كيف حول 40 سنة من التكنولوجيا اللاسلكية الشبكات إلى منصات حسية

من المكالمات إلى الإدراك

عندما أجرى مهندس Motorola Martin Cooper أول مكالمة هاتف محمول عامة في أبريل 1973، كانت التكنولوجيا التي كان يوضحها مجرد أداة اتصال، لا أكثر. بعد خمسين سنة من تطور التكنولوجيا اللاسلكية، تحولت الشبكة التي تحمل المكالمات والرسائل النصية والبيانات إلى شيء أكثر تعقيداً بكثير: منصة حسية موزعة قادرة على الكشف عن الحركة، ورسم خرائط للبيئات، ومراقبة الصحة، وتتبع الأصول الفيزيائية في جميع أنحاء العالم.

تتتبع نظرة IEEE Spectrum الرجعية على أربعة عقود من توحيد معايير الشبكات اللاسلكية هذا التحويل من شبكات الجيل الأول التناظرية في الثمانينيات من خلال الطرح الحالي لبنية 5G الأساسية والمواصفات الناشئة لـ 6G، ممسح كيف أضافت كل جيل متتالي ليس فقط نطاقاً تردديا أكثر ولكن قدرات جديدة أساسية أعادت تعريف ما هي الشبكة اللاسلكية وما يمكنها القيام به.

القوس الجيلي

شبكات الجيل الأول التناظرية (1G) كانت صوتية فقط، بدون تشفير رقمي وبدون قدرة البيانات. أضافت شبكات الجيل الثاني (2G) الرقمية رسائل SMS والبيانات الأولية. شبكات الجيل الثالث (3G)، التي بدأت في عام 2001، مكنت الوصول إلى الإنترنت المحمول بسرعات جعلت التصفح وتطبيقات الهاتف الذكي المبكرة عملية. كان الجيل الرابع (4G) LTE بمثابة النقطة التحول التي جعلت اقتصاد الهاتف الذكي الحديث ممكناً — يعتمد بث الفيديو وتطبيقات الركوب المشترك ومنصات توصيل الطعام والدفع عبر الهاتف المحمول على خصائص النطاق الترددي والكمون التي يتيحها 4G.

شبكات الجيل الخامس (5G)، في طرح عالمي نشط منذ 2019، تمثل قفزة تكنولوجية أكثر تعقيداً. وراء تحسينات النطاق الترددي الخام، تقدم 5G اتصالات موثوقة فائقة منخفضة الكمون للتطبيقات الصناعية والحرجة على السلامة، واتصالات من نوع الآلة الضخمة لعمليات IoT التي تربط ملايين الأجهزة لكل كيلومتر مربع، وتقسيم الشبكة الذي يسمح لبنية واحدة فيزيائية بدعم شبكات افتراضية متعددة بخصائص أداء مختلفة في نفس الوقت.

ثورة الاستشعار

ما ظهر بشكل أقل وضوحاً لكن بعواقب متزايدة هو استخدام الشبكات اللاسلكية ليس فقط لحمل المعلومات بل لتوليدها. تستخدم تقنية Integrated Sensing and Communication (ISAC) الموجات اللاسلكية المنبعثة لأغراض الاتصال للاستشعار الفوري بالبيئة الفيزيائية — كشف وجود وموضع وسرعة وخصائص الأجسام في مسار الموجة، تماماً مثل الرادار ولكن باستخدام نفس الإشارات التي يتم بثها بالفعل للاتصال.

تمتلك شبكات 5G خصائص الإشارة — النطاق الترددي الواسع، ترددات الموجات الميلليمترية، مصفوفات الهوائيات الكثيفة — التي تجعل ISAC ممكنة تقنياً على نطاق واسع. أظهرت الاختبارات البحثية أن محطات قاعدة 5G يمكنها الكشف عن وجود الإنسان والحركة، وتقدير عدد الأشخاص في الغرفة، وتتبع المركبات على الطرق المجاورة، وحتى مراقبة أنماط التنفس والإيماءات من انعكاسات الموجات اللاسلكية التي تنشئها البيئة في الإشارات الخلوية العادية وإلا.

تتراوح التطبيقات التي يتم استكشافها من غير ضارة — إدارة الطاقة الذكية للمباني التي تكشف الاشغال بدون كاميرات، مراقبة الحياة المساعدة التي تكشف السقوط بدون فيديو غازي للخصوصية — إلى المحتمل أن تكون مقلقة: تتبع سلبي للأفراد في الأماكن العامة بدون معرفتهم أو موافقتهم. نفس القدرة التي تجعل الشبكة أكثر فائدة يمكن، بدون حكم مناسب، أن تصبح بنية تحتية للمراقبة لم يختر أحد بناءها بشكل صريح.

الطريق إلى 6G

معايير الجيل السادس للشبكات اللاسلكية، التي يجري تعريفها حالياً من قبل منظمات البحث وهيئات المعايير في جميع أنحاء العالم مع الهدف النشر التجاري في أوائل الثلاثينيات، يتم تصميمها من الألف إلى الياء مع تكامل الاستشعار كقدرة من الدرجة الأولى. المواصفات 6G قيد التطوير في أوروبا والولايات المتحدة واليابان وكوريا الجنوبية والصين تتضمن جميعها متطلبات ISAC صريحة، مما يعني أن الشبكات المستقبلية سيتم بناؤها للاستشعار بالعالم الفيزيائي كوظيفة أساسية جنباً إلى جنب مع الاتصال.

سيتطلب هذا التقارب بين البنية التحتية للاتصال والاستشعار أطر تنظيمية جديدة. تم تصميم قانون الراديو لعام 1934 وخلفاؤه لعالم حيث كان تخصيص الطيف يتعلق بتمكين الاتصال. في عالم حيث نفس الطيف يمكن الاتصال في نفس الوقت وينتج بيانات استشعار عن البيئة الفيزيائية، لا تُجاب على أسئلة من يملك تلك البيانات، من يمكنه الوصول إليها، وما الأغراض التي يمكن استخدامها من قبل القانون الحالي للاتصالات.

ستتشكل العقود الأربعة القادمة في صناعة الشبكات اللاسلكية بقدر ما من خلال أسئلة الحكم كما هي من خلال التكنولوجيا الأساسية. كانت الشبكة التي خرجت من مكالمة Cooper عام 1973 دائماً أكثر من أداة اتصال في الإمكانية — هذا الإمكانية يصبح الآن واقعاً تشغيلياً بمقياس وسرعة لم تواكب معها اللوائح بعد.

هذا المقال يستند إلى تقارير IEEE Spectrum. اقرأ المقال الأصلي.