أبراج هاتف الطيران ، والخطوة التالية 5G

ستدعم شبكات 5G الأرضية البالونات والطائرات بدون طيار على علو شاهق ، وفي يوم من الأيام ستتمكن من التعاون معها.


الصورة: لون

في الوقت الذي يحرص فيه العالم على إدخال شبكات 5G عالية السرعة للهواتف المحمولة على الأرض ، لا تزال بعض الشركات تركز على الأبراج الخلوية العائمة في السماء. خلال الجلسة الختامية للقمة السنوية السادسة لشركة 5G في بروكلين يوم الخميس (25 أبريل) ، ناقش قادة سيليكون فالي لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات ما إذا كان من الممكن للطائرات بلا طيار وبالونات أن تبدأ أخيرًا في توفير خدمات الاتصالات المتنقلة التجارية وخدمات الإنترنت من الجو.

في نفس اليوم ، كانت Loon ، وهي شركة تابعة لشركة Alphabet Inc. ، في الأصل قسمًا لشركة Google Ball Research للأبحاث ، والتي أعلنت عن شراكة استراتيجية مع Softbank HAPSMobile لاستخدام البالونات وطائرات بدون طيار تعمل بالطاقة الشمسية لتوسيع نطاق تغطية الإنترنت عبر الهاتف المحمول. والمساعدة في تنفيذ شبكات 5G.

الاحتمالات هي في أيدينا من وجهة نظر الاستخدام الفعلي لـ 5G بالاقتران مع نقلة نوعية هائلة عندما يتعلق الأمر بالطائرات بدون طيار - بالإضافة إلى الأقمار الصناعية

سعيد فولكر زيغلر ، المدير التنفيذي لشركة Nokia Bell Labs.


لا أحد يتوقع أن تتنافس بالونات Loon عالية التحليق وطائرات HAPSMobile مباشرة مع شبكات 5G الأرضية في المستقبل القريب. وقال سالفاتور كانديدو ، كبير مهندسي شركة Alphabet و CTO في Loon ، إنه حتى وقت قريب ، لم يكن من السهل تطوير بالون أو منصة / منصة غير مأهولة كانت اقتصادية بدرجة كافية حتى للاستخدام في الاتصالات. ومع ذلك ، يمكن لهذه المنصات عالية الطيران أن تساعد في سد الفجوات عندما لا تكون هناك تغطية في المجتمعات الريفية أو غيرها من المجتمعات المحرومة. حتى المناطق الريفية في الولايات المتحدة قد لا تفي بخطط 5G الحالية.

يمكن أن يوفر أسطول البالونات والطائرات بدون طيار أيضًا تغطية مؤقتة ، على سبيل المثال ، خلال الأحداث الرئيسية المخططة مسبقًا ، مثل Super Bowl ، أو بعد الكوارث الطبيعية. سبق لشركة Nokia أن أقامت شراكة مع Alphabet's Loon عندما نشرت أسطولها المنطاد من بالون لتقديم خدمات الإنترنت الأساسية إلى 200،000 شخص في بورتوريكو بعد تدمير الجزيرة في عام 2017 على يد إعصار ماريا ، الذي ضرب الولايات المتحدة الأمريكية. . تم تثبيت تقنية LTE من نوكيا على البالونات كجزء من تحالف أوسع من AT&T و T-Mobile.

لا يوجد مليار شخص في العالم لديهم اتصالات كافية ، سواء بشكل مؤقت بسبب إعصار أو ببساطة بسبب المكان الذي يعيشون فيه. أعتقد أن كل هذه التقنيات الجديدة مجتمعة تسمح لنا بإنشاء شبكات يمكنها الوصول إلى عدد كبير من هؤلاء الأشخاص.

- سالفاتوري كانديدو ، لون.

لم تبدأ Loon بعد في تنفيذ معدات 5G في بالوناتها ، على الرغم من أن الشراكة مع HAPSMobile Softbank تشير إلى أنه سيكون من الممكن في يوم من الأيام. ومع ذلك ، يمكن أيضًا أن يسهل ظهور الشبكات الأرضية 5G للشركات نشر مركبات جوية بدون طيار أو كرات إنترنت. أشار Ziegler من Nokia إلى أن 5G تقدم مزايا أكثر من 4G LTE عند تطبيق نظام الترحيل / الترحيل الذي يعكس إشارة بين مجموعات البالونات أو الطائرات بدون طيار لتوسيع منطقة التغطية بعيدًا عن المحطة الأرضية التي تأتي منها الإشارة.

وفقًا لجوسيبي لوينو ، أستاذ مشارك في الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في جامعة نيويورك ومدير مختبر Agile Robotics and Perception Lab ، فإن وجود تكنولوجيا شبكة 5G من حيث التحكم في الحركة الجوية يمكن أن يسهل تتبع مجموعة كبيرة من المركبات الجوية بدون طيار والتحكم فيها.

عندما يحين الوقت ، سيكون من المهم لشركات الاتصالات خلق طلب على الهواتف المحمولة عالية السرعة وخدمات الإنترنت من خلال إظهار ما يمكنهم القيام به للجمهور أو العملاء ، كما قال دالاس بروكس ، مدير مختبر أبحاث الرحلات في جامعة ميسيسيبي ومساعد مدير مركز آشور FAA للتميز UAS. ودعا المشاركين في قمة بروكلين 5 جي للتعاون معه ومع الجامعات الأخرى المشاركة في برنامج البحث والاختبار التابع لإدارة الطيران الفيدرالية لدمج الطائرات بدون طيار في المجال الجوي الوطني للولايات المتحدة.

قد يكون Loon واحدًا من أوائل من قاموا بتطبيق الحل بالونات ، حتى وإن لم يقدموا في البداية خدمات 5G. فازت بالونات الستراتوسفير الخاصة بالشركة بالفعل بعقدها التجاري الأول مع Telkom Kenya لتوفير خدمات الهاتف المحمول لنحو 50 مليون كينيا. ولكن بالتأكيد لن يكون لون بمفرده في محاولة جعل هذه المشروعات تعمل في عصر الجيل الخامس. وقال كانديدو: "لا يوجد نقص في الأشخاص الذين يحاولون إنشاء أقمار صناعية زائفة في الستراتوسفير".

قليلا عن تقنيات ومبادئ تشغيل أبراج البالون:

التواصل مع البالونات التي تطير في الستراتوسفير على ارتفاع 20 كم يخلق عددًا من الصعوبات الهندسية الفريدة. لتوسيع اتصال الشبكة في المناطق غير المستغلة والتي تعاني من نقص الخدمات في جميع أنحاء العالم ، يجمع لون بين التقدم في علوم المواد ونمذجة الغلاف الجوي والتعلم الآلي وأنظمة الاتصالات والمزيد.

نظام لون

أخذ لون المكونات الأساسية لأبراج الزنزانات وأعد تصميمها بحيث تكون خفيفة وقوية بدرجة كافية ليتم نقلها بالون على ارتفاع 20 كم ، على حافة الفضاء. تم تصميم البالونات الطويلة وصنعها لتحمل الظروف القاسية في الستراتوسفير ، حيث يمكن أن تهب الرياح أكثر من 100 كم / ساعة ويمكن أن تنخفض درجة الحرارة إلى -90 درجة مئوية.



1. البالون.

تم تصميم كل كرة بحجم ملعب تنس مصنوع من صفائح البولي إيثيلين لأكثر من 100 يوم من الرحلة قبل الهبوط على الأرض بطريقة خاضعة للرقابة.

2. معدات الطيران.

جميع معدات الطيران موفرة للطاقة للغاية وتعمل على مصادر الطاقة المتجددة. توفر الألواح الشمسية الطاقة للنظام خلال النهار أثناء شحن البطارية الموجودة على متن الطائرة ، والتي تتيح لك العمل ليلا.

معدات الطيران

1. الهوائيات.

تقوم الهوائيات بنقل البيانات من المحطات الأرضية وعبر شبكة البالون والعودة إلى هاتف LTE الخاص بالمستخدم. لا يحتاج المستخدم إلى أي شيء سوى هاتف LTE قياسي للاتصال بالون Loon.

2. الألواح الشمسية.

توفر الألواح الشمسية الطاقة للمعدات خلال اليوم وشحن البطارية على متن الطائرة للاستخدام الليلي.

3. كبسولة الرحلة.

تحتوي كبسولة الرحلة على إلكترونيات ، وهي عبارة عن مجموعة صغيرة من أجهزة الاتصال التي تشمل أجهزة الإرسال والاستقبال. في مجال الإلكترونيات ، يعتبر جهاز الإرسال والاستقبال أساسًا جهاز إرسال وجهاز استقبال في حزمة واحدة للتحكم في نظام Loon.



4. المظلة.

بعد الرحلة ، ستنتشر المظلة تلقائيًا لإعادة الكرة إلى الأرض بأمان.

إطلاق LOON

تم تصميم أنظمة Autolaunchers المصممة خصيصًا لتوسيع نطاق بالونات Loon بأمان وموثوقية. الألواح الجانبية تحمي البالون من الرياح ، حيث تمتلئ بغاز الرفع ومن المقرر تشغيلها. يتم توجيه الرافعة باتجاه الريح لإطلاق البالون السلس بسلاسة في الستراتوسفير. كل نقرة قادرة على إطلاق بالون جديد كل 30 دقيقة في شبكة Loon.

الحركة خلف الريح

رحلة الستراتوسفير:

تطير البالونات الطويلة على بعد حوالي 20 كم فوق سطح الأرض في الستراتوسفير ، أعلى بكثير من الطائرات والحياة البرية والطقس.


الملاحة المستقلة:

من منصات الإطلاق ، يمكن أن تصل بالونات Loon إلى أي بلد حول العالم. تقوم نماذج الرياح التنبؤية وخوارزميات اتخاذ القرارات المستقلة بتحريك كل بالون لأعلى أو لأسفل إلى طبقة الرياح التي تهب في الاتجاه الصحيح ، لتوصيل البالون إلى حيث يجب توجيهه. يعمل نظام الملاحة بشكل مستقل باستخدام الخوارزميات والبرامج ، بينما يوفر المشغلون تحكمًا بشريًا مستمرًا.


الشبكات الذكية:

تنشئ Loon Balloon Group شبكة تتواصل مع أشخاص في منطقة معينة بالطريقة نفسها التي تشكل بها مجموعة من الأبراج على الأرض شبكة أرضية. الفرق هو أن أبراج لون تتحرك باستمرار مع الريح. يتعلم البرنامج باستمرار تحسين "تصميم الرقصات" للبالونات ، مما يحسن من جودة الشبكة. يمكن أن تعمل الشبكة بالكامل بشكل مستقل ، وتوزع بفعالية الاتصالات بين البالونات والمحطات الأرضية ، مع مراعاة حركة البالونات والعقبات وأحداث الطقس.

الاتصال

تتيح منطقة التغطية الكبيرة في Loon لمشغلي الهواتف المحمولة توسيع منطقة التغطية الخاصة بهم عند الضرورة. يرسل Loon إشارة المشغل من نقاط الاتصال على الأرض ، ويشعها عبر عدة بالونات في الستراتوسفير ، ثم يرسلها مرة أخرى إلى جهاز LTE للمستخدم. يمكن أن تعمل الشبكة بالكامل بشكل مستقل ، وتوزع بفعالية الاتصالات بين البالونات والمحطات الأرضية ، مع مراعاة حركة البالونات والعقبات وأحداث الطقس.



1. يتم إرسال إشارة الإنترنت اللاسلكية عبر محطة Loon الأرضية إلى أقرب بالون من مشغل الهاتف المحمول الموجود على الأرض.



2. تنتقل الإشارة عبر شبكة من البالونات Loon ball.



3. هواتف مستخدم LTE القياسية تتصل بشبكة المحمول عبر بالونات Loon.

الهبوط والانتعاش

يحافظ Loon على القياس عن بعد واتصالات الفريق مع كل بالون ، ويتتبع الموقع باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). عندما يكون البالون جاهزًا لإيقاف التشغيل ، ينتهي غاز الرفع الذي يحمل البالون في الهواء ، تتكشف المظلة تلقائيًا للتحكم في الهبوط. يتم تنسيق النزول مع خدمة مراقبة الحركة الجوية المحلية للهبوط بأمان البالون في منطقة ذات كثافة سكانية منخفضة. ثم ، تقوم فرق الاستصلاح الأرضي بجمع المعدات لإعادة الاستخدام وإعادة التدوير.

تحليل ما بعد الرحلة

بعد الشفاء ، يتم وضع البالونات على ماسحة ضوئية عملاقة في مختبر لون للتحقق من وجود ثقوب ودموع مجهرية. ترسم هذه العملية صورة لكيفية تفاعل البالونات مع الظروف في الستراتوسفير. يتيح لك تنفيذ هذا التحليل استخلاص الاستنتاجات الصحيحة عند التصميم ، والذي يسمح للفريق بتطوير بالونات قادرة على الطيران لفترة طويلة بشكل متزايد.

طريقة لخلق

منذ الأيام الأولى لاختبار البالون وتصميم وتصنيع معدات بداية خاصة ، وتوفير الاتصالات للأشخاص بعد الكوارث الطبيعية ، التزمت Loon بالتصدي للتحدي المتمثل في توسيع الوصول إلى الإنترنت للمجتمعات النائية في جميع أنحاء العالم.

اختبار الأفكار

أجريت الاختبارات الأولى عام 2011 باستخدام منطاد أرصاد جوية ومحطات أساسية جاهزة لبيع الترددات الراديوية - النموذج الأولي الأول. تمثل السنتين التاليتين عملية تكرار سريعة لإثبات أن الإنترنت يمكن أن يعمل في بالون.



في بعض الأحيان لم تذهب التجارب كما هو مخطط لها. هنا (أدناه) فريق من المهندسين الرائدين يطارد كرة تم إطلاقها دون جدوى في الوادي الريفي في وسط كاليفورنيا. البالون ، الذي بدا وكأنه كيس قمامة ، على الرغم من أنه تم نثره ، لم يترك الأرض مطلقًا.



قبل تصميم وبناء بالونات الضغط العالي للغاية القادرة على تحمل مئات الأيام من الرحلة ، عمل الفريق بجد لفهم قوانين الفيزياء في الستراتوسفير. باستخدام البالونات ذات الضغط الصفري ، كما هو موضح في الشكل (أدناه) ، لاحظ الفريق كيف تمدد الغاز وتقلص في درجات حرارة وضغوط شديدة من أجل فهم تأثيرها على قدرة البالونات على البقاء واقفا على قدميه.



كانت النماذج الأولية المبكرة من بالونات Loon من جميع الأشكال والأحجام ، مثل هذا المفهوم لبالون Mylar مستطيل الشكل (أدناه) ، والذي كان حجمه حوالي 4 طوابق. لم يتم استخدام هذا المفهوم ، ولكن ، بالطبع ، ليس بسبب عدم وجود تألق!



قبل أخذ بالون بتقنيات جديدة في العالم الحقيقي ، كان على Loon اختبار قدرته على سد الكرات وملئها. في كثير من الأحيان تم نفخ البالونات إلى الحد الأقصى للانفجار تحت الضغط.

هذا النموذج الأولي المبكر (أدناه) على شكل كرة دائرية كان يسمى "الكرة".

500000 كيلومتر غطت في عام 2013

يسافر أحد البالونات حول العالم خلال 22 يومًا ويبلغ طوله 500000 كيلومتر ، ويبدأ الجولة الثانية. تؤدي هذه المعرفة إلى تحسينات كبيرة في نماذج التنبؤ بالرياح ومسار البالون والتنبؤ والملاحة.

أول اتصال واي فاي

كان Canterbury Sheep Breeder (نيوزيلندا) أول شخص يتصل بالإنترنت باستخدام هوائي الإنترنت المتصل بسقف منزله. مشروع Loon مفتوح للجمهور ، مما يساعد على شرح بعض مشاهدات UFO المبلغ عنها بعد الاختبار في جميع أنحاء العالم.



صباح شتوي مفعم بالحيوية في نيوزيلندا Canterbury Plains ، حيث يستعد فريق Loon للإطلاق.

في الأيام التي سبقت اختبار نيوزيلندا التجريبي ، استيقظ الفريق بأكمله في منتصف الليل ، عند الفجر ، وبدأ في الاستعداد لإطلاق البالون عندما كانت الرياح أكثر هدوءًا. على الرغم من التعب ، حصلوا على مكافأة في شكل ظروف عمل خلابة للغاية.



يوم الإطلاق في نيوزيلندا. بعد ساعات قليلة من شروق الشمس ، فوق سماء كرايستشيرش وسهول كانتربري في الجزيرة الجنوبية ، ارتفع قطيع من أول كرات اختبار لون ، مع أول مستخدم حقيقي - مزارع غنم في السهول التي اتصل بها لون.



تعكس صورة رحلة بالون Loon في طريقها إلى الستراتوسفير ، مع وجود جبال الألب الجنوبية النيوزيلندية ، مهمة لربط الأشخاص حول العالم.

LTE الأول

المدرسة المحلية في Agua Fria ، الواقعة في حي Campo Mayor الريفي في البرازيل ، متصلة أولاً بالإنترنت باستخدام بالون تم إطلاقه في مكان قريب. يمثل هذا أول اتصال ناجح LTE لمشروع Loon ، 2014.



يرتفع بسرعة فوق Agua Frias الريفية في البرازيل ، يبدأ بالون اختبار Loon في الانتفاخ قبل الشروع في مهمة لتوفير اتصال LTE مع مدرسة محلية.



قبل أن يتم تحقيق تقدم باستخدام خوارزميات تساعد الآن Loon على التنقل في مهب الريح ، كان على المهندسين تثبيت هوائيات على شاحنات لمطاردة البالونات ويخضعون لها لاختبار الخدمة.



قبل إطلاق البالونات ، والتي يمكن أن تطير مئات الأيام ، ذهب فريق صغير إلى ريف البرازيل. كان الهدف هو محاولة توصيل الاختبارات باستخدام تقنية Loon التي تعمل بتقنية LTE لأول مرة. قام لون بتسليم الإنترنت بنجاح إلى مدرسة محلية خلال درس الجغرافيا.



أثناء قيام الفريق بتطبيق تقنية LTE لمدرسة محلية في البرازيل ، لم يستطع المهندسون لون مقاومة الفرصة للتحقق من الطقس والرياح في هذا المجال الجديد. أطلق لون 5 بالونات من فئة Ibis (واحدة منها معروضة هنا) لتجربة كل ما يحدث أثناء رحلة على طول خط الاستواء.

حول التطور طويل الأجل - LTE / 4G

تعتمد البنية الأساسية بأكملها على LTE ، يتم نقل مكون eNodeB (أي ما يعادل "محطة أساسية" تتصل مباشرة بالهواتف) إلى بالون. في البداية ، اتصلت البالونات باستخدام WiFi (نطاقات ISM غير المرخصة من 2.4 و 5.8 جيجا هرتز) ، ولكن بعد ذلك تحولت إلى LTE.

التطور طويل الأجل (LTE) ، والمعروف أيضًا باسم 4G ، عبارة عن تقنية عالمية سريعة النمو تتطور باستمرار ، حيث توفر سرعات غير مسبوقة لنقل البيانات وسعة كبيرة ومستوى جديد من خدمة المستخدم.

توفر مواصفات LTE سرعات الوصلة الهابطة القصوى البالغة 300 ميجابت / ثانية ، وسرعات الوصلة الصاعدة القصوى البالغة 75 ميجابت في الثانية ومواقع جودة الخدمة مما يوفر تأخير إرسال أقل من 5 مللي ثانية في شبكة الوصول الراديوي. تمتلك LTE القدرة على التحكم في الهواتف المحمولة سريعة الحركة وتدعم البث المتعدد والبث المباشر. يدعم LTE عروض نطاق الموجة الحاملة القابلة للتطوير من 1.4 MHz إلى 20 MHz ويدعم كلاً من الإرسال المتعدد بتقسيم التردد (FDD) وتعدد الإرسال بتقسيم الوقت (TDD).

يتداخل LTE مع شبكة 3G وبالتالي يدعم اتصال LTE / 3G السلس. يوفر 3G وصولاً متسقًا إلى النطاق العريض عندما يتجاوز المستخدمون تغطية LTE والخدمات الصوتية عبر الشبكة. يوفر 3G أيضًا خدمة التجوال الدولي للبيانات والصوت لأجهزة LTE.

3 مليون كيلومتر

غطت بالونات Loon اعتبارًا من عام 2014 أكثر من 3 ملايين كيلومتر تتحرك عبر الستراتوسفير ، أي ما يعادل أربع رحلات إلى القمر والعودة. ساعدت ملايين الكيلومترات من الرحلات الجوية التجريبية على البدء في التنبؤ بشكل أكثر دقة لطبيعة الرياح على ارتفاعات مختلفة ، مما يتيح لنا أفضل فرصة للاحتفاظ بالونات حيثما نحتاج إليها.

تمكنت إحدى البالونات التي تم إطلاقها في أمريكا اللاتينية في عام 2016 من الصمود في الهواء فوق بيرو لمدة 98 يومًا ، في حين أجرت ما يقرب من 20000 تعديل منفصل على ارتفاع الطيران.

كان من المخطط أصلاً أن تحصل Google على طيف الترددات اللاسلكية الخاص بها حتى تتمكن البالونات Loon من العمل بشكل مستقل عن الشبكات اللاسلكية الحالية. لكن جوجل تخلت عن هذا وبدلاً من ذلك ، سيتم تأجير البالونات لشركات الخلوية مثل Safaricom و Airtel و Telkom Kenya.

شركات أخرى:

Google — , . Facebook AQUILA, , Boeing 737, , .

مصادر:

spectrum.ieee.org/tech-talk/telecom/internet/internet-balloons-and-drones-look-to-rise-in-the-5g-era
https://loon.com/technology
medium.com/iot-5g-extreme-ideas-lab/googles-balloon-powered-high-speed-internet-now-in-kenya-be34c35f0f37
airsoc.com/articles/view/id/5cc5b2e8c4263cec6e67cd04/floating-cell-towers-are-the-next-step-for-5g

شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المواد المثيرة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ، خصم 30٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من خوادم الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1 جيجابت في الثانية من 20 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر خيارات مع RAID1 و RAID10 ، ما يصل إلى 24 مركزًا وما يصل إلى 40 جيجابايت من ذاكرة DDR4).

ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ فقط لدينا 2 من Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6 جيجا هرتز 14 جيجا بايت 64 جيجا بايت DDR4 4 × 960 جيجا بايت SSD 1 جيجابت في الثانية 100 TV من 199 دولار في هولندا! Dell R420 - 2x E5-2430 سعة 2 جيجا هرتز 6 جيجا بايت 128 جيجا بايت ذاكرة DDR3 2x960GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية 100 تيرابايت - من 99 دولارًا! اقرأ عن كيفية بناء البنية التحتية فئة باستخدام خوادم V4 R730xd E5-2650d تكلف 9000 يورو عن بنس واحد؟