تاثیرات و چالش‌های شبکه‌های نسل ششم (6G)

کتر آرو پوتو، استاد دانشگاه Oulu فنلاند می‌گوید: «نمی‌دانم 6G چیست. هیچکس نمی‌داند. برخی از اتفاقات زودتر از زمان پیش‌بینی شده رخ می‌دهند». آقای پوتو در حالی ابراز بی اطلاعی در مورد 6G می‌کند که همراه با گروهی از متخصصان شرکت نوکیا در یکی از پروژه‌های عظیم 6G فنلاند حضور دارد و قرار است تا هشت سال آینده نمونه اولیه این پروژه را راه‌اندازی کند. پروژه‌ای که 285 میلیون دلار بودجه برای آن تخصیص داده شده است. نکته‌ای که در مورد 6G وجود دارد این است که دنباله‌رو 5G است و سعی در کامل‌تر کردن آن دارد. 

تأثیرات شبکه‌های بی‌سیم نسل ششم

در حال حاضر 5G در ابتدای راه اجرایی شدن است و انتظار می‌رود پس از استقرار کامل آن برای سالیان متمادی شاهد حضور 4G و بهبود قابلیت‌های آن باشیم. هزینه زیرساخت‌های 5G بیشتر از 4G است و همین مسئله مانع از آن شده تا اپراتورها راغب به سرمایه‌گذاری روی 5G شوند، اما به تدریج که هزینه‌ها کاسته شود مشکل فوق حل می‌شود. با پیشرفت محاسبات لبه‌ (edge computing) شاهد حضور دستگاه‌های هوشمند بیشتری خواهیم بود و عملکرد مثبت 5G در کارخانه‌های هوشمند، دستگاه‌های خودکار و استریم‌های واقعیت مجازی بیشتر خواهد شد. تاثیر گذر از شبکه‌های نسل چهارم به نسل پنجم همانند گذر از نسل دوم به نسل سوم است که کاهش زمان تأخیر و افزایش تعداد کانال‌های ارتباطی و سرعت را به همراه داشت. 
پوتو معتقد است ابتدا باید به بررسی این موضوع بپردازیم که شبکه‌های نسل پنجم پاسخگوی چه نیازهایی نیستند و سعی کنیم آن‌ها را در نسل بعدی قرار دهیم. در دنیای شبکه‌های سلولی هدف رسیدن به سرعت و طیف فرکانسی بیشتر است. پیش‌بینی‌های اولیه دلالت بر این موضوع دارند که 6G قرار است سرعت 1 ترابایت بر ثانیه را ارائه کند. برای دستیابی به این سرعت، نیاز به انتقال سیگنال‌های بالای 1 تراهرتز داریم؛ فرکانس‌هایی که برای 5G عموماً در حد گیگاهرتز هستند. برای استفاده از این طیف فرکانسی به تحقیقات جامعی در خصوص ماهیت فرکانس، معماری‌های محاسباتی جدید، طراحی تراشه‌ها و منابع انرژی نیاز است. خوشبختانه تحقیقات پیرامون این مباحث از مدت‌ها پیش آغاز شده و مقاله‌های متعددی در این زمینه منتشر شده‌اند. 
به عقیده برخی از کارشناسان در کنار نسل جدید شبکه‌های ارتباطی، فناوری‌های دیگری نیز پیشرفت خواهند کرد یا شکل استفاده از آن‌ها متحول می‌شود. به‌طور مثال، گوشی‌های هوشمند با ورود 5G نقش پررنگ‌تری پیدا می‌کنند و از حالت سرگرمی و تفریحی به یک وسیله کاربردی‌تر تبدیل می‌شوند. گوشی‌های هوشمند در بحث اینترنت اشیا، خانه‌های هوشمند و کنترل از راه دور تجهیزات نقش کلیدی پیدا می‌کنند. البته پوتو، معتقد است 6G دوران گذر از گوشی‌های هوشمند است و تصور می‌کند فناوری‌های کاربردی‌تر دیگری جای آن‌ها را خواهند گرفت که محبوبیت بیشتری نزد مردم پیدا می‌کنند. 
پوتو می‌گوید: «روش استفاده از داده‌ها تغییر خواهد کرد. با ورود نسل پنجم شبکه‌های ارتباطی عینک‌های هوشمند، واقعیت مجازی و سایر دستگاه‌ها کاربرد بیشتری پیدا می‌کنند. دستگاه‌های الکترونیکی جدید و روبات‌های انسان‌نمای کارآمدی ساخته می‌شوند. بر مبنای این فرضیه، مردم به جای خرید یک گوشی هوشمند که تنها قادر به انجام کارهای مشخصی است، به سراغ خرید محصولی می‌روند که اجازه می‌دهد یک ساختمان را به‌طور کامل مدیریت کنند و به ساده‌ترین شکل کنترل دقیقی روی دستگاه‌های هوشمند داشته باشند. توسعه هر استاندارد و هر نسلی از شبکه‌های بی‌سیم تقریباً یک دهه طول می‌کشد. پس انتظار داریم شکل‌گیری نسل ششم حدوداً از سال 2020 تا سال 2029 زمان ببرد. پیش‌بینی می‌کنیم تا سال 2035 شبکه‌های 5G به‌طور کامل فراگیر شده باشند و پس از آن 6G به شکل محدود به میدان وارد شود.»

 نقشه زمانی سازمان 3GPP در خصوص استاندرهای مختلف
 

چالش‌های پیش‌روی 6G

تولید انرژی و مصرف انرژی چه به لحاظ هزینه و چه به لحاظ نحوه استفاده از مشکلات دستگاه‌های امروزی هستند. وقتی به مصرف گوشی‌های هوشمند دقت می‌کنیم، متوجه می‌شویم که اکثر آن‌ها روزانه به شارژ مجدد نیاز دارند و باید همیشه یک شارژر در دسترس باشد. این یک محدودیت است و با ورود 6G مشکلات بیشتری هم ایجاد می‌شود. چه راهی وجود دارد تا بتوان با هزینه کم، انرژی لازم برای تبادل داده‌ها فراهم کرد؟ فناوری انتقال بی‌سیم به تدریج در حال فراگیر شدن است و موفقیت‌هایی نیز حاصل شده، اما فراگیری و کاهش هزینه بزرگ‌ترین مانع سد راه این فناوری است. در حال حاضر قیمت یک شارژر بی‌سیم با کیفیت همراه با متعلقات آن حدود 300 هزار تومان می‌شود. یکی از اهداف 5G و 6G تحقق کامل اینترنت‌اشیا و اتصال دستگاه‌ها به شبکه‌های ارتباطی است. زمانی‌که این‌کار به سرانجام برسد، شاهد افزایش چشم‌گیر نرخ تبادل اطلاعات هستیم و خواسته یا ناخواسته مجبور می‌شویم به سراغ هوش مصنوعی برویم تا بتوانیم استخراج اطلاعات، ایجاد الگوها، پردازش‌های تصویری و در نهایت خودکارسازی وظایف را به بهترین شکل انجام دهیم. دستیابی به چنین سطح از هوشمندسازی و خودکارسازی وظایف عالی است، اما پیاده‌سازی آن کار ساده‌ای نیست. 
همان‌گونه که اشاره شد برای تحقق شبکه‌های نسل ششم باید برخی موانع فنی برطرف شوند. یکی از مشکلاتی که باید حل شود و انتظار نمی‌رود در آینده نزدیک راهکار جامعی برای آن ابداع شود ارتباط میان طیف فرکانسی تراهرتزی و خطوط نوری است. استفاده از خطوط فیبر نوری در فاصله طولانی دشواری‌های خود را دارد و طبق ماهیت طیف‌های فرکانسی، زمانی که طول موج کوتاه‌تر می‌شود اشیا، اوضاع جوی و حتی هوای مه‌آلود تأثیرات منفی روی سیگنال‌های انتقالی می‌گذارند. محققان موسسه Karlsruhe اعلام کرده‌اند برخی از این مشکلات را برطرف کرده‌اند و می‌توانند با دو آنتن گیرنده مخصوص، داده‌های روی امواج تراهرتزی را به فیبر نوری انتقال دهند و با موفقیت راهکار خود را روی سرعت 50 گیگابیت بر ثانیه آزمایش کرده‌اند. با این حال همچنان باید مطالعات زیادی روی ماهیت فیزیکی امواج تراهرتزی انجام شود.

چالش تسهیم‌سازی مکانی/فضایی

مالتی‌پلکسینگ مکانی (spatial multiplexing) فناوری است که باید در بازه فرکانسی تراهرتز استفاده شود. مالتی‌پلکسینگ فضایی به مکانی اشاره دارد که سیگنال‌های داده به استریم تبدیل می‌شوند. سپس هر بیت از پهنای باند به‌کار گرفته شده و دومرتبه استفاده مجدد (reuse) می‌شوند تا استفاده بهتر و کارامدتر از پهنای باند صورت گیرد. در واقع با مفهوم reuse امکان استفاده چندباره از طیف فرکانسی فراهم می‌شود. بهبود عملکرد آنتن‌های MIMO در 6G اجتناب‌ناپذیر است. این آنتن‌ها ویژگی چند مسیری را فراهم می‌کنند. در این روش سیگنال‌ها به جای این‌که در یک مسیر انتقال پیدا کنند، به‌طور همزمان از طریق مسیرهای مختلفی مسیریابی می‌شوند. این کار هم در افزایش داده‌های انتقالی و هم در کیفیت داده دریافتی (یعنی برطرف شدن اختلال‌ها) تأثیر شگرفی دارد. در فرکانس‌های بالا قدرت نفوذ سیگنال‌ها کاهش پیدا می‌کند. این کاهش قدرت در مکان‌های گوناگون، اختلاف زیادی دارد و به‌طور مثال کاهش قدرت در شیشه، ساختمان، هوا و سایر موانع متفاوت است. اگر قرار است از طیف‌های تراهرتزی استفاده شود یا باید تغییراتی در مصالح ساختمانی به وجود آید که دور از انتظار است یا این‌که 6G باید برای مکان‌های متفاوت از فناوری‌ها و استانداردهای متفاوت استفاده کند.

سخن پایانی
در حالی که به‌نظر می‌رسد تا رسیدن به 6G زمان زیادی باقی مانده، اما پژوهش‌ها از مدت‌ها قبل آغاز شده‌اند. دولت چین با هدف تسلط بر صنعت ارتباطات تا سال 2030 به سرعت در حال انجام آزمایش‌های مختلف است. شرکت ال‌جی در ماه ژانویه سال 2019 میلادی مرکز تحقیقات 6G خود در کره جنوبی را تأسیس کرد. با این وجود بازار تجهیزات مصرفی و تولیدکنندگان علاقه بیشتری به 5G دارند، زیرا بازار پرسودی است و درآمد قابل توجهی عاید آن‌ها می‌کند، به همین دلیل در مقطع فعلی بیشتر سازمان‌ها و شرکت‌ها علاقه‌ای ندارند به سراغ 6G بروند، اما تلاش برای رسیدن به شبکه‌های نسل ششم از همین حالا آغاز شده است