، پیاده‌سازی شبکه نرم‌افزارمحور (SDN) و NFV.

 

نسل جدید شبکه‌های بی‌سیم، ترافیک هر نوع کلاس را پشتیبانی می‌کند و دستگاه‌های مختلف (از کاربردهای دریافت ویدئو تا مسائل کوچک پزشکی) می‌توانند به این شبکه متصل شوند. واقعیت مجازی، کنترل و نظارت، خودکارسازی، خودروهای هوشمند، امنیت عمومی و... همه ما را به یاد اینترنت اشیا (IoT) می‌اندازد. 5G یک نعمت برای رسیدن به حالت ایده‌آل اینترنت اشیا است و انتظار داریم ده‌ها میلیارد دستگاه در یک دهه آتی از این نوع شبکه‌ها استفاده کنند.

در نهایت به اپراتورها، شرکت‌ها و تولیدکنندگان تجهیزات می‌رسیم که برای رشد نیازمند توسعه فناوری و بسترهای جدید هستند. این بخش‌ها برای رشد تجارت خود و ارائه خدمات به کاربر نهایی  به کمک‌های خارجی نیاز دارند و به تنهایی کاری از پیش نخواهند برد. به‌طور خلاصه، 5G یک فرصت مناسب در کسب‌وکار ایجاد کرده که علاوه بر شرکت‌ها، کاربران نیز از آن سود خواهند برد و این یک بازی برد ـ برد است.

 

 3G آخرین نسل از شبکه‌های بی‌سیم بود که تعریف رسمی «نسل» را به همراه داشت و سازمان ITU این تعریف را ارائه داد (ITU از سازمان‌های فعال در زمینه شبکه است که بیشتر وظایف استاندارسازی را بر عهده دارد). تعریف 4G هرگز رسمی نبوده و همیشه بحث‌های قانونی پیرامون LTE و LTE-A وجود داشته که توسط 3GPP تصویب‌شده‌  است. 3GPP یک گروه استاندارسازی صنعتی متشکل از سازمان‌ها و انجمن‌های اصلی است که دامنه وسیعی در سراسر دنیا دارد. این گروه از زمان ایجاد 3G معیارهایی برای تعریف شبکه‌های موبایلی در نظر گرفته و موارد کلیدی در شبکه‌های تمام -IP، LTE و LTE-A مشخص کرده است. انتظار داریم 3GPP از دیدگاه عملیاتی و با در نظر گرفتن شرایط بازار، معیارهای یک شبکه نسل پنجم را مشخص کند و این اتفاق در نیمه دوم سال 2019 رخ دهد. سازمان ITU به نظر کار دشوارتری دارد و کارهای مرتبط با خود را زودتر از سال 2020 تکمیل نخواهد کرد. ETSI یکی دیگر از سازمان‌ها است که در 5G نقش پررنگی دارد.

5G در مقایسه با LTE

LTE یک فناوری و یک استاندارد از نسل چهارم است که چند سال پیش ارائه شد و جزو نسخه‌های اولیه نسل چهارم بود. اما از زمان ارائه نسخه پیشرفته‌تر آن، یعنی LTE-A Pro زمان زیادی نگذشته است. (LTE-A Pro با نام 4.5G نیز شناخته می‌شود). انتظار داریم فاصله بین شبکه‌های نسل پنجم با LTE pro زیاد نباشد. از دیدگاه بازاری، حتی مرزی بین 4G و 5G وجود ندارد.

 

با این‌که موفقیت‌های چشمگیری در رسیدن به شبکه‌های نسل پنجم صورت گرفته اما هنوز چند مشکل باقی است. شاید مهم‌ترین موضوع، طیف فرکانسی‌ای باشد که به 5G وعده داده شده است. واقعاً دولت‌ها با توجه به تقسیم‌بندی خود‌ چقدر از طیف‌های مورد نیاز 5G را می‌توانند در اختیار آن قرار دهند؟ به‌علاوه ممکن است، دستگاه‌های دیگری در حال حاضر وجود داشته باشند که از این طیف‌ها استفاده کنند و این باعث ایجاد تداخل خواهد شد. با توجه به این‌که شبکه‌های موبایلی جدید قرار است از باندهای فرکانسی مختص وای‌فای استفاده کنند، موضوع کمی پیچیده‌تر هم می‌شود. سایر مشکلات به شرح زیر است:

ارتباط‌ سلول‌ها: در 5G سلول‌هایی با ویژگی‌های متنوع وجود دارند که ظرفیت اتصال این سلول‌ها به یکدیگر یک چالش مهم به‌خصوص در بحث هزینه‌هاست.

سازگاری و پیشرفت: شبکه‌های نسل سوم، چهارم و پنجم باید در کنار یکدیگر کار کنند و مشکلی برای دیگری ایجاد نشود که این باعث پیچیدگی بیشتر خواهد شد.

دیگر سیاست‌های تنظیمی (Regulatory): علاوه بر بحث طیف، باید به مالیات سرویس‌های ارتباطی، نوع سرویس‌های جهانی، سیاست‌های ملی و حقوقی نیز پرداخته شود.

هزینه‌ها: واقعیت این است هنوز در مورد هزینه‌های تماس صوتی، تصویری، پیام‌های متنی، دیتا و... ایده و مقدار تعیین‌شده‌ای وجود ندارد.

 

در جدول 2 خط زمانی تغییرات 5G را مشاهده می‌کنید. 

 

فعالیت در حوزه 5G ادامه خواهد داشت؛ حتی اگر زمینه‌های کمی برای تست آن وجود داشته باشد. برای تست یافته‌ها به سخت‌افزارها و نرم‌افزارهایی نیاز است که همه آن‌ها هنوز در دسترس نیستند. انتظار نداریم تا سال 2020 یا 2021 شبکه‌های 5G همه‌گیر و در دسترس عموم قرار گیرد. تا سال 2025 این فناوری فراگیر شده و جمعیت زیادی از مردم از آن استفاده خواهند کرد (فراموش نکنید، اینترنت اشیا در حال پیشرفت است و تعداد دستگاه‌ها افزایش خواهند داشت). شبکه‌ها و زیرساخت‌های 4G حداقل تا سال 2030 مفید و مورد استفاده خواهند بود و در ادامه ممکن است بازار و سازندگان تجهیزات، 4G را به‌تدریج فراموش کنند