نوکیا می‌گوید معماری جدیدی همراه با عصر 6G در راه است

نسل ششم شبکه‌های ارتباطی دستاوردهای بزرگی برای مشاغل دولتی و صنعتی ارائه خواهند کرد و نه‌تنها نرخ دسترسی به اطلاعات را بهبود می‌بخشند، بلکه امنیت را نیز به میزان قابل توجهی ارتقاء می‌دهند. نسل ششم، قابلیت‌های کاربردی قابل توجهی در اختیار شرکت‌ها قرار می‌دهد که از مهم‌ترین آن‌ها به موارد زیر باید اشاره کرد: 

•  تشخیص زودهنگام تهدیدات از طریق ارسال سریع داده‌ها
•  ارائه سرویس‌های کاربردی برای حوزه سلامت
•  امکان استفاده از ویژگی تشخیص چهره در طیف گسترده‌ای از تجهیزات کلاینتی
•  ارائه سرویس‌های کاربردی برای سنجش کیفیت هوا، به‌طوری که حس‌گرهای هوشمند به‌سرعت قادر به تشخیص سنجش آلودگی هوا و ارسال اطلاعات برای مراکز داده خواهند بود. 
•  امکان استفاده گسترده از رابط‌های حسی در زندگی شخصی و تجاری

پیشرفت‌های به‌دست آمده در این حوزه نه‌تنها باعث می‌شوند تحولی بزرگ در عرضه تجهیزات سیار و به‌ویژه گوشی‌های هوشمند به‌وجود آید، بلکه اجازه می‌دهند شهرهای هوشمند، وسایل نقلیه خودران، واقعیت مجازی و واقعیت افزوده با سرعت بیشتری به دنیای ما وارد شوند. 

مطلب پیشنهادی

شتاب در انجام تحقیقات فشرده در حوزه شبکه‌های نسل ششم سلولی

نگاهی به تلاش‌های دولت‌ها و شرکت‌های بزرگ در دستیابی سریع به 6G

نگاه اجمالی به معماری نسل ششم شبکه‌های ارتباطی

سرعت، ظرفیت و تاخیر، سه شاخص عملکردی مهم (KPI) هستند که نسل‌ها، شبکه‌ها و سرویس‌‌های مختلف بر مبنای آن‌ها اندازه‌گیری می‌شوند. با آغاز روند مهاجرت به شبکه‌های نسل ششم، این شاخص‌ها به‌شکل قابل توجهی مورد توجه شرکت‌ها قرار خواهند گرفت. با این‌حال، معیارهای عملکردی جدید نیز برای پاسخ‌گویی به الزامات گسترده‌تر‌ مدنظر ذی‌نفعانی مثل اپراتورها، شرکت‌های بزرگ فعال در زمینه ارائه خدمات شبکه، سازمان‌های بزرگ و ارائه‌دهندگان خدماتی ابری مطرح خواهد شد که تلاش می‌کنند به ارزش‌های مدنظرکاربران پاسخ دهند. 

معیارهایی مثل پایداری (Sustainability)، باز بودن (Openness)، مداخلات دیجیتال (Digital Inclusion)، حریم خصوصی و اعتماد، (Privacy and Trust) مفاهیم مهمی هستند که هنگام ارزیابی قابلیت‌های شبکه‌ها و خدمات مبتنی بر 6G به دنیای شبکه‌های سلولی وارد خواهند شد. معیارهای فوق‌الذکر، شاخص‌های کلیدی جدید هستند که همانند شاخص‌های کلیدی عملکردی سنتی سرعت، ظرفیت و تاخیر مورد توجه قرار خواهند داشت، اگر مهم‌تر از آن‌ها نباشند. برای ساخت شبکه‌های عملیاتی که توانایی دستیابی به چنین شاخص‌های کلیدی را داشته باشند، مجبور هستیم رویکرد طراحی جدیدی در زمینه طراحی اولیه معماری 6G در اختیار داشته باشیم.

نوکیا پژوهش جالبی تحت عنوان نوآوری‌های فناوری در حوزه سامانه‌های 6G انجام داده که برخی از جنبه‌های مهم معماری 6G را هدف قرار داده است. اجازه دهید به جنبه‌های مهم این فناوری نگاهی داشته باشیم که به اعتقاد نوکیا تاثیر شگرفی بر آینده شبکه‌های 6G خواهند داشت. 

اهداف معماری جدید

کارشناسان مخابرات شرکت نوکیا، روی معماری جدید قابل استفاده برای شبکه‌های 6G در حال کار هستند که همسو با معیارها و شاخص‌های کلیدی جدیدی هستند که پیش‌تر به آن‌ها اشاره کردیم. معماری جدیدی که نوکیا آن‌را پیشنهاد داده است، متمرکز بر پلت‌فرم ابری، ساده‌سازی و پایداری، انعطاف‌پذیری، قابلیت برنامه‌ریزی، پایداری و امنیت، توانایی یکپارچه شدن با هوش مصنوعی و یادگیری ماشین است. شکل ۱، این معیارهای جدید را نشان می‌دهد. 

نوکیا بر این باور است که اپراتورها در هنگام طراحی شبکه‌های 6G باید نگاه جدی به معیارهای نشان‌داده‌شده در شکل ۱ داشته باشند تا شبکه‌ها همسو با نیازهای دنیای صنعت پیاده‌سازی شوند. البته، هر شرکتی بر مبنای اولویت‌هایی که مدنظر دارد اهداف و خط‌مشی‌های متفاوتی را ترسیم خواهد کرد. با این‌حال، موارد نشان‌داده‌شده در شکل ۱ از ملزومات مهمی هستند که اپراتورهای فعال در زمینه پیاده‌سازی 6G باید روی آن‌ها متمرکز شوند. 

برخی از ذی‌نفعان تمرکزشان بر پیاده‌سازی شبکه‌هایی خواهد بود که کربن صفر تولید می‌کنند، به‌طوری‌که تمام جنبه‌های عملیاتی شبکه‌های 6G با هدف انتشار کمترین CO2 به فعالیت اعتماد دهند. ذی‌نفعان دیگر ممکن است طراحی شبکه‌های خود را متمرکز بر دنیای مجازی قرار دهند تا تجربه‌ فراگیری در زمینه واقعیت توسعه‌یافته (Extended Reality)، استفاده عملی از هولوگرافیک و دوقلوی دیجیتال را امکان‌پذیر کنند. اپراتور دیگری ممکن است به‌فکر پیاده‌سازی شبکه‌ای باشد که بر اتصال تعداد فزاینده‌ای از دستگاه‌ها و حسگرهای کم‌مصرف متمرکز باشد. با یکپارچه شدن دنیای فیزیکی و دیجیتال در عصر 6G، موج تازه‌ای از دستگاه‌های جدید به دنیای ما وارد خواهند شد که همگی مجهز به تراشه‌هایی هستند که اتصال پایداری با شبکه‌های ارتباطی خواهند داشت. در عصر جدید، حسگرهای پوشیدنی و شخصی‌سازی‌شده قابلیت برقراری ارتباط با یک‌دیگر و شبکه را خواهند داشت. جالب آن‌که، نوکیا پیش‌بینی کرده است پارچه برخی از لباس‌هایی که بر تن خواهیم کرد، مجهز به چنین حس‌گرهایی خواهد بود. چنین سیستم‌های کاملا پیوسته و متصل به یک‌دیگر، باعث بروز بحث‌های جدی درباره حریم خصوصی و امنیت می‌شوند، زیرا هر آن چیزی که از آن استفاده می‌کنیم به‌شکل لحظه‌ای داده‌هایی درباره شرایط فعلی ما تولید می‌کند که با خطر شنود یا سوءاستفاده روبه‌رو خواهند بود. 

مطلب پیشنهادی

افزایش سرعت و کاهش تاخیر تا یک‌هزارم ثانیه

نسل ششم شبکه‌های ارتباطی چه تحولاتی به وجود می‌آورد؟

معماری سیستمی شبکه‌های 6G 

پیاده‌سازی شبکه‌ای که توانایی پاسخ‌گویی به الزامات و اهدف ذکرشده را داشته باشد، تنها بر پایه نوآوری در معماری دست‌یافتنی است. علاوه بر این، تغییرات مختلفی باید در حوزه‌های مختلف انجام شود. یک شبکه 6G این ظرفیت را دارد تا در چند زیرساخت ابری ناهمگن و توزیع‌شده عمومی و خصوصی متعلق به ذی‌نفعان مختلف توسعه پیدا کند و از یک پلت‌فرم ابری که نقش شتاب‌‌دهنده سخت‌افزاری را بازی می‌کند، استفاده کند. پیاده‌سازی‌ها به سطح جدیدی از قابلیت برنامه‌ریزی نیاز دارند تا توانایی پاسخ‌گویی به نیازهای مختلف را داشته باشند. در شرایطی که معماری مذکور بالاترین سطح از انعطاف‌پذیری را خواهد داشت، اما در عین حال به سطح بالایی از تخصص برای استقرار در شبکه‌های گسترده مقیاس بزرگ و شبکه‌های محلی نیاز دارد. از این‌رو، کارشناسان حوزه مخابرات باید از هم‌اکنون به‌فکر ارتقاء سطح دانش خود باشند تا بتوانند شبکه‌های سفارشی‌سازی‌شده با بالاترین سطح از جزئیات را پیاده‌سازی کنند. همین مسئله باعث خواهد شد تا شبکه‌هایی که در آینده پیاده‌سازی خواهند شد، طراحی‌های منحصر‌به‌فرد داشته باشند و با توجه به الزامات یک شهر یا منطقه توسعه پیدا ‌کنند. 

برای دستیابی به این سطح از انعطاف‌پذیری در طراحی شبکه، ما نیازمند الگوهای جدید طراحی سامانه‌های شبکه 6G هستیم. به همین دلیل، در برخی از طراحی‌ها، فرآیند پیاده‌سازی باید از نو انجام شود و تعصبات یا اصرار بیهوده بر استفاده از فناوری‌های فعلی کنار گذاشته شود و به‌جای آن روی راه‌حل‌های نوآورانه و معماری‌های جدید متمرکز شود. برای این منظور باید به چند نکته مهم زیر دقت کنیم:

اول آن‌که، مجبور هستیم عملکردها و سرویس‌های شبکه کاملا بومی ابری را پیاده‌سازی کنیم که بتوانند به‌صورت انعطاف‌پذیر و پویا در هر مکانی به کلاینت‌ها با کمترین تاخیر و مطابق با الزامات مدنظر پاسخ دهند.

دوم آن‌که، نیازمند سطح جدیدی از تخصص و ساده‌سازی هستیم. به بیان دقیق‌تر، روند پیاده‌سازی شبکه‌ها و سرویس‌های سیار باید به‌اندازه‌ای ساده باشند که شبیه به قطعات مجموعه‌های لگو قابل مونتاژ باشند و هر شبکه دسترسی رادیویی (RAN) یا عملکرد شبکه اصلی شامل قطعه شناخته‌شده‌ای باشد که در کنار قطعات دیگر قرار بگیرد و به کار خود ادامه دهد. رابط‌های باز و سرویس‌محور باید به مشتریان اجازه دهند ملزومات موردنیاز را بدون مشکل از فروشندگان مختلف خریداری کنند و به یک‌دیگر متصل کنند. به‌عنوان مثال، ما می‌توانیم از راه‌حل‌های یک شرکت برای احراز هویت و شناسایی استفاده کنیم و در ادامه به سراغ تجهیزات فروشندگان دیگری برویم که حوزه فعالیت آن‌ها رومینگ و تجهیزات سخت‌افزاری است. در این حالت، تمامی ملزومات باید توانایی کار یکپارچه با یک‌دیگر بر مبنای معماری مدنظر را داشته باشند. برای دستیابی به چنین سطح از انعطاف‌پذیری، به استاندارد و چارچوب جامعی نیاز داریم که مورد توافق همه ذی‌نفعان باشد. 

در این فرآیند، تمایز بین شبکه دسترسی و شبکه اصلی محو می‌شود و امکان برقراری ارتباط مستقیم میان عملکردهای شبکه، ایستگاه‌های رادیویی و گره‌ها به‌وجود می‌آید. اگرچه مفاهیم RAN و شبکه اصلی به‌طور کامل حذف نمی‌شوند، اما می‌توانیم تعاملات بین این دو را غنی‌سازی کنیم، عملکردها را تجمیع کنیم و برخی از آن‌ها را یکپارچه کنیم. 

معماری 6G با قابلیت‌های پیشرفته خودکارسازی دامنه پیاده‌سازی خواهند شد که هماهنگی و خودکارسازی را در چند حوزه مختلف شبکه مثل دامنه‌های مدیریتی، منابع اضافی در لبه و مکان‌هایی که فراتر از شبکه‌های همراه سنتی هستند، امکان‌پذیر می‌کند. به‌طور مثال، افزایش قابل توجه قابلیت‌های محاسباتی و ذخیره‌سازی برای ذخیره و پردازش حجم عظیمی از داده‌هایی که باید برای سرویس‌های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی، واقعیت توسعه‌یافته و جهان مجازی تجمیع شوند، در سایه پیاده‌سازی 6G محقق می‌شود. برای پاسخ‌گویی به این الزامات، نیازمند نوع خاصی از معماری داده‌ها هستیم که توانایی تجمیع و انتشار اطلاعات مورد نیاز از منابع مختلف داده‌ای را به‌شیوه‌ای کارآمد داشته باشد. 

نوکیا تحقیقات گسترده‌ای در این زمینه انجام داده است و در حال حاضر اولین گام‌ها را برای افزایش قابلیت‌های شبکه با طیف وسیعی از ویژگی‌ها در قالب پروژه 5G-Advanced برداشته است که قرار است در سال 2025 راه‌اندازی شود. به‌گفته نیشانت باتر (Nishant Batra)، مدیر ارشد استراتژی و فناوری نوکیا، این شرکت نگاه متفاوتی به نحوه ساخت شبکه‌های 6G خواهد داشت. این شرکت در نظر دارد شبکه‌های 6G را بر پایه فهرست طولانی از ویژگی‌ها، پیشرفت‌ها و فناوری‌ها پیاده‌سازی کند و به ارائه‌دهندگان خدمات، راه‌حل‌ و ابزاری برای ارتقاء قابلیت‌های شبکه در چهار بعد «تجربه، گسترش، توسعه و تعالی عملیاتی» ارائه ‌کند. معماری جدید سیستم 6G گام منطقی بعدی در مسیر مهاجرت از 5G به 6G است که قادر خواهد بود از مفاهیم اثبات‌شده و نمونه‌های مفهومی به بهترین شکل استفاده می‌کند.

در حالی که معماری سیستمی جدید، مولفه کلیدی شبکه‌های 6G است، اما مولفه‌های دیگری نیز وجود دارند. نوکیا در حال تحقیق در مورد فناوری‌های مختلفی است که معتقد است نقش کلیدی‌ای در آینده شبکه‌های 6G خواهند داشت. از جمله این فناوری‌ها باید به فناوری‌های طیف جدید، سنجش شبکه، چارچوب‌های رابط هوایی تعریف‌شده با هوش مصنوعی، امنیت و اعتماد و اتصال پایدار اشاره کرد. این مولفه‌ها شالوده تغییرات اساسی در شیوه ساخت شبکه‌ها را به‌وجود خواهند آورد، در نتیجه باید یکپارچه و کاملا عجین‌شده با یک‌دیگر کار کنند. 

آیا به شبکه‌های نسل ششم نیاز داریم؟ 

دلایل مختلفی وجود دارد که نیاز به شبکه‌های 6G را اجتناب‌ناپذیر می‌کنند. از جمله این دلایل به موارد زیر باید اشاره کرد:

• هم‌گرایی فناوری (Technology Convergence): نسل ششم شبکه‌های سلولی، این توانایی را دارند تا فناوری‌های موجود مثل یادگیری عمیق و تجزیه‌و‌تحلیل داده‌های بزرگ را با یک‌دیگر ادغام کنند. 5G آغازگر مسیری بود که تمرکزش بر هم‌گرایی فناوری‌ها بود، اما 6G این هم‌گرایی را به اوج خواهد رساند. 
• محاسبات لبه (Edge computing): هنگامی که صحبت از استقرار محاسبات لبه برای حصول اطمینان از پاسخ‌گویی به الزامات موردنیاز گره‌های شبکه به‌وجود می‌آید و تاکید داریم که تاخیر به کمترین میزان ممکن برسد و انتظار داریم به پهنای باند مطمئن دسترسی داشته باشیم که تحرک‌پذیری را حفظ کند، به شبکه‌ای پرسرعت و کارآمد نیاز داریم که 6G توانایی پاسخ‌گویی به این الزامات را دارد. 
• اینترنت اشیاء (Internet of things): تا سال 2030 بخش عمده‌ای از تجهیزاتی که در خانه یا محل کار از آن‌ها استفاده می‌کنیم از ارتباطات ماشین به ماشین پشتیبانی می‌کنند که نیازمند شبکه‌ای با سرعت بالا هستند. 
• محاسبات با عملکرد بالا (High-performance Computing): ارتباط مستقیمی میان شبکه‌های نسل ششم و محاسبات با عملکرد بالا وجود دارد. در حالی که منابع موجود در زیرساخت‌های رایانش لبه توانایی رسیدگی به برخی از داده‌های اینترنت اشیاء را دارند، برخی از تجهیزات اینترنت اشیاء نیازمند منابع HPC هستند که توان پردازشی لازم را در اختیار تجهیزات قرار می‌دهند. 

چه شرکت‌هایی در حال کار روی فناوری 6G هستند؟ 

رقابت در حوزه 6G میان بازیگران این صنعت زیاد است و تقریبا هر شرکتی در تلاش است تا زودتر از دیگران به فناوری پیاده‌سازی این شبکه‌ها مطابق با استانداردهای فعلی دست پیدا کند. شرکت‌های زیرساختی بزرگ مثل هواوی، نوکیا و سامسونگ اعلام کرده‌اند که تحقیق و توسعه روی شبکه 6G را از سال 2020 میلادی آغاز کرده‌اند. جالب آن‌که رقابت برای دستیابی به 5G در مقایسه با رقابت برای تبدیل شدن به اولین شرکت یا کشوری که 6G، برنامه‌ها و خدمات مرتبط با آن‌را ارائه خواهد کرد، قابل قیاس نیست. عمده پروژه‌های در دست اجرا شامل موارد زیر هستند:

•  دانشگاه Oulu در فنلاند پروژه تحقیقاتی 6Genesis را برای توسعه چشم‌انداز 6G در سال 2030 در دست کار دارد. علاوه بر این، دانشگاه فوق قرارداد همکاری با کنسرسیوم Beyond 5G کشور ژاپن را به امضا رسانده تا بتواند تحقیقات را به‌شکل دقیق‌تر انجام دهد. 
•  موسسه تحقیقات الکترونیک و مخابرات کره جنوبی در حال انجام تحقیقاتی بر روی باند فرکانس تراهرتز برای 6G است. باندی که قادر است سرعت انتقال داده‌ها را 100 برابر سریع‌تر از شبکه‌های 4G و پنج برابر سریع‌تر از شبکه‌های 5G کند. 
•  وزارت صنعت و فناوری اطلاعات چین در حال سرمایه‌گذاری و نظارت بر تحقیق و توسعه 6G در این کشور است.
•  کمیسیون ارتباطات فدرال ایالات متحده (FCC)، در سال 2020 فرکانس‌های بالاتر از 95 گیگاهرتز تا 3 تراتز را برای انجام آزمایش‌های مرتبط با فرکانس 6G باز کرد تا شرکت‌ها توانایی آزمایش طیف‌سنجی این فرکانس‌ها را داشته باشند. 
•  Hexa-X کنسرسیوم اروپایی متشکل از دانشگاه‌ها و فعالان پیشرو صنعت است که در زمینه پیشبرد تحقیقات و استانداردهای 6G در حال فعالیت هستند. شرکت نوکیا رهبری این پروژه را برعهده دارد. این شرکت متشکل از بزرگانی مثل اریکسون (اپراتور سوئدی) و TIM در ایتالیا است. 
•  دانشگاه اوزاکا در ژاپن و محققان دانشگاه آدلاید استرالیا یک ریزتراشه مبتنی بر سیلیکون با یک تسهیم‌کننده ویژه برای تقسیم داده‌ها و امکان مدیریت کارآمدتر امواج تراهرتز ساخته‌اند. در طول آزمایش، محققان ادعا کردند که دستگاه ابداعی آن‌ها توانسته است داده‌ها را با سرعت 11 گیگابیت در ثانیه در مقایسه با سرعت 10 گیگابیت بر ثانیه 5G انتقال دهد. 

چه آینده‌ای پیش‌روی شبکه‌های 6G قرار دارد؟

نزدیک به 10 سال قبل، عبارت Beyond 4G به این نکته اشاره داشت که شبکه 4G نیاز به پیشرفت دارد، همین مسئله باعث شد تا استاندارد LTE ابداع شود. در آن زمان، مشخص نبود که 5G ممکن است چه ملزومات، استانداردها و نیازمندی‌هایی را شامل شود، زیرا در آن زمان تنها چند نمونه‌ اولیه و تحقیقات انجام‌شده در این زمینه در دست بود. اصطلاح B4G توانست برای مدتی به نیازهای کاربران پاسخ دهد. از قضا، استاندارد LTE هنوز هم در حال پیشرفت است و 5G قرار است از برخی جنبه‌های آن استفاده کند. 

مشابه B4G ،Beyond 5G به‌عنوان آغازگر مسیری نوین در قامت شبکه 6G از راه رسیده است و قرار است جایگزین قابلیت‌ها و سرویس‌های کاربردی نسل پنجم شود. بسیاری از پیاده‌سازی‌های ارتباطات بی‌سیم 5G که شامل LTE، 5G و محاسبات لبه هستند، زیرساخت لازم برای 6G را آماده کرده‌اند. 

قرار است نسل بعدی شبکه‌های بی‌سیم تحول بزرگی به‌وجود آورد و شبکه‌ای از ارائه‌دهندگان خدمات ارتباطاتی را به‌وجود آورد که هر یک نقش مهمی در توسعه این فناوری خواهند داشت. درست به همان شکلی که انرژی خورشیدی فتوولتائیک باعث شد تا شبکه‌های هوشمند برق به‌وجود آیند. 6G می‌تواند شبکه‌های مش را از مدل مفهومی به مدل قابل استقرار ارتقاء دهد و به گسترش پوشش فراتر از محدوده ایستگاه‌های سلولی قدیمی‌تر کمک کند. در حال حاضر، مراکز داده با تغییرات بزرگ مبتنی بر 5G روبه‌رو هستند که از مهم‌ترین آن‌ها باید به مجازی‌سازی، شبکه‌های برنامه‌پذیر، محاسبات لبه و مسائل مربوط به پشتیبانی همزمان از شبکه‌های عمومی و خصوصی اشاره کرد. 

یکی از مزایای مهمی که شبکه‌های 6G ارائه خواهند کرد برقراری ارتباطات پایدار و تجمیع داده‌ها است که یکی از اهداف مهمی است که 6G به دنبال تحقق آن است. این سرویس کاربردی نقش مهمی در تجزیه‌و‌تحلیل داده‌ها، سرویس‌های هوش مصنوعی و پیاده‌سازی پلتفرم‌های محاسباتی نسل بعدی مبتنی بر HPC و محاسبات کوانتومی خواهد داشت. 

علاوه بر تغییرات عمیق در فناوری RAN، نسل ششم شبکه‌های سلولی، تغییرات بنیادین در بافت اصلی شبکه‌های ارتباطاتی به‌وجود خواهد آورد. شایان ذکر است که اکنون صحبت‌های زیادی پیرامون خدمات متقابل هوش مصنوعی و 6G بر یک‌دیگر در جریان است.