از داده تا درک محیط؛ ISAC قلب تپنده شبکه‌های 6G در آینده!

شبکه‌های مخابراتی از گذشته تا امروز، همواره برای برقراری ارتباطات مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اما با تکامل صنعت بی‌سیم و حرکت به‌سوی نسل ششم ارتباطات (شبکه 6G)، مرز میان شبکه‌های مخابراتی سنتی و فناوری‌های حسگر، مانند رادار و لیدار (LiDAR) در حال از بین رفتن است. نتیجه‌ این همگرایی، فناوری نوینی به نام ارتباطات و حسگری یکپارچه (Integrated Sensing and Communications) یا به‌اختصار ISAC  است. در این مقاله، نگاهی خواهیم داشت به نحوه عملکرد این فناوری، کاربردهای آن در صنایع مختلف و فرصت‌های جدیدی که برای اپراتورها ایجاد می‌کند.

فناوری ISAC چیست؟

فناوری ارتباطات و حسگری یکپارچه یا ISAC به استفاده از امواج رادیویی برای «حس کردن» یا شناسایی اشیا و سطوح مختلف در محیط اطراف اشاره دارد. در این فناوری، حسگرها در ایستگاه‌های پایه شبکه یا دستگاه‌های کاربر تعبیه می‌شوند تا داده‌ها و اطلاعات دقیق‌تری را از اشیا متصل و حتی غیرمتصل در محیط پیرامون به دست آورند.

این همگرایی میان ارتباطات و حسگرها می‌تواند هر تلفن همراه را به نوعی دستگاه رادار تبدیل کند؛ ابزاری که توانایی شناسایی تغییرات محیط و ترسیم نقشه پیرامون خود را دارد. به‌این‌ترتیب، شبکه‌ها به قابلیتی مجهز می‌شوند که می‌تواند طیف گسترده‌ای از اشیا و عوامل محیطی را رصد کند و فرصت‌ها و کاربردهای جدیدی را برای اپراتورها و کاربران ایجاد کند.

امروزه فناوری ISAC یکی از واضح‌ترین نمونه‌های تفاوت میان شبکه‌های 5G و نسل ششم شبکه‌ها(6G)  به شمار می‌رود؛ چراکه قابلیت‌ها و کاربردهایی را معرفی می‌کند که پیش‌تر در شبکه‌های همراه ممکن نبود. درحالی‌که انتظار می‌رود نخستین کاربردهای تجاری شبکه‌های 6G حدود سال 2030 عرضه شوند، مسیر توسعه آن از همین امروز در حال شکل‌گیری است. شرکت‌های تحقیق و توسعه مانند InterDigital و نهادهای تدوین استاندارد از جمله مؤسسه استانداردهای مخابراتی اروپا (ETSI) و۳GPP، همراه با مجموعه‌ای از گروه‌های پژوهشی صنعتی، تحقیق درباره مزایا، چالش‌ها و پتانسیل‌های فناوری ISAC را آغاز کرده‌اند.

بیشتر بخوانید:

هوش مصنوعی عامل در مخابرات؛ نسل جدید مدیریت هوشمند شبکه‌ها

مراحل پیاده‌سازی فناوری ISAC به چه شکل است؟

هرچند فناوری ISAC (ارتباطات و حسگری یکپارچه) مفهومی نو در صنعت مخابرات به شمار می‌رود، اما فناوری حسگری در دنیای امروز کاملاً جا افتاده است. از حسگرهای اینترنت اشیا (IoT) گرفته تا لیدار (LiDAR)، رادار و حسگرهای Wi-Fi، همگی نمونه‌هایی از فناوری‌های حسگر هستند.

بیشتر بخوانید:

چگونه تکنولوژی‌های اینترنت اشیا و دوقلوی دیجیتال صنایع را متحول می‌کنند؟

تحول دیجیتال با هوش مصنوعی و اینترنت اشیا

داده‌های به‌دست‌آمده از این دستگاه‌ها معمولاً به‌صورتOver-the-Top  ارسال می‌شود؛ یعنی مستقیماً به همان برنامه‌ای فرستاده می‌شود که از آن استفاده می‌کند. اگرچه داده‌های حسگری می‌توانند از طریق هر نوع شبکه‌ای منتقل شوند، اما درحال‌حاضر خود شبکه از این داده‌ها استفاده نمی‌کند. این موضوع، یکی از مهم‌ترین تحولاتی است که با ظهور فناوری ISAC در شبکه‌ها امکان‌پذیر می‌شود.

از همین رو، فناوری ISAC به‌عنوان یکی از فناوری‌های پایه و کلیدی در مسیر حرکت به‌سوی نسل ششم (6G) شناخته می‌شود که قرار است در دو فاز اصلی پیاده‌سازی شود:

• مرحله اول: آشکارسازی (exposure phase)

در مرحله‌ نخست، شبکه مورد ارزیابی قرار می‌گیرد تا مشخص شود آیا داده‌های حسگری می‌توانند به‌جای ارسال مستقیم به برنامه‌ها (Over the Top)، از طریق خود شبکه منتقل شوند یا خیر. این کار به اپراتورها اجازه می‌دهد تا داده‌های حسگری را پردازش و تحلیل کنند و از آن برای بهینه‌سازی عملکرد شبکه، عملیات و خدمات استفاده کنند.

در این ساختار، شبکه‌ سلولی مانند یک مدیر ترافیک هوشمند عمل می‌کند که کیفیت انتقال داده را تضمین کرده و داده‌های حسگری مناسب را به سرویس‌ها و عملکردهای مرتبط در شبکه هدایت می‌کند. این مرحله که با عنوان مرحله‌ آشکارسازی (exposure phase) شناخته می‌شود، در نسل پنجم شبکه‌ها (5G) آغاز شده و احتمالاً با درک بیشتر اپراتورها از ارزش و کاربرد داده‌های حسگری، در سال‌های آینده ادامه خواهد یافت.

پیش از  فناوری ISAC، داده‌های حسگری هرچند از طریق شبکه ارسال می‌شدند، اما درون شبکه قابل مشاهده و استفاده نبودند. اکنون، با قابلیت پردازش و تحلیل مستقیم این داده‌ها در شبکه، اپراتورها می‌توانند از آن‌ها به‌عنوان منبعی ارزشمند از نظر عملیاتی و اقتصادی استفاده کنند.

• مرحله‌ی دوم: استفاده از سیگنال‌های شبکه برای حسگری

مرحله‌ دوم پیاده‌سازی فناوری ISAC بسیار پیشرفته‌تر است و انتظار می‌رود قابلیت‌های جدیدی را در حوزه‌ حسگری ایجاد کند. در این مرحله، اپراتورها می‌توانند از سیگنال‌های خود شبکه، شامل سیگنال‌های رادیویی، طیف فرکانسی و مودم سلولی برای جمع‌آوری داده‌های محیطی استفاده کنند.

در این حالت، اپراتور می‌تواند وابستگی به دستگاه‌های حسگری خارجی را کاهش دهد و از سیگنال‌های خود که از سوی ایستگاه پایه یا تجهیزات کاربر ارسال می‌شوند، برای پشتیبانی از قابلیت‌های حسگری بهره ببرد.

این قابلیت به اپراتور اجازه می‌دهد تا داده‌های به‌دست‌آمده از سیگنال‌های داخلی شبکه را با داده‌های حسگرهای خارجی ترکیب کند تا دیدی جامع‌تر و دقیق‌تر را از محیط شبکه به دست آورد. چنین دیدی امکان بهینه‌سازی دقیق‌تر شبکه و ارائه‌ خدمات جدید و پیشرفته‌تر را فراهم می‌کند.

مزایای فناوری ISAC برای اپراتورها چیست؟

فناوری ISAC یک پیشنهاد ارزشمند برای اپراتورهای شبکه محسوب می‌شود، زیرا نه‌تنها مسیرهایی تازه را برای بهینه‌سازی عملکرد شبکه فراهم می‌کند، بلکه زمینه‌ خلق خدمات جدید و فرصت‌های تجاری را نیز مهیا می‌کند. ارزش افزوده‌ای که از طریق فناوری ISAC ایجاد می‌شود، می‌تواند به‌عنوان بازده سرمایه (ROI) برای جبران هزینه‌های زیرساختی و سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه‌ فناوری‌های پیشرفته‌تر مورد استفاده قرار گیرد.

بیشترین سود از ISAC متعلق به اپراتورهایی خواهد بود که بتوانند داده‌های حسگری خود را برای افزایش کارایی عملیاتی و کسب درآمد از خدمات جدید به کار گیرند. هرچه کیفیت داده‌ها بالاتر باشد، کیفیت خدمات نیز بیشتر خواهد شد و اپراتورهایی که بهتر از داده‌های خود بهره ببرند، بیشترین مزایا را کسب خواهند کرد.

پایداری و بهره‌وری انرژی؛ محور توسعه فناوری  ISAC

پایداری (Sustainability) همواره یکی از موضوعات اساسی در توسعه‌ فناوری‌های نو محسوب می‌شود. در چارچوب استانداردهای IMT 2030، پایداری به‌عنوان یک الزام کلیدی برای تمام سیستم‌های آینده در نظر گرفته شده و در مورد فناوری  ISAC، بهره‌وری انرژی یکی از شاخص‌های اصلی عملکرد آن به شمار می‌رود.

پژوهشگران پیشرو و کنسرسیوم‌های صنعتی در حال بررسی‌اند که ISAC چگونه می‌تواند به اهداف اپراتورهای شبکه‌ تلفن همراه در راستای کاهش مصرف انرژی یا افزایش بهره‌وری انرژی کمک کند. آن‌ها همچنین بررسی می‌کنند که آیا ISAC می‌تواند از نوآوری‌هایی پشتیبانی کند که به بهبود پایداری و حفاظت از محیط‌زیست کمک می‌کنند.

بیشتر بخوانید:

رایانش ابری پایدار؛ چگونه فناوری می‌تواند به نجات زمین کمک کند؟

کاربردهای فناوری ISAC چیست؟

چندین روند مهم در بازار، مسیر رشد و گسترش فناوری ISAC را تقویت می‌کنند. با افزایش روبه‌رشد ربات‌ها و خودروهای خودران، نیاز به ابزارهای پیشرفته‌ای برای نقشه‌برداری دقیق از محیط اطراف و همچنین دریافت اطلاعات لحظه‌ای با هدف جلوگیری از تصادف وجود دارد.

قابلیت‌های حسگری ISAC در نور کم و شرایط بد آب‌وهوایی، عملکردی به‌مراتب بهتر از دوربین‌ها دارند و حتی برد بیشتری نسبت به رادارهای کوتاه‌برد ارائه می‌دهند. در بسیاری از موارد، فناوریISAC  می‌تواند کاربردهایی کاملاً جدید ایجاد کند و همچنین فناوری‌های موجود را بهبود داده و تقویت کند.

براساس بررسی‌های نهاد استانداردسازی 3GPP، تاکنون ۳۲ مورد کاربرد برای مکان‌یابی فضایی انسان‌ها، حیوانات، خودروها و پهپادها شناسایی شده است. فهرستی که در ادامه آمده، بخش‌هایی از این کاربردها را در سه گروه اصلی و یک بخش آینده‌نگر ارائه می‌کند و می‌تواند نقطه‌ شروعی برای توسعه کسب‌وکارهای مرتبط با ISAC  باشد.

بیشتر بخوانید:

  لذت دوچندان رانندگی با استفاده از تکنولوژی خودروهای متصل به اینترنت!

استفاده از داده‌های خودروهای متصل، صنعت بازاریابی را وارد مرحله جدیدی می‌کند!

۱. پهپادها  (UAVs)

افزایش استفاده از پهپادها در صنایع مختلف، باعث شده تعداد این پرنده‌ها در نزدیکی سطح زمین بیشتر شود. فناوریISAC  می‌تواند در چند زمینه کلیدی برای پهپادها تفاوت ایجاد کند.

پهپادها به حسگرهای داخلی برای هدایت پرواز مجهز هستند، اما این حسگرها در تاریکی، نور کم یا باران، عملکرد محدود دارند. ردیابی مسیر پرواز با ISAC با ترکیب حسگرهای داخلی و قابلیت‌های حسگری شبکه، امکان فعالیت پایدار پهپادها را در هر شرایط جوی و نوری فراهم می‌کند.

همچنین پهپادها در فضاهای هوایی متنوعی حرکت می‌کنند: مناطق آزاد پرواز، مسیرهای مشخص و نواحی ممنوعه. مناطق ممنوعه تنها به اطراف فرودگاه‌ها محدود نیست و می‌تواند شامل املاک خصوصی، فضاهای کسب‌وکار، خطوط راه‌آهن و مناطق حساس دولتی باشد. فناوری تشخیص ورود غیرمجاز پهپاد با ISAC می‌تواند درصورت ورود پهپادهای ناشناس، به افراد، خودروها یا مکان‌های مرتبط هشدار دهد تا اقدامات پیشگیرانه یا اصلاحی را انجام دهند.

از آنجا که در آینده تعداد پهپادها بسیار زیاد خواهد شد، جلوگیری از برخوردهای هوایی اهمیتی حیاتی پیدا می‌کند. برخوردهای هوایی می‌تواند علاوه‌بر آسیب به پهپادها، با سقوط در مناطق شهری خسارت‌های بزرگ‌تری را نیز ایجاد کند. بنابراین قابلیت حسگری شبکه‌محور ISAC برای جلوگیری از برخورد در شهرهای بزرگ که تعداد زیادی پهپاد در آن‌ها فعال است، اهمیتی دوچندان دارد.

۲.حمل‌ونقل و صنعت خودرو

در بخش حمل‌ونقل و خودرو،ISAC  می‌تواند تکمیل‌کننده‌ مؤثری برای حسگرهای داخلی باشد و ایمنی را در مسیرها و معابر شلوغ افزایش دهد. یکی از چالش‌های مهم در شهرهای بزرگ این است که عابران پیاده، دوچرخه‌سواران، خودروها و وسایل حمل‌ونقل همگی باید در مسیرهای مشترک با ایمنی در کنار هم تردد کنند. در چنین محیطی، گذار به سیستم‌های خودکار و نیمه‌خودکار نیازمند اطلاعات محیطی بسیار دقیق است.

سیستم‌های کمک‌راننده پیشرفته (ADAS) در خودروهای امروزی به حسگرهای داخلی وابسته‌اند، اما این حسگرها برد محدودی دارند و وجود موانع نیز عملکرد آن‌ها را محدودتر می‌کند. در مقابل، حسگرهای مبتنی بر شبکه می‌توانند فراتر از محدوده رادارها و دوربین‌های داخل خودرو را ببینند و به همین دلیل، استفاده از قابلیت‌های حسگری ISAC برای ADAS یک مکمل ارزشمند برای حسگرهای داخلی محسوب می‌شود.

خودروهای خودران نیز درست مانند انسان در ترافیک‌های سنگین برای یافتن جای پارک با مشکل روبه‌رو می‌شوند. فناوری ISAC  می‌تواند با تشخیص هوشمند فضای پارک، فضای پارک مناسب را شناسایی کرده و آن را به خودروهای در حال جست‌وجو اعلام کند.

در تقاطع‌های شلوغ که معمولاً با موانع، دید محدود و شرایط غیرقابل پیش‌بینی همراه‌اند، این فناوری  می‌تواند حرکات غیرعادی مانند تصادف، توقف ناگهانی یا اشیای پنهان را تشخیص دهد و هشدارهای لازم را به رانندگان ارسال کند؛ قابلیتی که برای گروه‌های آسیب‌پذیر از جمله عابران، دوچرخه‌سواران و موتورسواران اهمیت ویژه‌ای دارد.

بیشتر بخوانید:

از داده تا جاده؛ تلماتیک مسیری تازه برای مدیریت ناوگان!

۳.صنعت و لجستیک

با نوسازی صنایع و بازگشت خطوط تولید، کارخانه‌های مدرن به سمت اتوماسیون کامل با استفاده از ربات‌های متحرک یا (Autonomous Mobile Robots) AMRs  و خودروهای هدایت خودکار یا AGV  (Autonomous Guided Vehicles) حرکت می‌کنند. این محیط‌ها نیازمند هماهنگی دقیق بین انسان و ربات هستند. AGVها دائماً در حال حرکت‌اند و برای عملکرد دقیق به نقشه‌برداری لحظه‌ای و داده‌های محیطی متکی‌اند. استفاده از فناوری ISAC در ردیابی و تشخیص AGVها در کارخانه‌ها مزایایی مشابه کاربرد آن در خودروهای جاده‌ای را به‌همراه دارد.

بیشتر بخوانید:

اتوماسیون مبتنی بر هوش مصنوعی چیست و چه تغییراتی را در کسب‌وکارها ایجاد می‌کند؟

بازوهای AMR به‌طور مداوم در حال حرکت‌اند و به همین دلیل گاهی در قفس‌های ایمنی قرار داده می‌شوند. فناوریISAC  با فراهم کردن حسگری هوشمند برای جلوگیری از برخورد، می‌تواند دید محیطی بهتری را در اختیار ربات‌ها بگذارد و احتمالاً نیاز به نصب قفس‌های ایمنی را از بین ببرد.

در کارخانه‌های هوشمند، ابزارهای متصل تا زمانی که روشن و به شبکه متصل هستند، قابل ردیابی و مکان‌یابی دقیق‌ هستند. قابلیت حسگری و مکان‌یابی یکپارچه ISAC در سالن‌های صنعتی، دیدی جامع از محیط ارائه می‌دهد و به مدیریت بهتر موجودی، ایمنی و عملیات کمک می‌کند.

بیشتر بخوانید:

زنجیره تأمین تحت فرمان داده‌ها؛ نقش کلان‌داده در لجستیک

فناوری 5G  در تولید هوشمند؛ مسیر تحول دیجیتال کارخانه‌ها

۴.بهبود عملکرد شبکه

فراتر از کاربردهای جدید، فناوریISAC  می‌تواند کارایی شبکه را نیز ارتقا دهد. با ترکیب داده‌های محیطی، شبکه قادر خواهد بود تنظیمات خود را به‌صورت خودکار و هوشمندانه انجام دهد تا بهترین عملکرد را ارائه کند.

برای نمونه، در طیف‌های جدید ارتباطی، ISAC می‌تواند انسداد مسیر دید (Line-of-Sight) را پیش‌بینی کند و پیش از بروز اختلال، کاربر را روی پرتوی سیگنال دیگری منتقل کند. همچنین امکان مدیریت هوشمند پرتوی سیگنال (Beam Management) با کمک داده‌های محیطی بهبود می‌یابد.

۵.کاربردهای دیگر

فناوری ISAC می‌تواند تجربه‌های درگیرکننده (Immersive)، پزشکی از راه دور و ایمنی عمومی را نیز تقویت کند. در حوزه تجربه‌های واقعیت تعمیم‌یافته یا  XR(Extended Reality)، این فناوری  می‌تواند تجربه کاربر را براساس محیط واقعی اطراف او تنظیم کند و هنگام جابه‌جایی، شرایط محیطی را در تجربه‌ مجازی منعکس کند.

در حوزه سلامت، فناوری ISAC  می‌تواند مراقبت از راه دور را در خانه تقویت کند. با پایش حرکات بیماران، مراقبان می‌توانند رفتارهای غیرمعمول یا تغییر در الگوی حرکت را تشخیص دهند.

بیشتر بخوانید:

فناوری 5G  در بهداشت و درمان؛ آغاز جراحی‌های رباتیک و درمان‌های هوشمند!

تحول دیجیتال در بهداشت و درمان با فناوری‌های روز دنیا

از تشخیص تا درمان؛ رایانش ابری چگونه صنعت بهداشت و درمان را متحول می‌کند؟

در حوزه‌ ایمنی عمومی، ISAC برای پایش رودخانه‌ها و دریاچه‌های نزدیک مناطق مسکونی قابل استفاده است و در صورت نزدیک شدن سطح آب به وضعیت بحرانی، هشدارهای لازم را به نیروهای امدادی و مردم ارسال می‌کند.

چالش‌های فناوری ISAC  چیست؟

پیاده‌سازی ISAC نیازی به جایگزینی کامل شبکه ندارد؛ اما برای ادغام داده‌های ارتباطی با داده‌های حسگری، لازم است اکوسیستم شبکه از نحوه عملکرد شبکه گرفته تا شیوه ساخت دستگاه‌ها تغییر کند.

فعلاً هیچ راه میان‌بری وجود ندارد که بتوان مودم‌های فعلی را یک‌باره به دستگاهی شبیه رادار تبدیل کرد. این کار نیازمند تغییر سخت‌افزاری در ایستگاه‌های پایه و تجهیزات کاربران است تا قابلیت حسگری به آن‌ها اضافه شود. اپراتورها باید هزینه این ارتقاها را بپردازند و آن‌ها را پیاده‌سازی کنند و در مقابل، سازندگان تجهیزات نیز فرصت فروش دستگاه‌ها و زیرساخت‌های جدید را خواهند داشت.

علاوه‌بر این، برای اینکه مودم‌ها و ایستگاه‌های پایه بتوانند مثل رادار عمل کنند، برخی اجزای طراحی نیز باید تغییر کنند؛ از جمله شکل‌دهی موج (Waveform)، شیوه‌های فریم‌بندی و سازوکارهای بازارسال داده. پژوهشگران همچنین در حال بررسی این موضوع هستند که آیا همچنان می‌توان از موج‌های فعلی استفاده کرد یا به موج‌های جدیدی نیاز است که برای حسگری و ارتباطات به‌طور هم‌زمان مناسب‌تر باشند. این تصمیم‌ها پیامدها و ملاحظات طراحی گسترده‌ای دارند، زیرا مودم‌ها باید علاوه‌بر نقش ارتباطی خود، وظایف حسگری را نیز انجام دهند.

در بخش زیرساخت، ایستگاه‌های پایه باید علاوه‌بر مودم‌های رادیویی مجهز به قابلیت حسگری، از مجموعه‌ای از حسگرهای خارجی مانند رادار یا لیدار نیز استفاده و همه این منابع داده را در یک چارچوب یکپارچه جمع کنند تا بتوانند از داده‌های حسگری به شکلی کاربردی بهره بگیرند.

در این میان، استانداردها نقش بسیار مهمی دارند. استانداردها مشخص می‌کنند یک فناوری دقیقاً چطور باید کار کند، دستگاه‌ها چطور با هم تعامل داشته باشند و داده‌ها چطور هماهنگ شوند؛ همین استانداردها باعث می‌شوند شبکه‌ها بدون توجه به محل استقرار، نوع دستگاه یا اپراتور، به‌صورت سازگار و یکپارچه پیاده‌سازی شوند.

در نهایت اگرچه فناوری ISAC همچنان در مراحل اولیه‌ تعریف کاربردهای خود قرار دارد، با پیشرفت قابلیت‌های حسگری و توسعه‌ طیف‌های ارتباطی، انتظار می‌رود این فناوری به‌سرعت تکامل یابد و به یکی از عناصر کلیدی شبکه‌های مخابراتی هوشمند آینده تبدیل شود.

کلام آخر

فناوری ISAC گامی مهم در مسیر حرکت به‌سوی شبکه‌های هوشمند نسل ششم است؛ فناوری‌ که با ادغام توان ارتباطی و قابلیت‌های حسگری، درک شبکه از محیط را دگرگون می‌کند و مسیر توسعه خدمات نوآورانه را در صنایع مختلف را هموار می‌کند. با بلوغ تدریجی استانداردها و پیشرفت فناوری‌های مرتبط، انتظار می‌رود ISAC طی سال‌های آینده به یکی از ارکان اصلی شبکه‌های 6G تبدیل شود و فرصت‌های تازه‌ای را برای اپراتورها و کسب‌وکارها به‌وجود آورد.

در این مسیر، راهکارهای سازمانی ایرانسل با ارائه مجموعه‌ای کامل از خدمات تخصصی در حوزه‌های اینترنت 5G، زیرساخت ابری و مدیریت هوشمند ناوگان همراه کسب‌وکارهاست تا بتوانند از ظرفیت‌های تحول‌آفرین فناوری‌های نوین به بهترین شکل بهره‌برداری کنند.  برای آشنایی بیشتر با محصولات و خدمات ما، می‌توانید با شماره‌گیری کد دستوری #۳* از خطوط ایرانسلی یا از طریق ایمیل  EB@mtnirancell.irبا کارشناسان ما در ارتباط باشید.

منبع:

https://www.interdigital.com/post/understanding-integrated-sensing-and-communications-benefits-and-challenges

https://www.ericsson.com/en/blog/2024/6/integrated-sensing-and-communication-unlocks