امروزه سیستمهای نظارتی به پوشش مداوم در فضاهای گسترده نیاز دارند، چه در محوطه کارخانههای بزرگ و چه در مراکز شهری پرتردد. تقویتکنندههای توان RF جدید میتوانند برد فرستنده را تا سه برابر سیستمهای قدیمی افزایش دهند، همانطور که در برخی از تحقیقات اخیر در زمینه فناوری بیسیم نشان داده شده است. این دستگاههای کوچک و کارآمد بهطور قابل توجهی از مشکلات افت سیگنال در مناطق شهری پرجمعیت یا در مناطق صنعتی منزوی میکاهند و طبق یافتههای Ponemon از دو سال گذشته، حفرههای پوشش را تا حدود دو سوم کاهش میدهند. عامل اصلی عملکرد خوب آنها توانایی کارکرد بدون وقفه در محدودههای فرکانسی بالاتر است. این امر بدین معنی است که فیلمهای امنیتی و دادههای سنسور در واقع سریعتر به اتاق کنترل میرسند که در عملیات ایمنی که هر ثانیه اهمیت دارد، بسیار حیاتی است.
دریافت خواندههای دقیق از نظارت در نهایت به داشتن سیگنالهایی منجر میشود که با تداخل الکترومغناطیسی از هم گسسته نشدهاند. تقویتکنندههای RF جدیدتر در واقع این قابلیت جذاب کاهش نویز را همراه با فناوریای به نام نیترید گالیم به کار میگیرند. بر اساس برخی تحقیقات اخیر که سال گذشته منتشر شده، این بهبودها میتوانند وضوح سیگنال را تقریباً به میزان ۷۵ درصد افزایش دهند، زمانی که چندین دستگاه به طور همزمان در حال کار کردن هستند. برای پرسنل امنیتی، این موضوع به این معنی است که میتوانند تفاوت بین تهدیدهای واقعی و آن موارد اشتباهی که اغلب پیش میآیند را تشخیص دهند. واقعیت این است که هیچکس نمیخواهد دقایق باارزشی را صرف پاسخگویی به هشدارهای غلط کند. مطالعات نشان دادهاند که با بهبود کیفیت سیگنال، اشتباهات در زمانهای پاسخگویی در مکانهایی که مردم به طور مداوم در آن حرکت میکنند، تقریباً به میزان یک سوم کاهش مییابند.
شبکه امنیتی سنگاپور نشان میدهد که فناوری تقویتکننده RF چقدر میتواند برای شهرهای بزرگ گسترش یابد. شهر موفق شد این تقویتکنندههای کوچک اما قدرتمند را روی حدوداً ۱۲ هزار چراغ خیابانی و نقطه حملونقل نصب کند، که به سیستم نظارتی هوشمند آنها کمک کرد تا بیشتر اوقات به دقت تقریباً کامل داده دست یابد. چیزی که قابل توجه است این است که این پیکربندی تأخیرها را تقریباً نصف کرد و حتی به مناطق ساحلی که قبلاً سیگنال ضعیفی داشتند نیز دسترسی پیدا کرد، چیزی که گزارش اتصال شهری ۲۰۲۴ به آن اشاره کرده است. با بررسی دستاوردهای سنگاپور، روشن میشود که زمانی که زیرساخت RF به خوبی بهینه شود، توسعه سیستمهای امنیتی در سطح شهری بدون از دست دادن قدرت سیگنال و اتصالات قابل اعتماد منطقی خواهد بود.
امروزه سیستمهای امنیتی در حال گرایش از سیستمهای آنالوگ قدیمی به تقویتکنندههای توان RF دیجیتال هستند. این سیستمهای جدید کنترل بسیار بهتری بر روی سیگنالها فراهم میکنند و مدیریت هوشمندانهتری از توان دارند که بهصورت خودکار و در حال کار تنظیم میشود. این کار از طریق چیزی به نام پیش-حریف دیجیتال یا به اختصار DPD اتفاق میافتد. در واقع، این فناوری بهصورت خودکار مشکلات ایجادشده در امواج را برطرف میکند، بهطوری که دقت سیگنال در محیطهای پیچیده چندکاناله به میزان ۴۰ تا حتی ۶۰ درصد افزایش مییابد. برای نصبهایی که بدون وقفه و روزانه انجام میشوند، این تغییر بهمیزان قابلتوجهی از هدررفت انرژی میکاهد. علاوهبراین، این سیستمهای دیجیتالی در برابر تغییرات دما عملکرد بهتری نسبت به نسلهای قبلی دارند و این امر آنها را برای استفاده در نصبهای امنیتی در فضای باز که شرایط آبوهوایی در طول سال بسیار متغیر است، ایدهآل میکند.
نیترید گالیوم (GaN) نیمهرساناها سه برابر چگالی توان بیشتری نسبت به گزینههای استاندارد سیلیکونی دارند، که باعث شده عملکرد تقویتکنندههای RF در بسیاری از صنایع تغییر کند. بر اساس تحقیقات اخیر از بازار در سال 2024، این تقویتکنندههای GaN زمانی که در محدودههای فرکانسی پیچیده 5G کار میکنند، به بازدهی افزودن توان در حدود 82% میرسند، که این امر به حفظ قدرت سیگنال حتی در محیطهای شهری شلوغ که تداخل امواج زیاد است کمک میکند. یک مزیت بزرگ دیگر این است که این قطعات حدود 35% گرما کمتری نسبت به همتایان سیلیکونی خود تولید میکنند. این ویژگی باعث میشود آنها در شرایطی که تولید گرمای زیاد مشکلساز میشود، بسیار مفید باشند. به عنوان مثال میتوان به سیستمهای اسکن کننده بیومتریک پنهان در فضاهای عمومی یا دستگاههای نظارتی در نقاط دورافتاده که کاملاً با صفحات خورشیدی تغذیه میشوند اشاره کرد. کاهش اثرات حرارتی به این معنی است که این نصبها میتوانند مدت زمان بیشتری بین بازدیدهای تعمیر و نگهداری بدون مشکل اضافی گرمایی کار کنند.
روشهای جدید بستهبندی مانند ادغام در سطح ویفر (wafer level integration) از سال ۲۰۲۰ تاکنون باعث کاهش حدود ۷۰٪ای اندازه تقویتکنندههای RF شدهاند در حالی که همچنان توان خروجی آنها حفظ شده است. این اجزای کوچکتر این امکان را فراهم کردهاند که این تقویتکنندهها را بتوان مستقیماً در دوربینهای تشخیص چهره و دستگاههای اسکن کننده شماره پلاک که در همه جا دیده میشوند جاسازی کرد. این موضوع ایجاد سیستمهای آنتنی پراکنده (Distributed Antenna Systems) با زمان پاسخدهی کمتر از یک میلیثانیه را ممکن میکند. اضافه کردن قابلیتهای نظارتی هوشمند مبتنی بر هوش مصنوعی و باعث میشود این بستههای کوچک شروع به صرفهجویی در هزینه کنند. شهرهایی که هزینه نگهداری از شبکههای نظارتی خود را گزارش دادهاند، کاهش ۲۲٪ای سالانه در هزینهها را به دلیل این بهبودها گزارش کردهاند. در واقع این موضوع منطقی است، چون وقتی تجهیزات هوشمندتر میشوند، زمان توقف کار (downtime) به میزان قابل توجهی کاهش مییابد.
امروزه فناوری نظارتی حدود 87 درصد از آن سیگنالهای RF را دقیقاً در محل منبع پردازش میکند، به جای اینکه تمام اطلاعات را به ابر ارسال کند، که طبق گزارش فراست اند سالیوان از سال گذشته، زمان پاسخدهی را تقریباً دو سوم کاهش میدهد. وقتی تقویتکنندههای توان RF را با این تراشههای محاسبات لبه که با هوش مصنوعی کار میکنند ترکیب میکنیم، تشخیص تهدید در کمتر از 200 میلیثانیه اتفاق میافتد. این سطح از سرعت زمانی اهمیت پیدا میکند که بخواهیم فردی را که سلاح دارد شناسایی کنیم یا پهپادهای غیرقانونی که در آسمان در حال پرواز هستند را متوجه شویم. نحوه کار این سیستمها به گونهای است که هوش مصنوعی قادر است تمام سر و صدای RF پسزمینه را مرتب کند و در عین حال فرکانسهای مهم را تقویت کند. این امر منطقی به نظر میرسد، چرا که خیابانهای شهر پر از سیگنالهای مختلفی است که در همه جا در حال حرکت هستند.
تقویتکنندههای RF که با هوش مصنوعی بهبود یافتهاند، در واقع میتوانند تخصیص پهنای باند را از طریق تکنیکهای مدلسازی پیشبینیکننده مدیریت کنند. این سیستمها قادرند تقریباً ۴.۵ برابر بیشتر از سیستمهای آنالوگ قدیمی، جریانهای ویدئویی را پردازش کنند. از نظر کاهش دادن اعوجاج سیگنال، استفاده از یادگیری ماشین نیز تفاوت قابل توجهی ایجاد میکند. مطالعات نشان میدهند که در سیستمهای چندگانه دوربین، بهبودی در حدود ۴۰ تا ۴۵ درصد رخ داده است، جایی که سیستم بهصورت خودکار بهره تقویتکننده را بسته به شدت ترافیک شبکه نظارتی در هر لحظه تنظیم میکند. نتیجه چنین عملکردی این است که شهرهای هوشمند میتوانند بهصورت همزمان از شناسایی چهره ۸K همراه با دادههای رادار موج میلیمتری استفاده کنند، بدون اینکه بار زیادی به زیرساختهای انتقال اصلی وارد شود. این سطح از عملکرد اهمیت زیادی دارد وقتی با سیستمهای نظارتی پیچیده شهری سروکار داریم که نیازمند پردازش همزمان حجم بسیار زیادی از اطلاعات هستند.
سیگنالهای RF تقویتشده میتوانند از دیوارها عبور کنند و به فاصلههای حدود ۱٫۲ مایلی دست یابند، اما بر اساس گزارش سازمان Privacy International از سال ۲۰۲۴، تقریباً سهچهارم ساکنان شهرها نگران نقض حریم خصوصی خود توسط این امواج الکترومغناطیسی هستند. مقرراتگذاران اخیراً دخالت کردهاند و رمزگذاری دادههای RF که توسط هوش مصنوعی پردازش میشوند و در فرکانسهای بالای ۲۴ گیگاهرتز کار میکنند را الزامی دانستهاند. این الزام برای مهندسانی که سعی دارند زمان پاسخ سیستمها را بهاندازه کافی کوتاه نگه دارند تا کاربردهای عملی را فراهم کنند، مشکلات واقعی ایجاد کرده است. هنوز بحثهای شدیدی در مورد نحوه برقراری تعادل مناسب بین حفظ ایمنی جامعه و حفاظت از آزادیهای فردی در جریان است. این موضوعات زمانی پیچیدهتر میشوند که در نظر بگیریم فناوری نظارت RF نسبت به سیستمهای نظارت نوری سنتی تقریباً ۹۰٪ دقیقتر شده و پرسشهای جدیدی را درباره اینکه چه سطحی از نظارت در جامعه مدرن قابل پذیرش است، مطرح میکند.
سیستمهای نظارت مدرن به تقویتکنندههای توان RF متکی هستند که معمولاً حدود 40 تا 60 درصد از زمان کار میکنند، بدین معنا که تقریباً 15 تا 30 درصد از کل انرژی خود را به صورت گرمای اتلافی تولید میکنند. وقتی این گرما به درستی مدیریت نشود، قطعات حدود 19 تا 22 درصد کمتر از مدت مورد انتظار دوام میآورند (همانطور که در تحقیقات انرژی 2021 ذکر شده است) و همچنین افزایش قابل توجهی در تعداد هشدارهای اشتباه به دلیل پیچش سیگنالها رخ میدهد. خبر خوب این است که تقویتکنندههای مبتنی بر نیترید گالیوم حدود 12 تا 18 درجه خنکتر از تقویتکنندههای سیلیکونی سنتی باقی میمانند. همچنین سیستمهای خنککننده آرایهای پیشرفته گرما را به مراتب بهتر در میان تمام گرههای سیستم پخش میکنند. برای نصبهای بزرگتر که تجهیزات به طور مداوم کار میکنند، تکنیکهای خنککننده غوطهوری میتوانند مصرف کلی انرژی را در عملکرد بلندمدت تقریباً تا یکسوم کاهش دهند، طبق گزارشهای اخیر مدیریت حرارتی که مطالعه کردهایم.
شبکههای امنیتی پیشرو از مقیاسبندی سهمرحلهای توان در تقویتکنندههای RF استفاده میکنند:
این تکنیکها مصرف انرژی را در شبکههای نظارتی شهری به میزان 23 تا 29 درصد کاهش میدهند، در حالی که دسترسی سیستم در سطح 99.3 درصد حفظ میشود. همانگونه که در گزارش بازار مدیریت حرارتی 2024 برجسته شده است، راهکارهای خنککننده تطبیقی که از ترکیب رادیاتورهای مایعی با بهینهسازی هوشمند جریان هوا استفاده میکنند، از 82 درصد از وقوع کاهش عملکرد حرارتی در پیکرهبندیهای با تراکم بالا جلوگیری میکنند.
ترکیب فناوری 5G و mmWave باعث شده است که تقویتکنندههای RF به خوبی از محدوده معمول خود فراتر روند و اکنون در فرکانسهایی بالاتر از 50 گیگاهرتز کار کنند که تقریباً ده برابر سیستمهای قدیمیتر با محدوده زیر 6 گیگاهرتز است. این موضوع به چه معناست در عمل؟ سیستمهای امنیتی اکنون قادر به پردازش جریانهای ویدئویی 4K خام بدون فشردهسازی هستند در حالی که هنوز هم تأخیری کمتر از 25 میلیثانیه دارند، که این امر در اجرای الگوریتمهای تشخیص تهدید هوشمند در زمان واقعی بسیار مهم است. آخرین دادهها از گزارش روندهای فناوری RF نشان میدهند که این تقویتکنندههای جدید در نوار فرکانسی بالا به راندمانی حدود 92 درصد دست یافتهاند، که در واقع مشکلات قدیمی در مورد نحوه انتشار سیگنالها در محیطهای شهری پرچگالی را حل کرده است، محیطهایی که ساختمانها قبلاً بخش بزرگی از سیگنال را مسدود کرده بودند.
تقویتکنندههای نسل جدید شامل پردازندههای یادگیری ماشینی هستند که میتوانند شکست قطعات را بیش از ۷۲ ساعت قبل از وقوع پیشبینی کنند و این امر در آزمایشهای میدانی منجر به کاهش ۳۸٪ در رخدادهای توقف غیربرنامهریزیشده شده است. یک نمونه اولیه از یک تولیدکننده بهصورت خودمختار سیگنالها را در زمان استرس حرارتی مسیریابی مجدد میکند و در آزمایشهای انجامشده در شرایط آب و هوایی بیابانی به دستیابی ۹۹.۹۹۹٪ در دسترسبودن دست یافته است. این نوآوریها به سوی انتقال جهانی به زیرساختهای امنیتی خودپایدار و بدون نیاز به نگهداری کمک میکنند.
تحلیلگران بازار پیشبینی میکنند که بخش تقویتکنندههای RF توانمند برای اهداف امنیتی در دهه آینده رشد قابل توجهی داشته باشد، بهطوریکه سالانه حدود 9.8 درصد رشد کند تا سال 2030. این رشد عمدتاً توسط توسعه همراه با شبکههای 5G در سراسر شهرهای جهان و پروژههای مختلف شهرهای هوشمند که در حال کسب قدرت هستند، تسریع شده است. منطقه آسیا و اقیانوسیه قرار است در این حوزه برجسته شود و حدود 42 درصد از کل ارزش بازار را به خود اختصاص دهد، که این امر بیشتر به دلیل سرمایهگذاری سنگاپور به میزان تقریباً 740 میلیون دلار در بهروزرسانی زیرساختهای نظارتی خود با فناوری mmWave پیشرفته است. در همین حال، آمریکای شمالی با داشتن سهمی حدود 28 درصدی در بازار در جایگاه دوم قرار دارد، جایی که دولتها منابع زیادی را به سرمایهگذاری در راهحلهای نظارتی مرزی پیشرفته اختصاص دادهاند که برای کار در محدودههای بسیار بالای فرکانسی بیش از 100 گیگاهرتز طراحی شدهاند.
