نانو فناوری و نسل پنجم شبکه‌های مخابراتی سیار

گروه مشاوران مدیریت و مطالعات راهبردی تدبیر  ۱۳۹۷/۰۸/۰۲
نانو فناوری و نسل پنجم شبکه‌های مخابراتی سیار
 
چیستی فناوری نسل پنجم
نسل پنجم شبکه­های مخابراتی سیار (5G)، استانداردهای پیشنهادی برای نسل جدید ارتباطات سیار است که بعد از نسل چهارم شبکه تلفن همراه و (به احتمال زیاد) در سال 2020 ارائه می‌شود. در یک نگاه کلی، فناوری نسل پنجم را می­توان به صورت یک مثلث تصور کرد. مثلثی که مطابق شکل زیر دارای سه ضلع 1) پهن باند سیار افزایش یافته (Enhanced Mobile Broadband)، 2) ارتباطات عظیم از نوع ماشین (Massive Machine Type Communications) و 3) ارتباطات بسیار قابل اتکا و با تأخیر پایین (Ultra-reliable and low latency Communications) میباشد.

01

ضلع نخست این مثلث به توانایی فناوری نسل پنجم در ارائه دیتای پرسرعت اشاره دارد که در آن حداکثر دانلود 20 گیگابیت بر ثانیه و حداکثر آپلود 10 گیگابیت بر ثانیه می­باشد. ضلع دوم آن به ظرفیت فناوری نسل پنجم در پوشش تجهیزات موجود در محیط اشاره دارد که چیزی معادل با پوشش یک میلیون تجهیزات در یک کیلومتر مربع است. ضلع سوم به این واقعیت اشاره دارد که شبکه نسل پنجم دارای اتکاپذیری بسیار بالایی بوده و تأخیر در آن معادل یک هزارم ثانیه است. این سه ضلع در واقع نشان­‌دهنده­ کارکردهای اصلی نسل پنجم شبکه­‌های موبایل میباشند. که در کنار هم به اپراتورهای مخابراتی امکان ارائه خدمات مختلف و ورود به صنایع عمودی بسیاری (نظیر نفت و گاز، بهداشت، حمل و نقل و ...) را فراهم می‌­سازند.

 

علاوه بر کارکردهای اصلی نسل پنجم شبکه‌­های موبایل، این فناوری خود با پشتیبانی برخی از فناوری‌­ها دیگر توسعه یافته است که یکی از مهم‌ترین آن­ها نانو فناوری (Nanotechnology) است.

 

چیستی نانو فناوری و کاربردهای آن در 5G

 نانو فناوری کاربرد علم نانو است که اساساً بر مهندسی سیستم­‌ها در سطح ملکولی ( 0.1 تا 100 نانومتر) است. گاه از نانو فناوری به‌عنوان نانو فناوری مولکولی (Molecular Nanotechnology) نیز یاد می­‌شود. بدون تردید نانو فناوری انقلاب بعدی است که در حال رخ دادن میباشد. روند تولید مقالات علمی و ثبت اختراعات (Patent) نشان از آن دارد که در چند سال آینده شاهد اثرات جدی فناوری نانو بر صنعت مخابرات هستیم (به خصوص بر شبکه­هایIP و تجهیزات موبایل)؛ اثراتی که خود را در حوزه‌­های گوناگونی مانند حسگرها، گوشی‌­های موبایل، شبکه اصلی، هوش مصنوعی و همچنین بیومتریک نشان می­دهند. برخی از کاربردهای اصلی نانو در صنعت مخابرات در ادامه بیان می‌­شود:

نانو تجهیزات (Nano equipment): در دنیای مدرن، تلفن همراه به جزئی از هویت افراد تبدیل شده است. با استفاده از نانو فناوری، دستگاه‌­های موبایل می­‌توانند به تجهیزات نانویی مبدل گردند. برخی ویژگی­‌های بارز چنین تجهیزاتی عبارت‌اند از: 1) دستگاه تلفن خود تمیز شونده است، 2) دستگاه تلفن خود شارژ شونده خواهد شد، 3) دستگاه خواهد توانست برخی از متغیرهای محیطی نظیر دما و فشار را حس کند 4) دستگاه از انعطاف­پذیری ساختاری بالایی برخوردار خواهد بود.

مفهوم مورف (Morph): این مفهوم برای نخستین بار توسط شرکت نوکیا و دانشگاه کمبریج مطرح شد که میگوید چگونه دستگاه­‌های موبایل در آینده از خاصیت کشش پذیری و انعطاف پذیری بالایی برخوردار خواهند بود و می­توانند به اشکال مختلف تغییر شکل یابند. این مفهوم در واقع به انعطافپذیری ساختاری تجهیزات نانویی اشاره دارد مثلاً تصور کنید که شما قادر خواهید بود تلفن همراه خود را لوله کرده و در درون جیب خود بگذارید.

ترانزیستورهای گرافین (Graphene transistors): این ترانزیستورها دستگاه­‌هایی هستند که در مقیاس نانو و بر بستر ماده­ گرافین ساخته می­‌شوند. گرافین ساختار دو بعدی از یک لایه منفرد شبکه لانه زنبوری کربنی می‌باشد. این ماده به دلیل داشتن خواص فوق‌العاده در رسانندگی الکتریکی (Electrical conductivity) و رسانندگی گرمایی (Thermal conductivity)، چگالی بالا و تحرک‌پذیری حامل‌های بار، رسانندگی اپتیکی و خواص مکانیکی به ماده‌ای منحصر به فرد تبدیل شده ‌است. این سامانه جدید حالت جامد به واسطه این خواص فوق‌العاده به عنوان کاندید بسیار مناسب برای جایگزینی سیلیکون در نسل بعدی قطعه‌های فوتونیکی و الکترونیکی در نظر گرفته شده‌ است و از این رو توجه بسیار زیادی را در تحقیقات بنیادی و کاربردی به خود جلب کرده ‌است. ساختار گرافین چنین است که به الکترونها اجازه میدهد به سرعت در داخل آن حرکت کنند که این باعث افزایش کارایی آن نسبت به مواد بکار رفته در تراشه‌­های نیمه رسانای فعلی می­شود. این ترانزیستورها می‌توانند فرکانس‌های تا حد 26 کیلوهرتز را دریافت کنند که این مقدار به مراتب بیش از فرکانس‌های سایر شبکه­‌های سلولی است. این توانمندی گوشی­‌های موبایل و ایستگاه‌­های پایه را قادر می‌سازد تا سیگنال‌­های ضعیف را دریافت کنند. ضمن اینکه، این ترانزیستورها به تلفن­ها امکان می­دهند تا بتوانند در دورترین مکان­ها نیز کار کنند.

لنز مایع (liquid Lens): در هنگام ثبت تصویر، حتی اگر لرزش (jitter) و نویز بسیاری در یک تصویر باشد، این لنزها منجر به کاهش جدی این لرزها اعوجاجات تصویری- میشوند و به چشم ما این امکان را می‌دهند تا تصویر را به خوبی ببینیم.

باتری­‌های هوشمند (Intelligent battery): باتری هوشمند از دو قسمت عمده­ الکترود (Electrode) و الکترولیت (Electrolyte) تشکیل شده است. گاهی اوقات، دریایی از الکترون­‌ها یعنی الکترولیت، که در اصل برای این طراحی شده تا در واکنش با الکترون­ها باعث تولید جریان بشوند، با واکنش بین خودشان منجر به تولید جریان می­‌شوند. این وضعیت منجر به تخلیه (power drainage) و کوتاه شدن عمر باتری می‌شود. برای جلوگیری از این مسئله، محققان در حال مطالعه­ باتری هوشمندی هستند که می­تواند مسئله تخلیه ناخواسته را حل کند. انتظار می‌رود که این باتری یک نانولوله­ سیلیکونی باشد که مقادیر مورد نیازی از الکترولیت­‌ها در بالای آن نشسته‌­اند. این امر باعث می‌شود که الکترولیت­‌ها در هنگام اتصال کامل با الکترود تماس بگیرند.

توجه به مثال­‌های فوق، نشان­گر آن است که بی‌تردید نانو فناوری اثراتی انقلابی بر صنعت مخابرات خواهد داشت. اثراتی که از شبکه­های مخابراتی گرفته تا تجهیزات ارتباطی کاربران نهایی (End user device) را شامل می­‌شوند. بنابراین لازم است تا متولیان صنعت مخابرات، نخست اقدام به شناسایی آن حوزه‌های فنی بنمایند که در آن از علم نانو به خوبی آگاهی دارند و دوم برای بین المللی­‌سازی محصولات تولیدی شرکت­های فعال اقدام به ایجاد یک اکوسیستم مناسب بنمایند.

 

 

 

منابع

 https://internetofthingsagenda.techtarget.com/blog/IoT-Agenda/Standards-Building-blocks-for-5G-cellular-things

Bhardwaj S, Gupta P, Rachana A, Singh R. The prodigy of nano-core technology—5G. InSignal Processing, Computing and Control (ISPCC), 2017 4th International Conference on 2017 Sep 21 (pp. 264-268). IEEE.

Schwierz F. Graphene transistors. Nature nanotechnology. 2010 Jul;5(7):487.

 

۷۵

برای نظر دادن ابتدا باید به سیستم وارد شوید. برای ورود به سیستم اینجا کلیک کنید.