نیم‌نگاهی به کارکردهای شبکه موبایل نسل ششم (6G) در عصر اینترنت اشیاء

یک پرسش تکرارییادمه سال 97 در مصاحبه‌ای که از طرف ماهنامه شبکه با دکتر مهدی راستی انجام دادیم، از ایشون پرسیدیم که نسل چهارم شبکه موبایل (4G) چه کمبود یا کاستی داشته که باعث شده یک نسل جدید معرفی شود؟پاسخی که ایشون در ارتباط با ظهور 5G ارائه کرد همچنان برای 6G هم معتبره:این‌گونه نیست که هر چندسال یک نسل عوض کنیم. به‌طور مشخص، جواب سوال شما این است: در نیازمندی‌هایی که هم‌اکنون وجود دارد تغییراتی ایجاد شده که باعث شده 4G نتواند آن‌ها را پشتیبانی کند.هر چند که این روزها 5G داره تجاری‌سازی میشه ولی باز هم نیازمندی‌های جدیدتری شکل گرفته که حتی 5G هم نمیتونه ازشون پشتیبانی کنه. در بخش بعدی به این نیازمندی‌ها خواهیم پرداخت.پیشنهاد می‌کنم این مصاحبه رو کامل مطالعه کنید، که مباحث گوناگونی رو از جمله چالش‌های دانشگاه‌ها و کارآفرینی پوشش میده. ریا هم میشه، ولی من دو تا درس خیلی باحال در حوزه شبکه‌های بی‌سیم با دکتر راستی پاس کرده‌ام :)بد نیست کل ماجرای نسل‌های شبکه موبایل رو در یک شکل ببینیم. این شکل از مقاله‌ای برداشته شده که مرجع اصلی این نوشته است و در انتهای متن بهش ارجاع دادیم.چه نیازمندی‌هایی؟یه سری نیازمندی‌ها و کاربردهای شبکه موبایل از جنس عدد و رقمه، مثلاً فلان نسل موبایل برای دانلود چند مگابیت یا گیگابیت بر ثانیه رو پوشش میده؟ این رقم برای 4G در مرتبه چند صد مگابیت بر ثانیه بود، اما در 5G به مرتبه‌ی گیگابیت بر ثانیه رسید. حالا در 6G (که البته هنوز استانداردسازی نشده)، صحبت از ترابیت بر ثانیه است.اما یه سری نیازمندی‌ها دیگه از جنس عدد نیستن و یه مفهوم جدید رو به شبکه اضافه می‌کنن. برای مثال شبکه‌های فعلی همه روی زمینِ گرم قرار دارن، اما الان دیگه با گسترش ارتباطات ماهواره‌ای (از جمله استارلینک)، پهپادها و سایر اشیاء پرنده قراره اینترنت اشیاء هوایی داشته باشیم (اینجا بیشتر توضیح دادم). شکل زیر از مقاله مرجع (که بخشی از یک شکل بزرگتره) چنین محیطی رو به تصویر میکشه.نمایی از اینترنت اشیاء هواییحالا که از عناصر چهارگانه، عنصر خاک و هوا رو فتح کردیم، نوبت به آب میرسه! در واقع اینترنت اشیاء دریایی رو خواهیم داشت که یکی از کاربردهاش میتونه حفاظت از اکوسیستم اقیانوس‌ها باشه. اما باید در نظر داشته باشیم اقیانوس‌ها بسیار وسیع و عمیق هستن و در نتیجه به سادگی نمیشه ارتباطات رو برای این محیط برقرار کرد.حوزه سلامت و درمان هم از اون حوزه‌هایی‌ست که خیلی برای متصل شدن به شبکه دندون تیز کرده و انصافاً انتظارات بالایی هم داره! مثلاً اگه رباتی داشته باشیم که قراره جراحی از راه دور انجام بده، لازمه که تاخیر (یا به اصطلاح، پینگِ) شبکه خیلی ناچیز باشه و از طرف دیگه پهنای باند و ضریب اطمینان هم خیلی بالا باشه.نمایی از اینترنت اشیاء سلامت و درمان نمیشه از اتوماسیون و اینترنت اشیاء گفت و صنعت رو فراموش کرد. اینترنت اشیاء صنعتی از همون اول پای ثابت این مسیر بوده و الزامات خودش رو هم داره. به طور خاص در یک کارخونه ممکنه صدها یا هزاران حسگر و عملگر به شبکه متصل باشن که در برخی موارد لازمه اطلاعاتشون خیلی فوری پردازش بشه.نمایی از اینترنت اشیاء صنعتی حیف که مطلب خیلی طولانی میشه و گرنه دوست داشتم به اینترنت اشیاء خودرویی، اینترنت اشیاء مناطق روستایی (از جمله کشاورزی دقیق) و چندین کاربرد دیگه بپردازم که اون‌ها هم چالش‌های خودشون رو دارن و در عین حال انگیزه‌هایی قوی رو برای حرکت به سوی نسل‌های جدید موبایل ایجاد می‌کنن.چه سرویس‌هایی؟هشدار: این بخش یه ذره فنی‌تره و در صورت تمایل می‌تونید از خوندنش صرف‌نظر کنید.نیازمندی‌ها و کاربردهایی که در بخش قبلی اشاره کردیم، لازمه در قالب یک سری معیار کلیدی قابل اندازه‌گیری بیان بشن. معیارهای کلیدی که دکتر راستی بهش اشاره کرد نرخ تبادل داده، تاخیر، هزینه و مصرف انرژی هست که بر اساس ترکیبی از این‌ها یک سری سرویس تعریف میشه. شاید با سرویس‌های زیر در 5G آشنا باشید:ارتباطات پهن‌باند ارتقاءیافته (دایره آبی در شکل زیر): سرویسی با نرخ تبادل داده‌ی بالا، عمدتاً برای کاربردهای چندرسانه‌ایارتباطات با تاخیر ناچیز و ضریب اطمینان بالا (دایره سبز): برای کاربردهای خیلی حساس مثل ربات‌ها در کارخانهارتباطات اینترنت اشیاء در مقیاس وسیع (دایره صورتی): برای کاربردهایی که تعداد زیادی اشیای معمولاً کوچیک (مثل بردهای آردوینو) در یک محیط محدود مستقر شدن.حالا جالب اینجاست که سرویس‌های 6G رو میشه از تلاقی هر دو دایره تعریف کرد. مثلاً در بخش قبلی، جراحی از راه دور رو مثال زدیم که یک نمونه از سرویس UBLC به شمار میاد. این سرویس از تلاقی ارتباطات پرسرعت و کم‌تاخیر شکل می‌گیره. یا اگه تعداد ربات‌ها در کارخونه زیاد باشه، یک نمونه از سرویس mULC رو خواهیم داشت و ...چه فناوری‌هایی؟طبیعتاً نمیشه با همون فناوری‌های موجود، کاربردها و سرویس‌های جدید رو ارائه کرد (که اگه میشد دیگه چالشی نداشتیم). به بیان دیگه فناوری‌هایی که داریم یا اساساً قابلیت مورد نظر ما رو ندارن؛ یا به اون اندازه که ما نیاز داریم بهره‌وری ندارن.متاسفانه پاسخ به این سوال ساده نیست؛ چرا که تا یک فناوری اختراع نشه نمیتونیم ازش صحبت کنیم. اما این طور هم نیست که دستمون خالی باشه! مقاله مرجع ما در این نوشته به چند مورد اشاره کرده. یکی از اون‌ها هوش مصنوعی در لبه شبکه است که به شبکه‌چی‌ها کمک می‌کنه با کمترین میزان تاخیر، هزینه، مصرف انرژی و احتمال نقض حریم شخصی، سرویس‌های هوشمند رو به کاربرها ارائه بدن. خیلی دوست دارم درباره این موضوع یک مطلب جداگونه بنویسم، تا چه پیش آید!ارتباطات تراهرتزی هم یک مبحث جدیده که به ارسال امواج با فرکانس خیلی بالا (حتی بالاتر از امواج میلی‌متری) می‌پردازه و به گمانم بیش‌تر از هر چیز چالش سخت‌افزاری داشته باشه.سطوح هوشمند هم این روزها حسابی مورد توجه قرار گرفته، که داستانش به طور خلاصه اینه که از بازتاب امواج از سطوح استفاده کنیم تا سیگنال‌ها به شکل بهتری به گیرنده برسه. یعنی چیزی که همیشه مزاحم کارمون بوده رو تبدیل کنیم به یک نقطه قوت!بحث‌های مرتبط با حریم شخصی و امنیت هم قاعدتاً در شبکه‌ی نسل ششم که از قابلیت‌های بیش‌تری نسبت به نسل‌های قبلی برخورداره پررنگ‌تر میشه. میشه تصور کرد که حمله سایبری به یک ربات جراح یا کارخونه‌ای پر از ربات‌های هوشمند چه خسارت‌هایی رو به بار میاره. مقاله مرجع به فناوری بلاک‌چین به عنوان یک راهکار مهم برای این موضوع پرداخته.اگه مثل من زیادی نسبت به فناوری‌های جدید خوش‌بین هستین، سریال بلک میرور بخصوص اپیزود آخر فصل سوم که زنبورهای الکترونیکی برای حمله به آدم‌ها هک شده بودن رو تماشا کنید!سخن آخراین نوشته یک مرجع کامل از کاربردها، سرویس‌ها و فناوری‌های 6G محسوب نمیشه، چرا که هدفم بیش‌تر این بود که یک پیش‌غذا تعارف کنم تا اشتهای خودم و مخاطبان برای صرف غذای اصلی تحریک بشه.اگه این مطلب رو دوست داشتین، خوشحال میشم اینجا یا در صفحه لینکدین بهم فیدبک بدین.همچنین اگه دوست دارین یکم از ارتفاع بالاتری به روندهای شبکه نگاه کنید، مطلب من با عنوان نیم‌نگاهی به دنیای شبکه، به بهانه شروع سال جدید میلادی رو بخونید که خودم خیلی باهاش حال کردم!مرجع:D. C. Nguyen et al., "6G Internet of Things: A Comprehensive Survey," in IEEE Internet of Things Journal, vol. 9, no. 1, pp. 359-383, 1 Jan.1, 2022, doi: 10.1109/JIOT.2021.3103320.