جيل خامس (شبكات اتصال)

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
(بالتحويل من هاتف جيل خامس)
اذهب إلى التنقل اذهب إلى البحث

الجيل الخامس لشبكات الخليوي (بالإنجليزية: The 5th Generation Cellular Networks) أو الجيل الخامس للأنظمة اللاسلكية (بالإنجليزية: The 5th Generation wireless Systems) اختصاراً (5G)، هو مصطلح يستخدم في بعض الأوراق والمشاريع البحثية للدلالة على مرحلة رئيسية مقبلة من معايير الاتصالات المتنقلة ما وراء المعايير الحالية جيل رابع/IMT-المتقدمة. 5G لا تصف أي مواصفات معينة في أي وثيقة رسمية نشرتها أي هيئة قياسية للاتصالات.

على الرغم من أن المعايير المحدثة التي تحدد قدرات تتجاوز تلك المعايير المحددة في 4G الحالية هي قيد النظر، لا يزال يجري تجميع تلك القدرات الجديدة وفقا لمعايير 4G الحالية.

وذكرت وكالة انباء يونهاب الكورية،أن شركة سامسونج قد اختبرت بنجاح شبكة 5G بقدرة إتصال سرعتها 1 جيجابايت في الثانية (يحتمل أن تصل إلى 8 جيجابت في الثانية)، وتهدف إلى تقديم الخدمة بحلول عام 2020.[1][2]

التنبؤ[عدل]

هناك جيل من أجيال المحمول الجديد تظهر تقريبا في كل 10 أعوام منذ أول 1G نظام الشمال الهاتف المحمول ، قد ظهرت في عام 1981. بدء أول تشغيل لنظام 2G حيث طرح في عام 1992 ،أما أول تشغيل لنظام الجيل الثالث 3G فقد تم في عام 2001 , أخيرا نظام 4G المتوافق تماما مع IMT المتقدم كانت قيد التشغيل في عام 2012. بعض المصادر الحكومية أوضحت أن جيلا جديدا من المعايير 5G لن يتم تنفيذها من قبل الاتحاد الدولي للاتصالات إلى ما يقرب من 2020.[3][وصلة مكسورة]

تطوير معايير جيل ثان (النظام العالمي للإتصالات المتنقلة) وجيل ثالث (IMT-2000 وUMTS) استغرق تقريبا 10 سنوات بداية من البداية الرسمية لمشاريع للأبحاث والتطوير ، وتطوير نظم جيل رابع التى بدأت في 2001 أو 2002.[4][5] ومع ذلك، لم يتم إطلاق أى تطوير VSLN عالمى أو دولى GLAHVDU لشبكات VSLDH 5Gفإن بعض ممثلي الصناعة عبروا عن شكوكهم تجاه 5G.[6]

عادة ما يتم تعيين نطاقات تردد أجيال المحمول الجديدة وأوسع عرض للنطاق الترددي الطيفي لكل قناة تردد فمثلا (1G تصل إلى 30 كيلو هرتز، 2G تصل إلى 200 كيلوهرتز، 3G تصل إلى 5 ميغاهيرتز، و4G تصل إلى 40 ميغاهيرتز)، ولكن يجادل المتشككون في أنه مايزال هناك مجالا كبيرا لنطاقات الترددات الجديدة أو عرض لنطاق ترددية لقنوات أكبر من 4G.[6] من وجهة نظر المستخدمين، قد يعني ذلك ضمنا أن أجيال المحمول السابقة لديها زيادة كبيرة في معدل البت الذروة (أي الطبقة المادية صافي معدلات البت للاتصالات لمسافات قصيرة). ومع ذلك، لا يشير أي مصدر أن الذروة معدلات التنزيل والرفع لل 5G ستصل لأكثر من 1 جيجابت في الثانية التي سيتم تقديمها من قبل تعريف نظم ITU-R 4G.[4] إذا ظهر 5G، وتعكس هذه التكهنات، يجب على الفرق الرئيسي من وجهة نظر المستخدم من عرض بين 4G وتقنيات 5G يكون شيئا آخر غير زيادة الإنتاجية القصوى، على سبيل المثال انخفاض استهلاك البطارية، وانخفاض احتمال انقطاع (تغطية أفضل)، الأسعار مرتفعة قليلا في أجزاء أكبر من مساحة التغطية، وأرخص أو أي رسوم المرور بسبب انخفاض تكاليف نشر البنية التحتية، أو قدرة إجمالية أعلى لكثير من المستخدمين في وقت واحد (أي أعلى مستوى نظام الكفاءة الطيفية). تلك هي الأهداف في العديد من الأوراق البحثية.

نظرة عامة عن الجيل الخامس في الاتصالات[عدل]

إن الشعار الرئيسي للجيل الخامس هو الانترنت لكل شيء IOE = Internet Of Everyone and Every thing

أي أن كل شخص وكل شيء سيكون متصلا بالانترنت ، فأي أداة أو جهاز في البيت أو في الشارع أو أي مكان عمل سيكون متصلا بشبكة الانترنت ، وهذا ما يقودنا إلى مصطلح المدن الذكية ، إذ أن البيانات يتم تشكيلها في كل مكان من قبل أي شخص أو أي آلة وسيتم تحليلها في أقل زمن حقيقي ممكن للاستدلال على معلومات مفيدة في الوقت المناسب كمراقبة الحالة الصحية للمرضى وكبار السن ، ومراقبة الأجهزة والأدوات في المنزل وتحديد إن كان هناك عطلا ما أو نقصا في مادة ما ، وكذلك تحليل حالة المرور في الشوارع  ومساعدة السائقين وتحذيرهم من المخاطر غير المرئية مما يمهد الطريق نحو السيارات ذاتية القيادة .وهنا تلعب الاتصالات المتنقلة دورا محوريا في تمكين النقل الفعال والآمن لهذه المعلومات من آلة آلى آلة أخرى (= MACHINE TO MACHINE M2M ) - بدون تدخل الانسان - لمعالجتها واتخاذ الإجراء المناسب  بأقصى سرعة وأقل تأخير ( أقل من 1ms) .وهذا ما يفرض مزيدا من التحديات على الشبكة المستقبلية التي يجب أن تستوعب بيانات الهواتف الجوالة و العدد الهائل من الأجهزة والحساسات المنتشرة في كل مكان لتكون شبكة واسعة النطاق بقدرة وكفاءة قصوى ودرجة عالية من تأمين الأجهزة المعلومات المنقولة والمخزنة.[7]

خصائص ومميزات الجيل الخامس ومقارنتها بخصائص الجيل الرابع[عدل]

  • ظهر الجيل الرابع في العام 2011 وكان معتمدا بشكل كبير على عناويين الانترنت

( IPV4)  ( كل عنوان IPV4 مؤلف من 32 خانة ثنائية ) ، أما الجيل الخامس فمن المتوقع تطبيقه في العام 2021 وسيكون معتمدا بشكل كلي على عناوين الانترنت (IPV6 ) (كل جهاز أو آلة له عنوان IPV6 مؤلف من 128 خانة ثنائية ) .

  • سرعة نقل البيانات في الجيل الرابع كانت 100Mbps  للأجهزة المتحركة بسرعة لغاية   km/h360 (Mobile users) و 1Gbps للأجهزة الثابتة  stationary users)).

بينما هذه السرعة تصل في الجيل الخامس إلى 1Gbps  للأجهزة المتحركة و 10Gbps  للأجهزة الثابتة .

  • زمن التأخير (latency) في الجيل الرابع هو بحدود 10ms (الفترة الزمنية مابين ارسال البيانات ووصولها للطرف الآخر، مثلا الفترة بين طلب أمر ما من السيرفر ووصول هذا الأمر للسيرفر)، أما في الجيل الخامس فالتأخير لا يتجاوز 1ms .
  • عرض النطاق الترددي (bandwidth) المستخدم في الجيل الرابع هو 20MHZ ، أما في الجيل الخامس فهو MHZ160 .
  • اتصال جهاز مع جهاز بشكل مباشر (D2D communications) وهذا يعني اتصال الأجهزة القريبة من بعضها مباشرة بدون الحاجة إلى برج الخدمة كوسيط .
  • مساحة الخلية (cell) في الجيل الخامس أصغر بكثير منها في الجيل الرابع وذلك حتى تستطيع تحمل العدد الكبير من الأجهزة المتصلة بها ، بالإضافة إلى أن ذلك يؤدي إلى انخفاض مستوى استهلاك الجهاز للطاقة  بنسبة  90  بالمئة إذ أن أبراج الخدمة  تكون قريبة من الجهاز. (الخلية هي المساحة الجغرافية التي يغطيها برج خدمة واحد ).

القضايا الأمنية المرافقة لشبكات الجيل الخامس[عدل]

على الرغم من أن شبكات الجيل الخامس ستوفر سرعة عالية لنقل البيانات والقدرة على ربط عدد هائل من الأجهزة ودعمها لمجموعة كبيرة من الخدمات الشخصية وانماجها مع التكنولوجيا المتقدمة القائمة على تقنيات حديثة ، فهناك مجموعة واسعة من المسائل الأمنية والتي ستقود إلى تحديات أمنية كبيرة في مستقبل شبكات الاتصال نتيجة عدة عوامل :

  • المعمارية والبنية المعتمدة على بروتوكولات الانترنت والتي هي دائما عرضة لأي تهديد .
  • تنوع طرق الوصول لشبكة الانترنت .
  • عدم تجانس الأجهزة المتصلة من حيث القدرة الحسابية وكفاءة المعالجة والتخزين .
  • أنظمة التشغيل المفتوحة على الأجهزة ، أي يمكن تنزيل البرامج مهما كان مصدرها وتثبيتها على الأجهزة ، وهذا ما قد يخلق الكثير من المشاكل الأمنية .
  • الأجهزة المتصلة عادة ما يتم تشغيلها من قبل أشخاص غير محترفين في القضايا الأمنية .

ونتيجة لذلك سيتعين على نظام الجيل الخامس في الاتصالات أن يعالج تهديدات أكثر وأقوى بكثير من أنظمة الاتصال الحالية . وعلى الرغم من أن النظام الجديد سيكون عرضة لعدد كبير من التهديدات الأمنية المعروفة وغير المعروفة ، فليس من الواضح أي التهديدات ستكون أخطر وأي أجزاء الشبكة ستكون عرضة أكثر لتلك التهديدات .[7]

الأجزاء الأكثر عرضة وهدفا للتهديدات[عدل]

أهداف المهاجمين عادة ما تكون معدات المستخدمين وشبكات الوصول والشبكة النواة لمزود الخدمة:

أجهزة المستخدم  (user equipment) :

في الجيل الخامس ستكون الأجهزة الذكية وأجهزة التابلت جزءا رئيسيا من الحياة اليومية ، وهذه الأجهزة ستوفر مجموعة كبيرة من الميزات الهامة التي تمكن المستخدمين من الوصول لعدد كبير من الخدمات الشخصية عالية الجودة. ومن المتوقع زيادة عدد هذه الأجهزة في المستقبل مع ازدياد حجم البيانات وامكانيات الشبكة التي ستدعم كل خيارات التوصيل (2G,3G,4G).ولكن هذه الأجهزة ستكون هدفا رئيسيا للمهاجمين حيث ستتعرض لهجمات أكثر تطورا عن طريق البرمجيات الخبيثة كالفيروسات التي تستهدف كلا من الأجهزة المحمولة وشبكات الاتصال ، وهذه البرمجيات تبدو وكأنها صديقة (كالألعاب مثلا)  سواء من مصادر موثوقة أوغير موثوقة ،حيث يتم تثبيتها على الأجهزة ، لكنها في الواقع مصممة لتمكين المهاجمين من الوصول للبيانات الشخصية للمستخدم ، أو للوصول لأنظمة التشغيل لهذه الأجهزة وتعطيلها . مما يعرض المستخدم أو الأجهزة للكثير من المخاطر.

شبكات الوصول (ACCESS NETWORKS) :

من المتوقع أن تكون شبكات الاتصال في الجيل الخامس غير متجانسة ومعقدة إلى حد كبير فهي ستدعم شبكات الاتصال ( 2G,3G,4G)  وغيرها من تقنيات الاتصال المتقدمة وذلك حتى يكون الاتصال مضمونا و آنيا . فمثلا في غياب الشبكة 4G من المفروض تواجد الشبكات الأخرى سواء 2G  أو 3G لضمان إتمام الاتصال . ولكن ذلك يؤدي إلى وراثة جميع القضايا الأمنية المتعلقة بالشبكات السابقة وبالتالي يجب تطوير آليات حماية قوية لمواجهة التهديدات الأمنية الناشئة . فمثلا من المشاكل الأمنية الهامة التي قد تؤثر بشكل خطير على خصوصية المستخدم في نظام الجيل الرابع إمكانية تتبع موقع المستخدم (User location tracking) والتي تتم بطريقتين ؛ الأولى عن طريق تحديد الرقم التعريفي للخلية المزودة للخدمة (C‐RNTI) والثانية هي تحديد الأرقام التسلسلية للبيانات المرسلة.[7]

الشبكة النواة لمزود الخدمة (Mobile Operator’s Core Network) :

بما أن البنية المعمارية لشبكة الجيل الخامس ستعتمد على عناوين الانترنت (ipv6) فهي ستكون عرضة للهجمات (عبر تلك العناوين) الشائعة على شبكة الانترنت مثل الهجمات التي تستهدف أنظمة التشغيل لأجهزة الشبكة المركزية لمزود الخدمة (DOS attaks) التي تعد من أخطر التهديدات ، ولتجنب الخروقات الأمنية للشبكة الناجمة عن استخدام الهواتف الذكية داخل بيئة العمل يجب إجراء مسح دوري لهواتف الموظفين باستخدام برامج الحماية ، ولكن هذا النهج يعتبر مكلفا للشركات ، فالحلول المبتكرة يجب أن تحقق التوازن بين التكلفة والفعالية ، لذلك يتم أخذ عينات من الهواتف الذكية بشكل دوري لفحصها ويتم قياس ذلك على بقية الأجهزة بما يسمى بقياس التمثيل الأمني للهواتف الذكية. [7]

بحوث[عدل]

المفاهيم الأساسية المقترحة في الأوراق العلمية حول مناقشة 5G وما بعدها الاتصالات اللاسلكية لشبكات جيل رابع هي:

مراجع[عدل]

  1. ^ Samsung to offer 5G service by 2020 | YONHAP NEWS نسخة محفوظة 26 مارس 2016 على موقع واي باك مشين.
  2. ^ Samsung wants to offer 5G in 2020, speeds of 1Gbps reached in tests - Pocket-lint نسخة محفوظة 03 ديسمبر 2017 على موقع واي باك مشين.
  3. ^ Xichun Li, Abudulla Gani, Rosli Salleh, Omar Zakaria, The Future of Mobile Wireless Communication Networks, International Conference on Communication Software and Networks, February 2009, ISBN 978-0-7695-3522-7.
  4. ^ أ ب ت ث ج ح Akhtar، Shakil (2008) [2005]. المحرر: Pagani، Margherita. 2G-5G Networks: Evolution of Technologies, Standards, and Deployment (الطبعة Second). Hershey, Pennsylvania, United States: IGI Global. صفحات 522–532. ISBN 978-1-60566-014-1. doi:10.4018/978-1-60566-014-1.ch070. تمت أرشفته من الأصل (PDF) في 2011-06-02. اطلع عليه بتاريخ 02 يونيو 2011. 
  5. ^ "generation"+"10+years"+3g+4g&hl=sv&gl=se&pid=bl&srcid=ADGEESgjbe5SmRauST0LgRZ5itUZ0Z_6dijBQ0Lh_ZSXWb0qz4L2lO7UpmyaN9VhkfA9xjGe2izd-z2UnSbf5NizkMWKpyabu6j80w8nhM40_gQEZ2rob-_8b31sCXW_E7uH8mp2HYxS&sig=AHIEtbRHQIMhi0BSxPyol8tXj8AtlADhIA Emerging Wireless Technologies; A look into the future of wireless communications – beyond 3G, SAFECOM (A U.S. وزارة الأمن الداخلي للولايات المتحدة program) "Since the general model of 10 years to develop a new mobile system is being followed, that timeline would suggest 4G should be operational some time around 2011." "generation"+"10+years"+3g+4g&hl=sv&gl=se&pid=bl&srcid=ADGEESgjbe5SmRauST0LgRZ5itUZ0Z_6dijBQ0Lh_ZSXWb0qz4L2lO7UpmyaN9VhkfA9xjGe2izd-z2UnSbf5NizkMWKpyabu6j80w8nhM40_gQEZ2rob-_8b31sCXW_E7uH8mp2HYxS&sig=AHIEtbRHQIMhi0BSxPyol8tXj8AtlADhIA نسخة محفوظة 03 يونيو 2016 على موقع واي باك مشين.
  6. ^ أ ب Interview with Ericsson CTO: There will be no 5g - we have reached the channel limits, Daily News and Analysis, 23 May 2011. نسخة محفوظة 08 مارس 2012 على موقع واي باك مشين.
  7. ^ أ ب ت ث http://5g.itrc.ac.ir/sites/default/files/Fundamentals%20of%205G%20Mobile%20Networks-Wiley%20(2015).pdf
  8. ^ أ ب ت Abdullah Gani, Xichun Li, Lina Yang, Omar Zakaria, Nor Badrul Anuar, Multi-Bandwidth Data Path Design for 5G Wireless Mobile Internets, WSEAS Transactions on Information Science and Applications archive, Volume 6, Issue 2, February 2009. ISSN:1790-0832.
  9. ^ The Korean IT R&D program of MKE/IITA: 2008-F-004-01 "5G mobile communication systems based on beam-division multiple access and relays with group cooperation".
  10. ^ Tomorrow's 5g cell phone; Cognitive radio, a 5g device, could forever alter the power balance from wireless service provider to user, Infoworld Newsletters / Networking, February 28, 2003 نسخة محفوظة 06 يوليو 2014 على موقع واي باك مشين.
  11. ^ Cornelia-Ionela Badoi, Neeli Prasad, Victor Croitoru and Ramjee Prasad, 5G based cognitive radio, Wireless Personal Communications, Volume 57, Number 3, 441–464, DOI: 10.1007/s11277-010-0082-9, Springer.
  12. ^ Leonardo S. Cardoso, Marco Maso, Mari Kobayashi and Mérouane Debbah, Orthogonal LTE two-tier Cellular Networks, 2011 IEEE International Conference on Communications (ICC). p. 1-5 , July 2011.
  13. ^ Shingo Ohmori, Yasushi Yamao and Nobuo Nakajima, The Future Generations of Mobile Communications Based on Broadband Access Technologies, جمعية مهندسي الكهرباء والإلكترونيات communications magazine. Vol. 38, no. 12, p. 134-142, December 2000.
  14. ^ Toni Janevski, 5G Mobile Phone Concept, Consumer Communications and Networking Conference, 2009 6th IEEE [1-4244-2308-2].