أثر تقنية الجيل الخامس 5G على أداء شبكات إنترنت الأشياء IoT: دراسة تحليلية لتقنية المعلومات في المدن الذكية

الملخص

أدى التزايد السريع في استخدام أجهزة إنترنت الأشياء (IoT) في المدن الذكية إلى نشوء طلب غير اعتيادي على بنية تحتية للشبكات قادرة على دعم الاتصالات واسعة النطاق، وزمن وصول منخفض للغاية، واتصالات عالية السرعة. تُظهر هذه الدراسة التأثير التحليلي والأساسي الكامل لتقنية الجيل الخامس (5G) اللاسلكية على أداء شبكات إنترنت الأشياء في بيئات المدن الذكية. بناءً على محاكاة MATLAB ، تم اختبار التحليل النظري، وقياسات الأداء الحرجة، بما في ذلك تقليل زمن الوصول، وتحسين االسرعة، وتعزيز كفاءة الطاقة، وقدرات الاتصال الهائلة للأجهزة. استخدمت المنهجية نهج الجمع المتعدد، وتحسين تقسيم الشبكة، وتحليل تشكيل الحزم متعدد المدخلات والمخرجات (MIMO) الضخم، ودمج الحوسبة الطرفية لتقدير مزايا أداء تقنية الجيل الخامس مقارنةً بأنظمة  LTE/4G القديمة. تُظهر نتائج المحاكاة أن تقنية الجيل الخامس تُحقق تحسيناتٍ هائلة في أداء شبكات إنترنت الأشياء، مع انخفاضٍ في زمن الوصول يصل إلى 79.4% (من 64 مللي ثانية إلى 13 مللي ثانية في المتوسط)، وتحسيناتٍ في السرعة تصل إلى 1000 ميجابت في الثانية لتطبيقات النطاق العريض المتنقل المُحسّنة (eMBB)، وتحسين في كفاءة الطاقة بنسبة 74% مُقارنةً بتطبيقات الجيل الرابع. تُظهر الدراسة أن قدرات تقسيم الشبكة في تقنية الجيل الخامس تُمكّن من تخصيصٍ مُحسّنٍ للموارد لمختلف أنواع خدمات إنترنت الأشياء، حيث تتمتع اتصالات فائقة الموثوقية ومنخفضة زمن الوصول (URLLC) بموثوقية تصل إلى 99.999%، وتدعم اتصالات اعداد ضخمة (mMTC) من الأجهزة تصل إلى 20,000 جهاز لكل كيلومتر مربع. كما يُظهر التحليل أن الحوسبة الطرفية متعددة الوصول (MEC) المُمكّنة بتقنية الجيل الخامس تُقلل من تأخير معالجة البيانات بنسبة 35% مع الحفاظ على اتصالٍ سلسٍ لتطبيقات المدن الذكية ذات التوقيت الحرج. تُقدم هذه النتائج دليلاً قوياً على دور تقنية الجيل الخامس (5G) كتقنية أساسية للبنية التحتية للمدن الذكية من الجيل التالي، مما يُمكّن من تقديم خدمات إنترنت الأشياء  في مجالات النقل والرعاية الصحية والمراقبة البيئية والسلامة العامة.