شبكات الجيل الخامس 5G وأثرها على الاتصالات المستقبلية

شبكات الجيل الخامس5G:

إن شبكات اتصال الجيل الخامس هي تقنية لاسلكية تنقل البيانات عبر الهواء من أبراج خلوية إلى الهواتف وأجهزة أخرى، بسرعات أكبر بكثير من التي نملكها اليوم. وهي عبارة عن تقنية من التكنولوجيا الخلوية مصممة لزيادة السرعة وتقليل زمن الاستجابة وتحسين مرونة الخدمات اللاسلكية. تتمتع تقنية 5Gبسرعة قصوى نظرية تبلغ 20GB في الثانية، بينما تبلغ السرعة القصوى لتقنية1 GB 4G في الثانية فقط.

إلا أن شبكات اتصال الجيل الخامس ليست واحدة، إذ تختلف أنواع اتصالات الجيل الخامس بحسب الجزء المستخدم فيها من الطيف الراديوي.

• استحدثت الأجيال الأربعة الأولى مستوى جديدًا من الاتصال، مع تركيز الجيل الثالث والجيل الرابع على تحسين بيانات الهاتف المحمول؛ وتسعى تقنية الجيل الخامس إلى مواصلة هذا الاتجاه وتوسيع الاستخدام للوصول إلى النطاق العريض المتنقل. ستعمل تقنية الجيل الخامس بجانب تقنية الجيل الرابع على أن تحل محله بشكل كامل بعد فترة.
• أحد الجوانب الرئيسية لتقنية 5G هو دعم سرعات بيانات عالية جدًا (High Data Rate)، مما يتيح نقل كميات كبيرة من البيانات بسرعة فائقة. هذا يتيح تجربة استخدام أكثر سلاسة وفاعلية، سواء في تحميل الملفات الكبيرة أو تدفق الفيديو عالي الجودة أو لعب الألعاب عبر الإنترنت بدون تأخير(delay).
• بالإضافة إلى ذلك، تقنية 5G تسعى لتحسين زمن الاستجابة (Low Latency)، وهو الوقت الذي يستغرقه إرسال البيانات من جهاز إلى آخر. وتقليل زمن الانتقال يعزز تجربة الاتصالات الحية والتفاعلية مثل الألعاب المتعددة اللاعبين بدون تأخير ملحوظ.
• أيضًا، تم تصميم شبكات 5G لتوفير سعة أكبر (Higher Network Capacity) مقارنة بتقنية 4G السابقة. ذلك يعني قدرة أكبر على استيعاب عدد كبير من المستخدمين والأجهزة المتصلة في نفس الوقت، مما يدعم توسع استخدامات الإنترنت الأشياء (IoT) والتطبيقات المتطورة مثل السيارات الذاتية القيادة وغيرها.

أنواع شبكات الجيل الخامس5G:

هناك نوعان رئيسيان من شبكات الجيل الخامس 5G Network:

1. شبكات مستقلة SA (Stand Alone): تعتمد الشبكات المستقلة بالكامل على تقنية الجيل الخامس.5G فهي تستخدم نطاقات ترددية والبنية التحتية مخصصة لشبكة الجيل الخامس .5Gتقدم شبكاتSA أفضل أداء وقدرات لتقنية 5G.
2. شبكات غير مستقلةNSA (Non-Stand Alone): تستخدم الشبكات غير المستقلة Non- Stand Alone NSA دمجًا بين تقنية الجيل الرابع (4G) وتقنية الجيل الخامس (5G). تستخدم هذه الشبكات نطاقات ترددية وبنية تحتية لشبكة4G لبعض الخدمات مثل الوصول الأولي (Initial Access) وإدارة حركة المرور (Traffic). تعتبر الشبكات NSA تقنية انتقالية تسمح لمشغلي (operators) الشبكات بنشر خدمات5G أثناء بناء البنى التحتية المخصصة لتقنية5G وتوفر هذه الشبكات انتقالًا سلسًا للمستخدمين من شبكة الجيل الرابع (4G) إلى شبكة 5G باستخدام تقنية الاتصال المزدوج (Dual Connectivity). ومع ذلك، فإنها لا تعزز كامل قدرات تقنية 5G ولا توفر نفس الأداء المتفوق الذي يقدمه النموذج المستقل (Standalone model).

مقارنة بين أنواع شبكات الجيل الخامس 5G المستقلة وغير المستقلة:

	5G المستقلة	5G غير المستقلة
التكنولوجيا	تعتمد بالكامل على 5G	تستخدم مزيجًا من 4G و 5G
النطاقات والبنية التحتية	مخصصة لـ 5G	تستخدم نطاقات وبنية تحتية لشبكة  4G لبعض الخدمات
الأداء والقدرات	أفضل أداء وقدرات 5G	أداء وقدرات أقل من SA
التكلفة	أكثر تكلفة من NSA	أقل تكلفة من SA
التطبيقات	مناسبة تمامًا للتطبيقات التي تتطلب أداءً عاليًا، مثل الألعاب والبث المباشر	مناسبة تمامًا للتطبيقات التي لا تتطلب أداءً عاليًا، مثل إنترنت الأشياء والاتصالات من الجهاز إلى الجهاز

كيفية عمل تقنية شبكات الجيل الخامس5G:

كما هو الحال مع الشبكات الخلوية السابقة، تستخدم تقنية 5Gالمواقع الخلوية التي تنقل البيانات عبر موجات الراديو. تتصل المواقع الخلوية بالشبكات بتقنية لاسلكية أو اتصال سلكي. تعمل تقنية 5G من خلال تعديل طريقة تشفير البيانات، ما يقدّم لشركات الاتصالات عددًا أكبر بكثير من الموجات الهوائية الصالحة للاستخدام. 

• مضاعفة تقسيم التردد المتعامد (OFDM): تعد تقنية مضاعفة تقسيم التردد المتعامد (OFDM) جزءًا أساسيًا من تقنية 5G تقنية OFDM عبارة عن تنسيق تعديل يشفّر موجات الهواء عالية النطاق غير المتوافقة مع شبكة 4G، ويوفر زمن انتقال أقل ومرونة محسّنة مقارنة بشبكات LTE.
• أبراج خليوية أصغر: تستخدم تقنية 5Gأيضًا أجهزة إرسال أصغر موضوعة على المباني والبنية التحتية الأخرى. اعتمدت شبكة 4G والتكنولوجيا الخلوية السابقة على أبراج خليوية مستقلة. وستدعم القدرة على تشغيل الشبكة من المواقع الخلوية الصغيرة العديد من الأجهزة بسرعات فائقة. 
• تجزئة الشبكة: يستخدم مشغلو شبكات الهاتف المحمول تقنية 5G لنشر عدة شبكات افتراضية مستقلة على نفس البنية الأساسية. يمكنك تخصيص كل شريحة شبكة لخدمات وحالات عمل مختلفة، مثل خدمات البث أو مهام المؤسسة. من خلال تكوين مجموعة من وظائف شبكة 5G لكل حالة استخدام محددة أو نموذج أعمال، يمكنك دعم متطلبات مختلفة من جميع الصناعات الرأسية. يعني فصل الخدمة أن المستخدمين يستفيدون من تجربة أكثر موثوقية وكفاءة محسّنة على أجهزتهم. 

إيجابيات شبكات الجيل الخامس5G:

• سرعة الاتصال: تعتبر سرعة اتصال الجيل الخامس من أهم مزاياها، حيث يتميز الـ 5Gبقدرته على نقل البيانات بسرعة 100 مرة أسرع من تقنية الجيل الرابع (4G)، وهذا يعني أنه يمكن تحميل الملفات ومشاهدة الفيديوهات بسلاسة بلا توقف.
•  استقرار الاتصال: يمتاز الـ 5G بقدرته على معالجة عدد كبير من المستخدمين في نفس الوقت دون تأثير على جودة الاتصال، وستتيح هذه التكنولوجيا تواصلًا ثابتًا وموثوقًا بين الأجهزة المختلفة، مما يعزز الاتصالات الجماعية بين الأشخاص.

•  تطور الأجهزة الذكية: ستعزز تكنولوجيا الـ 5G من قدرات الأجهزة الذكية، حيث تسمح هذه التكنولوجيا بتوصيل الملايين من الأجهزة المتصلة ببعضها البعض، مما يفتح الباب أمام تطور تكنولوجيا الأجهزة المرتبطة بالإنترنت (IoT) والتطبيقات الذكية في مجموعة واسعة من الصناعات.
• توجيه الشعاع ذو المدخلات والمخرجات المتعددة: توجيه الشعاع عبارة عن تقنية تتيح لهوائيات المحطة الأساسية ذو المدخلات والمخرجات المتعددة التعامل مع إشارة الراديو مع المستخدمين والأجهزة. تستخدم تقنية توجيه الشعاع خوارزميات مبتكرة لمعالجة الإشارات لتنظيم أفضل مسار لوصول إشارة الراديو إلى المعالج. هذا يعزز الكفاءة لأنه يؤدي إلى الحد من التداخل الغير مرغوب به في الإشارات اللاسلكية. 
• زيادة النطاق: في العديد من البلدان، تكون نطاقات تردد الجيل الخامس الأولية أقل من 6 جيجا هرتز (بشكل رئيسي في نطاقات 3.3-3.8 جيجا هرتز). سيوفر نطاق الخليوي المضاف فوق تردد 6 جيجا هرتز، بحساب نطاقات 26-28 جيجا هرتز، قدرة محسنة مقارنة بتقنيات الشبكة الحالية. سيدعم النطاق الإضافي والسعة المحسّنة المزيد من المستخدمين والمزيد من البيانات والاتصالات الأسرع. يُعتقد أيضًا أنه ستتم إعادة استخدام النطاق الحالي ذي النطاق المنخفض للجيل الخامس في المستقبل. هذا لأنه سيكون هناك انخفاض في استخدام الشبكات القديمة. سيسهل النطاق المحسن في نطاق الموجة الميليميترية التغطية الموضعية لأنه يعمل فقط عبر مسافات صغيرة. قد تستفيد عمليات النشر المستقبلية لشبكات الجيل الخامس من الترددات الميليميترية في نطاقات تصل إلى 86 جيجا هرتز ونطاق متنقل مع نطاق تردد لاسلكي 3-100 جيجا هرتز ونطاق الجيل الخامس جديد، يتراوح فوق 6 جيجا هرتز.
• زمن استجابة أقل: يتم تحقيق زمن استجابة أقل مع الجيل الخامس من خلال التطورات المهمة في تكنولوجيا الهاتف المحمول وبنية الشبكة.

سلبيات شبكات الجيل الخامس5G:

• تغطية محدودة: رغم إمكانات التكنولوجيا الجديدة، لا تزال تغطية الـ 5G محدودة في العديد من المناطق، خاصة خارج المناطق الحضرية الكبيرة، وهذا يمكن أن يكون مشكلة للمستخدمين الذين يعيشون في المناطق الريفية أو المناطق ذات البنية التحتية الضعيفة.
•  استهلاك البطارية: تتطلب التكنولوجيا الجديدة كمية كبيرة من الطاقة للعمل بكفاءة مما يؤدي إلى استهلاك أعلى للبطارية، وقد يشكل هذا تحديًا لأصحاب الأجهزة الذكية، وخاصة الذين يستخدمون تطبيقات وألعاب ذات استهلاك عالي للطاقة.
•  قلق الأمان والخصوصية: يثير تنتشر استخدامات تكنولوجيا الجيل الخامس مخاوف بشأن الأمان والخصوصية، حيث يمكن تحقيق تواصل متسلسل بين الأجهزة وجمع البيانات بشكل أكبر، وهذا يشكل تحديات في مجال حماية البيانات والحفاظ على سرية المعلومات الشخصية.

باختصار، تكنولوجيا الـ 5G تأتي بمجموعة كبيرة من الإمكانات والمزايا، ستساهم في تحسين سرعة الاتصال وتواصل الأجهزة، وتعزز من تكنولوجيا الأجهزة الذكية ومع ذلك، يجب مراعاة التحديات المطروحة مثل تغطية محدودة واستهلاك الطاقة العالي والقلق بشأن الأمن والخصوصية ومن المهم أن تعمل الشركات والمؤسسات والجهات التنظيمية على حل هذه التحديات وضمان توافق التكنولوجيا مع متطلبات الأمان والاستدامة.

المجالات التي يمكن أن نستفيد فيها من تقنيةشبكات الجيل الخامس5G:

• التنقل المستقل: في السابق، لم تكن فكرة السيارات ذاتية القيادة تُعتبر قابلة للتحقيق بسبب الوقت الطويل الذي تستغرقه السيارة في إرسال المعلومات واستلامها. ومع ذلك، فإن زمن الانتقال المنخفض لشبكة 5G يشير إلى أنّ السيارات ذاتية القيادة قد تصبح أكثر شيوعًا، مع الطرق المتصلة بأجهزة الإرسال وأجهزة الاستشعار التي ترسل المعلومات إلى المركبات في 1/1000 من الثانية وتستلمها منها. يعد تقليل الوقت أمرًا بالغ الأهمية، فيسمح لتقنية الذكاء الاصطناعي والرادار بتفسير ما يرانه (السيارات الأخرى والمشاة وعلامات التوقف) والتحكم في السيارة وفقًا لذلك. 
• المصانع الذكية: شبكات 5G للهاتف المحمول هي فرصة تتيح للشركات المصنعة إنشاء مصانع ذكية متصلة بشكل كبير. تدعم شبكة 5G إنترنت الأشياء (IoT)، ما يعني أن المصانع يمكنها الاتصال لاسلكيًا بعدة آلاف من الأجهزة الذكية، مثل الكاميرات وأجهزة الاستشعار، لتجميع البيانات تلقائيًا في الوقت الفعلي. يمكن للمصانع تحليل هذه البيانات ومعالجتها لجعل العمليات أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة. على سبيل المثال، يمكن لتقنية المستشعر الذكي وضع توقعات دقيقة حول دورات حياة المعدات، وتقديم معلومات تساعد على اتخاذ قرارات التخطيط، وتوقّع الوقت اللازم لصيانة الآلات.
• الواقع الافتراضي: تسمح تقنية الواقع الافتراضي والواقع المعزز (VR/AR) للهواتف المحمولة وسماعات الرأس والنظارات الذكية والأجهزة المتصلة الأخرى بإضافة تراكبات رقمية إلى العروض الحية. تحتوي تقنية VR/AR على مجموعة من حالات الاستخدام، بما في ذلك الصيانة الموجهة، والإصلاحات، والعمليات في المنشآت الصناعية، والتدريب في مكان العمل، والمبيعات، والتسويق، والتعاون في الوقت الفعلي. إن زمن الانتقال المنخفض وعرض النطاق الترددي العالي لتقنية 5G للهاتف المحمول سيجعلان تقنية VR/AR متاحة لمزيد من الشركات وفي المزيد من حالات الاستخدام.
• حوسبة الحافة: حوسبة الحافة عبارة عن عملية تقديم مساحة لتخزين البيانات وإمكانيات التحليل بالقرب من نقاط النهاية لديك. يمكنك إنشاء تطبيقات عالية الأداء يمكنها معالجة البيانات وتخزينها بالقرب من مكان إنشائها، ما يتيح زمن انتقال منخفض للغاية واستجابة ذكية وفي الوقت الفعلي. مع الجودة المتزايدة باستمرار لحالات استخدام الحوسبة المتطورة ومتطلبات البيانات، تعد الشبكة عالية السرعة ضرورية لتلبية الحاجة إلى الاستجابة في الوقت الفعلي تقريبًا. على هذا النحو، تدعم البنية الأساسية لشبكة 5G وتمكّن التعقيد المتزايد والتخصّص في حوسبة الحافة.
• المدن الذكية: تعتمد المدن الذكية على أجهزة إنترنت الأشياء (IoT) لجمع البيانات من حركة المرور والأفراد والبنية التحتية في الوقت الفعلي. من خلال تحليل تلك البيانات، يتخذ مخططو المدن قرارات أكثر استنارةً، ويخفضون الانبعاثات، ويحسنون الخدمات العامة، ويقللون من حركة المرور، ويحسنون جودة الهواء. قد يكون ظهور تقنية 5G حافزًا لأن تصبح المدن الرئيسية في العالم متصلة حقًا. 
• الرعاية الصحية: يمكن لشبكات 5G أن تضيف قيمة كبيرة إلى تكنولوجيا الرعاية الصحية. على سبيل المثال، سيسمح زمن الانتقال المنخفض بمشاركة المعلومات في الوقت الفعلي عبر الفيديو عالي الدقة، ما يجعل الجراحة عن بُعد أكثر شيوعًا. من المتوقع أيضًا أن تصبح الأجهزة القابلة للارتداء والأدوات القابلة للابتلاع أكثر شيوعًا، وتوفر لأخصائي الرعاية الصحية بيانات الملاحظات. ستؤدي المراقبة في الوقت الفعلي إلى توفير رعاية صحية شخصية بشكل متزايد للمرضى ومساعدة الأطباء على اكتشاف علامات المرض في وقت مبكر.
• البيئة: لدى تكنولوجيا 5G إمكانية المساعدة في تقليل الانبعاثات العالمية. إحدى مزايا شبكة 5G هي كفاءة الإرسال والطاقة المنخفضة التي تستهلكها مقارنةً بالشبكات السابقة. كما ستدعم المراقبة في الوقت الفعلي للانبعاثات وجودة الهواء وجودة المياه والمؤشرات البيئية الأخرى. ستساعد شبكة 5G أيضًا في تسريع وتيرة تطوير المركبات الكهربائية، والإنشاء الذكي، ومشاريع الشبكة الذكية، والعمل عن بُعد، وستفيد هذه كلها الكوكب من خلال استخدام الموارد بكفاءة وتقليل التلوث. 

مخاوف الأمن الالكتروني لتقنية الجيل الخامس5G:

يحتاج الأمن الإلكتروني لتقنية الجيل الخامس إلى بعض التحسينات المهمة لتجنب مخاطر القرصنة المتزايدة. بعض المخاوف الأمنية ناتجة عن الشبكة نفسها، في حين أن البعض الآخر يشمل الأجهزة المتصلة بشبكة الجيل الخامس، لكن كلا الجانبين يُعرض المستهلكين والحكومات والشركات للخطر.

وعندما يتعلق الأمر بتقنية الجيل الخامس والأمن الإلكتروني، فإليك بعض المخاوف الرئيسية:

1. الأمن اللامركزي: كان لشبكات ما قبل الجيل الخامس عدد أقل من نقاط اتصال حركة مرور الأجهزة، مما جعل من السهل إجراء عمليات الفحص الأمني والصيانة، لكن تحتوي أنظمة الجيل الخامس الديناميكية القائمة على البرامج على نقاط توجيه حركة مرور أكثر بكثير. ولكي تكون آمنة تمامًا، يجب مراقبة كل هذه الأمور. ونظرًا لأن هذا قد يكون صعبًا، فقد تتضرر أي مناطق غير آمنة من أجزاء أخرى من الشبكة
2. عرض النطاق الترددي الأعلى سيؤدي إلى إجهاد المراقبة الأمنية الحالية. في حين أن الشبكات الحالية محدودة السرعة والسعة، فقد ساعد هذا بالفعل مقدمي الخدمة على مراقبة الأمن في الوقت الحقيقي. لذا؛ فإن فوائد شبكة الجيل الخامس الموسعة قد تضر بالفعل بالأمن الإلكتروني. سوف تتحدى السرعة والحجم الإضافيين فرق الأمن وتتطلب منهم إنشاء طرق جديدة لوقف التهديدات.
3. يتم تصنيع العديد من أجهزة إنترنت الأشياء دون أي تدابير أمني:لا تمنح جميع الشركات المصنِّعة الأولوية للأمن الإلكتروني، كما هو الحال مع العديد من الأجهزة الذكية المنخفضة الكفاءة. تقنية الجيل الخامس تعني فائدةً أكبر وإمكانات أكثر لإنترنت الأشياء؛ ونظرًا لأنه يتم تشجيع المزيد من الأجهزة على الاتصال، فإن مليارات الأجهزة ذات الأمان المتنوع تعني المليارات من نقاط الاختراق المحتملة! الأجهزة الذكية مثل التلفاز وأقفال الأبواب والثلاجات والسماعات وحتى الأجهزة الصغيرة مثل مقياس الحرارة لخزان الأسماك يمكن أن تمثِّل ضعفًا في الشبكة. إن الافتقار إلى معايير الأمان لأجهزة إنترنت الأشياء تعني أن الهجوم على الشبكة والاختراق قد يكون منتشرًا.
4. ضعف التشفير في وقت مبكر من عملية الاتصال يكشف عن معلومات الجهاز التي يمكن استخدامها في الهجمات المستهدفة لأجهزة إنترنت الأشياء. تساعد هذه المعلومات المخترقين في معرفة الأجهزة المتصلة بالشبكة بالضبط، وتفاصيل مثل نظام التشغيل ونوع الجهاز (الهاتف الذكي ومودم السيارة وما إلى ذلك) يمكن أن تساعد المخترقين في التخطيط لهجماتهم بمزيدٍ من الدقة. 

كما أنه يمكن لثغرات الأمن الإلكتروني أن تتشكل في مجموعة متنوعة من الهجمات، وبعض التهديدات الإلكترونية المعروفة تشمل ما يلي:

• هجمات روبوتات الإنترنت التي تتحكم في شبكة من الأجهزة المتصلة لتُحدِث هجومًا إلكترونيًّا ضخمًا.
• هجمات الحرمان من الخدمات تؤدي إلى زيادة التحميل على شبكة أو موقع بشكل زائد ينفصل عن الشبكة.
• هجمات هجوم الوسيط تعمل بسرعة على اعتراض الاتصالات بين طرفين وتغييرها بكل هدوء.
• هجمات تتبع الموقع واعتراض المكالمات يمكن شنها بمجرد معرفة كمية صغيرة حول بروتوكولات ترحيل البث.

شبكات الجيل الخامس5G مستقبل الاتصالات:

وختاماً، يمكن القول إن شبكات الجيل الخامس تمثل قفزة نوعية في مجال الاتصالات اللاسلكية، فهي توفر سرعات بيانات فائقة واستقرار اتصال لا نظير له. كذلك فمن خلال انترنت الأشياء، فإن 5G تتيح إمكانية ربط الملايين من الأجهزة والأشياء بشبكة متكاملة، ما يفتح الأبواب أمام طفرة تكنولوجية هائلة.

وعلى الرغم من التحديات التي تواجه تقنية 5G، مثل تكلفة التحديث والأمان، إلا أن الفوائد والإمكانيات التي تقدمها تبرر بالتأكيد الجهود المبذولة للتغلب على هذه التحديات. ذلك أننا نشهد تزايد الاعتماد على التكنولوجيا المحمولة في مختلف المجالات، بدءًا من الصناعة والنقل وصولاً إلى الرعاية الصحية والتعليم. وبفضل تقنية 5G، ستتسنى لنا تجربة عالم متصل بشكل لم نشهده من قبل، مع تحسين الكفاءة وتعزيز التنافسية العالمية.

وباختصار، فإن تقنية 5G تمثل الصورة المستقبلية للاتصالات والتي قد يؤدي الاعتماد عليها إلى تحقيق مزيد من التقدم والتنمية.

المراجع:

1. موقع Cisco.
2. موقع Amazon.
3. موقعkaspersky.com.
4. موقع awalan.com.
5. موقع aletihad.ae.