لبناء مدن ذكية وعالم متصل الاحتياج إلى سد فجوات الاتصال، توسيع قدرات الشبكات، وتوفير خدمات الإنترنت عالية السرعة والموثوقية مطلب . لذلك ينتج عن دمج الأقمار الصناعية في مدار الأرضي المنخفض (LEO)، مع الشبكات اللاسلكية الأرضية السائدة ثورة في مستقبل الاتصالات العالمية. في المقابل هناك العديد من التحديات التي يجب معالجتها لتحقيق هذه الثروة.
من المتوقع أن توفر شبكات الجيل الخامس معدلات بيانات أعلى وتلبي مؤشرات الأداء للاستمرارية والشمولية. ايضا ستعمل تقنية الجيل السادس على تعزيز سرعة الاتصال، سعة النظام، وموثوقية الاتصال. ومع ذلك، فإن الاتصالات الأرضية ليست حلاً عمليًا بسبب التغطية محدودة السعة ، مما يؤدي إلى ضعف الوصول إلى الإنترنت لنحو 50% من العالم. يؤدي العدد المتزايد من اتصالات إنترنت الأشياء واتصالات النطاق العريض المتنقل إلى الحاجة لنهج مبتكرة لدعم التقنيات الناشئة مثل إنترنت الأشياء، الذكاء الاصطناعي، والحوسبة السحابية. يوفر دمج شبكات الجيل الخامس,السادس وإنترنت الأشياء مع الشبكات الفضائية فوائد مثل التغطية العالمية، وتطبيقات إنترنت الأشياء، بالإضافة إلى تطبيقات مثل مراقبة الأرض، والنقل الذكي، والعمليات العسكرية، وإلانقاذ من الكوارث الطبيعية.
تعتبر الأقمار الصناعية أجساما تتبع مسارات دائرية أو بيضاوية عند الدوران حول كوكب ومن أنواعها اقمار الاتصالات وهي اجهزة تطلق إلى الفضاء لتقوم بتبديل وتوجيه إشارات الاتصالات اللاسلكية عبر جهاز إرسال وجهاز استقبال يقع في مواقع مختلفة على الأرض وتنقسم الى انواع منها المدار الجغرافي الثابت , المدار المتوسط , والمدار المنخفض .تُعد الأقمار الصناعية في مدار الأرض المنخفض (LEO) مرشحًا محتملاً للدمج مع شبكات الجيل الخامس , السادس وإنترنت الأشياء.
–المزايا و الفرص
1. تغطية واتصال عالمي: توفر أنظمة الأقمار الصناعية في مدار الأرض المنخفض تغطية واسعة النطاق لا يمكن للشبكات الأرضية مضاهاتها، خصوصًا في المناطق النائية أو غير المخدومة مثل المناطق الريفية، الصحراء ، المحيطات والجبال. مما يتيح اتصالًا سلسًا لجميع مستخدمين الأجهزة حول العالم، مما يقلل الفجوة الرقمية بشكل كبير.
2. تعزيز موثوقية ومرونة الشبكة: يعزز دمج الأقمار الصناعية مع الشبكات الأرضية الموثوقية العامة لأنظمة الاتصالات. توفر الأقمار الصناعية طبقة إضافية من الحماية، مما يضمن توفر الشبكة حتى أثناء الكوارث الطبيعية، أو فشل البنية التحتية، أو غيرها من حالات الطوارئ.
3. دعم التقنيات الناشئة: يتيح دمج الأقمار الصناعية مع شبكات الجيل الخامس والسادس وإنترنت الأشياء تطوير ونشر التقنيات المتقدمة مثل المركبات الذاتية القيادة، والمدن الذكية، والزراعة الدقيقة، والرصد البيئي في الوقت الفعلي. يسهم هذا الدمج في تطوير تطبيقات وخدمات جديدة تتطلب معدلات بيانات عالية، زمن انتقال منخفض واتصالاً واسع النطاق.
4. تحسين جودة الخدمة : يسمح دمج الأقمار الصناعية بإدارة أفضل للحمل المروري وتوزيع الحركة، مما يحسن جودة الخدمة للمستخدمين النهائيين. هذا مهم بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب اتصالًا متسقًا وأداءً عاليًا، مثل بث الفيديو، والرعاية الصحية عن بعد، والتعليم عن بعد.
–التحديات
1. فقدان عالي في مسار الإشارة والتأخير: تواجه الاتصالات عبر الأقمار الصناعية فقداناً كبيراً للإشارة وتأخيرات نظرًا للمسافة التي يجب أن تقطعها الإشارات بين الأقمار الصناعية والأرض. يمكن أن تؤثر هذه العوامل على أداء الشبكة وموثوقيتها، خاصة في النطاقات الترددية العالية حيث يكون تشتت الإشارة أكثر وضوحًا.
2. إدارة الانتقال ودعم التنقل: إدارة الانتقال بين الأقمار الصناعية والشبكات الأرضية معقدة، خاصة مع الحركة العالية للأقمار الصناعية في مدار الأرض المنخفض. يتطلب ضمان اتصال سلس للمستخدمين المتنقلين عبر مختلف أجزاء الشبكة تصاميم هوائيات متقدمة وبروتوكولات انتقال مبتكرة.
3. تخصيص الطيف وإدارة التداخل: يقدم دمج الشبكات الفضائية والأرضية تحديات في إدارة الطيف. يعد تخصيص الموارد الطيفية بكفاءة والتخفيف من التداخل بين الأنظمة الفضائية والأنظمة الأرضية أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على أداء الشبكة وتجنب تعطل الخدمات.
4. العوائق الاقتصادية والتقنية: تتضمن نشر مجموعات الأقمار الصناعية تكاليف ضخمة، بما في ذلك تصنيع الأقمار الصناعية وإطلاقها وصيانتها. بالإضافة إلى ذلك، فإن المتطلبات التقنية لدمج الأقمار الصناعية مع الشبكات الأرضية، مثل الهوائيات المتقدمة والبروتوكولات الاتصالية المتوافقة، تشكل عقبات كبيرة.
5. مخاوف الأمن والخصوصية: يضيف دمج الشبكات الفضائية مع الأنظمة الأرضية تحديات أمنية جديدة. يتطلب حماية البيانات المنقولة عبر روابط فضائية شاسعة و تدابير قوية للأمن السيبراني لمنع الوصول غير المصرح به واعتراض الإشارات وتسريب البيانات.
ختامًا
يمثل دمج الأقمار الصناعية في الشبكات اللاسلكية الأرضية المستقبلية تحولاً جذريًا في الاتصالات العالمية. وعلى الرغم من أن هذا النهج يوفر فرصًا لا مثيل لها لتعزيز الاتصال ودعم التقنيات الناشئة وتحسين موثوقية الخدمة، إلا أنه يتطلب التغلب على تحديات تقنية واقتصادية وتنظيمية كبيرة. إن معالجة هذه التحديات سيكون حاسمًا لتحقيق الإمكانات الكاملة لدمج الأقمار الصناعية والشبكات الأرضية وتشكيل مستقبل الاتصالات العالمي.
المرجع
Shayea, I., El-Saleh, A. A., Ergen, M., Saoud, B., Hartani, R., Turan, D., & Kabbani, A. (2024). Integration of 5G, 6G and IoT with Low Earth Orbit (LEO) Networks: Opportunity, Challenges and Future Trends. Results in Engineering, 102409.
10.1016/j.rineng.2024.102409 .